CN113096847B - 一种导电粒子及利用该粒子处理直流换流站外排废水的设备和工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种导电粒子及利用该粒子处理直流换流站外排废水的设备和工艺，将氧化铝、碳酸钙、铜粉研磨混合，加入8~15wt%的壳聚糖溶液，混合至可黏结成型的干泥状，压制成型，以3‑5℃/min的速率升至600‑800℃，煅烧3‑6h，冷却后盐酸浸泡，冲洗得导电粒子。利用该导电粒子处理直流换流站总外排废水，将导电粒子加入到电解槽中，自废水入口通入总外排废水，打开曝气装置，同时接通电源，电解30‑50min，关闭曝气装置，导电粒子沉降，处理后的废水和污泥从排水口和排泥口排出。本发明利用导电颗粒作为三维电极的介质，强化电解过程，提升电解效果，降低废水中污染物，获得良好的COD去除率和悬浮物去除率，提升外排废水水质，降低外排废水对环境的污染。

Description

一种导电粒子及利用该粒子处理直流换流站外排废水的设备 和工艺

技术领域

本发明属于环境保护及废水处理领域，具体涉及一种导电粒子及利用该粒子处理直流换流站外排废水的设备和工艺。

背景技术

随着特高压输电规模的不断扩大，直流换流站的数量和规模都在不断随之扩展，直流换流站除噪音和辐射污染外，总外排废水对环境的影响也在不断引起关注，通常情况下，直流换流站总外排水的水质良好，满足相关环境标准的要求，不会出现环境污染的问题，但是直流换流站在检修、运行异常时，会产生一定量的污染性较高的废水，包括故障排油、大量使用清洗剂等情况，容易在极短时间内造成大量废油、废清洗剂等污染物进入外排废水中，造成外排废水水质下降。而采用稀释废水的方法虽然可以降低废水中污染物含量和改善水质指标，但此方法无法解决废油、废清洗剂对环境污染的问题，而直流换流站缺乏相关废水处理应急工艺，在应对此类情况时尚处于技术不足的状态。

通过处理效率高、处理过程灵活、占地面积小的废水处理工艺是应对废水应急处理的关键，由于废油、废清洗剂主要为有机类污染物，三维电解是在电解处理过程中，在废水内加入导电粒子，使导电粒子表面也形成较强的电场，起到缩短极板间距的效果，在一定电压的下，极板间距越短，电解效果越明显，增加电解电极与污染物的接触机率，强化电解效果，对多种难降解有机物均具有高效的降解作用。

通过合成新型易分离、密度合适的导电粒子，加入到电解槽中，在外加电场的作用下，对水质指标日益下降的直流换流站产生的外排废水进行处理，在短时间内显著降低废水中的废油、废清洗剂含量，快速提高废水指标，避免对总外排废水的影响，弥补当前直流换流站在废水应急处理方面的不足，保证直流换流站废水达标排放，或为直流换流站废水零排放工程的建设提供重要的技术支撑。

发明内容

针对现有技术中直流换流站对于指标忽然升高的废水应急处理技术的不足，本发明提供了一种导电粒子及利用该粒子处理直流换流站外排废水的设备和工艺，通过纯金属粉末和金属氧化物合成导电粒子，而后投入到电解槽内，在外加电场的作用下，实现三维电解，快速降低废水中的废油、废清洗剂含量，避免对总外排废水的影响，保证外排废水的达标排放。

本发明通过以下技术方案实现：

本发明公开了一种导电粒子，其通过以下方法制备得到：

（1）将氧化铝、碳酸钙、铜粉研磨混合，加入质量浓度为8~15%的壳聚糖溶液，混合至可黏结成型的干泥状，压制成型；

（2）以3-5℃/min的升温速率升温至600-800℃，煅烧3-6h，冷却至室温后用盐酸浸泡，除盐水冲洗，得导电粒子。

进一步地，所述的氧化铝、碳酸钙和铜粉的质量比为3:2:1，所述的壳聚糖溶液的加入量为固体粉末质量的4-7%。

进一步地，所述的压制成型的压力为1.5MPa；所述的导电粒子为球状颗粒，直径为0.5cm。

进一步地，所述的煅烧温度为700℃，煅烧时间为4h。

本发明中，所述的导电粒子处理直流换流站总外排废水的设备，其特征在于，包括电解槽、废水入口、气体分布装置、曝气装置、排水口、排泥口；

所述的电解槽内均匀排布有多个电极，电极连接有电源；

所述的气体分布装置位于电解槽底部，气体分布装置连接有曝气装置；

所述的电解槽上设置有排水口、排泥口和废水入口。

进一步地，所述的电极间的距离为20cm；所述的排水口位于距电解槽底部1/4高度处，排泥口设置有铁丝网。

进一步地，所述发电极的面积不小于电解槽横截面积的2/3，电极采用平行的方式进行排列。

本发明中，所述的导电粒子处理直流换流站总外排废水的工艺，包括以下步骤：

（1）将导电粒子加入到电解槽中，自废水入口通入直流换流站总外排废水，打开曝气装置，同时接通电极电源，电解30-50min；

（2）电解结束后，关闭曝气装置，让导电粒子沉降，处理后的直流换流站总外排废水从电解槽排水口排出，污泥自电解槽排泥口排出。

进一步地，其特征在于，所述电解槽中直流换流站总外排废水与导电粒子的质量比为10:1。

进一步地，所述的电解电压为220V，曝气量不小于水处理量的3倍。

利用三维电解工艺对指标突然升高时的总外排废水进行快速处理的工艺，直接降低总外排废水的COD和悬浮物指标，涉及利用非均相导电微粒实现三维电解来降低废水中污染物的工艺。

本发明提出通过纯金属粉末和金属氧化物合成导电粒子，而后投入到电解槽内，在外加电场的作用下，实现三维电解，快速降低废水中的废油、废清洗剂等杂质，避免对总外排废水的影响，保证外排废水的达标排放。本发明所述工艺通过利用煅烧法，合成易分离的毫米级导电粒子，投入到电解槽中后，采用间歇工艺，对指标突然升高时的总外排废水进行三维电解处理，处理完毕后，待导电粒子沉降分离后，将处理后的废水导入总外排水池，与正常情况下产生的废水合并后，进行达标排放。本工艺具有处理效率高、稳定性强的特点，特别的导电粒子，具有机械强度高，不易磨损，性能稳定的特点，可长时间保持高稳定性，不易再产生二次污染。因此本工艺可以满足直流换流站对相关废水的应急处理要求。

本发明所述三维电解过程中的导电粒子，机械强度优异，不会因相互摩擦而导致颗粒损失，结构稳定，不会使过多污染物覆盖导电粒子表面而降低导电粒子性能，同时导电性能良好，利于表面带电荷，导电粒子可循环使用，在处理后无需更换，若表面附着物较多，则依次用3%盐酸、除盐水冲洗即可。适合通过流化床方式在电场的作用下，对废水进行三维电解，增加电解效率，可有效降低COD、色度等指标，十分适合废水的快速高效处理。在废水处理时，将导电粒子放入电解槽中，电解槽中均匀排布多个电极，电解时打开曝气装置，让导电粒子在电解槽内保持流化床状态，电解完成后，关闭曝气装置，待导电粒子沉降后，从电解槽排水口将处理后的废水排出。

本发明基于导电粒子的三维电极工艺，通过利用电能，可实现对于直流换流站产生外排废水的处理工艺，通过导电粒子强化电解过程，实现直流换流站外排废水的COD和悬浮物含量的快速降低，有效降低了废水的COD和悬浮物指标，实现了外排废水水质的有效提升。而后通过重复利用性考察显示，导电粒子性质稳定，对于相同的废水，三维电解效果始终维持在初始适用水平，避免了因导电粒子磨损或失活而产生新的固体废弃物，避免二次污染。因此该工艺不仅充分保证了直流换流站内产生外排废水的处理要求，高效稳定的处理直流换流站产生的外排废水，同时该工艺可处理多个地区不同类型直流换流站的外排废水，均可获得良好的处理效果，使得该工艺具有广泛的应用性。

有益效果

（1）本发明采用可重复利用的导电颗粒作为三维电极的介质，强化电解过程，提升电解处理效果，利用非均相导电粒子实现三维电解来降低废水中污染物，获得良好的COD去除率和悬浮物去除率，提升外排废水水质，降低外排废水对环境的污染；

（2）本发明弥补了当前直流换流站废水处理的空白，针对直流换流站外排废水的特点，采用三维电极的方法，直接利用电能在短时间内快速提升直流换流站外排废水水质，有助于支撑废水换流站建设废水零排放工程；

（3）本发明所述三维电极工艺中，无任何难购买试剂，制备和处理工艺均简单易操作，易于实现和推广，导电粒子性质稳定，可重复循环利用，不会因新增水处理设施而产生新的二次污染；适用范围广，可在各电压等级、不同规模的换流站内应用，具有较好的推广价值。

附图说明

图1是直流换流站废水处理的三维电极装置的设备说明图

图中：1.电解槽，2.气体分布器，3.曝气装置，4.电极，5.排水口，6.排泥口，7.废水入口，8.电源。

具体实施方式

为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明优选实施方案进行描述，但是应当理解，这些描述只是进一步说明本发明的特征及优点，而不是对本发明进行限制。

结合附图对本发明直流换流站总外排废水的设备进行说明，如图1所示，本发明中的直流换流站总外排废水的设备包括电解槽1、废水入口7、气体分布装置2、曝气装置3、电极4、排水口5、排泥口6；电解槽1内均匀排布有多个电极4，电极间距离为20cm，电极4连接有电源8，气体分布装置2位于电解槽1底部，连接有曝气装置3，电解槽1上设置有排水口5、排泥口6和废水入口7。所述的排水口5位于距电解槽1底部1/4高度处，排泥口6设置有铁丝网；电极4的面积为电解槽横截面积的2/3，采用平行的方式进行排列。

下面根据实施例详细描述本发明，本发明的实施效果如下所示。

实施例1

1. 将氧化铝、碳酸钙、铜粉按照质量比3：2：1用球磨机研磨混合后，再用10%的壳聚糖进行混合，混合至可粘结成型至干泥状，用自动化模具在1.5MPa和压力下将混合黏泥压成直径为0.5cm的球状颗粒，而后进行700℃煅烧，煅烧时间为4h，冷却至室温后，用3%稀盐酸侵泡，再用除盐水清洗3次，制备得到三维电解用导电粒子；

2.以胶东换流站总外排废水为处理对象，先将导电粒子放入电解槽1中，电解槽1中均匀排布多个电极4，电极4之间的距为20cm（电极4的面积为电解槽横截面积的2/3），而后将直流换流站的总外排废水导入电解槽1内（总外排废水与导电粒子的质量比为10:1），废水处理量为1m³/h，电解时打开曝气装置3，曝气量为3m³/h，让导电粒子在电解槽内保持流化床状态，接通220V电压，对电解槽内的直流换流站废水进行电解，电解时间为40分钟；

3. 电解结束后，关闭曝气装置3，让导电粒子沉降，处理后的直流换流站总外排废水从电解槽排水口5排出，污泥自电解槽排泥口6排出，对处理后废水进行水质分析，分析数据见表1。

水质测定：COD的测定采用COD测试仪（HACH DR1000，美国）进行测试，取反应后水样2mL，加入到COD测试管中，测试管量程为5-150ppm，处理前废水取2ml，稀释十倍后加入到20-1500ppm的测试管中，经150℃加热消解2h后，冷却至室温，将COD测试管表面擦拭干净后进行COD数值的测定。悬浮物的测定采用重量法，取500mL废水在真空抽滤的作用下，通过0.45um的滤膜，称量超滤膜前后质量变化，其中普通电解是指不加入导电粒子时的电解处理。

表1 实施例1 胶东直流换流站总外排水处理效果

实施例2

三维电极用导电粒子的合成铜同实施例1步骤（1），以泉城高压站外排废水对处理对象，三维电解过程同实施例1，水质分析过程同实施例1，水质分析数据见表2。

表2 实施例2以泉城高压站外排废水处理效果数据

实施例3

三维电极用导电粒子的合成铜同实施例1步骤（1），以临沂高压站外排废水对处理对象，三维电解过程同实施例1。水质分析过程同实施例1，水质分析数据见表3。

表3 实施例3临沂高压站外排废水处理效果数据

本发明通过采用金属氧化物-金属高温煅烧制备导电粒子，并以改导电粒子为基础，建立了高效稳定的三维电极工艺，导电粒子性质稳定，与水分离快捷方便，可反复利用，避免形成新的污染物。通过三维电解对直流换流站外排废水进行处理，较普通电解工艺而言，电解过程有明显提高，直接提升外排废水的水质，不仅是为外排废水达标排放还是建设废水零排放工程，都提供了稳定的技术支撑，同时该工艺普适性强，对不同地区的不同直流换流站外排废水均具有良好的处理效果，因此该工艺具有广阔的应用前景。

上述实施例用来解释说明本发明，而不是对本发明进行限制，在本发明的精神和权利要求的保护范围内，对本发明作出的任何修改和改变，都落入本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种导电粒子，其特征在于，通过以下方法制备得到：

（1）将氧化铝、碳酸钙、铜粉研磨混合，加入质量浓度为8~15%的壳聚糖溶液，混合至可黏结成型的干泥状，压制成型；

（2）以3-5℃/min的升温速率升温至600-800℃，煅烧3-6h，冷却至室温后用盐酸浸泡，除盐水冲洗，得导电粒子；

所述的壳聚糖溶液的加入量为固体粉末质量的4-7%。

2.根据权利要求1所述的导电粒子，其特征在于，所述的氧化铝、碳酸钙和铜粉的质量比为3:2:1。

3.根据权利要求1所述的导电粒子，其特征在于，所述的压制成型的压力为1.5MPa；所述的导电粒子为球状颗粒，直径为0.5cm。

4.根据权利要求1所述的导电粒子，其特征在于，所述的煅烧温度为700℃，煅烧时间为4h。

5.一种利用权利要求1-4任一项所述的导电粒子处理直流换流站总外排废水的设备，其特征在于，包括电解槽（1）、废水入口（7）、气体分布装置（2）、曝气装置（3）、电极（4）、排水口（5）、排泥口（6）；

所述的电解槽（1）内均匀排布有多个电极（4），电极（4）连接有电源（8）；

所述的气体分布装置（2）位于电解槽（1）底部，气体分布装置（2）连接有曝气装置（3）；

所述的电解槽（1）上设置有排水口（5）、排泥口（6）和废水入口（7）。

6.根据权利要求5所述的设备，其特征在于，所述的多个电极（4）间的距离为20cm；所述的排水口（5）位于距电解槽（1）底部1/4高度处，排泥口（6）设置有铁丝网。

7.根据权利要求5所述的设备，其特征在于，所述的电极（4）的面积不小于电解槽横截面积的2/3，采用平行的方式进行排列。

8.一种利用权利要求1-4任一项所述的导电粒子处理直流换流站总外排废水的工艺，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：将导电粒子加入到电解槽（1）中，自废水入口（7）通入直流换流站总外排废水，打开曝气装置（3），同时接通电极电源（8），电解30-50min；

步骤2：电解结束后，关闭曝气装置（3），让导电粒子沉降，处理后的直流换流站总外排废水从电解槽排水口（5）排出，污泥自电解槽排泥口（6）排出。

9.根据权利要求8所述的处理工艺，其特征在于，所述电解槽中直流换流站总外排废水与导电粒子的质量比为10:1。

10.根据权利要求8所述的处理工艺，其特征在于，所述的电解电压为220V，曝气量不小于水处理量的3倍。

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