专利名称：一种深度处理有机废水的方法及其装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及废水处理技术领域，更具体地说是关于一种以电化学活性炭吸附深度净化有机废水的处理技术。
目前，废水深度处理领域常用活性炭作为吸附剂，用来去除水中的污染物，达到净化水质的目的。该方法存在的缺陷是运行一段时间，活性炭吸附容量很快达到耗竭点(穿透点)，活性炭需要更换或再生，其费用很高而且繁琐，这是制约吸附净化处理技术推广和发展的主要因素。在印染废水等领域，有采用电化学活性炭吸附研究的报导，活性炭吸附有机污染物的同时，在直流电场的作用下，部分氧化分解吸附在活性炭表面或内部的有机污染物，提高了活性炭的吸附容量。但介质(活性炭和废水)的电导率较低，现有技术中常采用投加稀电解质溶液、缩短两极间的距离或在活性炭中混入可提高电导率的颗粒状或片状填料，来提高介质的电导率。以上方法在实验室是可行的，工程应用中存在很多问题，如投加稀电解质溶液，易造成二次污染；缩短阴极、阳极间的距离，会大大降低废水处理的效率；混入可提高电导率的颗粒状或片状填料，则由于填料比重很难与活性炭相近，反冲洗时容易分层，造成混合不均，起不到提高电导率的效果。
本发明的目的在于提供一种净化能力强，使用寿命长，易于在工业上推广应用的电化学吸附技术。
我们知道，吸附可分为物理吸附、化学吸附和离子交换吸附。以分子间的引力而产生的吸附叫物理吸附。以吸附剂与吸附质之间产生了化学作用，生成化学键引起的吸附称为化学吸附。吸附剂与吸附质之间伴随着等当量离子交换的吸附叫离子交换吸附。在废水处理中，往往是物理吸附、化学吸附和离子交换吸附的综合结果。影响吸附效果的因素很多，在内因素方面，有吸附剂的物理化学性质。如吸附剂的比表面积、孔隙构造、表面带电情况、分子间的范德华力等，外因素有废水性质，温度，接触时间等。
本发明的解决方案是在所说的深度处理有机废水的吸附柱中装入了一种含有通式为Mx/n[(ALO2)x(SiO2)y]铝硅酸盐的活性炭填料，并在吸附柱中加有直流电场。所说铝硅酸盐通式中M为碱金属或碱土金属阳离子，n代表金属阳离子的电荷，X/n表示金属阳离子的个数。这里所说的铝硅酸盐可以选用天然材料，也可以人工合成。这种铝硅酸盐可以单独分散于填料之中，也可以与颗粒活性炭结合成一体。本发明的优选方案是在颗粒活性炭的孔隙表面涂复了通式为Mx/n[(ALO2)x(SiO2)y]铝硅酸盐的纳米或亚纳米涂层的颗粒活性炭的吸附剂。这种铝硅酸盐在颗粒活性炭中的含量为(重量％)0.3-6.0。而制成表面涂层的铝硅酸盐，在颗粒活性炭中的含量(重量％)为0.5-1.30。在吸附柱中直流电场的电流值为0.1-1A，直流电压值为1-30V。
如此构成的吸附柱，其中铝硅酸盐是非导电材料，活性炭属导电材料，我们把这种铝硅酸盐直接复合于活性炭上，利用这种纳米材料的导电特性和炭一氧化物的复合导电机制，这种由铝硅酸盐—活性炭填料和废水构成的介质，其电阻值可降低50-75％。同时活性炭的机械强度也有所提高。在外电场作用下，纳米或亚纳米涂层的铝硅酸盐与活性炭表面存在电子转移和传递，产生二元界面效应，带电比表面增加，形成很多带电点，有利于吸附带有电荷的污染物，对胶粒状污染物，能起到脱稳的作用，从而提高其吸附能力。纳米或亚纳米铝硅酸盐具有较大的表面积，对有机物具有很强的吸附能力，也易和活性炭表面形成新的界面，在电场的作用下，一定程度地激活活性炭化学吸附的活性点(含氧官能团，如羟基-OH、羰基＝CO等)，从而提高了活性炭吸附能力。再者在活性炭吸附有机污染物同时，在直流电场的作用下，发生氧化还原反应，能部分氧化分解吸附在活性炭表面或内部的有机污染物，提高活性炭的吸附容量，延长活性炭吸附的反冲洗周期。
在本发明中，有机废水通过这样一种加有直流电场，并装有含铝硅酸盐的活性炭填料的吸附柱中进行深度电化学吸附净化处理，废水在吸附柱内停留时间为15-45分钟，其去除率可达50％以上。
为表明本发明的进步性，我们用一种的涤纶废水，以普通的颗粒状活性炭吸附柱与本发明作了对照实验，生产涤纶的工业废水经过生化处理和过滤处理后CODcr为80-300mg/L，进入吸附柱作吸附处理，在相同条件下比较两种方法对CODcr的去除率，结果见表1。
表1 本发明与普通活性炭柱性能对比
由表1可以看出本发明CODcr的去除率比普通活性炭吸附提高了10个百分点以上，反冲洗周期延长1-2天，普通活性炭在六个月之后对CODcr的去除率迅速下降，反冲洗周期缩短为一天，活性炭的吸附容量已接近耗竭点，需要再生。本发明的去除率比对照柱高19.3个百分点。
下面再结合附图对本发明作进一步说明。
附
图1为本发明废水深度处理装置的示意图。
附图1中1为填料层，2为正、负电极，电极为平行电极，电极对数为一对或多对，根据工程应用的实际需要来选定3为自来水进入口，4为空气排放口；5是反冲洗空气入口，6是反洗出水口，7是转换阀。
颗粒活性炭在一种铝硅酸盐的溶胶中浸渍后，取出在100℃左右烘干，并在氮气保护下进行烧结处理后，最后用水蒸汽进行活化，制得本发明所述的含铝硅酸盐的活性炭填料，装入吸附柱中。
进行净化处理时，如图1所示，经生化处理和过滤后的有机废水，CODcr含量一般为80-300mg/L，从底部进入吸附柱，加以0.2-0.6A直流电流和5-20V直流电压，被处理水在柱内的停留时间15-45分钟，处理后的净化水从吸附柱上方出水口溢流而出，此时CODcr的去除率可达50-70％。
吸附柱运行一段时间后，当吸附柱的CODcr去除率比初始值下降15％左右时，需要进行一次反冲洗。反冲洗的主要目的是清除活性炭截留的颗粒污染物和物理吸附的大部分有机物。反冲洗用自来水进行冲洗，所说反冲洗操作如图所示，此时，先转换阀门7，停止废水进入，自来水从吸附柱的上部3进入柱子，从吸附柱底部6流出，水流方向与净化处理时的水流方向正好相反。与此同时，在吸附柱底部5通入0.05MPa左右压力的压缩空气，起到搅拌作用，以提高反冲洗效果。反冲洗时间，每次大约15分钟左右。当反冲洗的出水变清，固体悬浮物的含量降至2mg/L以下时，反冲洗完成，即可继续进行净化水处理操作。本发明吸附柱的反冲洗周期如表1所示，当反冲洗后吸附柱的CODcr去除率仍低于30％时，柱中填料则需要再生，其再生方法可按通常的活性炭再生法进行。如果再生后吸附柱电导率明显下降则由于铝硅酸盐脱落严重，此时需要按前述的制备方法进行重新处理本发明的活性炭填料。与普通的活性炭相比，本发明使用的经改性活性炭填料，其使用寿命可延长一倍以上。
总之，本发明的优点是很明显的，使用本发明的处理装置、解决了现有技术中介质电导率低的难题，不需要外加电介质，或其他方法来降低其电阻值，使这种电化吸附技术在工程上的应用成为切实可行。本发明所用的改性活性炭填料与普通活性炭相比，其使用寿命可延长一倍以上，其CoDcr去除率提高10个百分点以上。用本发明装置作净化水处理，净化能力强，电耗低，处理水停留时间短，处理效率高。本发明工艺，设备简单，操作简便，投资与运行费用省，可在废水深度处理领域中使用，也可应用于其他给水处理领域，有广泛的推广应用前景。
下面再用几个实施例对本发明作进一步说明，当然当不局限在这几个实例之中。
权利要求
1.一种深度处理有机废水的方法，其特征在于废水是通过一种加有直流电场和装有含铝硅酸盐的活性炭填料的吸附柱进行电化学吸附净化处理。
2.依照权利要求1所述的深度处理方法，其特征在于加在吸附柱中的直流电场的电流值为0.1-1A，直流电压值为1-30V。
3.依照权利要求1所述的深度处理方法，其特征在于废水在吸附柱内的停留时间为15-45分钟。
4.依照权利要求1所述用于深度处理有机废水的装置，其特征在于吸附柱中装有含通式为Mx/n[(ALO2)x(SiO2)y]铝硅酸盐R活性炭填料，并在吸附柱中加有直流电场。
5.依照权利要求4所述的深度处理有机废水的装置其特征在于所说的填料是在颗粒活性炭孔隙表面涂有一层通式为Mx/n[(ALO2)x(SiO2)y]铝硅酸盐的纳米或亚纳米涂层的颗粒吸附剂。
6.依照权利要求5所述的深度处理有机废水的装置，其特征在于吸附柱中所用颗粒吸附剂的铝硅酸盐的含量(重量％)为0.3-6.0。
7.依照权利要求6所述的深度处理有机废水的装置，其特征在于吸附柱中所用颗粒吸附剂的铝硅酸盐的含量(重量％)为0.5-3.0。
全文摘要
一种深度处理有机废水的方法,是通过一座装有含通式为Mx/n[(AlO
文档编号C02F1/461GK1381404SQ01107989
公开日2002年11月27日 申请日期2001年4月16日 优先权日2001年4月16日
发明者熊朝辉, 曲铭海, 唐小丽, 孙寒松, 杜章森, 郭华, 于晓军, 石丽玲, 赵石勤 申请人:中国济南化纤总公司