基于电化学的污水处理方法与流程

本发明涉及污水处理技术领域。具体地说是一种基于电化学的污水处理方法。

背景技术：

随着社会经济的发展和人们生活水平的提高，制造企业产生的废水越来越多，这些污水不能直接排放，尤其是金属加工制造业所产生的废水。金属加工制造业产生的废水中含有大量的重金属离子，如果直接排放不会对自然环境造成严重污染，还会对人和动物造成较为严重的危害，例如1956年日本水俣湾出现的水俣病，就是因为被排放到水俣湾的废水中含有大量的甲基汞。许多金属加工企业生产过程中产生废水不仅含有重金属离子，还含有大量的有机物，对此类废水进行污水处理需要对水中的重金属离子和有机物，以便处理后的污水可以直接进行循环利用或者直接排放。现有的污水处理方法，通常是将有机物通过曝气或者微生物发酵的方式进行降解，而且污水中的重金属离子也只是通过生成沉淀并形成污泥的方式去除，但是有机物中存在一些通过简单的曝气或者微生物发酵都无法进行降解的有机物，这就造成最后排放的水体中仍会有一定量的有机污染物，并且在污泥中的重金属离子很可能会在土壤中的酸根离子作用下转化为可溶性盐，然后随水下甚至地下水系统，对地下水造成污染。

技术实现要素：

为此，本发明所要解决的技术问题在于提供一种基于电化学的污水处理方法，利用光催化、曝气、气浮相结合除去水体中的有机污染物，不仅可以提高有机污染物去除效率，还可以提高有机污染物去除速度，同时利用电解、曝气以及气浮去除污水中的重金属离子，其中，利用电解方式去除污水中大部分重金属离子，利用曝气和气浮去除污水中剩余的重金属离子的大部分，进一步降低排放水体中的重金属离子浓度。

为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：

基于电化学的污水处理方法，包括如下步骤：

(a)利用光催化污水单元对污水中的有机物进行分解和降解，同时测定污水中重金属离子的浓度；

(b)根据步骤(a)中检测到的重金属离子浓度设置电化学污水处理单元通电时的电流密度，然后利用置换的方式将污水中的重金属离子置换出来；

(c)将经步骤(b)处理后的污水进行曝气和气浮处理；

(d)经步骤(c)处理后的水接入清水回路内循环使用。

上述基于电化学的污水处理方法，在步骤(a)中，在利用所述光催化污水处理单元对污水中的有机物进行分解和降解前，先将污水经第一过滤池进行过滤。

上述基于电化学的污水处理方法，在步骤(b)中，在利用所述电化学污水处理单元对污水中的重金属离子进行置换回收之前，先将经光催化污水处理单元处理后的污水在第一沉降池内静流沉降。

上述基于电化学的污水处理方法，在步骤(d)中，先将步骤(c)制得的水依次经第二沉降池和第二滤池处理。

上述基于电化学的污水处理方法，所述电化学污水处理单元所用的电化学污水处理用阳极包括阳极用滤网外层、阳极用电极基体和阳极用导电线接线柱；所述阳极用滤网外层套在所述阳极用电极基体上且所述阳极用滤网外层内壁与所述阳极用电极基体外壁之间设有间隙；所述阳极用滤网外层的滤孔孔径为2～5mm；所述阳极用导电线接线柱安装在所述阳极用电极基体上并与电源正极电连接。

上述基于电化学的污水处理方法，所述阳极用电极基体包括柱芯、导电管和导电夹板，所述导电夹板一侧与所述导电管外壁固定连接且所述导电管外壁上沿所述导电管周向设有大于或等于2个所述导电夹板，所述导电管套在所述柱芯上且与所述柱芯紧密连接，所述柱芯通过所述阳极用导电线接线柱与电源正极电连接；所述导电夹板为螺旋状导电材料制板；所述导电夹板侧壁上粘接有四氧化三铁条，在所述导电夹板同一侧壁上相邻的两个所述四氧化三铁条之间设有间隙，所述四氧化三铁条上吸附有铁屑。

上述基于电化学的污水处理方法，所述电化学污水处理单元所用的电化学污水处理用阴极包括阴极用导电接线柱、阴极用滤网外层和阴极用电极基体；所述阴极用滤网外层套在所述阴极用电极基体上且所述阴极用滤网外层内壁与所述阴极用电极基体外壁之间的间隙；所述阴极用滤网外层的滤孔孔径为2～5mm；所述阴极用导电线接线柱安装在所述阴极用电极基体上并与电源负极电连接。

上述基于电化学的污水处理方法，所述导电管裸露的外壁上、所述导电夹板裸露的外壁上和所述四氧化三铁条远离所述导电夹板的侧面上均设有石墨烯层，位于所述四氧化三铁条远离所述导电夹板的侧面上的所述石墨烯层与位于所述导电管裸露的外壁上的石墨烯层和/或位于所述导电夹板裸露的外壁上的石墨烯层导电连接。

上述基于电化学的污水处理方法，所述光催化污水处理单元所用的光催化构件包括耐酸耐碱耐油载体和光催化剂颗粒，所述光催化剂颗粒分布在所述耐酸耐碱耐油载体上，所述耐酸耐碱耐油载体为聚四氟乙烯薄膜。

上述基于电化学的污水处理方法，所述光催化剂颗粒由以下组分组成：20～50重量份二氧化钛、1～5重量份氧化锌和0.1～0.3重量份铂。

本发明中所用的污水处理装置包括：

第一滤池，用于过滤污水中体积较大的杂物；

第一ph值调节池，用于调节污水的ph值；

光催化污水处理单元，用于对污水中有机物进行分解和降解；

第一沉降池，用于将污水中悬浮物进行沉淀过滤；

第二ph值调节池，用于对经过光催化污水处理的污水进行ph值调节；

电化学污水处理单元，用于对污水中重金属离子进行处理；

曝气池，用于对污水中残留有机物和重金属离子进行处理；

气浮池，用于对污水中固体颗粒剂进行处理；

第二沉降池，用于将处理后的污水中悬浮物进行沉淀过滤；

第二滤池，用于将处理后的污水中未被沉降处理的杂物滤除；

污水泵出水端与所述第一滤池进水端流体导通连接，所述第一滤池出水端与所述第一ph值调节池进水端流体导通连接，所述第一ph值调节池出水端与所述光催化污水处理单元进水端流体导通连接，所述光催化污水处理单元出水端与所述第一沉降池进水端流体导通连接，所述第一沉降池出水端与所述第二ph值调节池进水端流体导通连接，所述第二ph值调节池出水端与所述电化学污水处理单元进水端流体导通连接，所述电化学污水处理单元出水端分别与所述曝气池进水端和所述光催化污水处理单元进水端流体导通连接，所述曝气池出水端与所述气浮池进水端流体导通连接，所述气浮池出水端与所述第二沉降池进水端流体导通连接，所述第二沉降池出水端与所述第二滤池进水端流体导通连接，所述第二滤池出水端与清水排出管进水端流体导通连接；所述电化学污水处理单元进水端和出水端上分别设有用于测量污水中重金属离子浓度的离子传感器，所述离子传感器与控制台通信连接。

本发明的技术方案取得了如下有益的技术效果：

1.本发明利用光催化污水处理单元、曝气池和气浮池对污水中的有机污染物进行降解去除，利用光催化污水处理单元将有机污染物进行降解，将易降解的有机污染物直接分解成二氧化碳和水，将难降解的有机污染物分解为易降解的有机污染物或者二氧化碳和水，然后由曝气池和气浮池对污水内残留的有机污染物进行进一步去除，从而使排放水体内所含有机污染物的量进一步减少。

2.本发明利用电化学污水处理单元、曝气池和气浮池对污水中的重金属离子进行去除，其中，电化学污水处理单元利用电解或置换的方式将污水中的绝大部分重金属离子进行回收利用，在利用曝气池和气浮池中的污泥或其他沉淀物将重金属离子吸附沉淀，从而进一步减少排放水体中的重金属离子。

附图说明

图1为本发明中污水处理的流程示意图；

图2为本发明中电化学污水处理用阴极的结构示意图；

图3为本发明中电化学污水处理用阳极的结构示意图；

图4为本发明中阳极用电极基体的结构示意图；

图5为本发明中阳极用电极基体中导电管和导电夹板配合的立体结构示意图。

图中附图标记表示为：1-阴极用滤网外层；2-阴极用电极基体；3-阴极用导电线接线柱；4-阳极用滤网外层；5-阳极用电极基体；6-阳极用导电线接线柱；7-柱芯；8-导电管；9-导电夹板；10-四氧化三铁条；11-铁屑。

具体实施方式

本发明基于电化学的污水处理方法，包括如下步骤：

(a)利用光催化污水单元对污水中的有机物进行分解和降解，同时测定污水中重金属离子的浓度；在利用所述光催化污水处理单元对污水中的有机物进行分解和降解前，先将污水经第一过滤池进行过滤；

(b)根据步骤(a)中检测到的重金属离子浓度设置电化学污水处理单元通电时的电流密度，然后利用置换的方式将污水中的重金属离子置换出来；在利用所述电化学污水处理单元对污水中的重金属离子进行置换回收之前，先将经光催化污水处理单元处理后的污水在第一沉降池内静流沉降；

(c)将经步骤(b)处理后的污水进行曝气和气浮处理；

(d)先将步骤(c)制得的水依次经第二沉降池和第二滤池处理，然后将处理后的水清水回路内循环使用。

如图1所示，本发明中所使用的污水处理装置包括用于过滤污水中体积较大的杂物的第一滤池、用于调节污水的ph值的第一ph值调节池、用于对污水中有机物进行分解和降解的光催化污水处理单元、用于将污水中悬浮物进行沉淀过滤的第一沉降池、用于对经过光催化污水处理的污水进行ph值调节的第二ph值调节池、用于对污水中重金属离子进行处理的电化学污水处理单元、用于对污水中残留有机物和重金属离子进行处理的曝气池、用于对污水中固体颗粒剂进行处理的气浮池、用于将处理后的污水中悬浮物进行沉淀过滤的第二沉降池和用于将处理后的污水中未被沉降处理的杂物滤除的第二滤池；污水泵出水端与所述第一滤池进水端流体导通连接，所述第一滤池出水端与所述第一ph值调节池进水端流体导通连接，所述第一ph值调节池出水端与所述光催化污水处理单元进水端流体导通连接，所述光催化污水处理单元出水端与所述第一沉降池进水端流体导通连接，所述第一沉降池出水端与所述第二ph值调节池进水端流体导通连接，所述第二ph值调节池出水端与所述电化学污水处理单元进水端流体导通连接，所述电化学污水处理单元出水端分别与所述曝气池进水端和所述光催化污水处理单元进水端流体导通连接，所述曝气池出水端与所述气浮池进水端流体导通连接，所述气浮池出水端与所述第二沉降池进水端流体导通连接，所述第二沉降池出水端与所述第二滤池进水端流体导通连接，所述第二滤池出水端与清水排出管进水端流体导通连接；所述电化学污水处理单元进水端和出水端上分别设有用于测量污水中重金属离子浓度且与控制台通信连接的离子传感器，所述第二ph值调节池进水端上设有与所述控制台通信连接的离子传感器。位于所述电化学污水处理单元进水端和出水端上的所述离子传感器监测进出所述电化学污水处理单元污水中的重金属离子浓度变化，并通过所述控制台对进出所述电化学污水处理单元污水中的重金属离子浓度的变化进行及时了解，用以调整加载所述电化学污水处理单元中阳极和阴极两端的电压以及阳极与阴极之间的电流密度。而通过设置在所述第二ph值调节池进水端上的所述离子传感器和所述电化学污水处理单元进水端上的所述离子传感器来监测经过第二次ph值调节之后污水中的重金属离子浓度的变化，以便为调整第二次ph值调节所用的药品提供数据参考。

其中，如图3-5所示，所述电化学污水处理单元所用的电化学污水处理用阳极包括阳极用滤网外层4、阳极用电极基体5和阳极用导电线接线柱6；所述阳极用滤网外层4套在所述阳极用电极基体5上且所述阳极用滤网外层4内壁与所述阳极用电极基体5外壁之间设有间隙；所述阳极用滤网外层4的滤孔孔径为3mm；所述阳极用导电线接线柱6安装在所述阳极用电极基体5上并与电源正极电连接；所述阳极用电极基体5包括柱芯7、导电管和导电夹板9，所述导电夹板9一侧与所述导电管外壁固定连接且所述导电管外壁上沿所述导电管周向设有10个所述导电夹板9，所述导电管套在所述柱芯7上且与所述柱芯7紧密连接，所述柱芯7通过所述阳极用导电线接线柱6与电源正极电连接；所述导电夹板9为螺旋状导电材料制板；所述导电夹板9侧壁上粘接有四氧化三铁条10，在所述导电夹板9同一侧壁上相邻的两个所述四氧化三铁条10之间设有间隙，所述四氧化三铁条10上吸附有铁屑11；所述导电管裸露的外壁上、所述导电夹板9裸露的外壁上和所述四氧化三铁条10远离所述导电夹板9的侧面上均设有石墨烯层，位于所述四氧化三铁条10远离所述导电夹板9的侧面上的所述石墨烯层分别与位于所述导电管裸露的外壁上的石墨烯层和位于所述导电夹板9裸露的外壁上的石墨烯层导电连接；如图2所示，所述电化学污水处理单元所用的电化学污水处理用阴极包括阴极用导电接线柱、阴极用滤网外层1和阴极用电极基体2；所述阴极用滤网外层1套在所述阴极用电极基体2上且所述阴极用滤网外层1内壁与所述阴极用电极基体2外壁之间的间隙；所述阴极用滤网外层1的滤孔孔径为3mm；所述阴极用导电线接线柱3安装在所述阴极用电极基体2上并与电源负极电连接。

为了避免所述阳极用电极基体5或/和所述阴极用电极基体2出现损坏致使本装置停工的情况出现，本实施例中，在所述阳极用滤网外层4内设有四个所述阳极用电极基体5，在所述阴极用滤网外层1内设有四个所述阴极用电极基体2，这样就不怕四个所述阳极用电极基体5或者四个所述阴极用电极基体2中任一一个出现故障导致本装置停工。

本实施例中，所述光催化污水处理单元所用的光催化构件包括耐酸耐碱耐油载体和光催化剂颗粒，所述光催化剂颗粒分布在所述耐酸耐碱耐油载体上，所述耐酸耐碱耐油载体为聚四氟乙烯薄膜，所述光催化剂颗粒由以下组分组成：35重量份二氧化钛、4重量份氧化锌和0.25重量份铂。

本发明中，利用所述光催化污水处理单元对污水中的有机物进行降解处理，将有机物降解为二氧化碳和水，或者更小分子的有机物，然后由所述电化学污水处理单元对未被处理的有机物或者已被降解为更小分子的有机物进行氧化降解，从而可以最大限度地除去污水中的有机物，同时可以在无需将污水在所述光催化污水处理单元内长时间内停留就可实现对污水中有机物较大程度的去除，相对提高了污水处理速度，而且还可以减轻所述曝气池和所述气浮池的处理压力。而再利用所述电化学污水处理单元去除污水中含有的重金属离子，同时利用所述曝气池对所述电化学污水处理单元去除污水中含有的重金属离子进行有效补充，从而能够较大程度地去除污水中的重金属离子。

利用本发明对某金属制品加工企业生产中产色的含有乳化油的待处理污水进行处理，并将处理前的污水和处理后得到的回用水交由第三方检测机构进行检测。

经第三方检测机构对待处理污水进行检测，待处理污水中cod含量为11600mg/l，ph值为5.5～6.2，cu含量为16.72mg/l，铬含量为25.36mg/l。

将污水由污水泵泵入所述第一滤池内，滤除污水中的粒径较大的金属碎块，然后污水流入所述第一ph值调节池内由自动加药设备自动加药将污水的ph值调整至6.5～7.3之间，接着使污水流入所述光催化污水处理单元对污水中的有机物进行光催化降解，接着将处理后的污水排入所述第一沉降池内对污水中的悬浊物和颗粒物进行沉降，将经过沉降的污水排入所述第二ph值调节池对污水ph值进行调节，在所述第二ph值调节池内污水ph值被调整至7.0～7.5，将ph值调整至7.0～7.5的污水排入所述电化学污水处理单元进行处理，利用所述电化学污水处理单元处理污水中重金属离子和残留的有机物进行降解，然后再将处理后的污水分别经所述曝气池、所述气浮池、所述第二沉降池和所述第二滤池进行处理。其中，所述光催化污水处理单元光照强度为184mw/cm²，所述电化学污水处理单元中电流密度为7.6ma/cm²。当所述电化学污水处理单元出水端上的所述离子传感器检测到的重金属离子浓度小于或等于污水排放标准时，则可以停止所述曝气池的曝气和向所述气浮池内鼓入空气或氧气。

处理后得到的回用水经第三方检测机构检测，处理后得到的回用水中cod含量为62mg/l，ph值为7.1～7.2，cu含量为0.008mg/l，铬含量为0.01mg/l。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本专利申请权利要求的保护范围之中。