CN212356660U - 一种铁碳微电解耦合电化学水处理装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型为一种铁碳微电解耦合电化学水处理装置，包含铁碳微电解槽、沉淀槽、Y型过滤器、干燥装置，其上层设置电极箱、中层设置抽屉式铁碳填料箱、底层设置曝气管，铁碳微电解槽底部出口与沉淀槽上部连通，沉淀槽上层的上清液出口连接Y型过滤器入口，沉淀槽底部出口分为2路，1路与铁碳微电解槽上层连通，另1路与Y型过滤器入口连通，Y型过滤器的第一出口连接该干燥装置入口，本实用新型通过将电极箱与铁碳微电解槽耦合，对难降解有机废水进行快速的深度处理，处理速度快，出水品质高，同时对废水中的悬浮物也有去除作用。

Description

一种铁碳微电解耦合电化学水处理装置

技术领域

本实用新型属于水处理领域，涉及一种有机废水的处理装置，尤其涉及一种铁碳微电解耦合电化学水处理装置及处理方法。

背景技术

目前铁碳微电解被广泛应用于处理有机废水领域。铁碳微电解利用铁和碳之间的电位差对有机物进行降解，从而达到水处理的效果。

但是现有的方式大多数直接将有机废水通入铁碳微电解池，由于铁碳微电解的电位差较小，因此对有机废水的降解较为缓慢。另外，铁碳微电解填料容易析出铁和碳，主要以Fe³⁺离子形式和C单质形式存在于废水中，会造成水质二次污染，不利于环保要求。

如何在采用铁碳微电解方式处理有机废水，处理完成后尽量降低铁和碳的含量，是目前亟待解决的问题。

实用新型内容

本实用新型所解决的技术问题即在提出一种铁碳微电解耦合电化学水处理装置，可对难降解有机废水进行深度处理，处理速度快，出水品质高，同时对废水中的悬浮物也有去除作用。

本实用新型所采用的技术手段如下。

一种铁碳微电解耦合电化学水处理装置，至少包含：铁碳微电解槽，该铁碳微电解槽的上层设置电极箱、中层设置抽屉式铁碳填料箱、底层设置曝气管；沉淀槽，所述铁碳微电解槽的底部出口与该沉淀槽上部连通；Y型过滤器，所述沉淀槽上层的上清液出口连接Y型过滤器入口，所述沉淀槽底部出口分为2路，1路与所述铁碳微电解槽上层连通，另1路与Y型过滤器入口连通；干燥装置，所述Y型过滤器的第一出口连接该干燥装置入口。

进一步的，所述电极箱的框架采用多孔玻璃钢板，电极箱里的阳极、阴极可拆卸的设置在电极箱的顶板上，所述阳极为钛基金属氧化物电极，阴极为石墨毡电极。

进一步的，所述铁碳填料箱包含相连的卡合部和容置部，所述卡合部包含卡合侧板，该卡合侧板为玻璃钢板，在卡和侧板边沿围设有用于密封的橡胶垫片，所述容置部为矩形多孔玻璃钢框架，其与卡合侧板围成容置空间，该容置空间内设置至少1层多孔玻璃钢隔板，容置空间内放置铁碳填料。

进一步的，所述卡和侧板外侧还设有把手。

进一步的，所述铁碳微电解槽顶部设置排气孔。

进一步的，所述铁碳填料箱内的铁碳填料体积为填料箱容积的70-90％。

本实用新型所产生的有益效果如下。

1、本实用新型将电极箱与铁碳微电解槽耦合，先用电极箱将难降解的有机物降解后，关掉电极箱的电源，再用铁碳微电解降解小分子有机物。由此可见本实用新型相比现有较单纯的铁碳微电解槽，降解速度快，处理效率高。

2、本实用新型的铁碳微电解槽中采用可抽出的铁碳填料箱、电极箱，便于更换填料、清洗电极。

3、本实用新型中的铁碳微电解槽、铁碳填料箱、电极箱的主体材质均采用玻璃钢，强度高、耐腐蚀。

4、本实用新型在沉淀后采用过滤的方式，可去除有机废水的COD和悬浮物，提升可生化性，过滤后干燥所得的干料可作为铁碳微电解填料的原料，实现循环利用。

5、本实用新型的铁碳微电解槽产生Fe(OH)₃，由于Fe(OH)₃絮体具有絮凝作用，可去除废水中的悬浮物。

附图说明

图1为本实用新型的处理装置的结构示意图。

图2为本实用新型中抽屉式铁碳填料箱的结构示意图。

图3为图2中A-A方向的结构示意图。

具体实施方式

本实用新型保护一种铁碳微电解耦合电化学水处理装置，包含铁碳微电解槽11、沉淀槽21和干燥箱31。

铁碳微电解槽11的上层设置电极箱12、中层设置抽屉式铁碳填料箱13、底层插置多孔曝气管15。

电极箱12的框架采用多孔玻璃钢板，电极箱12里的阳极、阴极可拆卸的固定在电极箱12的顶板上，可抽出进行清洗和更换。阳极使用钛基金属氧化物电极，阴极使用石墨毡电极。

抽屉式的铁碳填料箱13包含相连的卡合部和容置部。结合图2及图3所示，卡合部包含卡合侧板131，其采用玻璃钢板。为了防止铁碳微电解槽内水泄露，在卡和侧板131边沿围设有橡胶垫片132。为了便于推拉，在卡和侧板131外侧还设有把手135。容置部为矩形多孔玻璃钢框架133，其与卡合侧板131围成容置空间，该容置空间内设置至少1层多孔玻璃钢隔板134，容置空间内放置铁碳填料14。优选地，铁碳填料14的体积为铁碳填料箱13容积的70％-90％。当铁碳填料14体积小于铁碳填料箱13容积的70％时，应及时补充铁碳填料14。

多孔曝气管15可采用UPVC材质，管外径为50-100mm，多孔曝气管15上孔的直径为3-5mm。

铁碳微电解槽11整体为长方体型，材质采用玻璃钢。顶板上有排气孔，该排气孔外连通排气管16，管外径为100-150mm。

铁碳微电解槽11底部出口与上述沉淀槽21的上部(即上清液层)连通，沉淀槽21底部(即浑浊液层)出口分为2路，1路与所述铁碳微电解槽11顶板连通，用于向铁碳微电解槽11回流液体；另1路与Y型过滤器22入口连通。

沉淀槽21的上清液层设有上清液出口，其连接Y型过滤器22的入口，Y型过滤器22的第一出口连接干燥箱31的入口，Y型过滤器22的第二出口用于排出过滤后的清水。

干燥箱31对上清液进行干燥处理，形成的干料可作为铁碳填料的原料。

应用上述处理装置，本实用新型还保护一种铁碳微电解耦合电化学水处理方法。至少包含如下步骤：

步骤a：有机废水进入铁碳微电解槽11，启动电极箱12通电10-20min，进行电解；

步骤b：停止电极箱12通电，经步骤a处理后的有机废水在铁碳微电解槽11内的停留时间为60-150min进行微电解；

步骤c：微电解反应完成之后，从铁碳微电解槽11底部抽出全部液体，进入沉淀槽21；

步骤d：沉淀槽21内液体的停留时间为10-20min；

步骤e：充分沉淀后，沉淀槽上清液通过Y型过滤器22，Y型过滤器22截留的杂质进入干燥箱31烘干，沉淀槽21底部浑浊液体控制10-20％(体积分数)回流至铁碳微电解槽11参与反应，其余浑浊液体进入Y型过滤器22。

上述步骤a中先启用电极箱12对有机废水进行电解，此步骤的电解过程主要针对有机废水中难降解的大分子有机物，将分子量大于500的大分子有机物先降解为分子量小于50的小分子有机物，当然同时通过电极箱12也可以降解小分子有机物。

上述步骤b中关闭电机箱12电源后，铁碳微电解开始发挥主要作用，此时微电解将小分子有机物降解为无机盐、水合二氧化碳。

在铁碳微电解槽11中，当有机废水与铁碳填料接触后将pH调为4-6，发生如下电化学反应：

阳极:Fe-2e→Fe²⁺

阴极:2H⁺+2e→H₂

当曝气时，发生如下反应：

阳极：4Fe²⁺+O₂+4H⁺→2H₂O+4Fe³⁺

阴极：O₂+4H⁺+4e→2H₂O

O₂+2H₂O+4e→4OH^-

由于有机废水与铁碳填料发生上述反应生成了Fe²⁺和Fe³⁺，在电极箱附近又会发生如下反应：

阳极：H₂O→·OH+H⁺+e

阴极：O₂+2H⁺+2e→H₂O₂

Fe²⁺+H₂O₂→Fe³⁺+·OH+OH^-

铁碳微电解的氧化电位为1-1.2V范围内。其中·OH为羟基自由基，氧化电位2.8V，具有极强的氧化能力，几乎能氧化所有有机物。在pH＞4的条件下，Fe³⁺会生成Fe(OH)₃絮体，对废水中污染物有絮凝作用。

在上述步骤d中，沉淀槽21底部浑浊液体中主要是含Fe(OH)₃和大量Fe³⁺的浑浊液，选用10-20％回流，其中的Fe³⁺会参与电极箱12的电解反应(Fe³⁺会催化H₂O₂产生·OH)，加速反应。同时沉淀槽21的上清液和另一部分底部浑浊液进入Y型过滤器22进行过滤，Y型过滤器22可除悬浮物和色度，其截留的杂质进入干燥箱31进行干燥，获得的干料中Fe(OH)₃为主要成分，可作为铁碳填料的原料。

由于废水为有机废水，污染物主要为有机固形物，制备铁碳填料需要加入粘结剂再经过高温烧结，在烧结的过程中有机固形物会分解为灰分(非常少)和水，由于有粘结剂的存在污染物几乎不会泄露，因此利用上述获得的干料制备铁碳填料对后续电解过程几乎无影响。

经过上述处理，有机废水中的COD去除率为90-99％，色度可去除掉70-90％，悬浮物去除率为90-99％，BOD/COD的值可提高0.1-0.3，提高了废水的可生化性。

以下给出具体实施例。

铁碳微电解槽11为长方体型，材质为玻璃钢。顶部有排气管16，管外径150mm。

铁碳填料箱13内的铁碳填料14体积为铁碳填料箱13容积的70％。当铁碳填料箱内的填料体积小于填料箱容积70％时，应补充填料。

多孔曝气管15为UPVC材质，管外径为100mm，曝气管上孔的直径为5mm。

在铁碳微电解槽11插好铁碳填料箱13，向曝气管15中通入空气后，按如下步骤进行处理：

(1)有机废水进入铁碳微电解槽11，启动电极箱12通电20min，进行电解；

(2)停止电极箱12通电，经(1)处理后的有机废水在铁碳微电解槽11内的停留时间为150min进行微电解；

(3)微电解反应完成之后，从铁碳微电解槽11底部抽出全部液体，进入沉淀槽21；

(4)沉淀槽21内液体的停留时间为20min；

(5)充分沉淀后，沉淀槽上清液通过Y型过滤器22，Y型过滤器22截留的杂质进入干燥箱31烘干后形成干料作为铁碳微填料14的原料，沉淀槽21底部浑浊液体控制20％回流至铁碳微电解槽11参与反应，其余浑浊液体进入Y型过滤器22。

当有机废水与铁碳填料接触后将pH调为4，发生如下电化学反应：

阳极:Fe-2e→Fe²⁺

阴极:2H⁺+2e→H₂

当曝气时，发生如下反应：

阳极：4Fe²⁺+O₂+4H⁺→2H₂O+4Fe³⁺

阴极：O₂+4H⁺+4e→2H₂O

O₂+2H₂O+4e→4OH^-

由于有机废水与铁碳填料14发生上述反应生成了Fe²⁺和Fe³⁺，在电极箱12附近又会发生如下反应：

阳极：H₂O→·OH+H⁺+e

阴极：O₂+2H⁺+2e→H₂O₂

Fe²⁺+H₂O₂→Fe³⁺+·OH+OH^-

以上述参数进行的处理过程，有机废水中的COD去除率为99％，色度去除90％，悬浮物去除率为99％，BOD/COD的值可提高0.3，提高了废水的可生化性。

Claims (6)

1.一种铁碳微电解耦合电化学水处理装置，其特征在于，至少包含：

铁碳微电解槽(11)，该铁碳微电解槽(11)的上层设置电极箱(12)、中层设置抽屉式铁碳填料箱(13)、底层设置曝气管；

沉淀槽(21)，所述铁碳微电解槽(11)的底部出口与该沉淀槽(21)上部连通；

Y型过滤器(22)，所述沉淀槽(21)上层的上清液出口连接Y型过滤器(22)入口，所述沉淀槽(21)底部出口分为2路，1路与所述铁碳微电解槽(11)上层连通，另1路与Y型过滤器(22)入口连通；

干燥装置，所述Y型过滤器(22)的第一出口连接该干燥装置入口。

2.如权利要求1所述的一种铁碳微电解耦合电化学水处理装置，其特征在于，所述电极箱(12)的框架采用多孔玻璃钢板，电极箱(12)里的阳极、阴极可拆卸的设置在电极箱(12)的顶板上，所述阳极为钛基金属氧化物电极，阴极为石墨毡电极。

3.如权利要求1所述的一种铁碳微电解耦合电化学水处理装置，其特征在于，所述铁碳填料箱(13)包含相连的卡合部和容置部，所述卡合部包含卡合侧板(131)，该卡合侧板(131)为玻璃钢板，在卡和侧板(131)边沿围设有用于密封的橡胶垫片(132)，所述容置部为矩形多孔玻璃钢框架(133)，其与卡合侧板(131)围成容置空间，该容置空间内设置至少1层多孔玻璃钢隔板(134)，容置空间内放置铁碳填料(14)。

4.如权利要求3所述的一种铁碳微电解耦合电化学水处理装置，其特征在于，所述卡和侧板(131)外侧还设有把手(135)。

5.如权利要求1所述的一种铁碳微电解耦合电化学水处理装置，其特征在于，所述铁碳微电解槽(11)顶部设置排气孔。

6.如权利要求1至5任一所述的一种铁碳微电解耦合电化学水处理装置，其特征在于，所述铁碳填料箱(13)内的铁碳填料(14)体积为填料箱容积的70-90％。

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