多维电解污水处理工艺的制作方法
【专利摘要】一种多维电解污水处理工艺，用于化工、印染、制药、造纸、油田、食品加工和垃圾渗透液等行业的高浓度有机物和高盐废水的处理。其特征在于：混合调节、催化活化、阴阳离子分离、电解氧化还原和过滤分离，处理后的水经检测达标后排放，由于有机物得到彻底分解，几乎没有污泥残留，所述的电解催化氧化采用多维电解污水处理装置，多维电解在催化电解法中有机物、NH3–N 的去除，是通过阳极的直接氧化作用和催化剂溶液中的间接氧化作用实现的。本发明具有运行成本低、占地面积小、产生污泥量少及污泥处置费低等优点。
【专利说明】多维电解污水处理工艺
[0001]
技术领域
[0002]
本发明涉及污水处理领域的一种多维电解污水处理工艺。
【背景技术】
[0003]
当代社会化学的不断发展在促进人类社会进步的同时，在客观上已经造成了严重的环境污染，这些问题在一定程度上也阻碍社会的可持续发展。目前解决这些环境问题的必由之路是大力发展绿色化学化工。在这些众多问题之中，废水的绿色化处理处理是当前的一个热门话题。在20世纪六七十年代，随着电力工业迅速发展，涂层钛阳极研究成功，电化学理论研究的不断深入，证实了许多有机化合物的氧化还原反应、加成反应或分解反应都可以在电极上进行，这为通过电催化氧化法降解有机污染物提供了理论依据，从而推动了电解法技术在水处理中的应用。电解法作为一种较成熟的水处理技术具有很多优点，尤其突出的是电解法设备化程度高，处理的废水无二次污染，是环保产业应予以重视的的一个发展领域，是一种绿色环保型技术。但是现有电解法通常利用贵金属极板制作，成本高昂；同时在高浓度废水处理中，为了获得更高的电解能量，只能通过提高电压和电流来实现，从而导致能耗损过大，运行成本过高，不利于实现产业化。而多维电解设备体积小，能耗低，运行成本低，操作简单灵活，污泥量少，后续处理简单，并且随着电化学技术和电力工业的发展使得多维电解工艺用于废水处理的成本大大降低，竞争力不断增强。
【发明内容】
[0004]
本发明的目的是克服现有技术的不足，提供多维电解污水处理工艺。
[0005]
本发明是通过以下技术方案实现的:
一种多维电解污水处理工艺，用于化工、印染、制药、造纸、油田、食品加工和垃圾渗透液等行业的高浓度有机物和高盐废水的处理，其特征在于:工艺流程包括混合调节、催化活化、阴阳离子分离、电解氧化还原和过滤分离，处理后的水经检测达标后排放，由于有机物得到彻底分解，几乎没有污泥残留，所述的电解催化氧化采用多维电解污水处理装置，多维电解在催化电解法中有机物、NH3-N的去除，是通过阳极的直接氧化作用和催化剂溶液中的间接氧化作用实现的；一种多维电解污水处理工艺设备，包括电解槽和电极板，电极板设置在电解槽内两侧，其特征在于:所述的电极板由正电极板和负电极板组成，正电极板和负电极板与电源相连，极板正负间穿插电解阴阳离子膜，由氟化高聚物组成，因此惰性强;正电极板和负电极板之间设有催化剂填充物，填充物为碳载四氧化三钴和碳载氧化钴;填充物与电极板间设有气体扩散层。
[0006]多维电解污水处理工艺用于对有机物、NH3-N的污水处理，其特征在于:有机物、NH3-N的去除，是通过阳极的直接氧化作用和溶液中的间接氧化作用实现的(如图1所示)。
[0007]阳极直接氧化是由于水分子在阳极表面上放电，产生被吸附的.0H，-OH对被吸附在阳极上的有机物亲电进攻，发生如式(I)?(4)所示的氧化反应阳极:
2H20 2H0.+ 2H+ + 2e— (I)
2NH3 + 6H0.N2 + 6H2O (2)
有机物 + H0.CO2 + H2O (3)
2H0.H2O + 1202(4)
间接氧化是在电解过程中，通过催化剂提高电化学反应的活性，使其在短时间、低电流的情况下就可以产生强氧化剂(如C10—、高价金属离子等)，有机物在溶液中被这些氧化剂所氧化，如式(5)?(9)所示。
[0008]阳极:
Cl— Cl2 + 2e— (5)
溶液中:
Cl2 + H2O HOCl + H+ + Cl— (6)
HOCl + Ml/— NH2Cl + H2O + H+ (7)
NHCl2 + H2O NOH + 2H2 + 2C1- (8)
NHCl2 + NOH N2 + HOCl + H+ + Cl— (9)
有机物电化学降解过程主要通过以下步骤进行:
首先，H2O或OH-通过在阳极上放电，产生物理吸附态的羟基自由基(0H):
MOx + H2O MOx(.0H)+ H+ + e— (10)
吸附态的羟基自由基(.0H)与有机物发生电化学燃烧反应:
R + MOx(.0H)^ CO2 + H+ + e— + MOx (11)
同时，吸附态羟基自由基能与氧化物阳极发生快速氧化反应，氧从羟基自由基上迅速转移到氧化物阳极的晶格上而形成高价氧化物MOx + I而阳极表面的羟基自由基保持在很低的水平，那么高价金属氧化物与有机物会发生选择性氧化反应，如式(12)和式(13)所示。
[0009]Μ0χ(.0H)^ MOx+ 1 + H+ + e— (12)
R + MOx + 1 — RO + MOx (13)
高浓度或高盐有机废水进入到填满催化剂填充物的电解槽中，然后在石墨复合极板中通入低压高频脉冲直流电源，保持恒流模式(通常电流调节为0.1A)，根据废水电导率的不同，自动调节电压。同时打开曝气装置，调节曝气量，使气相和液相扩散保持平衡。通过调节进水量的大小，可以调整废水在反应槽中的停留时间，或者通过多槽串联反应的方式，增加反应时间，废水中COD、氨氮的去除率可以高达99%以上，而去除1g的COD所需电耗只有I kw.h。同酸碱离子自动渗析到阴阳离子槽中，实现酸碱的回收。
【附图说明】
[0010]图1为电化学氧化中污染物的去除机理原理图。[0011 ] 图2为多维电解污水处理工艺流程图。
【具体实施方式】
[0012]下面结合附图和与现有技术的比较对本发明的内容作进一步的说明:
如图2所示为多维电解污水处理工艺流程图，包括混合调节、催化活化、阴阳离子分离、电解氧化还原、过滤分离。以下面对多维电解工艺系统与传统电解工艺系统的运行成本比较。
[0013]对于废水中有机物的处理费用比较
I)选用多维电解工艺可以节约大量的药剂，在多维电解中，废水的活性很强，而悬浮性有机物几乎分解完全，所以在投加药剂时，所需要原来1/10的药剂量可以达到极佳的处理效果。
[0014]2)多维电解工艺系统不需要将废水pH值调到中性(传统工艺所需的条件)。多维电解工艺系统直接通过阴阳离子膜选择性通过，分别在阴离子液槽和阳离子液槽中回收酸和碱。多维电解工艺系统与传统化学法相比，酸碱量节省95%以，简化了工艺流程，减少了用地及处理成本，节省投资。
[0015]3)多维电解工艺系统不需要高电压和大电流。
[0016]传统脉冲电压通常在100?400V左右，相对直流供电的电压增大了不少。事实上，采用较高的电压，大电流强度虽然可减少电解时间，但整体投资过高，能耗过大。而多维电解工艺系统，在低电压(通常10?100V)、极低的电流(0.1A)条件下，通过催化剂的活化作用，从而提高电流效率，降低电耗，得到非常好的电解效果，有效地去除有机物。由于整个平均电耗降低，电流又不大，催化剂不容易板结，设备运行安全可靠。
[0017]4)传统电解对有机物的去除并不彻底，后续还需要投加较多的絮凝药剂，产生一定污泥量。多维电解工艺系统对有机物的去除可以达到99%以上，分解成水和无机气体，后续几乎不用加药就可得到清澈达标排放的水。减少了 90%以上的污泥量，节省运行费用。
[0018]5)传统电解对高盐废水处理，由于废水中盐份过高，电导率过高，导致电流过高，而且大部分电耗损失在废水中的离子反应过程，电流效率低，能耗大。而多维电解工艺系统在处理高盐废水时，主要不是依靠电流的能量来分解有机物，而是在催化剂的作用下，以极低的电流促发废水中有机物的氧化还原反应，在能耗很小(约传统能耗的1/10)的情况下就能分解大部份有机物。
[0019]6)传统电解设备处理高盐废水时，通常为了防止废水中的阴离子如氯离子等对极板的电腐蚀，需要使用憜性金属作为基材，并在表面镀有贵金属。但即便如此，电极板的使用寿命也不超过两年，且维护费用非常昂贵。多维电解工艺系统中的电极板采用石墨复合极板，不与废水直接接触，使用寿命可达5年以下，且更换和维护费用低廉。
[0020]综上所述，对于高浓度有机废水和高盐废水的处理，多维电解工艺系统可以节约大量的酸、碱、絮凝剂等药剂，能耗约为传统电解法的1/10，维护运行费用也仅为传统电解法的1/10。
[0021]多维电解工艺系统与传统电解工艺系统处理效果的比较 I)对COD的去除效果比较由于多维电解工艺系统在催化剂中产生的强氧化性羟基自由基，活性非常大，可有效破键去除COD，⑶D去除率在95-99%之间。传统的化学工艺系统对⑶D的去除效果尚可，一般只可去除大分子有机物，去除率一般在30-50%%左右。
[0022]2)对NH3-N的去除效果比较
传统电解工艺在处理NH3-N时，要投加药剂来辅助分解NH3-N,但废水种类较多，药剂量难以达到精细控制，处理出水难以达到预期效果，难以适应逐渐严格的国家标准。多维解工艺系统会根据废水中离子的浓度自动调整极板的电流，在催化剂的活化作用下，NH3-N分解得非常彻底，从而保证处理废水的NH3-N指标的处理效果始终如一。
[0023]传统化学工艺系与多维电解工艺系统的投资费用比较2.3.1 运行投资费用的比较
传统电解工艺系统占地面积比较大，流程较长，设备多，前期土建费用很高，而且加药设备投资比较大；多维电解工艺系统工艺简节，占地面积小，土建费用低，设备投资相对比较大。总体而言，多维电解工艺系统投资费用远低于传统电解法。
[0024]占地面积比较
传统电解工艺系统对废水的处理，一般具有集水池等较多的大型处理构筑物。多维电解工艺系统除了调节池和沉淀池比较大外，其余的曝气池、PH调节池都集成在一台设备上。比如处理I万⑶D、量为I t/h的多维电解工艺系统，调节池、沉淀池，多维电解本身占0.5 X3m2的空间。
[0025]3)产生污泥量及污泥处置费用比较
传统电解工艺系统还需投加药剂，才能够来达到废水处理达标的程度，这些药剂的投加最终绝大部分以污泥形式沉降排出，污泥产生量大。废水中C0D、氨氮的去除率可以高达99%以上，而去除1g的COD所需电耗只有lkw.h。同酸碱离子自动渗析到阴阳离子槽中，实现酸碱的回收，而加入药剂少，污泥量极少，一般是传统电解工艺系统的1/20。
【主权项】
1.一种多维电解污水处理工艺，用于化工、印染、制药、造纸、油田、食品加工和垃圾渗透液等行业的高浓度有机物和高盐废水的处理，其特征在于:工艺流程包括混合调节、催化活化、阴阳离子分离、电解氧化还原和过滤分离，处理后的水经检测达标后排放，由于有机物得到彻底分解，几乎没有污泥残留，所述的电解催化氧化采用多维电解污水处理装置，多维电解在催化电解法中有机物、NH3-N的去除，是通过阳极的直接氧化作用和催化剂溶液中的间接氧化作用实现的。2.—种多维电解污水处理工艺设备，包括电解槽和电极板，电极板设置在电解槽内两侧，其特征在于:所述的电极板由正电极板和负电极板组成，正电极板和负电极板与电源相连，极板正负间穿插电解阴阳离子膜，由氟化高聚物组成，因此惰性强;正电极板和负电极板之间设有催化剂填充物，填充物为碳载四氧化三钴和碳载氧化钴;填充物与电极板间设有气体扩散层。
【文档编号】C02F1/469GK105948184SQ201610382721
【公开日】2016年9月21日
【申请日】2016年6月2日
【发明人】曾贤军, 仝旭, 陈林虎, 刘云
【申请人】上海澄华环境工程有限公司