专利名称：阳极滤床和阴极滤床联合处理有机污水的装置和方法
技术领域：
本发明涉及一种处理高浓度有毒有机污水的装置，特别是阳极滤床与阴极滤床联合处理高浓度有毒有机污水的装置，属于高浓度有机污水的污染控制领域。
背景技术：
制药、染料、化工等行业排放的废水通常含有高浓度的难生化的有机物，该类种类多、成分复杂，通常包括染料助剂、油剤、酸碱、纤维杂质及无机盐；酚类物质、单环芳烃和多环芳烃以及含氮、硫、氧的杂环化合物等。废水B/C值低于0.3，可生化性差。对于该类废水的治理，物化 生化联用技术是当前主要的处理方法，普遍采用活性污泥法，但常规的物化 生化处理，对有机污水的可生化性提高较差，很难达到难降解有机污染物的彻底氧化，出水C0D、色度去除率较低，通常不能达标排放，成为目前我国废水处理中面临的一大技术难点。因此，提出或发展ー种更高效的处理技术是保证废水经济有效治理的前提条件。高级氧化技术(Advanced Oxidation Processes ,简称AOPs )又称深度氧化技术，因其适用范围广、处理迅速彻底、不产生二次污染等特点而显示了较好的应用前景，成为水处理领域的研究热点之一，但仍存在反应条件苛刻、选择性差、成本高等局限性。主要包括化学氧化法、电化学氧化法、光催化氧化、湿式氧化法、液相脉冲放电和超临界水氧化法等。Electro-Fe nton是ー种新型电化学氧化技术,属于高级氧化技术的ー种，由于它在阴极和阳极都能产生 OH来氧化降解水体中污染物，引起了学者们广泛地关注。
OH由Fe2+和H2O2反应生成。该技术具有显著的优点:(I)反应条件温和，通常只需在常温、常压下进行，对设备的要求相对较低；(2)通过有催化活性的电极反应在现场直接或间接产生羟基自由基，从而无选择性的降解有机污染物；(3)无需外加化学氧化剂，从而減少了因化学试剂的加入而可能带来的二次污染问题，是ー种绿色的エ艺。电化学水处理技术被称为“环境友好”技木，在緑色エ艺方面极具潜力。但是目前的研究表明，Electro-Fenton电化学氧化技术由于存在以下问题，在エ业上还难以广泛应用，(l)Electro-Fenton电化学氧化工艺处理有机废水的电极种类不多。贵金属电极虽对难降解有机物有较好的除去效果，但贵金属电极昂贵，且易中毒而失去电催化活性。(2)电极产生H2O2的反应慢，产量低，处理高浓度污水的效果不佳；(3)传统的电解反应装置的传质问题尚未能得到很好的解決。传质因素限制了电极反应速率，使得电催化效率低下，能耗和经济成本增高，不具エ业应用竞争性。
发明内容
针对上述现有技术，即生化法对高浓度有毒有机污水的处理局限以及电化学氧化法的应用限制，本发明g在提供一种处理高浓度有机污水的装置，该装置利用电化学氧化法以及阴扱、阳极滤床联合处理高浓度有毒有机污水，实现有机污水的有效降解。本发明装置包括反应器1、曝气装置2和电源3，电源3与反应器I连接，曝气装置2设置在反应器I中，其中反应器包括外壳6、ー个以上阴极滤床4、ー个以上阳极滤床5、进水口 7和出水ロ 8，阳极滤床和阴极滤床采用串联的交替方式设置在外壳中，待处理有机污水通过进水口进入反应器，经过阳极滤床、阴极滤床，最后由出水ロ流出。本发明所述反应器采用电极垂直排列方式，由下到上依次为阳极反应床、阴极反应床，反应器为圆形、方形或矩形，反应器高度为3飞m，水流方式为上流式。本发明所述曝气装置为悬挂管式微孔曝气，气泡直径应小于3_，曝气方式为纯氧或空气阴极曝气。本发明所述阳极滤床为多层网状结构(3飞层)，各层可拆卸，底层材料选用不锈钢，其它各层为铁网，各层网孔孔径为2飞mm，丝径为0.5^1.5mm,目数为4X4到IOX 10，网层间填料为铁屑、活性炭颗粒和辅料，三者按体积比10:10: f 20:10:1的比例混合，阳极滤床厚度为0.5 2m，辅料为聚こ烯多面空心球，规格为025mnT050mm ;床层填料以及铁网根据消耗情况补充，周期为3飞个月，以保证反应器的有效运行。本发明所述阴极滤床为两层以上石墨-聚四氟こ烯网状结构，各层可拆卸，层间距为10 20臟，目数为5X5 IOX 10，阴极滤床层总厚度为0.5 2m，各层网孔孔径为I 4mm，丝径为0.5 lmm;石墨-聚四氟こ烯网状结构由石墨-聚四氟こ烯和不锈钢网制备，用石墨与聚四氟こ烯按质量比为1.5: f 2:1的比例均匀混合后制备薄膜，在高压下使薄膜与不锈钢网复合，即得单层网。经过本发明装置处理的有机污水，其中酚类、苯类、含氮杂环、苯腈、苯并杂环类、多环芳烃等多种有机污染物以及NH3-N等无机物被有效降解，该装置可与常规生化处理法联用，作为前处理时可提高废水的B/C值0.r0.3，即提高其可生化性，作为深度处理时可大幅度降低废水的色度(6(T90%)、COD (55、0%)，使出水达到《污水综合排放标准》GB8979 1996的ー级标准。`本发明另一目的是提供一种处理高浓度有毒有机污水的装置的使用方法，该方法在常温下，将有毒有机污水输入反应器，在外加电压为0.riOV,电流密度为2(T40mA/cm2条件下，废水通过阳极滤床的阳极发生氧化反应，随后废水流至阴极滤床，同时通入空气或氧气，空气或氧气和废水的体积比为1:广1:2，废水总的接触时间为6(Tl50min，出水即为净化后出水。本发明所述有毒有机污水为COD为200(T6000mg/L的有机污水或COD为20(T400mg/L的经生化处理的有机污水出水，pH为3 9。该方法是将废水输入电解反应器，反应器内电极垂直串联，水流方式为上流式，随水流方向电极依次为阳极滤床和阴极滤床。废水中的污染物主要分两步得到降解。第一歩，废水流经阳极滤床时，废水中的有机物与阳极滤床充分接触，并在电极床内被直接电化学氧化，同时阳极滤床的填充材料对废水中的有机物有一定的吸附过滤作用，可初歩去除C0D，与此同时，在外加电源的作用下，阳极滤床电极不断溶出Fe2+，并伴随着阳极析氧过程，产生氧气，随后废水上流至阴极滤床，同时Fe2+向阴极移动；
第二步，废水上流至阴极滤床，阳极所生成的氧气上浮到阴极滤床，同时加上曝气设备所输入的空气，阳极溶出的Fe2+催化过氧化氢生成羟基自由基，羟基自由基的强氧化性可降解阳极滤床反应后废水中的剰余有机物。本发明的优点与效果如下:(1)强化电化学降解效果，阳极氧化和阴极自由基氧化均能够有效去除酚类、苯类、含氮杂环、苯腈、苯并杂环类、多环芳烃等多种有机污染物，对含有偶氟、碳双键、硝基、卤代基结构的难除降解有机物质等都有很好的降解效果，针对有机物浓度大、高毒性、高色度、难生化降解的废水的处理，B/C值可提高0.r0.3，即废水的可生化性提高，废水中COD去除率一般在55 80%左右，色度可去掉60 90% ；
(2)本发明提供的装置反应条件温和，操作简便，反应条件为常温、常压、低电压；电解反应器中电极床材料、填料无需更换，只需补充；
(3)本发明提供的装置应用灵活，可作为高浓度有毒有机污水常规生化处理的前处理，经过本发明中反应器的处理，废水可生化性得到提高，有助于后续生化处理对废水中污染物的高效降解，可作为高浓度有毒有机污水常规生化处理的深度处理，进一歩降解废水中的污染物，使出水达标；
(4)该装置改变了传统电解法水平设置电极的方式，而是将电极垂直串联，这种垂直串联的方式有助于废水在两级得到有效降解，该电解装置使用范围广，可用于有机污水生化处理的前处理、深度处理以及单独电解高浓度有机污水，通过采用本发明，可促进实现有机污水的污染控制。
图1是本发明装置的单级结构示意 图2是本发明装置的多级结构示意图。图中:1是反应器；2是曝气装置；3是电源；4是阴极滤床；5是阳极滤床；6是外壳；7是进水口 ；8是出水口。
具体实施例方式
下面通过附图和实施例对本发明作进ー步详细说明，但本发明保护范围不局限于所述内容。实施例1:阳极滤床和阴极滤床联合处理煤气化废水的装置及方法，具体操作如下:
1、煤气化废水
煤气化时的废水排放一直是煤化工产业环境污染防治的重中之重，煤气化排放的废水主要来源于气化各エ段中的洗涤水、洗气水、蒸汽分流水等溶解了煤气化时产生的水溶性污染物，包括氨、酚、挥发酚、石油类、硫化物、氰化物、SS等。煤气化排放的废水污染物种类繁多，其非悬浮物和溶解性固体浓度极高，并含有氨氮、硫化物、氰化物等气化工艺的特征污染物。不同エ艺气化废水水质见表I。表1:不同气化工艺的废水水质
权利要求
1.种阳极滤床和阴极滤床联合处理有机污水的装置，其特征在于:其包括反应器(1)、曝气装置(2)和电源(3)，电源(3)与反应器(I)连接，曝气装置(2)设置在反应器(I)中，其中反应器包括外壳(6)、ー个以上阴极滤床(4)、ー个以上阳极滤床(5)、进水口(7)和出水ロ(8)，阳极滤床和阴极滤床采用串联的交替方式设置在外壳中，待处理有机污水通过进水口进入反应器，经过阳极滤床、阴极滤床，最后由出水ロ流出。
2.根据权利要求1所述阳极滤床和阴极滤床联合处理有机污水的装置，其特征在于:反应器为圆形、方形或矩形，反应器高度为3飞m，水流方式为上流式。
3.根据权利要求1所述阳极滤床和阴极滤床联合处理有机污水的装置，其特征在于:曝气装置为悬挂管式微孔曝气，气泡直径应小于3mm，曝气方式为纯氧或空气阴极曝气。
4.根据权利要求1所述阳极滤床和阴极滤床联合处理有机污水的装置，其特征在干:阳极滤床为3飞层网状结构，各层网孔孔径为2飞mm，丝径为0.5 1.5mm，目数为4X410X10 ;层间填充填料，填料为铁屑、活性炭颗粒和辅料，三者按体积比10:10:1 20:10:1的比例混合，阳极滤床厚度为0.5 2m。
5.根据权利要求4所述阳极滤床和阴极滤床联合处理有机污水的装置，其特征在于:辅料为聚こ烯多面空心球，规格为0 25mnT0 50mm。
6.根据权利要求1所述阳极滤床和阴极滤床联合处理有机污水的装置，其特征在于:阴极滤床为两层以上石墨-聚四氟こ烯网状结构，各层间距为l(T20mm，各层网孔孔径为I 4mm,丝径为0.5 Imm,目数为5 X 5 10 X 10,阴极滤床厚度为0.5 2m。
7.根据权利要求6所述阳极滤床和阴极滤床联合处理有机污水的装置，其特征在于:石墨-聚四氟こ烯网状结构是将石墨与聚四氟こ烯按质量比为1.5 2:1的比例混合均匀后制备成薄膜，在高压下将薄膜与不锈钢网复合制得。
8.用权利要求1所述阳极滤床和阴极滤床联合处理有机污水装置的方法，其特征在于:在常温下，将有毒有机污水输入反应器，在外加电压为0.nov,电流密度为2(T40mA/Cm2条件下，废水通过阳极滤床的阳极发生氧化反应，随后废水流至阴极滤床，同时通入空气或氧气，空气或氧气和废水的体积比为1:广1:2，废水总的接触时间为6(Tl50min，出水即为净化后出水。
9.根据权利要求1所述阳极滤床和阴极滤床联合处理有机污水装置的方法，其特征在于:有毒有机污水为COD为200(T6000mg/L的有机污水或COD为20(T400mg/L的经生化处理的有机污水出水，pH为3 9。
全文摘要
本发明公开了一种阳极滤床和阴极滤床联合处理有机污水的装置和方法，该装置利用电化学氧化法以及阴极、阳极滤床联合处理高浓度有毒有机污水，实现有机污水的有效降解，废水中的污染物在阳极滤床发生氧化反应，污染物被氧化降解，同时阳极滤床填充的填料对有机污染物具有吸附、截留、降解的作用；阴极滤床采用特定的阴极材料，可生成大量·OH自由基的强氧化性可使污染物得到氧化降解，该装置改变了传统电解法水平设置电极的方式，而是将电极垂直串联，这种垂直串联的方式有助于废水在两级得到有效降解，该装置使用范围广，可用于有机污水生化处理的前处理、深度处理以及单独电解高浓度有机污水，通过采用本发明，可促进实现有机污水的污染控制。
文档编号C02F101/30GK103086480SQ20131002632
公开日2013年5月8日 申请日期2013年1月24日 优先权日2013年1月24日
发明者瞿广飞, 吴淼淼, 裘伟霞, 刘玉环, 宁平 申请人:昆明理工大学