CN109626676A - 一种采用微波-电催化组合工艺处理反渗透浓水中有机污染物的方法 - Google Patents

一种采用微波-电催化组合工艺处理反渗透浓水中有机污染物的方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种采用微波‑电催化组合工艺处理反渗透浓水中有机污染物的方法，该工艺包括微波单元、电催化氧化单元及超滤单元。在该处理工艺中，反渗透水首先微波单元进行微波处理，促使大分子有机污染物发生断链，提升废水可生化性，提升后续处理效率，之后浓水进入电催化氧化单元，使反渗透浓水中有机污染物矿化，达到COD去除的目的；最后经过超滤处理，去除反应过程中产生的微小絮体，去除浊度并进一步去除有机质。本发明采用的工艺占地面积小，反应条件简单，处理效率高，处理效果稳定，无需外加药剂，不产生二次污染，运行成本低，环境友好。

Description

一种采用微波-电催化组合工艺处理反渗透浓水中有机污染 物的方法
技术领域
本发明属于工业水处理技术领域，涉及一种反渗透浓水中有机污染物的适度处理方法，尤其涉及一种采用微波-电催化组合工艺处理反渗透浓水中有机污染物的方法。
背景技术
随着国家清洁生产及环保要求的日趋严格，反渗透(RO)技术逐渐成为诸多产业污水处理及循环水深度回用处理的首选技术。但是，通常反渗透工艺会有20％-50％浓水的产生，这类水COD含量高，且多为难降解大分子有机质，可生化性极差。另外RO浓水含盐量高，采用常规的生化和物化方法难以致效，高级氧化技术成为RO浓水中有机质的去除首选。
CN107540175A公开了一种对工业反渗透浓水中难降解有机物深度处理的方法，其特征在于，将高级氧化与腐殖质微生物活性炭有机地结合在一起，首先利用臭氧协同紫外Fenton的光催化氧化的高级氧化方法提高RO浓水的可生化性，再在厌氧条件下，通过培养驯化以腐殖质微生物为主要的生物群体进行活性炭吸附碳柱挂膜，形成腐殖质微生物活性炭，进一步降解浓水中难降解的有机物。
CN108658299A公开了一种用于反渗透浓水有机物去除工艺，其特征在于，先进行氧化反应将部分有机物矿化脱除，再通过活性炭吸附进一步脱除有机物，最终出水COD低于80mg/L。所述氧化反应采用复合氧化方式进行，所述复合氧化方式为利用臭氧和双氧水相结合，将RO浓水中部分有机物矿化脱除。
以上两个处理RO浓水中有机污染物的专利中均需要在处理前调节pH，在过程中加入大量药剂，大大的增大了处理成本。相比之下，电催化氧化无需调节pH，无需外加药剂，且焦化废水厂RO浓水电导率一般＞8000μS/cm，RO浓水本身就是一种优良的电解质溶液。充分利用RO浓水含盐量高、导电性好的特点，采用电催化氧化技术处理RO浓水成为优选工艺。
对于反渗透浓水这种典型的难生物降解废水来说，尤其是焦化废水反渗透浓水，BOD基本为零，单一的处理方式基本上达不到理想的处理效果，通常采用两种及两种以上技术连用。近几年微波在废水处理中的应用得到了较大的发展，通过微波辐射处理废水过程中有两方面的作用，一方面微波电磁场能使极性分子产生高速旋转碰撞而产生热效应，从而改变体系的热力学函数，降低反应的活化能和分子的化学键强度，另一方面微波还具有非热效应，即处于微波场中的极性分子震荡能使其化学键断裂。微波处理废水，适应性强，处理率高，尤其在对难降解有机物的处理，提高废水可生化性方面表现出良好的应用前景。因此，微波法作为电催化氧化前处理是一种较理想的选择。
发明内容
本发明的目的在于设计一种采用微波-电催化组合工艺处理反渗透浓水中有机污染物的方法，解决上述问题。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种采用微波-电催化组合工艺处理反渗透浓水中有机污染物的方法，包括以下步骤:
步骤(1)，微波处理：反渗透浓水首先进入微波单元中，所述微波单元包括微波装置，通过所述微波装置对反渗透浓水进行微波处理，产生的微波场使所述反渗透浓水有机物分子发生热效应和非热效应，提高有机污染物的化学活性，促使所述有机物分子发生断链，提高废水的可生化性，提高后续处理效率；
步骤(2)，电催化氧化：经微波装置处理过的浓水进入电催化氧化单元，在阳极发生氧化反应生成具有强氧化性的中间产物，产生的所述中间产物破坏所述有机污染物的分子结构，最终使有机污染物矿化；
步骤(3)，超滤处理：经电催化氧化单元处理过的浓水进入超滤单元，经超滤单元去除反应过程中产生的絮体且进一步去除所述有机污染物，之后处理过浓水经超滤单元排出。
优选的，还包括步骤(4)，超滤清洗单元：清洗超滤单元后的污水排入装有反渗透浓水的进水池中。
优选的，步骤(1)中，所述微波装置包括微波发生器，所述微波发生器产生的微波辐射功率为200-800W，所述微波发生器的水力停留时间为1-5min。
优选的，步骤(2)中，所述电催化氧化单元包括电化学反应器，所述电化学反应器的水力停留时间30-120min，所述化学反应器的进水端与所述微波单元相连，出水端与所述超滤单元相连。
优选的，所述电化学反应器包括电解槽、稳压直流电源、阴极板和阳极板；所述阳极板与阴极板相互平行相互交叉，垂直置于电解槽内，且所述阳极板与所述稳压直流电源的正极相连，所述阴极板与所述稳压直流电源的负极相连。
优选的，所述阳极板采用金属氧化物电极，极板镀层选用析氧电位高的金属氧化物或离子掺杂型金属氧化物；所述阴极板采用石墨板、钛板或不锈钢板；所述稳压直流电源输出电流为2000-6000A。
优选的，所述电化学反应器中阴阳极板的对数为10-50对，且所述阳极板与所述阴极板的间距为2-10cm。
优选的，所述超滤单元包括超滤设备。
优选的，所述超滤设备采用外压式中空纤维膜组件，膜孔径为0.01-0.1μm，膜材料为聚偏氟乙烯，膜通量为15-25L/(m2·h)。
优选的，所述超滤设备采用单段间歇运行方式，运行时间5-10min，停止时间1-3min，跨膜压差0-50kpa。
本发明有益效果可以总结如下：
1、本发明一种采用微波-电催化组合工艺处理反渗透浓水中有机污染物的方法，充分利用焦化废水RO浓水的含盐量高、导电性好的特点，以电催化氧化为主，以微波处理技术为前处理，组成“微波、电催化氧化和超滤”工艺去除RO浓水中有机污染物。
2、本发明一种采用微波-电催化组合工艺处理反渗透浓水中有机污染物的方法，该工艺占地面积小，反应条件简单，处理效率高，处理效果稳定，无需外加药剂，不产生二次污染，运行成本低，环境友好。
附图说明
图1为本发明的工艺流程图。
具体实施方式
为了使本发明所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
如图1所示的一种采用微波-电催化组合工艺处理反渗透浓水中有机污染物的方法，包括以下步骤:
步骤(1)，微波处理：反渗透浓水首先进入微波单元中，所述微波单元包括微波装置，通过所述微波装置对反渗透浓水进行微波处理，产生的微波场使所述反渗透浓水有机物分子发生热效应和非热效应，提高有机污染物的化学活性，促使所述有机物分子发生断链，提高废水的可生化性，提高后续处理效率；
步骤(2)，电催化氧化：经微波装置处理过的浓水进入电催化氧化单元，在阳极发生氧化反应生成具有强氧化性的中间产物，产生的所述中间产物破坏所述有机污染物的分子结构，最终使有机污染物矿化；
步骤(3)，超滤处理：经电催化氧化单元处理过的浓水进入超滤单元，经超滤单元去除反应过程中产生的絮体且进一步去除所述有机污染物，之后处理过浓水经超滤单元排出。
在更优选的实施例中，还包括步骤(4)，超滤清洗单元：清洗超滤单元后的污水排入装有反渗透浓水的进水池中。
在更优选的实施例中，步骤(1)中，所述微波装置包括微波发生器，所述微波发生器产生的微波辐射功率为200-800W，所述微波发生器的水力停留时间为1-5min。
在更优选的实施例中，步骤(2)中，所述电催化氧化单元包括电化学反应器，所述电化学反应器的水力停留时间30-120min，所述化学反应器的进水端与所述微波单元相连，出水端与所述超滤单元相连。
在更优选的实施例中，所述电化学反应器包括电解槽、稳压直流电源、阴极板和阳极板；所述阳极板与阴极板相互平行相互交叉，垂直置于电解槽内，且所述阳极板与所述稳压直流电源的正极相连，所述阴极板与所述稳压直流电源的负极相连。
在更优选的实施例中，所述阳极板采用金属氧化物电极，极板镀层选用析氧电位高的金属氧化物或离子掺杂型金属氧化物；所述阴极板采用石墨板、钛板或不锈钢板；所述稳压直流电源输出电流为2000-6000A。
在更优选的实施例中，所述电化学反应器中阴阳极板的对数为10-50对，且所述阳极板与所述阴极板的间距为2-10cm。
在更优选的实施例中，：所述超滤单元包括超滤设备。
在更优选的实施例中，所述超滤设备采用外压式中空纤维膜组件，膜孔径为0.01-0.1μm，膜材料为聚偏氟乙烯，膜通量为15-25L/(m2·h)。
在更优选的实施例中，所述超滤设备采用单段间歇运行方式，运行时间5-10min，停止时间1-3min，跨膜压差0-50kpa。
一种采用微波-电催化组合工艺处理反渗透浓水中有机污染物的方法，包括以下步骤:
步骤(1)，微波处理：反渗透浓水首先进入微波单元中，微波单元通过微波装置对反渗透浓水进行微波处理，微波装置产生的产生的微波场使所述反渗透浓水有机物分子发生热效应和非热效应，提高有机污染物化学活性，促使大分子发生断链，提升废水可生化性，提升后续处理效率；
步骤(2)，电催化氧化：经微波装置处理过的浓水进入电催化氧化单元，电催化氧化单元采用电化学反应器，在电化学反应器的阳极发生氧化反应生成·OH、·HO2或·O2等具有强氧化性的中间物，通过强氧化性的中间物破坏有机污染物的分子结构，最终使有机污染物矿化，达到去除COD的目的；
步骤(3)，超滤处理：经电催化氧化单元处理过的浓水进入超滤单元，超滤单元采用超滤设备去除反应过程中产生的絮体且进一步去除所述有机污染物，之后处理过浓水经超滤单元排出。超滤设备采用单段间歇运行方式，运行时间5-10min，停止时间1-3min，跨膜压差0-50kpa。
步骤(4)，超滤清洗单元：清洗超滤单元后的污水排入装有反渗透浓水的储水池中。
微波发生器产生微波辐射功率为200-800W，水力停留时间为1-5min。
电化学反应器的水力停留时间30-120min，电化学反应器进水端与微波反应器相连，出水端与超滤装置相连。
电化学反应器包括电解槽、稳压直流电源、阴极板和阳极板；所述阳极板与阴极板相互平行相互交叉，垂直置于电解槽内，且所述阳极板与所述稳压直流电源的正极相连，所述阴极板与所述稳压直流电源的负极相连。电化学反应器中阴阳极板的对数为10-50对，且阳极板与阴极板的间距为2-10cm；阳极板采用金属氧化物电极(DSA电极)，极板镀层选用析氧电位高的金属氧化物或者离子掺杂型氧化物，比如Ti/Ti4O7电极、Ti/SnO2-Sb电极等；阴极板为石墨板、钛板、不锈钢板等的一种。稳压直流电源输出电流为2000-6000A。
超滤设备中采用外压式中空纤维膜组件，膜孔径为0.01-0.1μm，膜材料为聚偏氟乙烯，膜通量为15-25L/(m2·h)。
具体案例：以某焦化废水处理厂经生化处理后深度处理反渗透浓水为例，浓水中COD含量为280-320mg/L，废水电导率为18000-24000μS/cm。
实施例1：
反渗透浓水通过隔膜泵进入微波单元，微波辐射功率为200W，增大有机污染物化学活性，初步降解高分子有机物，辐射时间为5min，出水COD浓度为265-305mg/L。
超声单元出水进入电化学反应器。以Ti/Ti4O7电极为阳极，不锈钢板为阴极，分别与稳压直流电源正负极相连接，调节稳压直流电源电流为2000A，极板对数10对，极板间距10cm，水力停留时间120min。反应结束后，进入超滤设备。超滤设备中采用外压式中空纤维膜组件，膜孔径为0.1μm，膜材料为PVDF，膜通量为20L/(m2·h)，采用单段间歇运行方式，运行时间8min，停止时间2min，跨膜压差0-25kpa。超滤后出水COD含量为115-135mg/L，达到污水综合排放标准二级标准要求。
实施例2：
反渗透浓水通过隔膜泵进入微波单元，微波辐射功率为500W，增大有机污染物化学活性，初步降解高分子有机物，辐射时间为3min，出水COD浓度为250-290mg/L。
超声单元出水进入电化学反应器。以Ti/Ti4O7电极为阳极，不锈钢板为阴极，分别与稳压直流电源正负极相连接，调节稳压直流电源电流为4000A，极板对数20对，极板间距5cm，水力停留时间60min。反应结束后，进入超滤设备。超滤设备中采用外压式中空纤维膜组件，膜孔径为0.1μm，膜材料为PVDF，膜通量为20L/(m2·h)，采用单段间歇运行方式，运行时间8min，停止时间2min，跨膜压差0-25kpa。超滤后出水COD含量为105-125mg/L，达到污水综合排放标准二级标准要求。
实施例3：
反渗透浓水通过隔膜泵进入微波单元，微波辐射功率为800W，增大有机污染物化学活性，初步降解高分子有机物，辐射时间为1min，出水COD浓度为265-305mg/L。
超声单元出水进入电化学反应器。以Ti/Ti4O7电极为阳极，不锈钢板为阴极，分别与稳压直流电源正负极相连接，调节稳压直流电源电流为6000A，极板对数50对，极板间距2cm，水力停留时间30min。反应结束后，进入超滤设备。超滤设备中采用外压式中空纤维膜组件，膜孔径为0.1μm，膜材料为PVDF，膜通量为20L/(m2·h)，采用单段间歇运行方式，运行时间8min，停止时间2min，跨膜压差0-25kpa。超滤后出水COD含量为110-130mg/L，达到污水综合排放标准二级标准要求。
对比例：
反渗透浓水通过隔膜泵直接进入电化学反应器。以Ti/Ti4O7电极为阳极，不锈钢板为阴极，分别与稳压直流电源正负极相连接，调节稳压直流电源电流为4000A，极板对数20对，极板间距5cm，水力停留时间60min。反应结束后，进入超滤设备。超滤设备中采用外压式中空纤维膜组件，膜孔径为0.1μm，膜材料为PVDF，膜通量为20L/(m2·h)，采用单段间歇运行方式，运行时间8min，停止时间2min，跨膜压差0-25kpa。超滤后出水COD含量为215-255mg/L。
由上述可知，本发明提供的超声-电催化氧化处理工艺，可高效降解焦化废水反渗透浓水中高分子难降解有机污染物，明显优于单一的电催化氧化处理。
以上通过具体的和优选的实施例详细的描述了本发明，但本领域技术人员应该明白，本发明并不局限于以上所述实施例，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种采用微波-电催化组合工艺处理反渗透浓水中有机污染物的方法，其特征在于,包括以下步骤:
步骤(1)，微波处理：反渗透浓水首先进入微波单元中，所述微波单元包括微波装置，通过所述微波装置对反渗透浓水进行微波处理，产生的微波场使所述反渗透浓水有机物分子发生热效应和非热效应，提高有机污染物的化学活性，促使所述有机物分子发生断链，提高废水的可生化性，提高后续处理效率；
步骤(2)，电催化氧化：经微波装置处理过的浓水进入电催化氧化单元，在阳极发生氧化反应生成具有强氧化性的中间产物，产生的所述中间产物破坏所述有机污染物的分子结构，最终使有机污染物矿化；
步骤(3)，超滤处理：经电催化氧化单元处理过的浓水进入超滤单元，经超滤单元去除反应过程中产生的絮体且进一步去除所述有机污染物，之后处理过浓水经超滤单元排出。
2.根据权利要求1所述的一种采用微波-电催化组合工艺处理反渗透浓水中有机污染物的方法，其特征在于：还包括步骤(4)，超滤清洗单元：清洗超滤单元后的污水排入装有反渗透浓水的进水池中。
3.根据权利要求1所述的一种采用微波-电催化组合工艺处理反渗透浓水中有机污染物的方法，其特征在于：步骤(1)中，所述微波装置包括微波发生器，所述微波发生器产生的微波辐射功率为200-800W，所述微波发生器的水力停留时间为1-5min。
4.根据权利要求1所述的一种采用微波-电催化组合工艺处理反渗透浓水中有机污染物的方法，其特征在于：步骤(2)中，所述电催化氧化单元包括电化学反应器，所述电化学反应器的水力停留时间30-120min，所述化学反应器的进水端与所述微波单元相连，出水端与所述超滤单元相连。
5.根据权利要求1所述的一种采用微波-电催化组合工艺处理反渗透浓水中有机污染物的方法，其特征在于：所述电化学反应器包括电解槽、稳压直流电源、阴极板和阳极板；所述阳极板与阴极板相互平行相互交叉，垂直置于电解槽内，且所述阳极板与所述稳压直流电源的正极相连，所述阴极板与所述稳压直流电源的负极相连。
6.根据权利要求5所述的一种采用微波-电催化组合工艺处理反渗透浓水中有机污染物的方法，其特征在于：所述阳极板采用金属氧化物电极，极板镀层选用析氧电位高的金属氧化物或离子掺杂型金属氧化物；所述阴极板采用石墨板、钛板或不锈钢板；所述稳压直流电源输出电流为2000-6000A。
7.根据权利要求5所述的一种采用微波-电催化组合工艺处理反渗透浓水中有机污染物的方法，其特征在于：所述电化学反应器中阴阳极板的对数为10-50对，且所述阳极板与所述阴极板的间距为2-10cm。
8.根据权利要求1所述的一种采用微波-电催化组合工艺处理反渗透浓水中有机污染物的方法，其特征在于：所述超滤单元包括超滤设备。
9.根据权利要求8所述的一种采用微波-电催化组合工艺处理反渗透浓水中有机污染物的方法，其特征在于：所述超滤设备采用外压式中空纤维膜组件，膜孔径为0.01-0.1μm，膜材料为聚偏氟乙烯，膜通量为15-25L/(m2·h)。
10.根据权利要求8所述的一种采用微波-电催化组合工艺处理反渗透浓水中有机污染物的方法，其特征在于：所述超滤设备采用单段间歇运行方式，运行时间5-10min，停止时间1-3min，跨膜压差0-50kpa。
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