CN2804072Y - 电氧化生化法处理难降解高浓度有机废水的装置 - Google Patents

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一种电氧化生化法处理难降解高浓度有机废水的装置，包括预处理沉淀池和反应槽，其特征在于：所述的反应槽的入口区与出口区之间设置有中间设有通口的隔板，其中一区内设有一排横向通道，所述横向通道上下两侧设有正、负板状无孔电极；另一区内设有一列竖向网孔状电极，所述的两相邻的竖向网孔状电极的电性相反。本实用新型为污水处理提供了一种新的装置，所用设备简单，处理效率高，具有较大的应用推广价值。

Description

电氧化生化法处理难降解高浓度有机废水的装置
技术领域
本实用新型涉及一种电氧化生化法处理难降解高浓度有机废水的装置。
技术背景
生化法是目前污水处理中，应用最广、运行费用较省的方法。但是，由于废水中常含有一些有机物质(如芳香族的烃类、染料色素、腐殖酸、抗生素、含氯苯酚、有机磷农药等)，这些物质要么分子大结构复杂，难以被微生物降解；要么有毒性，抑制微生物的繁殖。因此，用生化法处理含有这些物质工业废水(如染料废水、农药厂废水、垃圾渗滤水、制药厂废水、炼钢厂焦炭生产车间的废水等)很难达到预期效果。对于这些工业废水，目前国内外较常用的方法是化学法。但是，用化学法最大的挑战是：运行费用高，而且对废水酸碱度要求严(如用Fenton试剂要求酸性条件pH＜3，用嗅氧要求碱性条件pH＞8)。面对这一挑战，近十年来，不少的科学家正研究开发其它的方法。其中，较引人注目的是利用含硼金刚石涂层电极法来氧化去除废水难降解的有机污染物。较早报道该方法的是德国材料化学家Frida和Schafer等在1999年国际电化学会义上提出的。2000年初瑞士科学家Gandini和Perret等经实验证实了，用金刚石涂层电极来处理含有机污染物的废水是可行的。以后其他国家学者包括美国、日本、意大利、西班牙等先后发表文章，阐明金刚石涂层电极比其它氧化电极(如以钛为基体带有PbO2或SeO2涂层的电极)在污水处理上的优越性。我国上海交通大学利用金刚石涂层电极(由不同材料做基体)进行模拟染料污水的实验，也发现了金刚石涂层电极在污水处理方面的开发应用前景，见专利号(01126814.X)。然而，国内外大多数的成果报道仅基于模拟试验，在实际工业应用时，用金刚石涂层电极处理污水尚有很多不足，主要体现以下几点：一是易形成污垢氧化膜：当用金刚石涂层电极处理工业污水(COD＞1000mg/l)连续运行8-10个小时，在电极上就形成一层污垢膜，这层膜起因有的是由污水中的SS吸附造成的，有的是由污染物在电极上氧化形成的，所形成的污垢膜可致使电极钝化，羟基、自由基产生少，处理效率降低；二是处理时间长，处理量少：试验调查表明，处理1升含COD 500毫克的废水，通常需要2-10个小时，这样的速率加上电氧化反应器容纳量的局限性，显然难以满足工厂的要求，尤其是那些日排放量达500吨以上的工厂；三是电耗大，运行费用高：调查表明，通过电氧化去除1公斤的COD需要耗电12-23度，平均16.5度，如果高浓度废水的COD是5000mg/l，去除该COD需耗能82度电，每度电按0.50元算，处理一顿水的运行成本要41元(还不包括去除其他污染物的费用)，显然，这样的运行成本企业很难承受的。基于以上的原因，目前用金刚石涂层电极处理污水尚未大规模运用到实际中去。
发明内容
本实用新型的目的在于为污水处理提供一种电氧化生化法处理难降解高浓度有机废水的装置，该装置把电氧化法和生化法结合起来，取长补短，让一方的优点克服另一方的缺点，先利用电流氧化法将难降解(或有毒)的有机污染物，通过控制水力停留时间，分解转化为小分子无毒的物质，再用生化法处理，从而使得废水中难降解的有机污染物得到高效率、低成本的去除。该装置中所用的反应槽通过改进电极组的布置排列，变动施加电场的形式和水流的方向，从而解决了金刚石涂层电极处理污水时存在的问题。
本实用新型的电氧化生化法处理难降解高浓度有机废水的装置，包括预处理沉淀池和反应槽，其特征在于：所述的反应槽的入口区与出口区之间设有通口的隔板，其中一区内设有一排横向通道，所述横向通道上下两侧设有正、负板状无孔电极；另一区内设有一列竖向网孔状电极，所述的两相邻的竖向网孔状电极的电性相反。
本实用新型的理论基础是：
(1)以铌或钛或其他物质做基体的含硼金刚石涂层电极有较宽的析氧电位，在电场作用下，水分子在阳极上分解产生羟基和氧自由基，其化学反应式如下：
式中的BDD代表含硼金刚石涂层电极(boron-doped diamond electrodes)；·OH是羟基自由基(hydroxyl radicals)；·O是氧自由基(free oxygen radicals)。·OH、·O自由基具有很强的氧化性，可分解破坏有机污染物分子的结构，使大分子变为小分子，使对微生物有抑制作用的有机污染物转为能被微生物降解的物质。
(2)电极所接的电源采用脉冲直流电源是为了提高处理效果，减少运行过程中，电极上污垢氧化膜的形成而造成电极钝化。
(3)反应槽内设置两组电极是为了使在第一区内没有得到氧化降解的有机大分子，在第二区能得到氧化，确保经电氧化预处理的水能顺利进行生化处理，不发生微生物繁殖被抑制的现象。
较之已有的技术，本实用新型具有以下优点：一是不受废水中有机污染物浓度高低和BOD5-COD比例的影响，去除效率高；二是受废水中的温度和pH的影响小；三是处理时间短、设备简单而操作灵活方便；四是运行成本低(通过电氧化生化法去除1公斤的COD仅需要1-3度电)。
附图说明
图1是本实用新型的流程示意图。
图2是本实用新型反应槽的构造示意图。
具体实施方式
实施例一：
本实施例是这样实现的：包括预处理沉淀池1和反应槽2，其特征在于：所述的反应槽2的入口区3与出口区4之间设置有中间设有通口5的隔板6，其中入口区3内设有一排横向通道7，所述横向通道7上下两侧设有正、负板状无孔电极8；出口区4内设有一列网孔为2mm的竖向网孔状电极9，所述的两相邻的竖向网孔状电极9的电性相反；所述的电极由镶置于薄塑料框10片的金刚石涂层电极构成。
本装置按下列方式连接：由进水管路N开始，接预处理沉淀池1后分两路，一路接反应槽2，另一路接污泥池11；经反应槽2后的管路接入生化反应池12，再接沉淀池13后分成三路，一路接储水池14，一路接生化反应池12，一路接污泥池11。
1.废水的预处理
处理的废水来自垃圾渗滤水(landfill leachate)，pH 10.80，色度600(倍)，SS 1260mg/l，NH4-N 2053mg/l，CODcr 11460mg/l，BOD5 765mg/l。考虑到废水含有较高的SS，容易造成电极钝化；同时也考虑到废水中高铵态氮浓度，可能造成后面的生化处理过程中微生物繁殖受抑制废，因此，在电氧化生化法处理前，废水经电絮凝和沸石粉土预处理(处理过程已超过本专利范围，在此不详述)。预处理后的水质为pH 9.62，色度200，SS 132mg/l，NH4-N 545mg/l，CODcr 3845mg/l，BOD5 284mg/l。
2.电氧化生化法处理步骤与过程
按前面具体实施方式所述，建立一个小型的处理装置(pilot-scale plant)。所用的反应槽为18cm宽，25cm深，50cm长。反应槽划分二个区，进水区的电极组是10片以铌为基体的板状金刚石涂层电极，所用的电极大小为10×20cm2、厚度为0.3cm，电极间距离为0.35-0.4毫米；出水区是10片以钛为基体的网状金刚石涂层电极(网孔2毫米)，电极大小为12×20cm2、厚度为0.25cm，每片电极嵌在一个有弹性塑料框里，电极间距离为9-10毫米。工作时，所加脉冲电压为12.5V，进水区电极脉冲电流强度约为100mA/cm2；出水区电极电流强度约为20mA/cm2。
经预处理后的垃圾渗滤水，流入反应槽，流量为4.5升/分钟(270升/小时)，在进水区，水流平行于电极面流过，水力停留时间是10秒；在出水区，水流是垂直于电极面流过的，水力停留时间是50秒。水流经反应槽电氧化后，集中在一个容积300升的小型生化反应池里(所用生化反应池为曝气池，内设穿孔管曝气搅拌)进行活性污泥法处理，所用的活性污泥是来自生活污水厂。生化反应池内的污泥浓度(MLSS)850mg/l，污泥沉降比30％，曝气时水气比1∶8，水力停留时间10小时。经曝气后，水从底部流入竖流式沉淀池，上清液从顶部流出，水力停留时间3小时。
为了做比较，了解电氧化的效果，在实施列中还增加一个试验，经预处理后的垃圾渗滤水没有流入反应槽，直接进入曝气池进行如上所述的生化处理。
3.水样分析与结果
取反应槽电氧化处理后水样，以及生化处理后水样，进行以COD为主的水质分析，其结果见表一。
                            表一不同处理形式处理后的水质状况
  水样取之不同处理形式   CODcr(mg/l)   BOD5(mg/l)   SS(mg/l)   pH   色度(倍)   NH4-N(mg/l)
  未经处理废水   11460   765   1260   10.8   600   2053
  预处理后   3845   284   132   9.42   250   545
  预处理+直接生化处理(出水)   1036   84   45   8.84   100   124
  预处理+电氧化处理(出水)   2983   804   115   8.12   160   276
  预处理+电氧化处理+生化处理   65   16   52   7.94   10   24
实施例二
进行实施例二的废水取自于漂染厂经初级沉淀池后的废水，其水质情况见表二。考虑到废水含有的SS不是很高，因此，废水没有预处理，直接导入反应槽进行电氧化处理，然后再进行生化处理。电氧化生化法处理步骤与过程和实施例一一样。处理后取水质分析，其结果见表二。
                 表二电氧化生化法处理后的水质状况
  水样取之不同处理形式   CODcr(mg/l)   BOD5(mg/l)   SS(mg/l)   pH   色度(倍)
  未经处理废水   2552   215   275   10.10   500
  电氧化处理后(出水)   1863   504   246   8.76   350
  再生化处理后(出水)   62   10   34   8.14   8
从实施一、二可以看出，废水BOD5/CODcr小，可生化性差，但经电氧化处理后，生化性大幅度提高。
本实用新型为污水处理提供了一种新的装置，所用设备简单，处理效率高，具有较大的应用推广价值。

Claims (5)

1.一种电氧化生化法处理难降解高浓度有机废水的装置，包括预处理沉淀池和反应槽，其特征在于：所述的反应槽的入口区与出口区之间设置有通口的隔板，其中一区内设有一排横向通道，所述横向通道上下两侧设有正、负板状无孔电极；另一区内设有一列竖向网孔状电极，所述的两相邻的竖向网孔状电极的电性相反。
2.根据权利要求1所述的电氧化生化法处理难降解高浓度有机废水的装置，其特征在于该装置包括预处理沉淀池、反应槽、生化反应池、沉淀池、污泥池、储水池及其连接管路，其连接方式如下：由进水管路开始，接预处理沉淀池后分两路，一路接反应槽，另一路接污泥池；经反应槽后的管路接入生化反应池，再接沉淀池后分成三路，一路接储水池，一路接生化反应池，一路接污泥池。
3.根据权利要求1所述的电氧化生化法处理难降解高浓度有机废水的装置，其特征在于每一区内设有4～6对电极，所述的电极由镶置于薄塑料框上的以铌或钛做基体的含硼金刚石涂层电极构成，其涂层厚度为2～5μm：通入的电源为脉冲直流电源，脉宽为0.01～0001秒，电流强度为20～150mA/cm2。
4.根据权利要求1所述的电氧化生化法处理难降解高浓度有机废水的装置，其特征在于所述的竖向网孔状电极的网孔为2～4mm。
5.根据权利要求1所述的电氧化生化法处理难降解高浓度有机废水的装置，其特征在于所述的竖向通道左右两电极间的距离为2.5～5mm，而两相邻横向网孔状电极的间距为8～10mm。
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