CN102826632A - 一种原位吸附-微电解-催化氧化的污水处理设备及方法 - Google Patents

Abstract

一种原位吸附-微电解-催化氧化的污水处理设备及方法，属于环境工程中的污水处理技术领域。其特征是吸附、电解和催化氧化设备一体化，将有机污染物从低浓度水相中富集到吸附剂上；利用吸附剂同时具有的良好导电性能，作为复极三维电极，组成无数的微型电解槽，在吸附有机物的同时电解有机污染物，吸附活性位被连续不断地再生；利用电绝缘材料使三维电极复极化，同时其具有的高级氧化催化功能，使水中溶解的气体氧化剂以及电极副反应产生的氧化剂形成高级氧化剂，高效脱除有机污染物。解决了传统电解反应器反应速率慢、时空效率低、电流效率低和污染物降解效率低的问题，投资少，效率高，具有极好的市场前景。

Description

一种原位吸附-微电解-催化氧化的污水处理设备及方法

技术领域

本发明属于环境工程中的污水处理技术领域，涉及一种吸附电解催化氧化的污水处理设备及方法。

背景技术

难降解有机污染物来源广泛。不仅包括传统意义上的各种污染源废水排放的难降解有机污染物，也包括常规生化处理二级出水中，生物降解过程次生的难降解污染物以及生物自身代谢的难降解污染物。这些难降解的有机污染物对土壤和水体环境危害极大。对难降解有机物废水的处理，最有效的处理技术为吸附处理和高级氧化处理技术（advanced oxidation processes, AOPs）。吸附处理技术简单，并能使废水达到很低的排放标准，但不能破坏污染物，还需要后续的吸附剂再生过程，以便吸附剂的重复利用，降低处理成本。通常，AOPs技术较复杂，但可以无选择性的矿化有机污染物，从而有效减少COD的排放。电解氧化技术同AOPs相比，具有操作简便、与环境兼容性强等优点。然而，电解氧化有机物与无机物相比，其摩尔的耗电量高，且矿化有机污染物速率低。而且，电解反应器通常限于二维电极, 以致反应器时空效率低。此外，电解氧化有机物的过程中，不可避免地伴随水的电解副反应，导致电流效率降低。

发明内容

本发明针对目前广泛存在的含难降解有机污染物的各种废水，提供了一种原位吸附-微电解-催化氧化处理难降解有机废水的方法与设备。其目的在于：（1）使吸附、电解和催化氧化设备一体化。在一体化设备中，同时进行吸附、电解和催化氧化过程，解决传统吸附和再生设备分离、化学再生、热再生等方法投资运行费用高等问题；（2）使电解反应器填料具有吸附剂、微电极和催化剂的三重功能性，解决传统电解反应器反应速率慢、时空效率低、电流效率低和污染物降解效率低的问题。因此，本发明对于节能减排具有重要的现实意义。

本发明的基本技术特性是，在馈电电极之间填充混合填料，混合填料由填料材料和催化剂组成，混合填料具有吸附、导电、电绝缘以及催化特性，利用：（1）吸附性能，将有机污染物从低浓度水相中富集到吸附材料上；（2）吸附材料同时具有的良好导电性能，作为复极三维电极，组成无数的微型电解槽，在吸附有机物的同时电解有机污染物，吸附活性位被连续不断地再生；（3）电绝缘材料使三维电极复极化，同时其具有的高级氧化催化功能，使水中溶解的气体氧化剂以及电极副反应产生的氧化剂形成高级氧化剂，高效脱除有机污染物。

本发明的技术解决方案如下：

本发明所述一种原位吸附-微电解-催化氧化的污水处理设备，采用固定床箱式电解槽结构形式，槽体为长方形；正、负馈电电极为平板状，垂直平行交替放置在槽内，在馈电电极之间充填混合填料。电源用稳压直流电源，脉动直流电源或高频脉冲直流电源，视处理对象和水质不同而异，电源电压采用 36 伏以下的安全电压。在实际工程运用当中，根据处理水量的大小确定正、负馈电电极对数。小型设备采用一对正、负馈电电极。当处理水量比较大时，往往需要大型设备以满足相应的处理规模，采用多对正、负馈电电极，以便于在低电压（36V）下工作，使电场强度在1～10v/cm。馈电电极材料用惰性材料、贵重金属材料或钢材，视使用场合和电流密度大小而定。

本发明所述的污水处理设备，包括设备支架，下封头，下填料支撑板，下法兰，下法兰螺栓，电极卡槽，上法兰螺栓，上支撑板，上法兰，电极引线，平板电极，上封头，反冲洗水出口，出水管，设备主体，混合填料，进水口，反冲洗水入口。其中，反冲洗水入口和进水口设置在下封头上，反冲洗水出口设置在上封头上；混合填料受下填料支撑板的承托，装填在设备主体内部，混合填料层高度为下填料支撑板与上支撑板间距的1/3至3/4；在混合填料层上端各正、负馈电电极之间设有出水口，各出水口与出水管相连。

本发明所述污水处理设备的污水处理方法是，待处理污水从进水口流入设备，经过混合填料层发生吸附-微电解-催化氧化反应，净化水从出水管排出。待处理污水的水力停留时间在0.5-3小时内变化，主要取决于原水污染物浓度：污染物浓度高时停留时间较长，浓度低时停留时间较短；同时也与所需要的处理出水水质要求有关：出水水质要求越高，停留时间越长。当电流效率下降时进行反冲洗，将水从反冲洗水进口引入设备，冲洗混合填料层后，从反冲洗水出口排出。

本发明所述的污水处理设备，其混合填料由填料材料和催化剂组成；填料材料具有吸附、导电、电绝缘的特性，包括沸石、石英砂、活性炭、石墨、焦炭、磺化煤、硅胶、分子筛、氧化铝或树脂，泥炭、果壳、PVC塑料、废旧塑料，某些填料材料具有双重材料特性；催化剂担载在电绝缘材料的表面上，催化剂包括氧化铁、氧化铜或铁离子、铜离子。混合填料比例为：导电材料或吸附材料/电绝缘材料=1/1-1/10, 催化剂/电绝缘材料=1/10-1/1000，填料材料粒径为：8-100目。

本发明的有益效果是：

本发明的污水处理设备适用处理的污水类型范围广。该设备可用于包括：石油、化工、印染、机械加工等工业污水的处理，城市生活污水、饭店宾馆生活及洗浴污水处理，给水净化，中水回用等过程。可用于脱除各类有机污染物，特别是生化处理过程中对生物有抑制作用的污染物的脱除、生物代谢产物的脱除、微量有机物的脱除。

本发明的污水处理设备适用处理的污水浓度范围广。对于化学需氧量（COD） 大于 1000mg/L 的高浓度有机污水，该设备可于污水的预处理，使污水的COD减少 、可生化性提高，利于污水的后序处理过程。对于COD 小于 500mg/L的低浓度有机污水，特别是采用生化处理后残留的生物不可降解污染物，该设备特别有效，可以使排水污染物浓度进一步降低，达到排放标准。该设备还可用于COD 小于 100mg/L的轻度污水的深度处理，以达到回用水水质要求。

本发明的污水处理设备污水处理成本低。该设备对污水的处理成本，主要取决于污染物的浓度和导电离子强度。只要无机盐浓度不大于2000mg/L，导电离子强度不高、电导率不大、漏电电流较低，以处理COD 在1000mg/L 以下的污水为例，电耗在 0.2-0.8KWH/吨水。

本发明的污水处理设备，处理过程简单，可实现连续操作、自动控制，基本不需要人工维护与操作。

附图说明

图1 为本发明的污水处理设备结构及外形图。

具体实施方式

实施例1

采用该技术对石化炼油企业污水进行深度处理回用。所用设备的阴极和阳极均为石墨，电源为直流电源，以活性炭和担载铁沸石为混合填料，混合填料比例为：活性炭／担载铁沸石＝1/3，铁/沸石=1/200，粒度为10目。原始炼油污水经常规二级生物处理后COD含量在100mg/L以下。经二级生物处理后的污水连续进入该设备进行深度处理，水力停留时间为1小时，出水COD含量在20～30mg/L，低于炼油化工企业污水回用管理导则中初级再生水水质标准40mg/L，电耗为0.6KWH/吨水。该水可回用于循环水补水。

实施例2

采用该技术对油田采油污水的深度处理。所用设备的阳极为石墨，阴极为碳钢，电源为直流电源，以活性炭和石英砂为混合填料，混合填料比例为：活性炭／石英砂＝ 1 / 2，粒度为 10-20 目。原始含油污水经除油罐去除浮油，再经砂滤工序预处理后，油含量在100mg/L以下。经预处理后的污水连续进入该设备进行深度处理，水力停留时间 1 小时，出水油含量在 2-3 mg/L，低于油田回用水标准5mg/L，电耗为0.6KWH/吨水。该水可经脱盐后回注于油田。

实施例3

采用该技术对生活污水的深度处理。所用设备的阴极和阳极均为石墨，电源为直流电源，以活性炭和磺化煤为混合填料，混合填料比例为：活性炭／磺化煤＝ 1 / 2 ，粒度为 10-16目。COD为 200-300mg/L的生活污水，经沉降、生化处理后，COD减少至100mg/L左右。经二级生物处理后的污水连续进入该设备进行深度处理，水力停留时间1小时，出水COD小于50mg/L，达到国家城镇污水处理厂中水回用标准，电耗0.5KWH/吨水。该水可作为中水回用。

Claims (5)

1.一种原位吸附-微电解-催化氧化的污水处理设备，其特征在于：该污水处理设备采用固定床箱式电解槽结构，槽体为长方形；至少一对平板状的正、负馈电电极，垂直平行交替放置在槽内，在馈电电极之间充填混合填料；电源用稳压直流电源、脉动直流电源或高频脉冲直流电源，电源电压36 伏以下，电场强度在1～10伏/厘米；馈电电极材料用惰性材料、贵重金属材料或钢材。

2.根据权利要求1所述的污水处理设备，包括设备支架，下封头，下填料支撑板，下法兰，下法兰螺栓，电极卡槽，上法兰螺栓，上支撑板，上法兰，电极引线，平板电极，上封头，反冲洗水出口，出水管，混合填料，设备主体，进水口，反冲洗水入口；其特征在于： 反冲洗水入口和进水口设置在下封头上，反冲洗水出口设置在上封头上；混合填料受下填料支撑板的承托，装填在设备主体内部，混合填料层高度为下填料支撑板与上支撑板间距的1/3至3/4；在混合填料层上端各正、负馈电电极之间设有出水口，各出水口与出水管相连。

3.根据权利要求1或2所述的污水处理设备，其特征还在于：混合填料由填料材料和催化剂组成；填料材料具有吸附、导电和电绝缘的特性，包括沸石、石英砂、活性炭、石墨、焦炭、磺化煤、硅胶、分子筛、氧化铝或树脂，泥炭、果壳、PVC塑料、废旧塑料；催化剂担载在电绝缘材料的表面上，催化剂包括氧化铁、氧化铜或铁离子、铜离子；混合填料比例为：导电材料或吸附材料/电绝缘材料=1/1-1/10, 催化剂/电绝缘材料=1/10-1/1000，填料材料粒径为：8-100目。

4.权利要求1或2所述污水处理设备的污水处理方法，其特征在于：待处理污水从进水口流入设备，经过混合填料层发生吸附-微电解-催化氧化反应，净化水从出水管排出；待处理污水的水力停留时间在0.5-3小时；当电流效率下降时进行反冲洗，将水从反冲洗水进口引入设备，冲洗混合填料层后，从反冲洗水出口排出。

5.权利要求3所述污水处理设备的污水处理方法，其特征在于：待处理污水从进水口流入设备，经过混合填料层发生吸附-微电解-催化氧化反应，净化水从出水管排出；待处理污水的水力停留时间在0.5-3小时；当电流效率下降时进行反冲洗，将水从反冲洗水进口引入设备，冲洗混合填料层后，从反冲洗水出口排出。

Images