專利名稱：電解催化裂解污水處理裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電解法污水處理裝置，更具體地說(shuō)涉及一種電解催化裂解污水處理裝置。
背景技術(shù)：
在污水處理方面，國(guó)外早在40年代，國(guó)內(nèi)從60年代開始就不斷地研究和應(yīng)用電化學(xué)技術(shù)，研究范圍涉及處理印染廢水、制藥廢水、制革廢水、造紙黑液等，但是由于電力等方面的原因，發(fā)展一直比較緩慢，以往多應(yīng)用于水的澄清，脫色，殺菌，使有機(jī)物分解成二氧化碳和水，對(duì)廢水中的CN-進(jìn)行氧化破氰，對(duì)金屬離子進(jìn)行還原，在陰極給予回收或生成氫氧化物沉淀，多用于處理含氰、含鉻的電鍍廢水。電解法水處理技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)在于(1)過(guò)程中產(chǎn)生的·OH無(wú)選擇地直接與廢水中的有機(jī)污染物反應(yīng)，將其降解為二氧化碳、水和簡(jiǎn)單有機(jī)物，沒有或很少產(chǎn)生二次污染；(2)能量效率高，電化學(xué)過(guò)程一般在常溫常壓下就可進(jìn)行；(3)既可以作為單獨(dú)處理，又可以與其他處理相結(jié)合，如作為前處理，可以提高廢水的生物降解性；(4)電解設(shè)備及其操作一般比較簡(jiǎn)單，如果設(shè)計(jì)合理，費(fèi)用并不昂貴。因此，由于其具有處理效率高，操作簡(jiǎn)便，與環(huán)境兼容性廣，無(wú)二次污染等上述優(yōu)點(diǎn)，電解法水處理技術(shù)被稱為“環(huán)境友好”技術(shù)(Environment FriendlyTechnology)。但由于國(guó)內(nèi)技術(shù)，產(chǎn)品，工藝等各方面條件的限制，到目前為止，未能采用電化學(xué)工藝轉(zhuǎn)為工業(yè)化處理的應(yīng)用，大都處于實(shí)驗(yàn)室和理論性基礎(chǔ)研究階段。
電解氧化法水處理裝置一般利用電化學(xué)原理，把陽(yáng)極氧化和陰極還原的原理，有效地組合在一個(gè)流動(dòng)電槽內(nèi)，但是現(xiàn)有的電解氣浮設(shè)備均采用大間距設(shè)計(jì)，例如2003年出版，由鄒家慶主編的“工業(yè)廢水處理技術(shù)“一書中對(duì)電解氣浮和電解絮凝作了比較詳細(xì)介紹，電極間距一般多在10-20mm之間，槽電壓高，一般多在10-20伏，電流密度低，一般多在每平方米5-300A之間。要增加電流密度，需要在水中添加電解質(zhì)。水在電槽中的停留時(shí)間一般在5-40分鐘，運(yùn)行壓力在常壓或低壓力下，無(wú)法使液體與電極達(dá)到最大的接觸面積，因?yàn)殡姌O表面產(chǎn)生的氣泡影響了電極的接觸面，限制了設(shè)備的處理量，能耗提高，限制電解氣浮設(shè)備的使用面。
此外，由于一般電解污水設(shè)備多在常壓下運(yùn)行，隨電介質(zhì)添加量或提高電壓來(lái)增加電流密度。電流效率低，無(wú)限制增加電壓，會(huì)導(dǎo)致電極發(fā)熱，降低電流效率；增加電介添加量，會(huì)增加處理成本。目前使用的電解設(shè)備，相對(duì)體積大，處理停留時(shí)間長(zhǎng)，處理效率低，并且電流密度低，無(wú)法達(dá)到開鍵、開環(huán)所需要的能量。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種電解催化裂解污水處理裝置，能在一定的壓力下，在高密度電流下，對(duì)水中含環(huán)類或多環(huán)類的大分子有機(jī)物質(zhì)進(jìn)行開環(huán)或降解。
本發(fā)明提供的電解催化裂解污水處理裝置，使用電極間距1mm以下，在使用直流電壓4-6伏的條件下，提供每平方米2000-3000A的電流密度，視水的電導(dǎo)運(yùn)行壓力可以在3-6kg/cm2下正常工作，流速達(dá)到20-100cm/s，為污水中的有機(jī)物質(zhì)提供開鍵、開環(huán)所需要的能量，達(dá)到降解的目的。
本發(fā)明提供的電解催化裂解污水處理裝置的原理圖見圖1。污水自進(jìn)水管進(jìn)入電解槽，在直流電場(chǎng)作用下，污水在兩電極表面迅速發(fā)生氧化和還原反應(yīng)，電解處理過(guò)的帶氣的污水由出水管流出。由于帶壓力進(jìn)入電解槽，水層很薄，而且均勻，流水速度很高，因此處理和電流效率很高。
本發(fā)明的技術(shù)方案如下(一)本發(fā)明提供的電解催化裂解污水處理裝置采用石墨陽(yáng)極板和不銹鋼陰極板交替排列，形成一組電解槽，按照污水的不同的水質(zhì)情況，采用不同極距，極距在1mm以下，安裝于一個(gè)耐壓容器內(nèi)，使電解槽成為一個(gè)等壓體，所有裝置可以根據(jù)耐壓外殼的承受力，而可以隨意設(shè)定壓力容器規(guī)定內(nèi)的工作壓力。
(二)由于電解污水始終在一定的壓力條件下進(jìn)行，視水的電導(dǎo)運(yùn)行壓力可以在3-6kg/cm2下，電極與水始終保持良好的接觸狀態(tài)，使電解過(guò)程中產(chǎn)生的氣泡得到壓縮，增加了水和電極的接觸面積，使得電極表面得以釋放最大的電流能量。
(三)根據(jù)法拉第電解理論，在電解過(guò)程中，一法拉第電量可以分別還原和氧化1克當(dāng)量的氧化劑和還原劑。根據(jù)這一理論，在污水處理過(guò)程中，大量的有機(jī)物質(zhì)，在高密度電流的能量作用下，在陽(yáng)極表面發(fā)生強(qiáng)烈的氧化作用，使水中的有機(jī)物質(zhì)得以氧化、降解，在陰極上，一些金屬得以還原，和水化合，形成氫氧化物沉淀，并且在電化學(xué)反應(yīng)中，極室中有以下氣體產(chǎn)生R-NH-R+O2→CO2↑+H2O+N2↑水的電解H2O→H2↑+O2↑(四)利用電解過(guò)程中產(chǎn)生的氣體，進(jìn)行氣浮分離，由于電解過(guò)程是在加壓下進(jìn)行，因此氣體的直徑很小，大約1-10um左右，其載負(fù)量較大，省去了氣浮設(shè)備所需要的溶氣泵等設(shè)備。
采用以上技術(shù)方案，在污水處理過(guò)程中，在加壓和高密度電流的情況下，使污水中的有機(jī)物質(zhì)在很短的時(shí)間內(nèi)加以氧化，降解，利用電解過(guò)程中產(chǎn)生的氣體，進(jìn)行氣浮分離，達(dá)到污水處理的目的和提高污水的可生化性。
由于采用上述技術(shù)方案，本發(fā)明的電解催化裂解污水處理裝置在能耗、電極耗材以及處理效率上都達(dá)到了較好的效果1、能耗比較由于電化學(xué)處理原理是用電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)為依據(jù)的，根據(jù)法拉第電解定律，1法拉第電量可以同時(shí)氧化和還原1克分子物質(zhì)，與輸入的電壓無(wú)關(guān)，這樣在同樣電導(dǎo)的廢水進(jìn)入設(shè)備處理，同樣的處理量，時(shí)間，電流密度，相對(duì)電壓低的耗能就少，例如一臺(tái)20mm電極間距，水的電導(dǎo)800mmho/cm；另外一臺(tái)1mm電極間距，水的電導(dǎo)800mmho/cm；進(jìn)行運(yùn)行比較，其結(jié)果如下20mm電極間距，水的電導(dǎo)800mmho/cm，運(yùn)行電壓16伏，電流達(dá)到100A，處理量1T/h，運(yùn)行1小時(shí)的電耗16×100＝1600W；1mm電極間距，水的電導(dǎo)800mmho/cm，運(yùn)行電壓5伏，電流達(dá)到100A，處理量1T/h，運(yùn)行1小時(shí)的電耗5×100＝500W。
以上兩種設(shè)備的相對(duì)能耗對(duì)比1600-500＝1100W。
1mm電極的設(shè)備的能耗只有20mm的電極能耗三分之一，降低了1100W。
2、電極材料耗材比較由于本發(fā)明的電極距離設(shè)計(jì)，使單位面積的電流密度得到增加，使用的電極材料減少，20mm電極間距處理1T/h，所用電極材料為250mm×400mm，10對(duì)，等于1平方米陽(yáng)極材料和陰極材料；1mm電極間距處理1T/h所用電極材料為70mm×150mm，10對(duì)，等于0.105平方米陽(yáng)極材料和陰極材料。
3、處理效率比較本發(fā)明采用加壓運(yùn)行，使電解過(guò)程中產(chǎn)生的氣體得于壓縮，增加氣體在水中的溶解度，增加水同電極的接觸面積，提高電流效率。
因?yàn)殡娊膺^(guò)程中，在盡可能低的電壓下，使電流密度達(dá)到最大數(shù)值，把電能轉(zhuǎn)化成化學(xué)能。利用高密度電流和很薄的水層通過(guò)電極表面，使水中的有機(jī)物得以開鍵和開環(huán)，達(dá)到處理的目的，輸入的電能必須超過(guò)有機(jī)物的合成能量。利用這個(gè)原理，在處理過(guò)程中采用高壓，大電流，高流速處理。
例如一般的電極間距20mm，電解電流最高達(dá)到500A/m2，由500A電流作用于20kg水上，由于水有一定的電阻值，相對(duì)能量比較低，無(wú)法使水中的有機(jī)物迅速開鍵和開環(huán)。
本發(fā)明采用的電極間距小于1mm，電解電流最高達(dá)到3000A/m2，由3000A電流作用于1kg水上，其電流密度相當(dāng)高，能量集中，大大超過(guò)有機(jī)物需要開鍵所需要能量，開鍵的次序?yàn)閺逆I能低到鍵能高。
利用本發(fā)明電解催化裂解污水處理裝置進(jìn)行污水處理的過(guò)程如下(1)電解。污水自進(jìn)水管進(jìn)入電解槽，在直流電場(chǎng)作用下，污水在兩電極表面迅速發(fā)生氧化和還原反應(yīng)，電解處理過(guò)的帶氣的污水由出水管流出。
(2)氣浮分離。氣浮分離裝置是加藥，混凝，渣液分離于一體的裝置(見圖3)。污水進(jìn)入電解設(shè)備處理以后，根據(jù)污水的不同情況，調(diào)整合適的電壓，電流，利用電解過(guò)程中產(chǎn)生的極其細(xì)微的氣泡，在管道混合器中通過(guò)加藥泵加入所需要的混凝劑如聚合氯化鋁、陰離子聚丙烯酰胺等，通過(guò)管道接入水流水分配器，水流水分配器接入氣浮分離裝置的底部，在A室內(nèi)部形成一個(gè)混凝區(qū)，水流水分配器出來(lái)的水是由氣泡，混凝劑，污水混合的液體?；炷齾^(qū)內(nèi)利用氣泡，在絮凝的同時(shí)，把絮體向上浮去，浮渣通過(guò)渣水分離器分離污泥袋，B區(qū)形成清水區(qū)，通過(guò)清水出口調(diào)整氣浮分離裝置的液面和流量，處理好的清水排人清水池，一般輕度污染的，CODCr在500mg/l以下的可以達(dá)到國(guó)家一級(jí)排放標(biāo)準(zhǔn)或中水回用標(biāo)準(zhǔn)，如果中重度污染的，經(jīng)過(guò)以上處理后，進(jìn)入后段的二級(jí)生化處理。
(3)生化處理。由氣浮分離裝置出來(lái)的電解處理后的水，根據(jù)其CODCr，BOD5的不同數(shù)值，決定其生化時(shí)間，生化池的大小，生化池是由曝氣機(jī)，曝氣頭，污泥回流泵及其相關(guān)的閥門，管道，水泵等組成(見圖4)，根據(jù)其CODCr，BOD5的不同數(shù)值，調(diào)整水流量，空氣流量，污泥回流量，以保證沉淀池的出水水質(zhì)。
本發(fā)明的有益效果本發(fā)明所提供的電解催化裂解污水處理裝置采用薄層布水，其極距在1mm以下，在加壓情況下，布水均勻，而且電極表面電流密度相當(dāng)高，大量的電能轉(zhuǎn)化成化學(xué)能，使污水中的有機(jī)物質(zhì)迅速在陽(yáng)極表面得以氧化。大量的電能轉(zhuǎn)化成化學(xué)能以后，足夠達(dá)到有機(jī)物質(zhì)開鍵、開環(huán)的需要的能量。此外由于水的流速相對(duì)較高，縮短了水的停留時(shí)間，延遲了電極的鈍化時(shí)間，減少了結(jié)垢的可能性，提高了電極的使用壽命和效率。單位電極面積處理量得以提高，使整體設(shè)備的體積大大減少。


圖1為本發(fā)明電解催化裂解污水處理原理圖。圖中1不銹鋼陰極板；2石墨陽(yáng)極板；3正極接線柱；4負(fù)極接線柱；5電解槽；6進(jìn)水管；7出水管；8壓力外殼；9整流器。
圖2為本發(fā)明實(shí)施例垃圾運(yùn)輸車輛清洗綜合污水電解綜合處理過(guò)程圖。圖中1PH調(diào)節(jié)池 500mm×500mm×800mm自制PVC塑料水箱；2混凝沉淀500mm×500mm×800mm自制PVC塑料水箱；3電解設(shè)備0.5mm電極間距電解設(shè)備；4加藥氣浮分離自制PVC塑料氣浮塔；5一級(jí)生化450mm×300mm×85mm；6二級(jí)生化450mm×300mm×85mm7沉淀池300mm×300mm×850mm自制PVC塑料生化池。
圖3為本發(fā)明電解氣浮一體裝置工藝流程示意圖。圖中1電解設(shè)備；2、3加藥泵；4管道混合器；5氣浮分離裝置，其中A為混凝區(qū)，B為清水區(qū)；6渣水分離器；C水流水分配器。
圖4為本發(fā)明生化工藝流程示意圖。圖中l(wèi)一級(jí)生化池；2二級(jí)生化池；3沉淀池；4、5曝氣頭；6曝氣機(jī)；7污泥回流泵； 閥門。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明實(shí)施例以對(duì)上海徐匯區(qū)環(huán)衛(wèi)局壓縮垃圾運(yùn)輸車輛清洗綜合污水進(jìn)行電解綜合處理為例，但實(shí)施例并不限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。其處理過(guò)程如下1對(duì)垃圾滲離液進(jìn)行調(diào)整PH；2混凝沉淀；3電解；4加藥氣浮分離；5一級(jí)生化；6二級(jí)生化；7沉淀池出水。(見圖2)處理情況如下原水CODCr7800mg/L，BOD51650mg/L，氨氮230mg/L，PH6，首先將污水用石灰水調(diào)整PH至9-10，加人混凝劑聚合氯化鋁，陰離子聚丙烯酰胺，混凝沉淀預(yù)處理，經(jīng)過(guò)水泵加壓進(jìn)入電解設(shè)備，壓力3.5-4kg/cm2，流量0.6T/h，電解電壓5伏，電流150A電極面積0.066平米，經(jīng)過(guò)電解后的污水由原來(lái)惡臭，變得有酒香味道和有點(diǎn)由醇類和醛類等引起的酸味，將電解水直接進(jìn)入混凝氣浮分離裝置，根據(jù)水質(zhì)情況，調(diào)整加藥泵流量，經(jīng)過(guò)管道混合器混合污水和藥劑，通過(guò)水流水分配器進(jìn)入氣浮分離裝置，渣由刮渣器從上部出渣口去除，清水由分離區(qū)流出。
生化由一級(jí)和二級(jí)生化池，沉淀池組成，由曝氣機(jī)，曝氣頭，污泥回流泵，管道等組成二級(jí)生化系統(tǒng)，由氣浮分離裝置出水進(jìn)入二級(jí)生化系統(tǒng)進(jìn)行污水生化處理，調(diào)整流量，經(jīng)過(guò)24小時(shí)生化處理，沉淀池的出水CODCr低于100mg/L。
權(quán)利要求
1.一種有氣浮分離及生化處理裝置組成的電解催化裂解污水處理裝置，其特征在于，一耐壓容器內(nèi)部安裝有一個(gè)電解槽，電解槽由石墨陽(yáng)極板和不銹鋼陰極板交替排列組成，所說(shuō)的耐壓容器至少含有一個(gè)進(jìn)水管和出水管，污水在電解槽中經(jīng)加壓和高密度電流作用下發(fā)生氧化還原反應(yīng)，再經(jīng)氣浮分離。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電解催化裂解污水處理裝置，其特征在于，電解槽中陰陽(yáng)電極的極距小于1mm。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電解催化裂解污水處理裝置，其特征在于，耐壓容器中保持的工作壓力為3-6kg/m2。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電解催化裂解污水處理裝置，其特征在于，工作中使用4-6伏的直流電壓，每平方米電流密度為2000-3000A。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種電解催化裂解污水處理裝置，該裝置采用小于1mm的極距，能在使用直流電壓4－6伏的條件下，提供每平方米2000－3000A電流密度，為污水中的有機(jī)物質(zhì)提供開鍵、開環(huán)所需要的能量，達(dá)到降解的目的。流經(jīng)電極電解時(shí)間零點(diǎn)幾秒到幾秒鐘，解決了由于電解時(shí)間長(zhǎng)，污水升溫而浪費(fèi)能源，提高了電流效率，縮小了體積，節(jié)約了大量電極材料。
文檔編號(hào)C02F1/24GK101085694SQ20071003811
公開日2007年12月12日 申請(qǐng)日期2007年3月15日 優(yōu)先權(quán)日2007年3月15日
發(fā)明者歸建明 申請(qǐng)人:歸建明