CN111533368A - 污水的处理方法 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及一种污水的处理方法,包括:前处理:对污水进行前处理;催化电解:在阴极板和涂有催化剂的阳极板作用下,对污水进行催化电解以生成氧化性物质;接触:污水与氧化性物质接触。本申请处理方法主要采用催化电解生成的氧化性物质降解水中的污染物质、藻类、病毒、细菌以及微生物,效率高、处理时间短,且催化电解技术性能稳定,所以本申请的处理方法也不受水体污染程度的影响。
Description
技术领域
本申请涉及水处理领域,具体涉及一种污水的处理方法。
背景技术
污水处理是为使污水达到排入某一水体或再次使用的水质要求对其进行净化的过程。污水处理被广泛应用于建筑、农业、交通、能源、石化、环保、城市景观、医疗、餐饮等各个领域。处理污水的方法一般可归纳为物理法、化学法和生物法等。由于不同行业的污水水质水量也有很大的差别,因此,不同行业的污水、相同行业的不同水量的污水处理方法和工艺也有所不同。
发明内容
本申请的目的在于提供一种污水处理方法。
本申请提供了一种污水的处理方法,其中,包括:
前处理:对所述污水进行前处理;
催化电解:在阴极板和涂有催化剂的阳极板作用下,对所述污水进行催化电解以生成氧化性物质;
接触:所述污水与所述氧化性物质接触;
其中,所述催化剂由以下步骤制得:
在SnC2O4物料中加入去离子水,搅拌均匀后获得第一浆料;
在所述第一浆料中加入Sb2O3,加热并搅拌均匀后获得第二浆料;
将所述第二浆料加热,并在所述第二浆料中加入Ni(CH3COO)2·4H2O和/或Co(CH3COO)2·4H2O和/或Cu(CH3COO)2·H2O和/或Fe(CH3COO)2,搅拌均匀后获得第三浆料;
将所述第三浆料加热至50℃~90℃,然后加入双氧水,继续搅拌至反应结束后停止加热,待物料沉淀完全后,取上层悬浮液,获得所述催化剂,
通过烧结方式,将所述催化剂负载在阳极板上制成所述涂有催化剂的阳极板。
可选地,根据上述的处理方法,其中,进行所述前处理后再进行所述催化电解。
可选地,根据上述的处理方法,其中,所述催化电解还包括:在涂有催化剂的电极板作用下,对所述污水中的污染物进行催化电解,所述污染物包括苯、氨氮和/或磷酸二乙酯。
可选地,根据上述的处理方法,其中,
所述前处理包括选自酸碱中和、格栅过滤、混凝沉淀、蒸发、水解酸化和混合均质中的一种或多种;
所述前处理包括选自物化前处理和生物前处理中的一种或两种;
所述物化前处理选自混凝、气浮、吹脱、吸附、离子交换、蒸发和膜过滤处理装置中的一种或多种;
所述生物前处理选自生物化学处理、生物絮凝处理、生物吸附处理、好氧生物处理和厌氧生物处理中的一种或多种。
可选地,根据上述的处理方法,其中,还包括后处理,所述后处理为对所述污水进行后处理;
所述后处理选自过滤、混凝沉淀、活性炭吸附、好氧微生物处理和膜处理中的一种或多种。
可选地,根据上述的处理方法,其中,
所述氧化性物质包括:O3、·OH和H2O2;
所述氧化性物质为气态和/或液态。
可选地,根据上述的处理方法,其中,所述在SnC2O4物料中加入去离子水,搅拌均匀后获得第一浆料,包括:
在400~1500重量份的SnC2O4中加入400~1600重量份的去离子水,搅拌均匀,获得所述第一浆料。
可选地,根据上述的处理方法,其中,所述在所述第一浆料中加入Sb2O3,加热并搅拌均匀后获得第二浆料,包括:
在所述第一浆料中加入20~100重量份的Sb2O3,加热至40~50℃,搅拌均匀,获得所述第二浆料。
可选地,根据上述的处理方法,其中,在所述催化电解中,所述污水流量为300~600m3/h,所述污水的COD浓度180~200mg/L,100~240组所述阴极板和所述涂有催化剂的阳极板,所述阴极板和所述阳极板的尺寸为100*100*5mm,电流900~1100A,电压5~10V,催化电解时间为1h。
本申请的处理方法主要采用催化电解生成的氧化性物质降解水中的污染物质、藻类、病毒、细菌以及微生物,效率高、处理时间短,且催化电解技术性能稳定,所以本申请的处理方法也不受水体污染程度的影响。
附图说明
图1为本申请实施例的污水的处理方法流程图;
图2为本申请提供的一种催化剂的制备方法;
图3为本申请实施例的污水的处理***的结构示意图;
图4为本申请实施例的污水的处理***的结构示意图;
图5为本申请实施例的污水的处理***的结构示意图;
图6为本申请实施例的污水的处理***的结构示意图;
图7为本申请实施例的污水的处理***的结构示意图;
图8为本申请实施例的污水的处理***的结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图和实施例,对本申请的具体实施方式进行更加详细的说明,以便能够更好地理解本申请的方案以及其各个方面的优点。然而,以下描述的具体实施方式和实施例仅是说明的目的,而不是对本申请的限制。
本申请提及的方法中各步骤的执行顺序,除特别说明外,并不限于本文的文字所体现出来的顺序,也就是说,各个步骤的执行顺序是可以改变的,而且两个步骤之间根据需要可以***其他步骤。
本申请中所述的“连接”、“相连”等,除非另有明确的规定或限定,应作广义理解,可以是直接相连,也可以是通过中间媒介相连,可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言,可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。在本申请的描述中,需要理解的是,“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶端”、“底端”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系,仅是为了便于描述本申请和简化描述,而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作,因此不能理解为对本申请的限制。
下文的公开提供了许多不同的实施方式或例子用来实现本申请的不同结构。为了简化本申请的公开,下文中对特定例子的部件和设置进行描述。当然,它们仅仅为示例,并且目的不在于限制本申请。此外,本申请可以在不同例子中重复参考数字和/或参考字母,这种重复是为了简化和清楚的目的,其本身不指示所讨论各种实施方式和/或设置之间的关系。此外,本申请提供了的各种特定的工艺和材料的例子,但是本领域普通技术人员可以意识到其他工艺的应用和/或其他材料的使用。
本申请提供了一种污水的处理方法,示例性包括:
S110对污水进行前处理。前处理可以去除水体中的颗粒物或胶体,例如酸碱中和、格栅过滤、混凝沉淀、蒸发、水解酸化和混合均质等。
S120在涂有催化剂的电极板作用下,对所述污水进行催化电解以生成氧化性物质。催化电解是指利用催化电解法(Catalysis and Electrolysis)来制备氧化性物质,即通过在电解装置中添加适宜的催化剂,有效促进电极催化氧化的效率(如一些金属氧化物催化剂)。
S130所述污水与所述氧化性物质接触。在该步骤中,步骤S120产生的气态和/或液态氧化性物质对所述污水进行处理。电解产生的氧化性物质可以和水中有机物、氮、磷等物质反应,也能快速杀灭藻类、病毒、细菌等微生物。
如无特别说明,本申请并没有限制上述方法中步骤的顺序,例如可以先进行S110再进行S120,也可以先进行S120再进行S110。
图1示出了本申请实施例的污水的处理方法流程图。
参见图1,本申请的污水的处理方法除了包括步骤S110、S120、S130以外,还包括:S140对与所述氧化性物质接触后的污水进行后处理,例如可以包括过滤进一步去除水中的颗粒物;混凝沉淀,以去除水体中的胶体;活性炭吸附,依靠活性炭巨大的比表面积吸附水中的污染物。又例如还可采用好氧微生物处理和膜处理。后处理可以有效降低处理的负荷,降低使用成本,尤其是处于步骤S130之后。
根据一些实施例,步骤S120还包括在涂有催化剂的电极板作用下,对所述污水中的污染物进行催化电解,所述污染物包括苯、氨氮、磷酸二乙脂。
上述污染物进行催化电解的反应例如如下所述:
5O3+C6H6=6CO2+3H2O;2NH3+O3=N2+3H2O;·OH+NH3=H2O+·NH2;·OH+·NH2=NH2OHC4H11O4P+4O3=4CO2+4H2O+H3PO4。
根据一些实施例,在步骤S120中,所述污水流量为300~600m3/h,所述污水的COD浓度180~200mg/L,100~240组所述阴极板和所述涂有催化剂的阳极板,所述阴极板和所述阳极板的尺寸为100*100*5mm,电流900~1100A,电压5~10V,催化电解时间为1h。催化电解后污水的COD值小于30mg/L。
根据一些实施例,步骤S120为采用催化电解装置对所述污水进行催化电解。所述催化电解装置设置有供电单元和电极组件,所述电极组件与所述供电单元相连,所述电极组件包括电极板,所述电极板包括阴极板和带有所述催化剂膜层的阳极板,所述供电单元用于向所述催化电解装置供电。所述电极板在所述催化电解装置中呈竖直放置,在所述催化电解中,所述污水由所述催化电解装置的底部进入,自下而上流过所述电极板,提高污水中的污染物和本装置电解产物的接触效率,促进反应。
所述催化电解装置的规模由所述污水体积和所述污水中污染物浓度决定,所述规模包括所述催化电解装置容置所述污水的空间大小、所述电极组件数目、所述电极组件的运行条件。例如,当污水水量为500~800m3/h,COD浓度为150~200mg/L,需要降低至50mg/L以下,催化电解处理时间为1h,则根据计算所得,催化电解解装置容置所述污水的空间为600~1000m3,100~240组电极组件,电极组件尺寸为100*100*5mm,电流500~1200A,电压5~10V,氧化性物质生成速率为100~120g/h。
催化电解在本申请处理方法中发挥主要作用,催化电解生成的氧化性物质可以降解水中的污染物质、藻类、病毒、细菌以及微生物。由于催化电解属于电化学反应,速度快,效率高,因此采用本申请处理方法处理污水效率高、处理时间短。且催化电解技术性能稳定,所以本申请的处理方法也不受水体污染程度的影响。
根据示例性实施例,催化电解反应主要为:
阳极反应:
H2O-e-=·OH+H+
3·OH-3e-=O3+3H+
阴极反应:
O2+2H++2e-=H2O2
在此反应过程中,阴极反应所需的氧气来自于水体中不断溶解的氧。阴极反应所需的H+来自于水和阳极反应产生的H+。在催化剂的催化下,电解过程中不会产生有害气体。可见,在催化剂的作用下,可生成氧化性物质·OH、O3和H2O2。
上述反应生成的氧化性物质不但可以分解不易降解的聚氯联苯、苯酚、萘等多种芳烃和不饱和链烃,且可快速杀灭藻类、病毒、细菌等微生物,反应过程中产生的微气泡还可快速将不溶的颗粒物质气浮去除,因此可用于处理污水。
图2示出了本申请提供的一种催化剂的制备方法。
参见图2,根据示例性实施例,所述催化剂由以下步骤制得:
(1)往SnC2O4中加入去离子水,搅拌均匀后获得第一浆料。
例如,可往400~1500重量份的SnC2O4中加入400~1600重量份的去离子水,搅拌5~10min至均匀,获得所述第一浆料。
可选地,还能够选用其它含Sn的正二价化合物代替SnC2O4。
(2)往第一浆料中加入Sb2O3,加热并搅拌均匀后获得第二浆料。
例如,可往第一浆料中加入20~100重量份的Sb2O3,加热至40℃~50℃,并搅拌5~10min至均匀,获得所述第二浆料。
可选地,还能够选用其它含Sb的正三价化合物代替Sb2O3。
(3)将第二浆料加热,并往第二浆料中加入Ni(CH3COO)2·4H2O,搅拌均匀后获得第三浆料。
例如,可将第二浆料加热至40℃~50℃,然后加入1~3重量份的Ni(CH3COO)2·4H2O,搅拌均匀后获得第三浆料。在此温度下,Ni(CH3COO)2·4H2O能更好的溶解于体系中。
可选地,还能够选用其它含Ni的正二价化合物代替Ni(CH3COO)2·4H2O,或者选用其他乙酸基化合物,例如:Co(CH3COO)2·4H2O和/或Cu(CH3COO)2·H2O和/或Fe(CH3COO)2。
可选地,(3)可为:
将第二浆料加热至40℃~50℃,然后加入1~3重量份的Ni(CH3COO)2·4H2O,并继续加热;
待温度到达50℃~60℃,再加入1~3重量份的Co(CH3COO)2·4H2O或Cu(CH3COO)2·H2O,搅拌均匀后获得第三浆料。在此温度下,可获得分布更加均匀,且颗粒更小的第三浆料。
或者,可选地,(3)可为:
将第二浆料加热至50℃~60℃,然后加入1~3重量份的Cu(CH3COO)2·H2O,搅拌均匀后获得第三浆料。
或者,可选地,(3)可为:
将第二浆料加热至40℃~50℃,然后加入1~3重量份的Ni(CH3COO)2·4H2O,并继续加热;
待温度到达50℃~60℃,再加入3~5重量份的Fe(CH3COO)2,搅拌均匀后获得所述第三浆料。
(4)将第三浆料加热至50℃~90℃,然后加入双氧水,继续搅拌至反应结束后停止加热,待反应釜内物料沉淀完全后,取上层悬浮液,获得所述催化剂。
本申请中,往加热后的第三浆料中加入双氧水,能使加入的物料更彻底的氧化,从而获得性能更优的催化剂。
例如,可将第三浆料加热至50℃~90℃,然后加入5~70重量份的双氧水,继续搅拌1h~3h后停止加热,待反应釜内物料沉淀完全后,取上层悬浮液,获得所述催化剂。
可选地,双氧水的浓度为3%~70%。在此浓度,能使物料氧化到一定程度,获得的催化剂的效果最优。
根据一些实施例,在步骤S120中催化电解中,氧化性物质生成速率与电流、电极组件数目等有关。例如,电极组件数目300组,电极组件尺寸为100*100*5mm,电压12V,电流1500A,氧化性物质生成速率1620g/h.
根据一些实施例,步骤S120中催化电解的处理时间与氧化性物质生成速率、待处理的污水体积、待处理的污水的污染程度有关。例如,池塘水量800m3,水中COD浓度150mg/L,根据本方法,处理48小时即可达到地表水水质标准三类水,即COD浓度小于20mg/L。
根据一些实施例,步骤S110中的前处理选自物化前处理、生物前处理中的一种或多种。物化前处理选自混凝、气浮、吹脱、吸附、离子交换、蒸发和膜过滤中的一种或多种。生物前处理选自生物化学处理、生物絮凝处理、生物吸附处理、需氧生物处理和厌氧生物处理中的一种或多种。
根据不同来源的污水,可对上述污水处理方法步骤进行选取和调整,以适应不同种类污水的特性,更高效地处理污水。
例如,当污水为景观娱乐用水,上述处理方法包括:
对污水进行过滤。
在涂有催化剂的电极作用下,对所述前处理后的污水进行催化电解以生成氧化性物质。
所述前处理后的污水与所述氧化性物质接触。
对与所述氧化性物质接触后的污水进行过滤、混凝沉淀和/或活性炭吸附。
景观娱乐用水是指用于以景观、疗养、度假和娱乐为目的的江、河、湖(水库)、海水水体或其中一部分。市面上的景观娱乐用水处理工艺普遍采用“过滤→杀菌消毒(如紫外、加氯等)→微生物”或直接“过滤→微生物”的流程,即景观娱乐用水中的颗粒不溶物通过过滤去除,水中的藻类等微生物通过紫外、含氯消毒剂等杀灭,除此之外通过培养硝化细菌等特定微生物来分解水中的污染物质(例如:有机物、氮、磷等)。但目前“过滤→杀菌消毒→微生物”的处理流程,在实际应用中有些不可避免的问题。例如,根据水体受污染程度不同,其承担过滤作用的材料会有不同程度的堵塞,若不及时更换(或清洗)会影响处理效果。而紫外的杀菌作用受距离的影响,只有紫外灯表面附近的杀菌效果较好,在水体的透明度不高时,也会干扰紫外的杀菌效果。硝化细菌(微生物)是水处理中应用广泛的技术之一,成本低廉,但细菌作为生物,影响其生长(代谢)的因素有很多,例如温度、营养物质浓度、pH等,并且通过微生物代谢分解物质的时间周期很长(通常一个月以上)。
针对上述技术问题,本申请提供了一种将污水经过“前处理(如:过滤)→催化电解→后处理(如:混凝)”的处理流程,将水体中的污染物质分解后再将水回流或用作他用、排放等,从而达到处理水体的新型工艺流程。通过核心技术——催化电解氧化技术可直接在水中催化电解生成氧化剂(臭氧、羟基、双氧水等)。按照本申请提供的处理方法,污水只需经过“过滤→催化电解→混凝”后便可有效去除水中的污染物、藻类、异味、臭味等。
又例如,当污水为水产养殖污水时,上述污水处理方法可包括:
对污水进行过滤,以去除污水中的粗颗粒、悬浮物等。
对所述过滤后的污水进行前处理,例如物化前处理、生物前处理等。
在催化剂作用下,对所述前处理后的污水进行电解氧化以生成氧化性物质。
所述前处理后的污水与所述氧化性物质接触。
该处理方法尤其适合处理水产养殖污水。与城市生活污水和工业废水相比,水产养殖水污染有其独特的特点,例如潜在污染物含量低、一次排水量大、与常见陆源污水存在差异,处理难度大大增加。现有技术中,水产养殖污水处理的方法主要有物理处理法、化学处理法、物理化学处理法等方法。虽然这些处理方法都是成熟的水产养殖污水的处理方法,但是各种方法还是存在一定的局限性,难以彻底除去水产养殖污水中的污染物。比如物理处理法,其中的过滤法只能除去养殖污水中的残余饲料和***物,对于其中小颗粒污染物则难以除去;化学处理法中的投加药剂,虽然可以针对性地去除其中的污染物,但药剂本身也会导致二次污染,同时成本较大。而本申请的处理方法流程简单,运行费用低,其中生成的氧化性物质绿色无残留且整个过程中无需添加药剂,所以不会引入二次污染。
再例如,当污水为酒厂废水时,上述污水处理方法可包括:
对污水进行过滤脱渣,去除废水中粗颗粒的悬浮物,该悬浮物可回收作为饲料或肥料
对所述过滤后的污水进行均质混合。酒水生产以水为介质,以白酒为例,其产生的废水可以分为两部分,一部分为高浓度有机废水(包括蒸馏锅底水、发酵盲沟水、蒸馏工段地面冲洗水、地下酒库渗漏水、酿酒工艺操作期间的冲洗水和浸泡水等),是一种胶状溶液,有机物和悬浮物都很高;另一部分为低浓度有机废水,包括冷却水、清洗水等。将高低浓度废水进行均质混合,保证后续环节的稳定进水。
对均质混合后的污水进行生物前处理,以降解其中的有机物和氨氮、将大分子有机物降解成小分子有机物以提高废水的可生化性,提高后续环节或电解氧化的效果。
对一次前处理后的污水进行电解氧化处理。在负载有催化剂的极板作用下,对污水进行电解氧化以生成强氧化性物质,降低COD,去除有机物、无机物、氮和磷;同时对废水进行脱色,除臭。最终达到排放或回用要求。
尽管我国的酿酒废水治理已有十余年的探索,但总体情况不尽人意。首先,酿酒行业治污比例较低,许多小型乡镇酒厂废水根本没有处理。其次,大型酒业废水处理设施一次性投入高,工艺复杂,调试时间长,管理要求高,处理成本高。许多酒厂的废水处理工艺往往并没有达到预期效果或因扩建负荷不足,还需要不断技改甚至重建。那么,相比现有的处理工艺,本申请的处理方法简单,处理效果稳定、运行费用低,操作维护简易,占地面积小,投资费用低。除此以外,处理方法所使用的电解氧化池具有很高的负荷能力,可以灵活调控应对复杂水质。
本申请还公开了一种采用上述方法处理污水的处理***。
图3A示出了该处理***的一种实施例的结构示意图。
参见图3A,该处理***示例性地包括依次连接的前处理装置31和催化电解装置32。
前处理装置31例如可包括为过滤装置,用于去除污水中的不溶颗粒物等,也可包括调节池、酸碱中和池、蒸发池、水解酸化池、物化前处理装置、生物前处理装置和/或混凝沉淀池。过滤装置的结构包括进水口,过滤层,出水口及滤渣收集装置。
根据一些实施例,前处理装置为物化前处理装置,其选自混凝、气浮、吹脱、吸附、离子交换、蒸发和膜过滤处理装置中的一种或多种。
根据一些实施例,前处理装置为生物前处理装置,其选自生物化学处理、生物絮凝处理、生物吸附处理、好氧生物处理和厌氧生物处理装置中的一种或多种。
催化电解装置32设置有供电单元、控制单元和电极组件,所述电极组件与所述供电单元、所述控制单元相连。电极组件包括电极板和连接件,所述电极板包括阴极板和带有催化剂膜层的阳极板,所述连接件用于连接所述阴极板和所述带有催化剂膜层的阳极板,所述电极组件用于将所述污水进行催化电解以生成氧化性物质。根据一些实施例,该供电单元的电源特性可以是恒压、恒流以及恒功率中的一种或多种。
根据一些实施例,阳极板的基层为耐高温耐腐蚀的导电材料,例如钛金属、陶瓷等,在其表面涂覆前述催化剂,然后进行热解,重复涂覆和热解,获得催化剂膜层。再对催化剂膜层进行烧结,获得阳极板。
热解和烧结可在马弗炉内进行。可选地,热解温度为300℃~500℃,热解时间为1h~4h。可选地,烧结温度为600℃~700℃,烧结时间为60min~120min。可选地,重复涂覆-热解6~12次。
根据一些实施例,阴极板由耐腐蚀的导电材料制成。
本申请的电极组件制造成本低,无需使用白金(Pt)、导电钻石膜等昂贵材料;结构简单,生产和使用都十分灵活方便。在使用时,电极组件直接电解污水,产生的氧化性物质非常细微,最大程度提升水体接触面积;无有毒有害物质产生(铅及其附属氧化物、氮氧化合物等);效能高,相同单位能耗下产量最大;阳极可重复加工使用,大量节约材料损耗;保养简单,费用低廉。
可选地,取一片阳极板和两片阴极板,采用绝缘材料将阳极板和阴极板分开,组装后即得本申请的电极组件。当然,本申请的电极组件还可是其他形式,只要包括上述三个部件即可,本申请不做具体限定。
可选地,所述电极板分布导流孔,例如,在50*50*5mm规格的电极板中,导流孔个数50个、排布方式为等距均匀分布,单个孔直径为0.5mm,孔间距为1mm。导流孔的作用用于均匀水流确保水分子和电极板充分接触,提高电极工作的稳定性,提高污水中的污染物和本装置电解产物的接触效率,促进反应。
可选地,所述电极组件与所述催化电解装置的壳体相连。
可选地,所述电极组件包括至少一块所述阴极板和至少一块所述带有催化剂膜层的阳极板。所述连接件还用于连接多个所述电极板。
可选地,所述连接件选自阳极板导电连接件、阴极板导电连接件,阴阳极板绝缘隔断件和支架中的一种或多种。所述阳极板导电连接件分别与所述带有催化剂膜层的阳极板、所述供电单元连接。所述阴极板导电连接件分别与所述阴极板、所述供电单元连接。所述阴阳极板绝缘隔断件分别与所述阴极板、所述带有催化剂膜层的阳极板连接,用于防止阴阳极短路并保证电极正常工作。所述支架支撑所述电极板,所述支架上设置极板定位槽,所述极板定位槽用于固定所述电极板。
可选地,该处理***还包括后处理装置,与所述催化电解装置连接,所述后处理装置选自过滤装置、混凝沉淀池、活性炭吸附装置、好氧微生物处理池和膜处理装置中的一种或多种。
图3B是根据本申请实施例的电极组件320的结构示意图的主视图,图3C是该电极组件320的结构示意图的俯视图。
如图3B和3C所示,电极组件320包括阴极板321、带有催化剂膜层的阳极板323、支架326、阴极导电连接件322、阳极导电连接件324、阴阳极板绝缘隔断件325。支架326上设置有极板定位槽3260。分布导流孔3210的阴极板和阳极板间隔设置,固定在支架326上的极板定位槽3260中。阳极板323通过阳极导电连接件324与供电单元连接。阴极板321通过阴极导电连接件322与供电单元连接。阴阳极板绝缘隔断件325分别连接阴极板321、阳极板323。
根据一些实施例,催化电解装置为电解氧化池32,其结构示意性如图3D。图3为电解氧化池32的俯视图,电解氧化池包含供电单元(图中未示出)、控制单元(图中未示出)进水管321以及多组电极组件320。该电极组件结构320与图3B-3C电极结构相同,再此不再赘述。电极组件中的电极片在电解氧化池中呈竖直放置。进水管321设置在电解氧化池底部,电极组件320的下方。进水管321管壁分布入水口。进行催化电解时,污水通过进水管321的入水口进入电解氧化池,自下而上流过电极板。
采用上述处理***处理污水的工作流程示例性包括:
采用前处理装置对污水进行前处理。
采用催化电解装置对前处理后的污水进行催化电解,以生成氧化性物质。供电单元的正极通过导线连接催化电解装置的阳极板,负极通过导线连接催化电解装置的阴极板,阳极板和阴极板均***经过前处理后的污水中。阳极板和阴极板之间用绝缘材料隔开。当供电单元通电后,水体中的阳离子移向阴极,吸收电子,发生还原作用,可生成氧化性物质;水体中的阴离子移向阳极,放出电子,发生氧化作用,亦可生成氧化性物质。
生成的氧化性物质和前处理后的污水在催化电解装置中进行接触。
根据一些实施例,本申请处理***还包括后处理装置,例如可包括过滤装置,或混凝沉淀池和/或活性炭吸附装置。过滤装置的结构包括进水口,过滤层,出水口及滤渣收集装置。
根据一些实施例,该处理***还包括供电单元,用于向该处理***供电,该供电单元的电源特性可以是恒压、恒流以及恒功率中的一种或多种。
图4示出了该处理***的一种实施例的结构示意图。
参见图4,该处理***示例性地包括依次连接的前处理装置41、催化电解装置42、后处理装置43、控制单元44、供电单元45和辅助装置46。
前处理装置41、催化电解装置42和后处理装置43依次连接。供电单元45用于给所述处理***供电。辅助装置46选自能源辅助装置、辅助添加装置、检测装置、搅拌装置、混合装置、抽取装置中的至少一种,用于配合其他装置处理污水。
控制单元44用于控制所述处理***的其它装置。例如控制单元44可控制催化电解装置的氧化性物质的生成速率,在本实施例中主要是以模拟和数字模拟的方式控制氧化性物质的生成速率。
图5示出了该处理***的一种结构示意图。
参见图5,该处理***示例性地包括依次连接的粗过滤装置51、细过滤装置52和催化电解装置53。该处理***适用于处理景观娱乐用水。
图6示出了该处理***的另一种结构示意图。
参见图6,该处理***示例性地包括过滤装置61、前处理装置62和电解氧化池63(相当于催化电解装置)。
该过滤装置61例如可为格栅,用于去除污水中的粗颗粒、悬浮物等。
该前处理装置62例如选自物化前处理装置和生物前处理装置中的一种或两种,以提高后续处理环节的效率。
该电解氧化池63设置有电极组件,用于在污水中产生氧化性物质和气泡。氧化性物质可以对污水脱色、去除异味、降解有机物和氨氮,并且同步进行杀菌消毒。而气泡可以包裹住污水中的悬浮物并浮至水面,去除浮沫即可去除悬浮物。
该处理***处理污水时,污水依次通过过滤装置61、前处理装置62以及电解氧化池63进行处理,即可达标排放或回用。
根据一些实施例,前处理装置为物化前处理装置,其选自混凝、气浮、吹脱、吸附、离子交换、蒸发和膜过滤装置中的一种或多种。
根据一些实施例,前处理装置为生物前处理装置,其选自生物化学处理、生物絮凝处理、生物吸附处理、需氧生物处理和厌氧生物处理装置中的一种或多种。
该污水处理***占地紧凑,运行费用低,电解催化组件的产物绿色无残留且整个过程中无需添加药剂,所以不会引入二次污染。
图7示出了该处理***的另一种结构示意图。
参见图7,该处理***示例性包括依次连接的过滤装置71、调节池72、气浮处理池73、厌氧处理池74和电解氧化池75(相当于电解氧化装置)。该处理***尤其适用于处理酒厂废水。调节池72用于高低废水混合均质,保证后续环节稳定进水。气浮处理池进行污水气浮处理,用于进一步去除水中的悬浮物,减少后续生化环节的污泥量。厌氧处理池进行污水厌氧处理,可以去除部分有机物,并把大分子有机物水解为小分子有机物,提高后续处理环节的效果。
图8示出了适用于处理酒厂废水的处理***的另一种结构示意图。
参见图8,该处理***示例性包括依次连接的过滤装置81、调节池82、厌氧处理池83、需氧生物池84、沉淀池85和电解氧化池86(相当于电解氧化装置)。过滤装置81、调节池82以及厌氧处理池83和前述装置结构类似,在此不做赘述。需氧生物池84依靠微生物的作用去除有机物、氮和磷,沉淀池85配合需氧生物池84使用,用于沉淀活性污泥。
相比现有的处理***,本申请处理***的处理效果稳定、运行费用低,操作维护简易,占地面积小,投资费用低。除此以外,电解氧化池具有很高的负荷能力,可以灵活调控应对复杂水质。
实施例1
准备原料:SnC2O4 900重量份、Sb2O3 50重量份、Ni(CH3COO)2·4H2O1重量份,45%的双氧水10重量份。
先将称量好的SnC2O4加入到反应釜中,向其中加入900重量份的去离子水并搅拌5分钟,获得第一浆料。将称量好的Sb2O3加入到所述反应釜中,搅拌8分钟,并加热至40度使得混合均匀,获得第二浆料。将第二浆料加热至50度,加入称量好的Ni(CH3COO)2·4H2O,搅拌均匀后获得第三浆料。继续加热,待第三浆料的温度达到90度时,加入称量好的双氧水,继续搅拌。2小时后停止加热,使反应釜中物料自然冷却,待反应釜内物料沉淀完全后,取上层悬浮液,即得到所需催化剂。
将上述催化剂涂覆在钛板上,并在500℃进行热解,重复该涂覆-热解过程8次,然后对附着有催化剂膜层的钛板进行烧结,在600℃下烧结80min,得到的钛板上形成均匀的催化剂膜层。
观察烧结好的钛板并进行相应检测,其颜色为灰黑色,膜厚度为30μm。
上述涂覆有催化剂膜层的钛板作为阳极,不锈钢板作为阴极。钛板通过导线连接电源的正极,不锈钢通过导线连接电源的负极,并将钛板和不锈钢板均置于待处理的娱乐景观用水中,电源通电,阳极和阴极附近分别发生氧化和还原反应,实现废水的净化排污处理,具体数据请见表1。电极组件数目20组,电源为恒流电源,电极组件尺寸为100*100*5mm,电流为80A,电压为10V。处理水量:5m3/h,处理时间1h.
实施例2
本实施例与实施例1的不同之处在于,制得第三浆料后,向反应釜中加入双氧水,加热维持反应釜内温度为70℃,持续然后加入双氧水,继续搅拌至反应结束后停止加热,待物料沉淀完全后,取上层悬浮液,获得所述催化剂。
观察烧结好的钛板并进行相应检测,其颜色为深灰色,膜厚度为15μm。
水处理具体数据请见表1。
表1实施例1与实施例2处理景观水的结果
原水 | 实施例1 | 实施例2 | |
COD(mg/L) | 30.2 | 14.5 | 25.6 |
总氮(mg/L) | 2.02 | 0.5 | 1.21 |
氨氮(mg/L) | 0.89 | 0.32 | 0.64 |
总磷(mg/L) | 0.39 | 0.09 | 0.21 |
实施例3
本实施例采用图4所示处理***对景区池塘污水进行处理,水量约500m3,处理***内水循环量5m3/h,处理***内电极组件10组,电极组件尺寸为100*100*5mm,电流50A,电压6V。处理周期共5天,处理后的池塘水清澈度大幅提高,水体的COD浓度,藻密度,叶绿素a,氨氮等水质指标有明显改善。
其中,电极组件的阳极板的制备方法具体如下:
准备原料:SnC2O4 1000重量份、Sb2O3 80重量份、Ni(CH3COO)2·4H2O 3重量份,45%的双氧水30重量份。
先将称量好的SnC2O4加入到反应釜中,向其中加入1400重量份的去离子水并搅拌6分钟,获得第一浆料。将称量好的Sb2O3加入到所述反应釜中,搅拌5分钟,并加热至45℃使得混合均匀,获得第二浆料。将第二浆料加热至50℃,加入称量好的Ni(CH3COO)2·4H2O,搅拌均匀后获得第三浆料。继续加热,待第三浆料的温度达到80℃时,加入称量好的双氧水,继续搅拌。3小时后停止加热,使反应釜中物料自然冷却,待反应釜内物料沉淀完全后,取上层悬浮液,即得到所需催化剂。
将上述催化剂涂覆在钛板上,并在400℃进行热解,重复该涂覆-热解过程10次,然后对附着有催化剂膜层的钛板进行烧结,在650℃下烧结120min,得到的钛板上形成均匀的催化剂膜层。
观察烧结好的钛板并进行相应检测,其颜色为灰黑色,膜厚度为25μm。
上述涂覆有催化剂膜层的钛板作为阳极,不锈钢板作为阴极。
对比例1
对比传统景观水处理技术(过滤+UV+硝化细菌)以一套5m3/h的传统池塘过滤净化设备为例,通过过滤去除水体中的颗粒物,UV杀灭水中藻类,最后通过硝化细菌等去除水中的污染物,适用水量仅有100m3,处理周期约半个月。
采用本申请中的方法,同样以5m3/h的处理量做比较,前处理(如:过滤)去除水中的颗粒物,催化电解产生的臭氧、羟基等物质可以快速高效的杀灭水体中的藻类,分解有机污染物、氮、磷等污染物,适用水量500—1000m3,处理周期为5天。
水处理具体数据请见表2。
表2实施例3与对比例1处理景观水的结果
原水 | 实施例3 | 对比例1 | |
COD(mg/L) | 120 | 20 | 80 |
总氮(mg/L) | 5.4 | 4.2 | 5 |
氨氮(mg/L) | 3.1 | 0.5 | 2 |
总磷(mg/L) | 0.3 | 0.1 | 0.2 |
实施例4
以图6所示处理***处理水产业养殖废水。
本实施例采用图6所示处理***对水产养殖废水进行处理,处理水量50m3/h,其中电极组件为50组,电极组件尺寸为100*100*5mm,电流250A,电压4V,停留时间1h,电极组件的阳极板的制备方法具体如实施例3所示。
具体处理流程如下:
过滤装置去除水中的悬浮物;
催化电解装置去除水中有机污染物、氨氮和磷。
水处理具体数据请见表3。
表3实施例4处理水厂养殖水的结果
原水 | 实施例4 | |
COD(mg/L) | 214 | 30 |
氨氮(mg/L) | 16.4 | 0.5 |
总磷(mg/L) | 1.3 | 0.1 |
实施例5
以图7所示处理***处理酒厂废水。
本实施例采用图7所示处理***对酒厂废水进行处理,处理水量400m3/h,其中电极组件为200组,电极组件尺寸为100*100*5mm,电流1200A,电压5V,停留时间1h,电极组件的阳极板的制备方法具体如实施例3所示。
具体处理流程如下:
过滤装置去除水中较大的悬浮物;
气浮进一步去除水中的悬浮物,减少后续生化环节的污泥量;
厌氧生物处理可以去除部分有机物,并把大分子有机物水解为小分子有机物,提高后续处理环节的效果;
催化电解装置去除水中有机污染物、氨氮和磷,对废水脱色。
水处理具体数据请见表4。
表4实施例5处理酒厂废水的结果
原水 | 实施例5 | |
COD(mg/L) | 8640 | 50 |
BOD(mg/L) | 4500 | 30 |
SS(mg/L) | 740 | 30 |
色度(倍) | 200 | 20 |
实施例6
以图8所示处理***处理酒厂废水。
本实施例采用图8所示处理***对酒厂废水进行处理,处理水量200m3/h,其中电极组件为100组,电极组件尺寸为100*100*5mm,电流600A,电压5V,停留时间1h,电极组件的阳极板的制备方法具体如实施例3所示。
具体处理流程如下:
过滤装置去除水中较大的悬浮物;
厌氧生物处理可以去除部分有机物,并把大分子有机物水解为小分子有机物,提高后续处理环节的效果;
需氧生物处理装置去除水中有机污染物、氨氮和磷;
沉淀池用于去除上述生物环节产生的污泥;
催化电解装置去除水中有机污染物、氨氮和磷和色度。
水处理具体数据请见表5。
表5实施例6处理酒厂废水的结果
最后应说明的是:显然,上述实施例仅仅是为清楚地说明本申请所作的举例,而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说,在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本申请的保护范围之中。
Claims (9)
1.一种污水的处理方法,其特征在于,包括:
前处理:对所述污水进行前处理;
催化电解:在阴极板和涂有催化剂的阳极板作用下,对所述污水进行催化电解以生成氧化性物质;
接触:所述污水与所述氧化性物质接触;
其中,所述催化剂由以下步骤制得:
在SnC2O4物料中加入去离子水,搅拌均匀后获得第一浆料;
在所述第一浆料中加入Sb2O3,加热并搅拌均匀后获得第二浆料;
将所述第二浆料加热,并在所述第二浆料中加入Ni(CH3COO)2·4H2O和/或Co(CH3COO)2·4H2O和/或Cu(CH3COO)2·H2O和/或Fe(CH3COO)2,搅拌均匀后获得第三浆料;
将所述第三浆料加热至50℃~90℃,然后加入双氧水,继续搅拌至反应结束后停止加热,待物料沉淀完全后,取上层悬浮液,获得所述催化剂,
通过烧结方式,将所述催化剂负载在阳极板上制成所述涂有催化剂的阳极板。
2.根据权利要求1所述的处理方法,其特征在于,进行所述前处理后再进行所述催化电解。
3.根据权利要求1所述的处理方法,其特征在于,所述催化电解还包括:在涂有催化剂的电极板作用下,对所述污水中的污染物进行催化电解,所述污染物包括苯、氨氮和/或磷酸二乙酯。
4.根据权利要求1所述的处理方法,其特征在于,
所述前处理包括选自酸碱中和、格栅过滤、混凝沉淀、蒸发、水解酸化和混合均质中的一种或多种;
所述前处理包括选自物化前处理和生物前处理中的一种或两种;
所述物化前处理选自混凝、气浮、吹脱、吸附、离子交换、蒸发和膜过滤处理装置中的一种或多种;
所述生物前处理选自生物化学处理、生物絮凝处理、生物吸附处理、好氧生物处理和厌氧生物处理中的一种或多种。
5.根据权利要求1所述的处理方法,其特征在于,还包括后处理,所述后处理为对所述污水进行后处理;
所述后处理选自过滤、混凝沉淀、活性炭吸附、好氧微生物处理和膜处理中的一种或多种。
6.根据权利要求1所述的处理方法,其特征在于,
所述氧化性物质包括:O3、·OH和H2O2;
所述氧化性物质为气态和/或液态。
7.根据权利要求1所述的处理方法,其特征在于,所述在SnC2O4物料中加入去离子水,搅拌均匀后获得第一浆料,包括:
在400~1500重量份的SnC2O4中加入400~1600重量份的去离子水,搅拌均匀,获得所述第一浆料。
8.根据权利要求1所述的处理方法,其特征在于,所述在所述第一浆料中加入Sb2O3,加热并搅拌均匀后获得第二浆料,包括:
在所述第一浆料中加入20~100重量份的Sb2O3,加热至40~50℃,搅拌均匀,获得所述第二浆料。
9.根据权利要求1所述的处理方法,其特征在于,在所述催化电解中,所述污水流量为300~600m3/h,所述污水的COD浓度180~200mg/L,100~240组所述阴极板和所述涂有催化剂的阳极板,所述阴极板和所述阳极板的尺寸为100*100*5mm,电流900~1100A,电压5~10V,催化电解时间为1h。
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