多維電解污水處理工藝的制作方法
【專利摘要】一種多維電解污水處理工藝，用于化工、印染、制藥、造紙、油田、食品加工和垃圾滲透液等行業的高濃度有機物和高鹽廢水的處理。其特征在于：混合調節、催化活化、陰陽離子分離、電解氧化還原和過濾分離，處理后的水經檢測達標后排放，由于有機物得到徹底分解，幾乎沒有污泥殘留，所述的電解催化氧化采用多維電解污水處理裝置，多維電解在催化電解法中有機物、NH3–N 的去除，是通過陽極的直接氧化作用和催化劑溶液中的間接氧化作用實現的。本發明具有運行成本低、占地面積小、產生污泥量少及污泥處置費低等優點。
【專利說明】多維電解污水處理工藝
[0001]
技術領域
[0002]
本發明涉及污水處理領域的一種多維電解污水處理工藝。
【背景技術】
[0003]
當代社會化學的不斷發展在促進人類社會進步的同時，在客觀上已經造成了嚴重的環境污染，這些問題在一定程度上也阻礙社會的可持續發展。目前解決這些環境問題的必由之路是大力發展綠色化學化工。在這些眾多問題之中，廢水的綠色化處理處理是當前的一個熱門話題。在20世紀六七十年代，隨著電力工業迅速發展，涂層鈦陽極研究成功，電化學理論研究的不斷深入，證實了許多有機化合物的氧化還原反應、加成反應或分解反應都可以在電極上進行，這為通過電催化氧化法降解有機污染物提供了理論依據，從而推動了電解法技術在水處理中的應用。電解法作為一種較成熟的水處理技術具有很多優點，尤其突出的是電解法設備化程度高，處理的廢水無二次污染，是環保產業應予以重視的的一個發展領域，是一種綠色環保型技術。但是現有電解法通常利用貴金屬極板制作，成本高昂；同時在高濃度廢水處理中，為了獲得更高的電解能量，只能通過提高電壓和電流來實現，從而導致能耗損過大，運行成本過高，不利于實現產業化。而多維電解設備體積小，能耗低，運行成本低，操作簡單靈活，污泥量少，后續處理簡單，并且隨著電化學技術和電力工業的發展使得多維電解工藝用于廢水處理的成本大大降低，競爭力不斷增強。
【發明內容】
[0004]
本發明的目的是克服現有技術的不足，提供多維電解污水處理工藝。
[0005]
本發明是通過以下技術方案實現的:
一種多維電解污水處理工藝，用于化工、印染、制藥、造紙、油田、食品加工和垃圾滲透液等行業的高濃度有機物和高鹽廢水的處理，其特征在于:工藝流程包括混合調節、催化活化、陰陽離子分離、電解氧化還原和過濾分離，處理后的水經檢測達標后排放，由于有機物得到徹底分解，幾乎沒有污泥殘留，所述的電解催化氧化采用多維電解污水處理裝置，多維電解在催化電解法中有機物、NH3-N的去除，是通過陽極的直接氧化作用和催化劑溶液中的間接氧化作用實現的；一種多維電解污水處理工藝設備，包括電解槽和電極板，電極板設置在電解槽內兩側，其特征在于:所述的電極板由正電極板和負電極板組成，正電極板和負電極板與電源相連，極板正負間穿插電解陰陽離子膜，由氟化高聚物組成，因此惰性強;正電極板和負電極板之間設有催化劑填充物，填充物為碳載四氧化三鈷和碳載氧化鈷;填充物與電極板間設有氣體擴散層。
[0006]多維電解污水處理工藝用于對有機物、NH3-N的污水處理，其特征在于:有機物、NH3-N的去除，是通過陽極的直接氧化作用和溶液中的間接氧化作用實現的(如圖1所示)。
[0007]陽極直接氧化是由于水分子在陽極表面上放電，產生被吸附的.0H，-OH對被吸附在陽極上的有機物親電進攻，發生如式(I)?(4)所示的氧化反應陽極:
2H20 2H0.+ 2H+ + 2e— (I)
2NH3 + 6H0.N2 + 6H2O (2)
有機物 + H0.CO2 + H2O (3)
2H0.H2O + 1202(4)
間接氧化是在電解過程中，通過催化劑提高電化學反應的活性，使其在短時間、低電流的情況下就可以產生強氧化劑(如C10—、高價金屬離子等)，有機物在溶液中被這些氧化劑所氧化，如式(5)?(9)所示。
[0008]陽極:
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)
有機物電化學降解過程主要通過以下步驟進行:
首先，H2O或OH-通過在陽極上放電，產生物理吸附態的羥基自由基(0H):
MOx + H2O MOx(.0H)+ H+ + e— (10)
吸附態的羥基自由基(.0H)與有機物發生電化學燃燒反應:
R + MOx(.0H)^ CO2 + H+ + e— + MOx (11)
同時，吸附態羥基自由基能與氧化物陽極發生快速氧化反應，氧從羥基自由基上迅速轉移到氧化物陽極的晶格上而形成高價氧化物MOx + I而陽極表面的羥基自由基保持在很低的水平，那么高價金屬氧化物與有機物會發生選擇性氧化反應，如式(12)和式(13)所示。
[0009]Μ0χ(.0H)^ MOx+ 1 + H+ + e— (12)
R + MOx + 1 — RO + MOx (13)
高濃度或高鹽有機廢水進入到填滿催化劑填充物的電解槽中，然后在石墨復合極板中通入低壓高頻脈沖直流電源，保持恒流模式(通常電流調節為0.1A)，根據廢水電導率的不同，自動調節電壓。同時打開曝氣裝置，調節曝氣量，使氣相和液相擴散保持平衡。通過調節進水量的大小，可以調整廢水在反應槽中的停留時間，或者通過多槽串聯反應的方式，增加反應時間，廢水中COD、氨氮的去除率可以高達99%以上，而去除1g的COD所需電耗只有I kw.h。同酸堿離子自動滲析到陰陽離子槽中，實現酸堿的回收。
【附圖說明】
[0010]圖1為電化學氧化中污染物的去除機理原理圖。[0011 ] 圖2為多維電解污水處理工藝流程圖。
【具體實施方式】
[0012]下面結合附圖和與現有技術的比較對本發明的內容作進一步的說明:
如圖2所示為多維電解污水處理工藝流程圖，包括混合調節、催化活化、陰陽離子分離、電解氧化還原、過濾分離。以下面對多維電解工藝系統與傳統電解工藝系統的運行成本比較。
[0013]對于廢水中有機物的處理費用比較
I)選用多維電解工藝可以節約大量的藥劑，在多維電解中，廢水的活性很強，而懸浮性有機物幾乎分解完全，所以在投加藥劑時，所需要原來1/10的藥劑量可以達到極佳的處理效果。
[0014]2)多維電解工藝系統不需要將廢水pH值調到中性(傳統工藝所需的條件)。多維電解工藝系統直接通過陰陽離子膜選擇性通過，分別在陰離子液槽和陽離子液槽中回收酸和堿。多維電解工藝系統與傳統化學法相比，酸堿量節省95%以，簡化了工藝流程，減少了用地及處理成本，節省投資。
[0015]3)多維電解工藝系統不需要高電壓和大電流。
[0016]傳統脈沖電壓通常在100?400V左右，相對直流供電的電壓增大了不少。事實上，采用較高的電壓，大電流強度雖然可減少電解時間，但整體投資過高，能耗過大。而多維電解工藝系統，在低電壓(通常10?100V)、極低的電流(0.1A)條件下，通過催化劑的活化作用，從而提高電流效率，降低電耗，得到非常好的電解效果，有效地去除有機物。由于整個平均電耗降低，電流又不大，催化劑不容易板結，設備運行安全可靠。
[0017]4)傳統電解對有機物的去除并不徹底，后續還需要投加較多的絮凝藥劑，產生一定污泥量。多維電解工藝系統對有機物的去除可以達到99%以上，分解成水和無機氣體，后續幾乎不用加藥就可得到清澈達標排放的水。減少了 90%以上的污泥量，節省運行費用。
[0018]5)傳統電解對高鹽廢水處理，由于廢水中鹽份過高，電導率過高，導致電流過高，而且大部分電耗損失在廢水中的離子反應過程，電流效率低，能耗大。而多維電解工藝系統在處理高鹽廢水時，主要不是依靠電流的能量來分解有機物，而是在催化劑的作用下，以極低的電流促發廢水中有機物的氧化還原反應，在能耗很小(約傳統能耗的1/10)的情況下就能分解大部份有機物。
[0019]6)傳統電解設備處理高鹽廢水時，通常為了防止廢水中的陰離子如氯離子等對極板的電腐蝕，需要使用憜性金屬作為基材，并在表面鍍有貴金屬。但即便如此，電極板的使用壽命也不超過兩年，且維護費用非常昂貴。多維電解工藝系統中的電極板采用石墨復合極板，不與廢水直接接觸，使用壽命可達5年以下，且更換和維護費用低廉。
[0020]綜上所述，對于高濃度有機廢水和高鹽廢水的處理，多維電解工藝系統可以節約大量的酸、堿、絮凝劑等藥劑，能耗約為傳統電解法的1/10，維護運行費用也僅為傳統電解法的1/10。
[0021]多維電解工藝系統與傳統電解工藝系統處理效果的比較 I)對COD的去除效果比較由于多維電解工藝系統在催化劑中產生的強氧化性羥基自由基，活性非常大，可有效破鍵去除COD，⑶D去除率在95-99%之間。傳統的化學工藝系統對⑶D的去除效果尚可，一般只可去除大分子有機物，去除率一般在30-50%%左右。
[0022]2)對NH3-N的去除效果比較
傳統電解工藝在處理NH3-N時，要投加藥劑來輔助分解NH3-N,但廢水種類較多，藥劑量難以達到精細控制，處理出水難以達到預期效果，難以適應逐漸嚴格的國家標準。多維解工藝系統會根據廢水中離子的濃度自動調整極板的電流，在催化劑的活化作用下，NH3-N分解得非常徹底，從而保證處理廢水的NH3-N指標的處理效果始終如一。
[0023]傳統化學工藝系與多維電解工藝系統的投資費用比較2.3.1 運行投資費用的比較
傳統電解工藝系統占地面積比較大，流程較長，設備多，前期土建費用很高，而且加藥設備投資比較大；多維電解工藝系統工藝簡節，占地面積小，土建費用低，設備投資相對比較大。總體而言，多維電解工藝系統投資費用遠低于傳統電解法。
[0024]占地面積比較
傳統電解工藝系統對廢水的處理，一般具有集水池等較多的大型處理構筑物。多維電解工藝系統除了調節池和沉淀池比較大外，其余的曝氣池、PH調節池都集成在一臺設備上。比如處理I萬⑶D、量為I t/h的多維電解工藝系統，調節池、沉淀池，多維電解本身占0.5 X3m2的空間。
[0025]3)產生污泥量及污泥處置費用比較
傳統電解工藝系統還需投加藥劑，才能夠來達到廢水處理達標的程度，這些藥劑的投加最終絕大部分以污泥形式沉降排出，污泥產生量大。廢水中C0D、氨氮的去除率可以高達99%以上，而去除1g的COD所需電耗只有lkw.h。同酸堿離子自動滲析到陰陽離子槽中，實現酸堿的回收，而加入藥劑少，污泥量極少，一般是傳統電解工藝系統的1/20。
【主權項】
1.一種多維電解污水處理工藝，用于化工、印染、制藥、造紙、油田、食品加工和垃圾滲透液等行業的高濃度有機物和高鹽廢水的處理，其特征在于:工藝流程包括混合調節、催化活化、陰陽離子分離、電解氧化還原和過濾分離，處理后的水經檢測達標后排放，由于有機物得到徹底分解，幾乎沒有污泥殘留，所述的電解催化氧化采用多維電解污水處理裝置，多維電解在催化電解法中有機物、NH3-N的去除，是通過陽極的直接氧化作用和催化劑溶液中的間接氧化作用實現的。2.—種多維電解污水處理工藝設備，包括電解槽和電極板，電極板設置在電解槽內兩側，其特征在于:所述的電極板由正電極板和負電極板組成，正電極板和負電極板與電源相連，極板正負間穿插電解陰陽離子膜，由氟化高聚物組成，因此惰性強;正電極板和負電極板之間設有催化劑填充物，填充物為碳載四氧化三鈷和碳載氧化鈷;填充物與電極板間設有氣體擴散層。
【文檔編號】C02F1/469GK105948184SQ201610382721
【公開日】2016年9月21日
【申請日】2016年6月2日
【發明人】曾賢軍, 仝旭, 陳林虎, 劉云
【申請人】上海澄華環境工程有限公司