一种电化学污水处理系统及其污水处理方法与流程

本发明涉及污水处理技术领域，尤其涉及一种电化学污水处理系统及其污水处理方法。

背景技术：

工业废水的处理一直是一个急需解决的热点问题。现有技术中常用的废水处理方法包括物理法，例如通过沉降、沉淀、气浮等方法；生物法，例如发酵、生物分解；化学法，例如中和、投放石灰以及电化学法等等。

其中，电化学法由于具有成本低、占地面积小，无需投入大量试剂、污泥处理便利等优势，成为了研究的热点。但由于电化学法处理污水的过程中，随着使用时间的增长，阳极与阴极均会存在不同程度的腐蚀现象，影响电解的持续稳定进行。尤其是在牺牲阳极的电化学法中，其电极板的纯度要求高(含氧量会影响电解的进行，改变放电顺序)，电极板的消耗快，而且极易在使用过程中出现钝化等问题，使得电化学法处理工业废水的应用受到限制。

另外，采用活性金属(例如铁)作为阳极板时，迅速消耗的铁离子在废水中过于丰富，形成过多的氢氧化亚铁絮凝剂会极大的影响废水的电解处理、也会使得污泥量显著提升，导致电解后的后续工艺难度的增加。

因此，现有技术还有待发展。

技术实现要素：

鉴于上述现有技术的不足之处，本发明的目的在于提供一种电化学污水处理系统及其污水处理方法，旨在解决现有电化学处理方法中电极板无法稳定持续的满足废水电解处理要求的问题。

为了达到上述目的，本发明采取了以下技术方案：

一种电化学污水处理系统，包括电解槽、阴极以及阳极，其中，所述电化学污水处理系统设置有若干个电解单元，每个电解单元包括一个阳极、一个阴极、若干个间隔板以及为阴极提供外源氧气的曝气装置；所述阳极包括修饰碳糊电极层以及设置在修饰碳糊电极层表面的若干活性金属；所述阴极及间隔板均为修饰碳糊电极；所述活性金属为纯铁。

所述的电化学污水处理系统，其中，所述电解单元具体包括一个阳极、一个阴极、三个间隔板以及曝气装置。

所述的电化学污水处理系统，其中，所述电化学污水处理系统还包括排污装置，所述排污装置包括污泥刮板、刮板导轨以及污泥排放管；所述刮板导轨设置在阳极、阴极以及间隔板两侧，所述污泥刮板沿所述导轨上下运动，刮除粘附咋阳极、阴极以及间隔板上的污泥；所述污泥排放管设置在电解槽两侧，用于接收污泥刮板刮除的污泥。

所述的电化学污水处理系统，其中，所述电化学污水处理系统还包括一生物膜处理单元，所述生物膜处理单元包括单元本体、设置于本体内的若干生物填料、设置于本体上，用于换气的通气装置以及用于搅拌生物填料、设置在本体内的搅拌页；所述生物膜处理单元与所述电解槽的污水出口连接。

所述的电化学污水处理系统，其中，所述修饰碳糊电极具体为用室温离子液体修饰的碳糊电极。

所述的电化学污水处理系统，其中，所述电解单元上还设置有发射330-350nm波长的紫外光的紫外光发生器。

一种使用如上所述的电化学污水处理系统的污水处理方法，其中，所述方法包括：调整工业废水的pH值为碱性并将碱性工业废水输入到电解槽中；接通电源，对所述电解槽内污水进行电解；在电解过程中，通过曝气装置向阴极通入氧气；电解槽内工业废水符合预定标准后，从所述电解槽的污水出口排出。

一种使用如上所述的电化学污水处理系统的污水处理方法，其中，所述方法还包括：调整工业废水的pH值为碱性并将碱性工业废水输入到电解槽中；接通电源，对所述电解槽内污水进行电解；在电解过程中，通过曝气装置向阴极通入氧气并且启动污泥刮板沿导轨循环上下运动，所述污泥刮板的运动速度为每两分钟完成一个循环；电解槽内工业废水符合预定标准后，从所述电解槽的污水出口排出。

有益效果：本发明提供的一种电化学污水处理系统及其污水处理方法，通过采用修饰碳糊电极作为电极板基体，使电极板的导电率、循环伏安特性、耐用性均得到了良好的保证。在阳极中添加用作牺牲的纯铁层以及在阴极中通入氧气以便于分别在阳极和阴极中有效的产生铁离子以及氢氧根，使废水处理效果更佳。另外，电解单元中设置的间隔板能够降低电流，提高废水处理效果。

附图说明

图1为本发明具体实施例的电化学污水处理系统的剖面结构示意图。

图2为本发明具体实施例的电化学污水处理系统的阳极结构示意图。

图3为本发明具体实施例的电化学污水处理系统的生物膜处理单元。

图4为本发明具体实施例使用的电化学污水处理系统的污水处理方法的方法流程图。

图5为本发明具体实施例的循环伏安特性扫描结果示意图。

具体实施方式

本发明提供一种电化学污水处理系统及其污水处理方法。为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下参照附图并举实施例对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1所示，为本发明的一种电化学污水处理系统。所述系统包括电解槽10、以及若干个阴极、阳极。为陈述方便，以一个阳极及阴极作为一个电解单 元进行陈述。所述具体设置的电解单元数量可以依据实际情况予以确定，例如3个或者更多。

所述电解单元包括：一个阳极100、一个阴极200、若干个间隔板300以及为阴极提供外源氧气的曝气装置400。

其中，如图2所示，所述阳极100由修饰碳糊电极层110和设置在修饰碳糊电极层表面的若干纯铁块120。所述阴极200及间隔板300则采用修饰碳糊电极。具体设置的纯铁块数量可以依据实际情况所确定，一般的只需满足电解时能够提供足够的二价铁离子溶出即可。

所述碳糊电极(CRE)是一种利用导电性石墨粉与憎水性粘合剂混制形成糊状物后制成的各种形式的电极。基于其制作特点，碳糊电极能够很轻松的使用各种类型的修饰剂来赋予电极不同的特点，例如高灵敏度，选择性等等。

在此，使用“修饰碳糊电极”这一术语指代这些经过修饰的碳糊电极。在本发明的一具体实施例中，可以使用室温离子液体(RTILs)，例如BMPBF4(1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐)对碳糊电极进行修饰，极大的提高电极的电化学响应速度、稳定性以及重现性。

另外，采用上述碳糊电极(CRE)为基材制作的电极板，能够较好的抗腐蚀、抗钝化，能够保持阴极、阳极等的长期使用。

所述曝气装置400具体可以采用现有常用的，合适的通气装置。所述曝气装置400设置在阴极旁，为阴极通入外源氧气。通入的外源氧气能够在阴极得电子，持续生成氢氧根以及过氧化氢(强氧化剂)，使电解槽内工业废水的难降解有机物、金属离子等得到有效的氧化。

上述电解槽的电解过程具体如下：

阴极生成强氧化剂的电极反应：

1)酸性条件下：O₂+2H⁺+2e→H₂O₂

2)碱性条件下：O₂+H₂O+2e→HO^2-+OH^-

阳极中的活性金属则失去电子，形成二价铁离子。

在这一电解过程中，溶液中的二价铁离子在被氧化成为三价铁离子后，同样能够在阴极得到电子被还原。由此，溶液中的铁离子可以被循环利用，可以持续的再生二价铁离子，有效的减少了污泥的产生量。

3)Fe³⁺+e→Fe²⁺

在本发明的一个较佳实施例中，所述电解单元具体可以包括一个阳极100、一个阴极200、三个间隔板300以及曝气装置400。加入了间隔板后，能够有效的降低电解槽内工业废水的电流强度。例如，在使用单极接线时，设置3个间隔板能够有效的将电流降低至不超过400A。

为了进一步的增加电解过程中，强氧化剂的生成，所述电解单元上还可以设置一发射330-350nm波长的紫外光的紫外光发生器。通过紫外光的照射来进一步提高有机物、重金属物质的处理效率。

在本发明的另一具体实施例中，所述电化学污水处理系统还可以包括一用于保持电极板(即阳极、阴极以及间隔板)表面洁净的排污装置。

所述排污装置包括污泥刮板、刮板导轨以及污泥排放管。所述刮板导轨分别沿阳极、阴极以及间隔板的两侧垂直设置。所述污泥刮板与所述导轨配合，沿所述导轨上下运动，刮除附着在阳极、阴极以及间隔板表面的污泥。所述污泥排放管设置在电解槽两侧，收集由污泥刮板刮除下来的污泥。

上述排污装置能够有效的保持电极板的表面洁净，维持电解过程中稳定持续的电解效果，避免电解效率的降低。

较佳的是，为了对电解处理后的工业废水进行进一步的处理，提升整体的处理效果，所述电化学污水处理系统还包括一生物膜处理单元600。

如图3所示，所述生物膜处理单元600包括单元本体610、设置于本体内的若干生物填料620、设置于本体上，用于换气的通气装置630以及用于搅拌生物填料、设置在本体内的搅拌页640。

所述生物膜处理单元600与所述电解槽的污水出口连接。对经过电解槽电解处理后的工业废水进行进一步处理。由于前述的电解过程能够将工业废水中的有机物以及重金属等有效的氧化降解，使得工业废水的可生化性能够得到有效的提升。

所述生物填料620可以使用现有一些常用的生物填料，或者依据废水的特点予以选择配制，为本领域技术人员所熟知，在此不作赘述。采用生物填料，具有较高的比表面积，使得生物填料形成的生物膜的量较大。通气装置630则为生物填料中生长的微生物提供足够的氧气以进行新陈代谢活动来氧化去除污染物。搅拌页640则可以通过搅动生物填料来保持生物膜的更新频率。所述搅拌页640可以依据实际需要选择合适的旋转速度。

实施例1

修饰碳糊电极的制作：

以质量比计，取BMPBF₄和石墨粉以1比3的比例混合，在超声条件不断搅拌，使两者混合均匀，形成糊状膏体。

将膏体填入聚四氟乙烯管中压实，插入铜丝作为导线，放置使其稳定成型。

用去离子水冲洗三次并晾干。

用称量纸将电极表面打磨成镜面，形成所述修饰碳糊电极。

以ph＝3，0.05mol/L的氯化钠溶液为本底，进行循环伏安法扫描，检测所述修饰碳糊电极性能(以未修饰碳糊电极为对照)。结果如图5所示，其中曲线1为修饰后碳糊电极，曲线2为未修饰碳糊电极。

实施例2

修饰碳糊电极的制作：

以质量比计，取BMPPF₆和石墨粉以1比3的比例混合，在超声条件不断搅拌，使两者混合均匀，形成糊状膏体。

将膏体填入聚四氟乙烯管中压实，插入铜丝作为导线，放置使其稳定成型。

用去离子水冲洗三次并晾干。

用称量纸将电极表面打磨成镜面，形成所述修饰碳糊电极。

以ph＝8，0.08mol/L的氯化钠溶液为本底，进行循环伏安法扫描，检测所述修饰碳糊电极性能(以未修饰碳糊电极为对照)。

本发明还提供了一种使用如上所述的电化学污水处理系统的污水处理方法。

如图4所示，所述方法包括：

S1、调整工业废水的pH值为碱性并将碱性工业废水输入到电解槽中。将pH值调节成为碱性，能够有利于电解过程中的电凝聚的形成，加速金属离子的沉降。当然，对于有机物含量丰富的废水、需要较强氧化能力时，为实现较好的氧化效果，也可以将工业废水的pH值调节成为酸性。

S2、接通电源，对所述电解槽内污水进行电解。

S3、在电解过程中，通过曝气装置向阴极通入氧气。

S4、电解槽内工业废水符合预定标准后，从所述电解槽的污水出口排出。

所述预定标准具体由实际的污水处理情况所决定，需要考虑的因素包括：输入的工业废水类型、工业废水电解后，后续的操作流程等等。

在本发明的较佳实施例中，在电解过程中，所述废水处理方法还包括：通启动污泥刮板沿导轨循环上下运动。所述污泥刮板的运动速度为每两分钟完成一个循环。上述步骤能够保持电极板的表面洁净，保持良好的电解效率。

实施例3

六价铬的废水处理

某公司的不锈钢生产过程中所述产生的废水中含有铬、氟等剧毒重金属物质，现有技术中，通常需要多个环节，将六价铬离子还原为三价铬离子后方可形成聚凝物进行处理。

将上述废水加入到本发明提供的电化学污水处理系统中进行处理，六价铬 在电解槽的阴极被还原成了三价铬，并与阳极溶解的金属离子和氢氧根集合形成聚凝物，将多个工艺步骤简化为一个，极大的方便了废水的处理，有效的降低了成本。

另外，处理后的废水中不会包含采用化学法处理时引入的硫酸根及氯离子，降低了对管道、换热器的腐蚀作用。

实施例4

某汽车零部件制造商在生产过程中产生了大量的切削油，由于乳化油的存在，化学药品在废油中无法有效的溶解，导致需要采用高成本的蒸发器进行处理。

将所述切削油的pH值调节至酸性(pH值3-5)。

然后通过沉淀池进行初步沉淀。

沉淀后的切削油加入到所述电化学污水处理系统中进行电解。

由于电解过程中能够持续不断的产生强氧化剂，使得废水中的COD值、色度等均实现了大幅度下降。

可以理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据本发明的技术方案及本发明构思加以等同替换或改变，而所有这些改变或替换都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。