專利名稱：陽極濾床和陰極濾床聯(lián)合處理有機(jī)污水的裝置和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種處理高濃度有毒有機(jī)污水的裝置，特別是陽極濾床與陰極濾床聯(lián)合處理高濃度有毒有機(jī)污水的裝置，屬于高濃度有機(jī)污水的污染控制領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
制藥、染料、化工等行業(yè)排放的廢水通常含有高濃度的難生化的有機(jī)物，該類種類多、成分復(fù)雜，通常包括染料助劑、油剤、酸堿、纖維雜質(zhì)及無機(jī)鹽；酚類物質(zhì)、單環(huán)芳烴和多環(huán)芳烴以及含氮、硫、氧的雜環(huán)化合物等。廢水B/C值低于0.3，可生化性差。對于該類廢水的治理，物化 生化聯(lián)用技術(shù)是當(dāng)前主要的處理方法，普遍采用活性污泥法，但常規(guī)的物化 生化處理，對有機(jī)污水的可生化性提高較差，很難達(dá)到難降解有機(jī)污染物的徹底氧化，出水C0D、色度去除率較低，通常不能達(dá)標(biāo)排放，成為目前我國廢水處理中面臨的一大技術(shù)難點(diǎn)。因此，提出或發(fā)展ー種更高效的處理技術(shù)是保證廢水經(jīng)濟(jì)有效治理的前提條件。高級氧化技術(shù)(Advanced Oxidation Processes ,簡稱AOPs )又稱深度氧化技術(shù)，因其適用范圍廣、處理迅速徹底、不產(chǎn)生二次污染等特點(diǎn)而顯示了較好的應(yīng)用前景，成為水處理領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)之一，但仍存在反應(yīng)條件苛刻、選擇性差、成本高等局限性。主要包括化學(xué)氧化法、電化學(xué)氧化法、光催化氧化、濕式氧化法、液相脈沖放電和超臨界水氧化法等。Electro-Fe nton是ー種新型電化學(xué)氧化技術(shù),屬于高級氧化技術(shù)的ー種，由于它在陰極和陽極都能產(chǎn)生 OH來氧化降解水體中污染物，引起了學(xué)者們廣泛地關(guān)注。
OH由Fe2+和H2O2反應(yīng)生成。該技術(shù)具有顯著的優(yōu)點(diǎn):(I)反應(yīng)條件溫和，通常只需在常溫、常壓下進(jìn)行，對設(shè)備的要求相對較低；(2)通過有催化活性的電極反應(yīng)在現(xiàn)場直接或間接產(chǎn)生羥基自由基，從而無選擇性的降解有機(jī)污染物；(3)無需外加化學(xué)氧化劑，從而減少了因化學(xué)試劑的加入而可能帶來的二次污染問題，是ー種綠色的エ藝。電化學(xué)水處理技術(shù)被稱為“環(huán)境友好”技木，在緑色エ藝方面極具潛力。但是目前的研究表明，Electro-Fenton電化學(xué)氧化技術(shù)由于存在以下問題，在エ業(yè)上還難以廣泛應(yīng)用，(l)Electro-Fenton電化學(xué)氧化工藝處理有機(jī)廢水的電極種類不多。貴金屬電極雖對難降解有機(jī)物有較好的除去效果，但貴金屬電極昂貴，且易中毒而失去電催化活性。(2)電極產(chǎn)生H2O2的反應(yīng)慢，產(chǎn)量低，處理高濃度污水的效果不佳；(3)傳統(tǒng)的電解反應(yīng)裝置的傳質(zhì)問題尚未能得到很好的解決。傳質(zhì)因素限制了電極反應(yīng)速率，使得電催化效率低下，能耗和經(jīng)濟(jì)成本增高，不具エ業(yè)應(yīng)用競爭性。

發(fā)明內(nèi)容
針對上述現(xiàn)有技術(shù)，即生化法對高濃度有毒有機(jī)污水的處理局限以及電化學(xué)氧化法的應(yīng)用限制，本發(fā)明g在提供一種處理高濃度有機(jī)污水的裝置，該裝置利用電化學(xué)氧化法以及陰扱、陽極濾床聯(lián)合處理高濃度有毒有機(jī)污水，實(shí)現(xiàn)有機(jī)污水的有效降解。本發(fā)明裝置包括反應(yīng)器1、曝氣裝置2和電源3，電源3與反應(yīng)器I連接，曝氣裝置2設(shè)置在反應(yīng)器I中，其中反應(yīng)器包括外殼6、ー個(gè)以上陰極濾床4、ー個(gè)以上陽極濾床5、進(jìn)水口 7和出水ロ 8，陽極濾床和陰極濾床采用串聯(lián)的交替方式設(shè)置在外殼中，待處理有機(jī)污水通過進(jìn)水口進(jìn)入反應(yīng)器，經(jīng)過陽極濾床、陰極濾床，最后由出水ロ流出。本發(fā)明所述反應(yīng)器采用電極垂直排列方式，由下到上依次為陽極反應(yīng)床、陰極反應(yīng)床，反應(yīng)器為圓形、方形或矩形，反應(yīng)器高度為3飛m，水流方式為上流式。本發(fā)明所述曝氣裝置為懸掛管式微孔曝氣，氣泡直徑應(yīng)小于3_，曝氣方式為純氧或空氣陰極曝氣。本發(fā)明所述陽極濾床為多層網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)(3飛層)，各層可拆卸，底層材料選用不銹鋼，其它各層為鐵網(wǎng)，各層網(wǎng)孔孔徑為2飛mm，絲徑為0.5^1.5mm,目數(shù)為4X4到IOX 10，網(wǎng)層間填料為鐵屑、活性炭顆粒和輔料，三者按體積比10:10: f 20:10:1的比例混合，陽極濾床厚度為0.5 2m，輔料為聚こ烯多面空心球，規(guī)格為025mnT050mm ;床層填料以及鐵網(wǎng)根據(jù)消耗情況補(bǔ)充，周期為3飛個(gè)月，以保證反應(yīng)器的有效運(yùn)行。本發(fā)明所述陰極濾床為兩層以上石墨-聚四氟こ烯網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，各層可拆卸，層間距為10 20臟，目數(shù)為5X5 IOX 10，陰極濾床層總厚度為0.5 2m，各層網(wǎng)孔孔徑為I 4mm，絲徑為0.5 lmm;石墨-聚四氟こ烯網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)由石墨-聚四氟こ烯和不銹鋼網(wǎng)制備，用石墨與聚四氟こ烯按質(zhì)量比為1.5: f 2:1的比例均勻混合后制備薄膜，在高壓下使薄膜與不銹鋼網(wǎng)復(fù)合，即得單層網(wǎng)。經(jīng)過本發(fā)明裝置處理的有機(jī)污水，其中酚類、苯類、含氮雜環(huán)、苯腈、苯并雜環(huán)類、多環(huán)芳烴等多種有機(jī)污染物以及NH3-N等無機(jī)物被有效降解，該裝置可與常規(guī)生化處理法聯(lián)用，作為前處理時(shí)可提高廢水的B/C值0.r0.3，即提高其可生化性，作為深度處理時(shí)可大幅度降低廢水的色度(6(T90%)、COD (55、0%)，使出水達(dá)到《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》GB8979 1996的ー級標(biāo)準(zhǔn)。`本發(fā)明另一目的是提供一種處理高濃度有毒有機(jī)污水的裝置的使用方法，該方法在常溫下，將有毒有機(jī)污水輸入反應(yīng)器，在外加電壓為0.riOV,電流密度為2(T40mA/cm2條件下，廢水通過陽極濾床的陽極發(fā)生氧化反應(yīng)，隨后廢水流至陰極濾床，同時(shí)通入空氣或氧氣，空氣或氧氣和廢水的體積比為1:廣1:2，廢水總的接觸時(shí)間為6(Tl50min，出水即為凈化后出水。本發(fā)明所述有毒有機(jī)污水為COD為200(T6000mg/L的有機(jī)污水或COD為20(T400mg/L的經(jīng)生化處理的有機(jī)污水出水，pH為3 9。該方法是將廢水輸入電解反應(yīng)器，反應(yīng)器內(nèi)電極垂直串聯(lián)，水流方式為上流式，隨水流方向電極依次為陽極濾床和陰極濾床。廢水中的污染物主要分兩步得到降解。第一歩，廢水流經(jīng)陽極濾床時(shí)，廢水中的有機(jī)物與陽極濾床充分接觸，并在電極床內(nèi)被直接電化學(xué)氧化，同時(shí)陽極濾床的填充材料對廢水中的有機(jī)物有一定的吸附過濾作用，可初歩去除C0D，與此同時(shí)，在外加電源的作用下，陽極濾床電極不斷溶出Fe2+，并伴隨著陽極析氧過程，產(chǎn)生氧氣，隨后廢水上流至陰極濾床，同時(shí)Fe2+向陰極移動(dòng)；
第二步，廢水上流至陰極濾床，陽極所生成的氧氣上浮到陰極濾床，同時(shí)加上曝氣設(shè)備所輸入的空氣，陽極溶出的Fe2+催化過氧化氫生成羥基自由基，羥基自由基的強(qiáng)氧化性可降解陽極濾床反應(yīng)后廢水中的剰余有機(jī)物。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)與效果如下:(1)強(qiáng)化電化學(xué)降解效果，陽極氧化和陰極自由基氧化均能夠有效去除酚類、苯類、含氮雜環(huán)、苯腈、苯并雜環(huán)類、多環(huán)芳烴等多種有機(jī)污染物，對含有偶氟、碳雙鍵、硝基、鹵代基結(jié)構(gòu)的難除降解有機(jī)物質(zhì)等都有很好的降解效果，針對有機(jī)物濃度大、高毒性、高色度、難生化降解的廢水的處理，B/C值可提高0.r0.3，即廢水的可生化性提高，廢水中COD去除率一般在55 80%左右，色度可去掉60 90% ；
(2)本發(fā)明提供的裝置反應(yīng)條件溫和，操作簡便，反應(yīng)條件為常溫、常壓、低電壓；電解反應(yīng)器中電極床材料、填料無需更換，只需補(bǔ)充；
(3)本發(fā)明提供的裝置應(yīng)用靈活，可作為高濃度有毒有機(jī)污水常規(guī)生化處理的前處理，經(jīng)過本發(fā)明中反應(yīng)器的處理，廢水可生化性得到提高，有助于后續(xù)生化處理對廢水中污染物的高效降解，可作為高濃度有毒有機(jī)污水常規(guī)生化處理的深度處理，進(jìn)一歩降解廢水中的污染物，使出水達(dá)標(biāo)；
(4)該裝置改變了傳統(tǒng)電解法水平設(shè)置電極的方式，而是將電極垂直串聯(lián)，這種垂直串聯(lián)的方式有助于廢水在兩級得到有效降解，該電解裝置使用范圍廣，可用于有機(jī)污水生化處理的前處理、深度處理以及單獨(dú)電解高濃度有機(jī)污水，通過采用本發(fā)明，可促進(jìn)實(shí)現(xiàn)有機(jī)污水的污染控制。


圖1是本發(fā)明裝置的單級結(jié)構(gòu)示意 圖2是本發(fā)明裝置的多級結(jié)構(gòu)示意圖。圖中:1是反應(yīng)器；2是曝氣裝置；3是電源；4是陰極濾床；5是陽極濾床；6是外殼；7是進(jìn)水口 ；8是出水口。
具體實(shí)施例方式
下面通過附圖和實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)ー步詳細(xì)說明，但本發(fā)明保護(hù)范圍不局限于所述內(nèi)容。實(shí)施例1:陽極濾床和陰極濾床聯(lián)合處理煤氣化廢水的裝置及方法，具體操作如下:
1、煤氣化廢水
煤氣化時(shí)的廢水排放一直是煤化工產(chǎn)業(yè)環(huán)境污染防治的重中之重，煤氣化排放的廢水主要來源于氣化各エ段中的洗滌水、洗氣水、蒸汽分流水等溶解了煤氣化時(shí)產(chǎn)生的水溶性污染物，包括氨、酚、揮發(fā)酚、石油類、硫化物、氰化物、SS等。煤氣化排放的廢水污染物種類繁多，其非懸浮物和溶解性固體濃度極高，并含有氨氮、硫化物、氰化物等氣化工藝的特征污染物。不同エ藝氣化廢水水質(zhì)見表I。表1:不同氣化工藝的廢水水質(zhì)
權(quán)利要求
1.種陽極濾床和陰極濾床聯(lián)合處理有機(jī)污水的裝置，其特征在于:其包括反應(yīng)器(1)、曝氣裝置(2)和電源(3)，電源(3)與反應(yīng)器(I)連接，曝氣裝置(2)設(shè)置在反應(yīng)器(I)中，其中反應(yīng)器包括外殼(6)、ー個(gè)以上陰極濾床(4)、ー個(gè)以上陽極濾床(5)、進(jìn)水口(7)和出水ロ(8)，陽極濾床和陰極濾床采用串聯(lián)的交替方式設(shè)置在外殼中，待處理有機(jī)污水通過進(jìn)水口進(jìn)入反應(yīng)器，經(jīng)過陽極濾床、陰極濾床，最后由出水ロ流出。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述陽極濾床和陰極濾床聯(lián)合處理有機(jī)污水的裝置，其特征在于:反應(yīng)器為圓形、方形或矩形，反應(yīng)器高度為3飛m，水流方式為上流式。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述陽極濾床和陰極濾床聯(lián)合處理有機(jī)污水的裝置，其特征在于:曝氣裝置為懸掛管式微孔曝氣，氣泡直徑應(yīng)小于3mm，曝氣方式為純氧或空氣陰極曝氣。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述陽極濾床和陰極濾床聯(lián)合處理有機(jī)污水的裝置，其特征在干:陽極濾床為3飛層網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，各層網(wǎng)孔孔徑為2飛mm，絲徑為0.5 1.5mm，目數(shù)為4X410X10 ;層間填充填料，填料為鐵屑、活性炭顆粒和輔料，三者按體積比10:10:1 20:10:1的比例混合，陽極濾床厚度為0.5 2m。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述陽極濾床和陰極濾床聯(lián)合處理有機(jī)污水的裝置，其特征在于:輔料為聚こ烯多面空心球，規(guī)格為0 25mnT0 50mm。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述陽極濾床和陰極濾床聯(lián)合處理有機(jī)污水的裝置，其特征在于:陰極濾床為兩層以上石墨-聚四氟こ烯網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，各層間距為l(T20mm，各層網(wǎng)孔孔徑為I 4mm,絲徑為0.5 Imm,目數(shù)為5 X 5 10 X 10,陰極濾床厚度為0.5 2m。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述陽極濾床和陰極濾床聯(lián)合處理有機(jī)污水的裝置，其特征在于:石墨-聚四氟こ烯網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)是將石墨與聚四氟こ烯按質(zhì)量比為1.5 2:1的比例混合均勻后制備成薄膜，在高壓下將薄膜與不銹鋼網(wǎng)復(fù)合制得。
8.用權(quán)利要求1所述陽極濾床和陰極濾床聯(lián)合處理有機(jī)污水裝置的方法，其特征在于:在常溫下，將有毒有機(jī)污水輸入反應(yīng)器，在外加電壓為0.nov,電流密度為2(T40mA/Cm2條件下，廢水通過陽極濾床的陽極發(fā)生氧化反應(yīng)，隨后廢水流至陰極濾床，同時(shí)通入空氣或氧氣，空氣或氧氣和廢水的體積比為1:廣1:2，廢水總的接觸時(shí)間為6(Tl50min，出水即為凈化后出水。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述陽極濾床和陰極濾床聯(lián)合處理有機(jī)污水裝置的方法，其特征在于:有毒有機(jī)污水為COD為200(T6000mg/L的有機(jī)污水或COD為20(T400mg/L的經(jīng)生化處理的有機(jī)污水出水，pH為3 9。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種陽極濾床和陰極濾床聯(lián)合處理有機(jī)污水的裝置和方法，該裝置利用電化學(xué)氧化法以及陰極、陽極濾床聯(lián)合處理高濃度有毒有機(jī)污水，實(shí)現(xiàn)有機(jī)污水的有效降解，廢水中的污染物在陽極濾床發(fā)生氧化反應(yīng)，污染物被氧化降解，同時(shí)陽極濾床填充的填料對有機(jī)污染物具有吸附、截留、降解的作用；陰極濾床采用特定的陰極材料，可生成大量·OH自由基的強(qiáng)氧化性可使污染物得到氧化降解，該裝置改變了傳統(tǒng)電解法水平設(shè)置電極的方式，而是將電極垂直串聯(lián)，這種垂直串聯(lián)的方式有助于廢水在兩級得到有效降解，該裝置使用范圍廣，可用于有機(jī)污水生化處理的前處理、深度處理以及單獨(dú)電解高濃度有機(jī)污水，通過采用本發(fā)明，可促進(jìn)實(shí)現(xiàn)有機(jī)污水的污染控制。
文檔編號C02F101/30GK103086480SQ20131002632
公開日2013年5月8日 申請日期2013年1月24日 優(yōu)先權(quán)日2013年1月24日
發(fā)明者瞿廣飛, 吳淼淼, 裘偉霞, 劉玉環(huán), 寧平 申請人:昆明理工大學(xué)