專利名稱：一種多相多元催化電解氧化污水處理方法與裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于污水處理技術(shù)領(lǐng)域。特別涉及利用多相多元催化電解氧化工藝過程開發(fā)的一種高效污水處理裝置和方法。
背景技術(shù)：
在各類污水物理—化學(xué)處理過程中，將污染物徹底礦化的過程主要是氧化和電解及其伴生過程。從化學(xué)本質(zhì)上講，都是污染物發(fā)生氧化分解最終轉(zhuǎn)變成二氧化碳。同任何化學(xué)反應(yīng)過程一樣，催化劑對反應(yīng)有極大地促進作用，催化劑使許多非催化過程不能進行的反應(yīng)快速進行。催化劑在反應(yīng)體系中的存在方式有均相和非均相兩種狀態(tài)，各自具有不同的催化特性及工藝特性，而多相催化由于其催化劑回收簡便倍受重視。除了催化劑，氧化劑是反應(yīng)的重要因素之一，包括空氣在內(nèi)的各類氧化劑以及電能都是重要的氧化劑，涉及后者的就是電氧化過程，在人們探索綠色氧化劑時電解氧化具有其獨特的優(yōu)勢，其次是空氣、臭氧及過氧化氫等環(huán)境友好氧化劑。當(dāng)然，由于污水中污染物的濃度與常規(guī)化工廠的反應(yīng)相比要低許多個數(shù)量級，污染物在反應(yīng)體系中的傳質(zhì)是不容忽略的問題。因此，利用吸附過程將污染物富集到反應(yīng)介質(zhì)表面(或催化劑表面)是一提高效率的重要途徑。各類吸附材料具有不同的吸附性能，可以適應(yīng)吸附各類不同的污染物，從而有效地將污染物從水相轉(zhuǎn)移到固相并凈化污水。只要吸附到固相表面的污染物可以被快速的氧化分解，該吸附過程就可以連續(xù)進行，最終實現(xiàn)污水的連續(xù)處理過程。在各類吸附劑中，在這里應(yīng)該選擇的是同時具有吸附性、催化性、導(dǎo)電性的材料，以便滿足上述工藝過程的要求。
該技術(shù)的前身連續(xù)吸附一電解再生污水處理工藝與技術(shù)已經(jīng)獲得專利權(quán)，在前述技術(shù)中，主要利用吸附過程將污染物轉(zhuǎn)移到電極表面，電極即吸附材料，然后進行電解分解污染物，同時使吸附材料再生。實踐證明該技術(shù)具有很廣泛的應(yīng)用前景，在染料廢水處理、化工廢水處理、采油廢水處理、煉油廢水處理、生活污水處理、污水深度處理等等方面都表現(xiàn)了很高的脫除效率。但是，由于污染物種類繁多、性質(zhì)復(fù)雜，總有若干污染物不能徹底礦化，研究后發(fā)現(xiàn)引入催化過程和氧化過程是必要的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就是提供一種能夠?qū)ι镉幸种谱饔玫奈廴疚铩⑸锎x產(chǎn)物、微量有機物徹底礦化、脫除的多相多元催化電解氧化污水處理方法與裝置。
本發(fā)明的技術(shù)解決方案是將多相催化、電解分解、電解氧化、化學(xué)氧化、電絮凝等過程結(jié)合在一起，形成多元反應(yīng)過程來解決多種污染物的脫除問題。多相催化是指該技術(shù)中采用了固體催化劑和液體催化劑，反應(yīng)體系為固、液、氣三相。多元是指該技術(shù)涉及的反應(yīng)試劑是多種的液相氧化劑和氣相氧化劑；多元還指該技術(shù)涉及的污染物脫除過程是多種的電解、電氧化、電絮凝、空氣氧化等。
本發(fā)明有多種結(jié)構(gòu)形式，只要能實現(xiàn)在正負(fù)電級交替的極板之間充填吸附材料，并在空氣曝氣條件下形成流化狀態(tài)即可。
一種典型多相多元催化電解氧化污水處理裝置，包括出水口(1)、設(shè)備支架(2)、中心電極卡槽(3)、固定螺栓(4)、下法蘭(5)、下填料支撐板(6)、下封頭(8)、設(shè)備支架(9)、電極引線(10)、柱形電極(11)、上封頭(12)、上法蘭(13)、上支撐板(14)、固定螺栓(15)、吸附填料(17)、設(shè)備主體(19)、進水口(20)，還包括進氣管(21)、布?xì)鈬婎^(7)、電極折流板(16)和電極導(dǎo)流筒(18)，中心柱形電極(11)為陽極。
設(shè)備主體(19)直徑為1～2米，陰極為設(shè)備主體。
設(shè)備主體(19)直徑大于2米，陽極與陰極均制成棒狀，交替地呈同心圓形式分布，分多層形式，本裝置還包括陰極套筒(22)。
在實際工程運用當(dāng)中，由于處理水量比較大，往往需要大型設(shè)備以滿足相應(yīng)的處理規(guī)模，此時大型的電解催化裝置可以根據(jù)需要加工成槽型電解裝置。本裝置還包括陰極套筒(22)、曝氣頭(23)、濾網(wǎng)(24)、汽水混合裝置(25)、柱形電極(26)。
電極材料可用惰性材料石墨、貴重金屬材料或普通碳鋼，視使用場合和電流密度大小而定，一般陰極材料可采用普通鋼材，陽極采用惰性電極，如石墨和惰性金屬。
吸附填料(17)是具有導(dǎo)電性的吸附材料，包括活性炭顆粒、石墨顆粒、焦炭顆粒、無機載體或樹脂，其裝填混合比例隨處理水質(zhì)不同而異，也隨處理深度要求不同而變化。填料按10-15％的容積比例裝填，其粒徑為10～100目。該填料表面具有催化活性或載有催化劑。
一種多相多元催化電解氧化污水處理方法是，在進水口(20)投加水溶性催化劑，投加比例隨污水濃度變化而變化，出水后隨電絮凝絮體一起沉降分離，流化介質(zhì)和氣體氧化劑通過進氣管(21)、布?xì)鈬婎^(7)進入設(shè)備主體(19)內(nèi)，使吸附填料(17)在電極間處于流化狀態(tài)，氣水比隨著水中污染物濃度及選用吸附材料的不同而變化，氣水比為10/1～120/1。
本發(fā)明所述的裝置，其電源配備可用穩(wěn)壓直流電源、脈動直流電源或高頻脈沖直流電源，視處理對象和水質(zhì)不同而異，電源電壓宜采用36伏以下的安全電壓，電場強度為1～10伏/厘米。
水溶性催化劑為金屬鹽類，一般價格較低廉，流化介質(zhì)和氣體氧化劑是空氣。
金屬鹽類為鐵鹽、鋁鹽、鎂鹽或錳鹽。
水在設(shè)備主體(19)內(nèi)的停留時間為0.5～3小時，主要取決于原水污染物濃度，高濃度時停留時間較長，低濃度時停留時間較短，同時也與所需要的處理水平有關(guān)，水平越高，停留時間越長。
本發(fā)明的有益效果是1.適用范圍廣，該工藝可用于脫除各類污染物，包括城市生活污水、飯店賓館生活及洗浴污水、油田采油污水、石油煉制污水、油品船運壓艙水、石油化工廠污水、基本合成有機污水、木糖醇生產(chǎn)等農(nóng)副產(chǎn)品綜合利用加工廢水、染料生產(chǎn)廢水、印染污水、機械加工污水等。尤其適用于污水回用和給水處理中微量有機物的脫除。
2.適用處理污水濃度范圍廣，對于化學(xué)需氧量COD大于1000mg/l時的高濃度有機污水處理，該工藝可作預(yù)處理工序，除了可脫除一部分COD外，還可以提高其可生化性，以利于后序處理過程。對于COD小于500mg/l時的低濃度有機污水處理，特別是采用生化處理后殘留生物不可降解物的脫除，本工藝特別有效，可以使排水污染物濃度進一步降低，達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)。該工藝的應(yīng)用還可用于COD小于100mg/l的輕度污水的深度處理，以達(dá)到回用水水質(zhì)要求。
3.處理成本低，該工藝的處理成本主要取決于污染物的濃度和無機鹽的濃度，只要無機鹽濃度不大于2000MG/L，電導(dǎo)率不大，漏電電流較低，以處理COD在1000mg/l以下的污水為例，電耗在0.2～0.8KWH/噸水。
4.處理過程簡單，可實現(xiàn)連續(xù)操作、自動控制，基本不需要人工維護與操作。


下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步的說明。
圖1為本發(fā)明采用同心圓電極時的結(jié)構(gòu)及外形圖。
圖2為本發(fā)明采用多層交替同心圓分布電極時結(jié)構(gòu)及外形圖。
圖3為本發(fā)明采用槽型電解催化裝置的結(jié)構(gòu)及外形圖。
具體實施例方式
實施例1石化煉油企業(yè)污水的深度處理回用采用該工藝進行。原始煉油污水經(jīng)常規(guī)二級生物處理后COD含量在100mg/l以下，采用同心圓電極式多相多元催化電解氧化污水處理工藝進行深度處理實現(xiàn)污水回用，所用設(shè)備的陽極為石墨，陰極為碳鋼，電源為直流電源，填料為活性炭，粒度為10目，裝填比例為10％，采用的均相催化劑為三價鐵鹽，投加量為100mg/l，氣液比為30/1，污水由水泵連續(xù)向設(shè)備供水，經(jīng)計量后的污水進入反應(yīng)裝置，水力停留時間1小時，將污染物分解、氧化，排水得到凈化，出水COD含量在20～30mg/l，低于國家回用水標(biāo)準(zhǔn)50mg/l以下，電耗為0.6KWH/噸水。該水可回用于循環(huán)冷卻水二次利用，既減輕環(huán)境污染，又節(jié)約了淡水資源。
實施例2生活污水的深度處理達(dá)到中水回用的目的。生活污水COD200-300mg/l經(jīng)沉降，生化處理后，COD在100mg/l左右，采用該技術(shù)深度處理時，采用相同的結(jié)構(gòu)與催化劑，污水由水泵連續(xù)向設(shè)備供水，經(jīng)計量后的污水進入設(shè)備，水力停留時間1小時，將殘余生物難降解物質(zhì)脫除，出水COD小于50mg/l，達(dá)到國家中水回用水標(biāo)準(zhǔn)，電耗0.5KWH/噸水。
權(quán)利要求
1.一種多相多元催化電解氧化污水處理裝置，包括出水口(1)、設(shè)備支架(2)、中心電極卡槽(3)、固定螺栓(4)、下法蘭(5)、下填料支撐板(6)、下封頭(8)、設(shè)備支架(9)、電極引線(10)、柱形電極(11)、上封頭(12)、上法蘭(13)、上支撐板(14)、固定螺栓(15)、吸附填料(17)、設(shè)備主體(19)、進水口(20)，其特征在于，還包括進氣管(21)、布?xì)鈬婎^(7)、電極折流板(16)和電極導(dǎo)流筒(18)，中心柱形電極(11)為陽極。
2.根據(jù)權(quán)利要求書1所述的一種多相多元催化電解氧化污水處理裝置，其特征在于，設(shè)備主體(19)直徑為1～2米，陰極為設(shè)備主體。
3.根據(jù)權(quán)利要求書1所述的一種多相多元催化電解氧化污水處理裝置，其特征在于，設(shè)備主體(19)直徑大于2米，陽極與陰極均制成棒狀，交替地呈同心圓形式分布，分多層形式，本裝置還包括陰極套筒(22)。
4.根據(jù)權(quán)利要求書1、3所述的一種多相多元催化電解氧化污水處理裝置，其特征在于，電解催化裝置為槽型，本裝置還包括陰極套筒(22)、曝氣頭(23)、濾網(wǎng)(24)、汽水混合裝置(25)、柱形電極(26)。
5.根據(jù)權(quán)利要求書1所述的一種多相多元催化電解氧化污水處理裝置，其特征在于，電極材料采用石墨、貴重金屬材料或普通碳鋼。
6.根據(jù)權(quán)利要求書1所述的一種多相多元催化電解氧化污水處理裝置，其特征在于，吸附填料(17)是具有導(dǎo)電性的吸附材料，包括活性炭顆粒、石墨顆粒、焦炭顆粒、無機載體或樹脂，其裝填比例按10-15％的容積比例裝填，其粒徑為10～100目。
7.使用權(quán)利要求書1所述的一種多相多元催化電解氧化污水處理裝置的多相多元催化電解氧化污水處理方法，其特征在于，在進水口(20)投加水溶性催化劑，流化介質(zhì)和氣體氧化劑通過進氣管(21)、布?xì)鈬婎^(7)進入設(shè)備主體(19)內(nèi)，使吸附填料(17)在電極間處于流化狀態(tài)，氣水比為10～120，電解電壓采用36伏以下安全電壓，電場強度為1～10伏/厘米。
8.根據(jù)權(quán)利要求書7所述的一種多相多元催化電解氧化污水處理方法，其特征在于，水溶性催化劑為金屬鹽類，流化介質(zhì)和氣體氧化劑是空氣。
9.根據(jù)權(quán)利要求書7、8所述的一種多相多元催化電解氧化污水處理方法，其特征在于，金屬鹽類為鐵鹽、鋁鹽、鎂鹽或錳鹽。
10.根據(jù)權(quán)利要求書7所述的一種多相多元催化電解氧化污水處理方法，其特征在于，水在設(shè)備主體(19)內(nèi)的停留時間為0.5～3小時。
全文摘要
一種多相多元催化電解氧化污水處理方法與裝置屬于污水處理技術(shù)領(lǐng)域。特別涉及利用多相多元催化電解氧化工藝過程開發(fā)的一種高效污水處理裝置和方法。其將固體吸附材料、電極材料、催化劑載體、液相催化、氣相氧化劑與電解等過程相結(jié)合，組成了一個具有綜合脫除過程的污水物理－化學(xué)－電解處理裝置。它將吸附材料與催化劑載體相結(jié)合，同時又作為電極材料并流化于反應(yīng)器中，實現(xiàn)將生物抑制性污染物和生物代謝產(chǎn)物脫除的目標(biāo)，可廣泛用于生化前的預(yù)處理及生化后的污水深度處理，以便于實現(xiàn)污水資源化。具有設(shè)備體積小、占地面積小、處理效率高、電耗低、易于操作、便于維護等特點。
文檔編號C02F1/461GK1522968SQ03133960
公開日2004年8月25日 申請日期2003年9月9日 優(yōu)先權(quán)日2003年9月9日
發(fā)明者周集體, 李玉明 申請人:大連理工大學(xué)