專利名稱：高效去除生物毒性的多相復極電催化工業(yè)廢水處理系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種廢水的處理技術(shù)，尤其涉及一種工業(yè)廢水處理系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
隨著近代工業(yè)的發(fā)展，日益增多的工業(yè)污染與廢水排放給水生態(tài)系統(tǒng)造成了巨大的負擔，尤其是農(nóng)藥、醫(yī)藥、化工、染料、制革等行業(yè)產(chǎn)生的“兩高一難”(高污染物濃度、高生物毒性、難生物降解)有機廢水，一直是環(huán)境污染治理上的難題。此類廢水往往污染物種類繁多，治理難度大；廢水PH值變化范圍比較大，腐蝕性較強；廢水含鹽量高，生物毒性大，甚至具有致畸、致癌、致突變的危害。排入受納水體不僅會造成水生動植物的中毒，水生環(huán)境的惡化，而且還會通過水體、大氣和水生生物的傳遞間接危害人類的健康。生物毒性是指某種化學物質(zhì)或混合物對環(huán)境造成的直接或潛在污染以及毒性危害，這些化學物質(zhì)進入環(huán)境對組成生態(tài)系統(tǒng)的生物種群和生物群落會產(chǎn)生一定的生態(tài)毒理效應(yīng)。例如，造成生物的急性中毒死亡，導致生物體內(nèi)分泌紊亂、生殖及免疫機能失調(diào)、神經(jīng)行為和發(fā)育紊亂等，甚至引起多種人和動植物疾病。其檢測結(jié)果一般用發(fā)光菌相對抑制率 (% )來表示。對于廢水處理系統(tǒng)而言，由于造成生物毒性的大多是自然界中原本不存在的人工合成化合物，這些新合成的化合物由于沒有有效降解它們的微生物，可能在企業(yè)排水過程中大量積累進入后續(xù)廢水處理環(huán)節(jié)，從而造成生化系統(tǒng)的運轉(zhuǎn)失調(diào)甚至崩潰，影響整體系統(tǒng)運行穩(wěn)定性。因此，針對此類高生物毒性的廢水開發(fā)先進、高效、經(jīng)濟的治理技術(shù)具有重要的現(xiàn)實意義。目前，工業(yè)廢水的常規(guī)處理方法是先用物理化學方法進行預(yù)處理，沉淀、過濾掉廢水中的部分污染物質(zhì)，然后再通過生物法進行進一步達標處理。但是對于高濃度有毒廢水， 常規(guī)預(yù)處理法無法有效去除生物毒性，甚至會由于預(yù)處理過程中引入的二次污染物反而會更影響后續(xù)生物法處理的效果。隨著高級氧化技術(shù)(AOPs)的發(fā)展，電化學氧化法得到越來越廣泛的關(guān)注。和其他ACffs法相比，電化學法有著如下優(yōu)點(1) 一般無需外加藥劑即可以實現(xiàn)廢水中有毒污染成分的氧化還原過程，可以有效避免二次污染的問題；(2)通過改變外加電流電壓可隨時改變反應(yīng)條件，可控制性比較強；(3)電化學反應(yīng)一般在常溫常壓下進行，能量利用效率高，反應(yīng)條件溫和；(4)反應(yīng)器結(jié)構(gòu)和操作都相對簡單，通過反應(yīng)條件的控制可以把運行費用降低到合理的范圍內(nèi)；(5)當廢水中含有重金屬離子和鹵根離子時，可以通過間接反應(yīng)提高氧化還原效率，并回收有用成分；(6)設(shè)備占地面積小，安裝簡便，同時兼有氣浮、絮凝、沉淀、消毒等作用。因此，電催化氧化法在高濃度有毒工業(yè)廢水處理領(lǐng)域有較大的技術(shù)優(yōu)勢和廣闊的應(yīng)用前景。傳統(tǒng)的電催化設(shè)備構(gòu)造較為簡單，設(shè)備主體一般是由平行于水流方向的交錯放置的陰陽極板構(gòu)成，一般水流方向自上向下，或通過折流板和簡單的布水系統(tǒng)盡量實現(xiàn)反應(yīng)過程中污水和電極板的充分接觸，從而達到去除污染物的目的。這種結(jié)構(gòu)的傳統(tǒng)電極存在著比表面積小，處理效率低、電耗高、電極材料消耗大等缺點，故而未能在工業(yè)上獲得大量應(yīng)用。三維電解對傳統(tǒng)的電催化系統(tǒng)進行了改進，在陰陽極間填充了復合粒子電極，從而大大增加了與水接觸的比表面積和傳質(zhì)效率。但電極之間因為分布不均勻造成的短路電流和旁路電流是影響三維電極處理效率的最大問題。目前的解決方法一般是在電解槽中保持導電顆粒與電介質(zhì)顆粒的體積比為1 3或1 4，電介質(zhì)占據(jù)了電解槽的大部分體積， 降低了電解槽的有效工作空間，而且電介質(zhì)引起的漏電電流沒有得到利用。因此無法從根本上解決單位時空效率和處理效率欠佳的現(xiàn)狀。

實用新型內(nèi)容針對上述現(xiàn)有技術(shù)，本實用新型提供一種高效去除生物毒性的多相復極電催化工業(yè)廢水處理系統(tǒng)，本實用新型可以克服現(xiàn)有有毒難降解工業(yè)廢水處理技術(shù)的缺點，特別是現(xiàn)有電催化氧化方法和裝置的不足之處。通過改善水力條件、增大反應(yīng)面積、提高催化性能、引入耦合反應(yīng)等設(shè)計方法，將電催化氧化、化學氧化、絮凝、氣浮、沉淀等過程結(jié)合在一起，形成多元反應(yīng)過程，并以此為工藝基礎(chǔ)設(shè)計一種處理效率高、單位能耗低、電極壽命長、 操作維護簡便的復極電催化工業(yè)廢水處理系統(tǒng)。為了解決上述技術(shù)問題，本實用新型高效去除生物毒性的多相復極電催化工業(yè)廢水處理系統(tǒng)予以實現(xiàn)的技術(shù)方案是包括反應(yīng)器殼體，所述反應(yīng)器殼體內(nèi)劃分為進水區(qū)、電解反應(yīng)區(qū)、出水區(qū)和沉淀區(qū)；所述進水區(qū)由進水噴嘴和與進水噴嘴相垂直布置的布水隔板組成，所述布水隔板的底邊與所述反應(yīng)器殼體之間留有通道；所述電解反應(yīng)區(qū)由設(shè)置在反應(yīng)器殼體內(nèi)的陽極和陰極組成，所述反應(yīng)器殼體內(nèi)的底部設(shè)有曝氣系統(tǒng)；所述陽極為網(wǎng)狀陽極，所述陰極為柱狀陰極，所述網(wǎng)狀陽極形成了多個網(wǎng)格空間，在每個網(wǎng)格內(nèi)均設(shè)有一柱狀陰極；所述出水區(qū)包括出水堰板、上出水管和下出水管，所述上出水管和下出水管上均分別設(shè)有球形閥門和截留過濾裝置；所述出水堰板設(shè)置在所述反應(yīng)器殼體內(nèi)，其高度是從所述上出水管的管口向上并與所述反應(yīng)器殼體的頂部之間留有通道；所述沉淀區(qū)由渣槽、刮板、排渣口閥門以及排渣管構(gòu)成。本實用新型高效去除生物毒性的多相復極電催化工業(yè)廢水處理系統(tǒng)中，所述反應(yīng)器殼體由非金屬材料制作或經(jīng)防腐處理及帶有絕緣層的金屬材料制作。所述電解反應(yīng)區(qū)內(nèi)設(shè)有粒子電極。所述粒子電極由導電顆粒和電介質(zhì)顆粒構(gòu)成，其中，所述導電顆粒選自于活性炭顆粒、石墨顆粒、導電陶瓷粒和樹脂粒中的一種或幾種，所述電介質(zhì)顆粒選自于玻璃、 樹脂、高分子聚合物、沙礫和陶瓷非導電性材料粒子中的一種或幾種。所述陽極表面和/或粒子電極表面涂覆有催化物質(zhì)層。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型的有益效果是1、本實用新型用網(wǎng)狀單元結(jié)構(gòu)的新型電解系統(tǒng)代替了傳統(tǒng)的平行極板型電解設(shè)備，這樣的結(jié)構(gòu)能夠促進水流的自由流動，極大的增加電極有效比表面積，提高電流效率， 降低能耗和處理成本，同時也能降低設(shè)備制造成本。2、通過在上、下出水管上設(shè)置閥門，使本實用新型廢水處理系統(tǒng)既可以設(shè)定為連續(xù)工作模式，也可以設(shè)定為序批式工作模式。同時通過對進水流速的調(diào)節(jié)，可以改變反應(yīng)停留時間，以適應(yīng)不同水質(zhì)條件及出水要求。3、廢水經(jīng)過布水隔板后，從進水區(qū)的底部均勻分布地進入電解反應(yīng)區(qū)，而且由網(wǎng)狀陽極中每個網(wǎng)格中的一個柱狀陰極與四周的網(wǎng)狀陽極形成了單元化的電極設(shè)計，既可以避免水流短路，提高傳質(zhì)效果，同時可以保證廢水多次流經(jīng)陰陽電極，氧化及還原反應(yīng)同時存在于反應(yīng)過程中，從而保證毒性物質(zhì)和其他污染物的徹底去除。4、通過電極單元的分布設(shè)計，并配合其底部曝氣系統(tǒng)的使用，可以消除反應(yīng)死角， 改善水力條件，防止?jié)獠顦O化的產(chǎn)生，進一步提高間接氧化物質(zhì)的產(chǎn)生速率與產(chǎn)生量，從而提高電解催化處理效率；與此同時，通過氣液沖刷作用，可以去除電極表面的懸浮附著物， 降低電極污染，延長電極使用壽命，減少電極清洗周期。5、本實用新型廢水處理系統(tǒng)擴展性強，可以通過工藝耦合的方式實現(xiàn)工作模式的擴充。例如改變曝氣系統(tǒng)的強度和密度，并加入絮凝劑，可以實現(xiàn)降解產(chǎn)物的氣浮或絮凝沉淀效果；再如通過加入粒子電極，實現(xiàn)復極電解床的效果；還有通過加入水溶性的催化劑，實現(xiàn)復合催化氧化效果。6、本實用新型廢水處理系統(tǒng)適用范圍廣，不僅僅適用于生物毒性廢水的去毒預(yù)處理，也適用于生化性能較差的工業(yè)廢水的預(yù)處理。例如對于COD > 1000mg/L的工業(yè)廢水， 本實用新型廢水處理系統(tǒng)可作為預(yù)處理工序，除了去除部分COD和生物毒性之外，可以有效提高可生化性，以利于進入后續(xù)生化系統(tǒng)處理；本實用新型廢水處理系統(tǒng)尤其適于對于 COD < 500mg/L的較低濃度廢水的深度達標處理，特別是生化工藝后難降解代謝產(chǎn)物的最終脫除特別有效；對于COD < 100mg/L的輕污染水體，經(jīng)過本實用新型廢水處理系統(tǒng)處理后可以達到雜用水標準，實現(xiàn)中水回用的目的。

圖1是本實用新型工業(yè)廢水處理系統(tǒng)平面結(jié)構(gòu)示意簡圖；圖2是本實用新型工業(yè)廢水處理系統(tǒng)縱剖面結(jié)構(gòu)示意簡圖；圖中1——反應(yīng)器殼體2——布水隔板 3——進水管4——進氣管 5——網(wǎng)狀陽極 6——柱狀陰極7——出水堰板 81——上出水管 82——下出水管91——出水閥門 92——下出水閥門10——支撐架11——渣斗12——排渣口閥門13——排渣管
具體實施方式
下面結(jié)合具體實施方式
對本實用新型作進一步詳細地描述。如圖1和圖2所示，本實用新型一種高效去除生物毒性的多相復極電催化工業(yè)廢水處理系統(tǒng)，包括反應(yīng)器殼體，所述反應(yīng)器殼體內(nèi)劃分為進水區(qū)、電解反應(yīng)區(qū)、出水區(qū)和沉淀區(qū)，圖1和圖2中的雙點劃線示出了上述4個區(qū)域的大致位置。其中所述進水區(qū)由進水噴嘴3和與進水噴嘴3相垂直布置的布水隔板2組成，所述布水隔板2的底邊與所述反應(yīng)器殼體1之間留有通道。所述電解反應(yīng)區(qū)由設(shè)置在反應(yīng)器殼體內(nèi)的陽極5和陰極6，所述反應(yīng)器殼體內(nèi)的底部設(shè)有曝氣系統(tǒng)；所述陽極為網(wǎng)狀陽極5，所述陰極為柱狀陰極6，所述網(wǎng)狀陽極5形成了多個網(wǎng)格空間，在每個網(wǎng)格內(nèi)均設(shè)有一柱狀陰極6。所述出水區(qū)包括出水堰板7、上出水管81和下出水管82，所述上出水管81和下出水管82均分別設(shè)有球形閥門和截留過濾裝置；所述出水堰板7設(shè)置在所述反應(yīng)器殼體1內(nèi)，其高度是從所述上出水管 81的管口向上并與所述反應(yīng)器殼體1的頂部之間留有通道。所述沉淀區(qū)由渣槽11、刮板、 排渣口閥門12以及排渣管13構(gòu)成。本實用新型廢水處理系統(tǒng)中的反應(yīng)器殼體1可以由非金屬材料(如PVC、PMMA等) 或者金屬材料(如碳鋼、不銹鋼等)制作；若采用金屬材料制作，應(yīng)做好前期的防腐蝕和絕
緣工作。本實用新型廢水處理系統(tǒng)中，將陽極設(shè)計成金屬網(wǎng)狀電極，該電極材料可以是普通碳鋼、不銹鋼、DSA(鈦基金屬氧化物涂層)、碳(活性碳或者晶體碳)以及其他適合做成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的貴金屬材料電極。該網(wǎng)狀電極的開孔率> 70%，網(wǎng)格的單孔隙面積大小約 0. 5 1cm2。這種網(wǎng)狀設(shè)計一方面可以在保持反應(yīng)過程中電流密度的前提下減少貴金屬的使用量，降低成本；另一方面可以保持良好的水力特性，在位于其底部的曝氣系統(tǒng)的作用下促進水體的自由流動，杜絕電極反應(yīng)死角的出現(xiàn)。本實用新型廢水處理系統(tǒng)中，將陰極設(shè)計成柱狀，所述柱狀陰極6，一方面可以保證與網(wǎng)狀陽極5板的接觸面積，有效提高電流密度；另一方面則能降低設(shè)備的制作和維護成本，同時保持設(shè)備工作的穩(wěn)定性。柱狀陰極6可以是石墨、碳鋼或者其他惰性導電材料。 每一個柱狀陰極6與其四周的網(wǎng)狀陽極5構(gòu)成一個小的電解單元，廢水可以在各電解單元間自由流動，由此，既可以避免水流短路，提高傳質(zhì)效果，同時可以保證廢水多次流經(jīng)陰陽電極，氧化及還原反應(yīng)同時存在于反應(yīng)過程中，從而保證具毒性物質(zhì)和其他污染物的徹底去除。本實用新型廢水處理系統(tǒng)的電源可以根據(jù)不同水質(zhì)條件，配用直流穩(wěn)壓電源、脈動直流電源或者高壓脈沖電源。電源電壓宜采用36V以下安全電壓，電流密度約1 IOA/ dm2。與電極采用并聯(lián)方式連接，保證各個小的電解單元間電場條件的一致。針對不同的廢水，可以選擇在電解反應(yīng)區(qū)內(nèi)是否填加粒子電極，以構(gòu)成復極電解反應(yīng)器，粒子電極是由導電顆粒和電介質(zhì)顆?；旌蠘?gòu)成，從而充分利用電流效率，兩者的混合比例根據(jù)廢水來源不同有所調(diào)整，導電顆粒與電介質(zhì)顆粒的體積比可以為1 3或 1 4。其中，導電顆粒選自于活性炭顆粒、石墨顆粒、導電陶瓷粒和樹脂粒中的一種或幾種，電介質(zhì)顆粒電極選自于玻璃、樹脂、高分子聚合物、沙礫和陶瓷等非導電性材料粒子中的一種或幾種。同時針對某些特殊廢水，還應(yīng)選用一部分負載有催化物質(zhì)涂層的粒子，達到催化降解特殊污染物的目的。上述的粒子的粒徑一般為3 5mm。上述顆粒的表面可以涂覆有催化物質(zhì)層。本實用新型廢水處理系統(tǒng)中的出水口采取是在設(shè)備的上下均設(shè)有出水管，并用閥門控制管路的啟閉。其中上出水管81為連續(xù)工作模式所設(shè)計，在上出水口處設(shè)計的出水堰板7，可以保證連續(xù)出水均勻，盡量截留表面浮渣；下出水管82為序批式工作模式所設(shè)計， 在進水并完成電解反應(yīng)后，打開下出水管82上的閥門92出水，然后，關(guān)閉該閥門進行下一批廢水的處理。為了避免水中的沉渣堵塞管道，在下出水管82的出水口處設(shè)截留格柵或管道過濾器。
6[0040]本實用新型廢水處理系統(tǒng)的曝氣系統(tǒng)是設(shè)置在電解反應(yīng)區(qū)底部，設(shè)置有用于帶動廢水升流以促進電解反應(yīng)區(qū)中內(nèi)循環(huán)流態(tài)的穿孔布氣管或曝氣頭。穿孔布氣管由一根水平的布氣干管和多組與布氣干管垂直，并相互平行的水平穿孔支管構(gòu)成。整個曝氣系統(tǒng)用支撐架10固定在設(shè)備的底部，該支撐架10也起到支撐電極的作用。在沉淀區(qū)設(shè)有刮渣器(刮板)，通過刮板的水平運動把沉淀于反應(yīng)器底部的沉渣都收集到渣斗11中，再經(jīng)由排渣管13端部的出渣口排走。本系統(tǒng)采取定期刮渣(啟閉排渣口閥門)并清走，以防止沉渣在水中二次溶解帶來不必要的能耗浪費。通常，廢水在設(shè)備主體內(nèi)的停留時間為0. 5 3h，這主要取決于進水水質(zhì)和處理要求。針對一些特殊廢水還可以加入水溶性的催化劑，該催化劑的選用包括H2O2、金屬鹽類 (鐵、鎂、鋁等)或有間接氧化功能的水溶離子(如鹵化物、硝基鹽等)。通過以下實施例對本實用新型做進一步具體說明，但不意味著對本實用新型的任何限制。應(yīng)用實例1 某化工開發(fā)區(qū)一期建設(shè)后，綜合排放工業(yè)廢水約1200t/d，基礎(chǔ)處理工藝為“水解酸化+接觸氧化+MBR+活性碳過濾”；二期建設(shè)完畢，綜合排放工業(yè)廢水增加到2000t/d，原有工藝已不能達到出水要求，尤其是二期入園企業(yè)有數(shù)家農(nóng)藥廠和西藥中間體生產(chǎn)廠，排放出的廢水生物毒性較高，可生化性差，嚴重影響了生化工藝的運行穩(wěn)定性。綜合污水廠進水監(jiān)測指標如表1所示表1某化工園區(qū)綜合污水廠運營檢測數(shù)據(jù)(mg/L)
權(quán)利要求1.一種高效去除生物毒性的多相復極電催化工業(yè)廢水處理系統(tǒng)，包括反應(yīng)器殼體，所述反應(yīng)器殼體內(nèi)劃分為進水區(qū)、電解反應(yīng)區(qū)、出水區(qū)和沉淀區(qū)；所述進水區(qū)由進水噴嘴C3)和與進水噴嘴C3)相垂直布置的布水隔板( 組成，所述布水隔板O)的底邊與所述反應(yīng)器殼體(1)之間留有通道；所述電解反應(yīng)區(qū)由設(shè)置在反應(yīng)器殼體內(nèi)的陽極(5)和陰極(6)組成，所述反應(yīng)器殼體內(nèi)的底部設(shè)有曝氣系統(tǒng)；所述陽極為網(wǎng)狀陽極(5)，所述陰極為柱狀陰極(6)，所述網(wǎng)狀陽極(5)形成了多個網(wǎng)格空間，在每個網(wǎng)格內(nèi)均設(shè)有一柱狀陰極(6)；所述出水區(qū)包括出水堰板(7)、上出水管(81)和下出水管(82)，所述上出水管(81)和下出水管(8 上均分別設(shè)有球形閥門和截留過濾裝置；所述出水堰板(7)設(shè)置在所述反應(yīng)器殼體(1)內(nèi)，其高度是從所述上出水管(81)的管口向上并與所述反應(yīng)器殼體(1)的頂部之間留有通道；所述沉淀區(qū)由渣槽(11)、刮板、排S口閥門(12)以及排渣管(13)構(gòu)成。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高效去除生物毒性的多相復極電催化工業(yè)廢水處理系統(tǒng)，其特征在于所述反應(yīng)器殼體(1)由非金屬材料制作或經(jīng)防腐處理及帶有絕緣層的金屬材料制作。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高效去除生物毒性的多相復極電催化工業(yè)廢水處理系統(tǒng)，其特征在于所述陽極表面涂覆有催化物質(zhì)層。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高效去除生物毒性的多相復極電催化工業(yè)廢水處理系統(tǒng)，其特征在于所述電解反應(yīng)區(qū)內(nèi)設(shè)有粒子電極。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的高效去除生物毒性的多相復極電催化工業(yè)廢水處理系統(tǒng)，其特征在于所述粒子電極的表面涂覆有催化物質(zhì)層。
專利摘要本實用新型公開了一種高效去除生物毒性的多相復極電催化工業(yè)廢水處理系統(tǒng)，包括反應(yīng)器殼體，反應(yīng)器殼體內(nèi)劃分為進水區(qū)、電解反應(yīng)區(qū)、出水區(qū)和沉淀區(qū)；進水區(qū)由進水噴嘴和與進水噴嘴相垂直布置的布水隔板組成，布水隔板的底邊與反應(yīng)器殼體之間留有通道；電解反應(yīng)區(qū)由設(shè)置在反應(yīng)器殼體內(nèi)的陽極和陰極組成，其底部設(shè)有曝氣系統(tǒng)；陽極為網(wǎng)狀陽極，陰極為柱狀陰極，網(wǎng)狀陽極形成了多個網(wǎng)格空間，在每個網(wǎng)格內(nèi)均設(shè)有一柱狀陰極；出水區(qū)包括出水堰板和上下出水管，出水堰板與反應(yīng)器殼體的頂部之間留有通道。本實用新型將電催化氧化、化學氧化、絮凝、氣浮、沉淀等過程結(jié)合在一起形成多元反應(yīng)過程，其處理效率高、單位能耗低、電極壽命長、操作簡單并且維護簡便。
文檔編號C02F1/461GK202265445SQ20112037293
公開日2012年6月6日 申請日期2011年9月28日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月28日
發(fā)明者余海晨, 侯瑛, 呂晶華, 孫凱, 尚晨, 張維, 張金虹, 曾猛, 李麗春, 段云霞, 王松, 石巖, 許丹宇, 鄭先強 申請人:天津市環(huán)境保護科學研究院