CN113321270A - 高效电催化氧化装置及垃圾渗滤液高盐高有机废水处理方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及废水处理技术领域，具体地说，涉及高效电催化氧化装置及垃圾渗滤液高盐高有机废水处理方法，包括电催化氧化反应槽，利用电极的直接氧化和间接氧化作用来氧化降解难降解物质，使其氧化分解成为易降解、无毒害的物质，直接氧化是由水分子在阳极表面放电产生·OH基团，·OH基团与阳极附近的有机物发生氧化反应，间接氧化是指利用电化学反应产生的强氧化剂，来氧化溶液中有机物，电催化氧化对几乎所有的有机物均能进行反应，氧化能力强，效果稳定，特别适用于处理高浓度污水和含盐量较高的废水，节能省时，既可以用于生物法的前处理，有效降解难降解的有机污染物，降低后续生化处理的难度，也可用于深度处理。
Description
技术领域
本发明涉及废水处理技术领域，具体为高效电催化氧化装置及垃圾渗滤液高盐高有机废水处理方法。
背景技术
高级氧化技术又称深度氧化技术，其基础在于运用电、光辐照、催化剂，有时还与氧化剂结合，在反应中产生活性极强的自由基(如HO·)，再通过自由基与有机化合物之间的加合、取代、电子转移、断键等，使水体中的大分子难降解有机物氧化降解成低毒或无毒的小分子物质，甚至直接降解成为CO2和H2O，接近完全矿化。目前的高级氧化技术主要包括化学氧化法、电化学氧化法、湿式氧化法、超临界水氧化法和光催化氧化法等。目前针对特定成分废水，电催化氧化设备的能耗普遍较高，原因归结于设备组件的组合不是最优解。
发明内容
本发明的目的在于提供高效电催化氧化装置及垃圾渗滤液高盐高有机废水处理方法，以解决上述背景技术中提出的目前针对特定成分废水，电催化氧化设备的能耗普遍较高，原因归结于设备组件的组合不是最优解的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
高效电催化氧化装置，包括电催化氧化反应槽，所述电催化氧化反应槽内设置有出水堰，所述电催化氧化反应槽内设置有若干均匀等距且平行设置的阳极钛电板和阴极钛电板，阳极钛电板和阴极钛电板交错排列设置，所述阴极钛电板的顶部连接有阴极电极铜导体，阳极钛电板的顶部连接有阳极电极铜导体，所述电催化氧化反应槽的外壁上安装有直流供电源、电控箱和强制清垢装置，所述电催化氧化反应槽的两侧壁上连接有进水口和出水口，所述阴极钛电板上设置有清洗喷头。
作为优选，所述电催化氧化反应槽包括槽体，所述槽体的内部一侧安装有配水穿孔管，所述槽体内远离所述配水穿孔管的一侧顶部设置有出水堰槽。
作为优选，所述电极通过强制清垢装置包括清垢器，所述清垢器的出水管上依次连接有自动阀和手动阀，所述清垢器的出水管的外壁上设置有若干均匀等距排列的冲洗喷头。
作为优选，所述槽体的顶部安装有电流整流器，所述槽体内安装有阳电极和阴电极。
作为优选，所述阳电极和阴电极分别连接于所述电流整流器的正极和负极。
垃圾渗滤液高盐高有机废水处理方法，包括上述的高效电催化氧化装置，其特征在于：具体包括如下步骤：
S1：原水通过原水输送泵进入配水穿孔管进行配水；
S2：水流沿着指定方向依次通过定制特殊结构阴/阳电极，阴/阳电极表面安装有冲洗喷头；
S3：电极通过强制清垢装置进行定时启动清垢，清垢装置具备计时及累计时功能，自动阀进行联动控制，或根据手动阀实现清洗强度调节；
S4：将原水输送泵启动后，将电流整流器启动，通过阴/阳电极电解效果，电流强度和电压值可调；
S5：经多级阴/阳电极催化氧化后，出水汇总进入出水堰槽汇总后进入下步生化处理工序。
作为优选，所述电催化氧化反应槽的有效容积按以下公式计算，且满足极板安装所需的空间：
W＝Qt/60，式中W为电解榷有效容积；t为电解历时，当废水中六价铬离子含世小于50mg/L时，t值为5-lOmin，当废水中六价铬离子含量为50-100mg/l时，t值为 10-20min。
作为优选，电流强度按下式计算：
式中I为计算电流A，Kc为1g六价铬离子还原为三价铬离子所需的电量通过试验确定，当无试验条件时，采用4-5A·h/gCr；Q为废水设计流量m3/h，C为废水中六价铬离子含量g/m3，n为电极串联次数，值为串联极板数减1。
作为优选，极板面积按下式计算，电解槽采用双极性电极、竖流式，并应采用防腐和绝缘措施。极板的材料采用普通碳素钢板，厚度为3-5mm，极板间的净距离为10mm左右，还原lg六价铬离子的极板消耗量按4-5g计算，电解槽的电极电路，按换向设计：
式中，F为单块极板面积，dm2；a为极板面积减少系数，采用0.8；m1为并联极板组数；m2为并联极板段数，iF为极板电流密度，采用0.15-0.3A/dm2。
作为优选，阳极钛电板和阴极钛电板两极板间电压降按下式计算：U1＝a+biF，式中， a为电极表面分解电压，根据试验确定，当无试验资料时，a值采用1V左右；b为板间电压计算系数，V/A，b值通过试验确定。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、本高效电催化氧化装置及垃圾渗滤液高盐高有机废水处理方法通过强制清垢装置的引入，使得污垢在电极板上失去附着力脱落，保持极板面的清洁，提供电极板的电流效率。电催化氧化设备在废水中的应用，电极板结构形式的发展其实很滞后，只是从最初的实心板到现在的网状板；通过改善电极板结构形式，强化电极电流，原理基于尖端放电原理，即尖端放电是在强电场作用下，物体尖锐部分发生的放电现象；通过对电极板的结构设计，在电极板上布置密布的尖端。尖端易于放电，电流利用率高，氧化COD能力显著。
2、本高效电催化氧化装置及垃圾渗滤液高盐高有机废水处理方法中电解槽为矩形，按废水流动方式分为回流式和翻腾式，回流式水流流程长，离子易于向水中扩散，容积利用率髙；但施工和检修较困难，翻腾式的极板采用悬挂方式固定，极板与池壁不接触而减少了漏电的可能，更换极板也较方便。
3、本高效电催化氧化装置及垃圾渗滤液高盐高有机废水处理方法中利用电极的直接氧化和间接氧化作用来氧化降解难降解物质，使其氧化分解成为易降解、无毒害的物质。直接氧化是由水分子在阳极表面放电产生·OH基团，·OH基团与阳极附近的有机物发生氧化反应。间接氧化是指利用电化学反应产生的强氧化剂(如C1O-、高价金属离子等)，来氧化溶液中有机物。电催化氧化对所有的有机物均能进行反应，氧化能力强，效果稳定，特别适用于处理高浓度污水和含盐量较高的废水。
4、本高效电催化氧化装置及垃圾渗滤液高盐高有机废水处理方法中的高效电催化氧化法节能省时，既可以用于生物法的前处理，有效降解难降解的有机污染物，降低后续生化处理的难度，也可用于深度处理。该技术方法是当今废水处理的技术热点，是高浓度有机废水处理的新潮流、新工艺。
附图说明
图1是本发明高效电催化氧化装置结构示意图；
图2是本发明试验时流体的流向示意图；
图3是本发明试验的典型数据例表。
图中：1-电催化氧化反应槽；2-出水堰；3-阳极钛电板；4-阴极钛电板；5-阴极电极铜导体；6-阳极电极铜导体；7-直流供电源；8-电控箱；9-进水口；10-出水口； 11-强制清垢装置；12-清洗喷头；101-槽体；102-配水穿孔管；103-出水堰槽；201-清垢器；202-自动阀；203-手动阀；204-冲洗喷头；301-电流整流器；302-阳电极；303- 阴电极。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
高效电催化氧化装置，如图1和图2所示，包括电催化氧化反应槽1，电催化氧化反应槽1内设置有出水堰2，电催化氧化反应槽1内设置有若干均匀等距且平行设置的阳极钛电板3和阴极钛电板4，阳极钛电板3和阴极钛电板4交错排列设置，阴极钛电板4的顶部连接有阴极电极铜导体5，阳极钛电板3的顶部连接有阳极电极铜导体6，电催化氧化反应槽1的外壁上安装有直流供电源7、电控箱8和强制清垢装置11，电催化氧化反应槽1的两侧壁上连接有进水口9和出水口10，阴极钛电板4上设置有清洗喷头12。
本实施例的高效电催化氧化装置通过强制清垢装置的引入，使得污垢在电极板上失去附着力脱落，保持极板面的清洁，提供电极板的电流效率。电催化氧化设备在废水中的应用，电极板结构形式的发展其实很滞后，只是从最初的实心板到现在的网状板。本技术发明，通过改善电极板结构形式，强化电极电流。发明的原理基于尖端放电原理。尖端放电是在强电场作用下，物体尖锐部分发生的放电现象。通过对电极板的结构设计，在电极板上布置密布的尖端。尖端易于放电，电流利用率高，氧化COD能力显著。
具体的，电催化氧化反应槽1包括槽体101，槽体101的内部一侧安装有配水穿孔管102，槽体101内远离配水穿孔管102的一侧顶部设置有出水堰槽103。出水堰2包括清垢器201，清垢器201的出水管上依次连接有自动阀202和手动阀203，清垢器201的出水管的外壁上设置有若干均匀等距排列的冲洗喷头204。槽体101的顶部安装有电流整流器301，槽体101内安装有阳电极302和阴电极303。阳电极302和阴电极303分别连接于电流整流器301的正极和负极。
电解要直流电源，整流设备可根据电解所需要的总电流和总电压选用，极板间距应适当一般为30-40mm，过大则电压要求高，电耗大。过小不仅安装不便，而且极板材料耗量髙，所以极板间距应综合考虑多种因素确定。
值得说明的是，电解槽为矩形，按废水流动方式分为回流式和翻腾式，回流式水流流程长，离子易于向水中扩散，容积利用率髙；但施工和检修较困难，翻腾式的极板采用悬挂方式固定，极板与池壁不接触而减少了漏电的可能，更换极板也较方便。
极板电路有两种：单极板电路和双极板电路。生产上双极板电路应用较普遍，因为双极板电路极板腐蚀均匀，相邻极板接触的机会少，即使接触也不致发生电路短路而引起事故，因此双极板电路便于缩小极板间距，提髙极板有效利用率，减小投资和节省运行费用等。
另一方面，本发明还提供垃圾渗滤液高盐高有机废水处理方法，包括上述的高效电催化氧化装置，其特征在于：具体包括如下步骤：
S1：原水通过原水输送泵进入配水穿孔管102进行配水；
S2：水流沿着指定方向依次通过定制特殊结构阴/阳电极303/302，阴/阳电极303/302 表面安装有冲洗喷头204；
S3：电极通过强制清垢装置11进行定时启动清垢，清垢器201具备计时及累计时功能，自动阀202进行联动控制，或根据手动阀203实现清洗强度调节；
S4：将原水输送泵启动后，将电流整流器301启动，通过阴/阳电极303/302电解效果，电流强度和电压值可调；
S5：经多级阴/阳电极303/302催化氧化后，出水汇总进入出水堰槽103汇总后进入下步生化处理工序。
电催化氧化反应槽1的有效容积按以下公式计算，且满足极板安装所需的空间：
W＝Qt/60，式中W为电解榷有效容积；t为电解历时，当废水中六价铬离子含世小于50mg/L时，t值宜为5-lOmin，当废水中六价铬离子含量为50-100mg/l时，t值宜为10-20min。
电流强度按下式计算：
式中I为计算电流A，Kc为1g六价铬离子还原为三价铬离子所需的电量宜通过试验确定，当无试验条件时，可采用4-5A·h/gCr；Q为废水设计流量m3/h，C为废水中六价铬离子含量g/m3，n为电极串联次数，值应为串联极板数减1。
极板面积按下式计算，电解槽宜采用双极性电极、竖流式，并应采用防腐和绝缘措施。极板的材料可采用普通碳素钢板，厚度宜为3-5mm，极板间的净距离宜为10mm左右，还原lg六价铬离子的极板消耗量按4-5g计算，电解槽的电极电路，按换向设计：
式中，F为单块极板面积，dm2；a为极板面积减少系数，采用0.8；m1为并联极板组数；m2为并联极板段数，iF为极板电流密度，采用0.15-0.3A/dm2。
阳极钛电板3和阴极钛电板4两极板间电压降按下式计算：U1＝a+biF，式中，a为电极表面分解电压，根据试验确定，当无试验资料时，a值可采用1V左右；b为板间电压计算系数，V/A，b值通过试验确定，当无试验资料时，如下表采用：
此外，电解槽采用的最高直流电压，应符合国家现行的有关直流安全电压标准、规范的规定计算电压可按下式计算：U＝nU1+U2；
式中，U为计算电压V；U1为极板间电压降，在3-5V范围内U2为导线电压降V。
如图2所示，原水通过原水输送泵进入配水穿孔管102进行配水，水流沿着水流箭头方向依次通过定制特殊结构阴/阳电极(303/302)，阴/阳电极(303/302)表面安装有冲洗喷头204，电极通过强制清垢装置11进行定时启动清垢，清垢器201具备计时及累计时功能，自动阀202进行联动控制，同时也可根据手动阀203实现清洗强度调节。原水输送泵启动后，电流整流器301启动，通过阴/阳电极(303/302)电解效果，电流强度和电压值可调。经多级阴/阳电极(303/302)催化氧化后，出水汇总进入出水堰槽103汇总后进入下步生化处理工序。
本发明高效电催化氧化装置及垃圾渗滤液高盐高有机废水处理方法利用电极的直接氧化和间接氧化作用来氧化降解难降解物质，使其氧化分解成为易降解、无毒害的物质。直接氧化是由水分子在阳极表面放电产生·OH基团，·OH基团与阳极附近的有机物发生氧化反应。间接氧化是指利用电化学反应产生的强氧化剂(如C1O-、高价金属离子等)，来氧化溶液中有机物。电催化氧化技术的去除机理可用图2表示。电催化氧化对所有的有机物均能进行反应，氧化能力强，效果稳定，特别适用于处理高浓度污水和含盐量较高的废水。
相比于其他高级氧化方法，本发明的高效电催化氧化法节能省时，既可以用于生物法的前处理，有效降解难降解的有机污染物，降低后续生化处理的难度，也可用于深度处理。该技术方法是当今废水处理的技术热点，是高浓度有机废水处理的新潮流、新工艺。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的仅为本发明的优选例，并不用来限制本发明，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界。
Claims (10)
1.高效电催化氧化装置，其特征在于：包括电催化氧化反应槽(1)，所述电催化氧化反应槽(1)内设置有出水堰(2)，所述电催化氧化反应槽(1)内设置有若干均匀等距且平行设置的阳极钛电板(3)和阴极钛电板(4)，阳极钛电板(3)和阴极钛电板(4)交错排列设置，所述阴极钛电板(4)的顶部连接有阴极电极铜导体(5)，阳极钛电板(3)的顶部连接有阳极电极铜导体(6)，所述电催化氧化反应槽(1)的外壁上安装有直流供电源(7)、电控箱(8)和强制清垢装置(11)，所述电催化氧化反应槽(1)的两侧壁上连接有进水口(9)和出水口(10)，所述阴极钛电板(4)上设置有清洗喷头(12)。
2.根据权利要求1所述的高效电催化氧化装置，其特征在于：所述电催化氧化反应槽(1)包括槽体(101)，所述槽体(101)的内部一侧安装有配水穿孔管(102)，所述槽体(101)内远离所述配水穿孔管(102)的一侧顶部设置有出水堰槽(103)。
3.根据权利要求2所述的高效电催化氧化装置，其特征在于：所述强制清垢装置(11)包括清垢器(201)，所述清垢器(201)的出水管上依次连接有自动阀(202)和手动阀(203)，所述清垢器(201)的出水管的外壁上设置有若干均匀等距排列的冲洗喷头(204)。
4.根据权利要求3所述的高效电催化氧化装置，其特征在于：所述槽体(101)的顶部安装有电流整流器(301)，所述槽体(101)内安装有阳电极(302)和阴电极(303)。
5.根据权利要求4所述的高效电催化氧化装置，其特征在于：所述阳电极(302)和阴电极(303)分别连接于所述电流整流器(301)的正极和负极。
6.垃圾渗滤液高盐高有机废水处理方法，包括权利要求1-5任意一项所述的高效电催化氧化装置，其特征在于：具体包括如下步骤：
S1：原水通过原水输送泵进入配水穿孔管(102)进行配水；
S2：水流沿着指定方向依次通过定制特殊结构阴/阳电极(303/302)，阴/阳电极(303/302)表面安装有冲洗喷头(204)；
S3：电极通过强制清垢装置(11)进行定时启动清垢，清垢器(201)具备计时及累计时功能，自动阀(202)进行联动控制，或根据手动阀(203)实现清洗强度调节；
S4：将原水输送泵启动后，将电流整流器(301)启动，通过阴/阳电极(303/302)电解效果，电流强度和电压值可调；
S5：经多级阴/阳电极(303/302)催化氧化后，出水汇总进入出水堰槽(103)汇总后进入下步生化处理工序。
7.根据权利要求6所述的垃圾渗滤液高盐高有机废水处理方法，其特征在于：所述电催化氧化反应槽(1)的有效容积按以下公式计算，且满足极板安装所需的空间：
W＝Qt/60，式中W为电解榷有效容积；t为电解历时，当废水中六价铬离子含世小于50mg/L时，t值为5-lOmin，当废水中六价铬离子含量为50-100mg/l时，t值为10-20min。
8.根据权利要求6所述的垃圾渗滤液高盐高有机废水处理方法，其特征在于：电流强度按下式计算：
式中I为计算电流A，Kc为1g六价铬离子还原为三价铬离子所需的电量通过试验确定，当无试验条件时，采用4-5A·h/gCr；Q为废水设计流量m3/h，C为废水中六价铬离子含量g/m3，n为电极串联次数，值应为串联极板数减1。
9.根据权利要求6所述的垃圾渗滤液高盐高有机废水处理方法，其特征在于：极板面积按下式计算，电解槽采用双极性电极、竖流式，并采用防腐和绝缘措施，极板的材料采用普通碳素钢板，厚度为3-5mm，极板间的净距离为10mm左右，还原lg六价铬离子的极板消耗量按4-5g计算，电解槽的电极电路，按换向设计：
式中，F为单块极板面积，dm2；a为极板面积减少系数，采用0.8；m1为并联极板组数；m2为并联极板段数，iF为极板电流密度，采用0.15-0.3A/dm2。
10.根据权利要求6所述的垃圾渗滤液高盐高有机废水处理方法，其特征在于：阳极钛电板(3)和阴极钛电板(4)两极板间电压降按下式计算：U1＝a+biF，式中，a为电极表面分解电压，根据试验确定，当无试验资料时，a值采用1V左右；b为板间电压计算系数，V/A，b值通过试验确定。
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