專利名稱：一種原位吸附-微電解-催化氧化的污水處理設備及方法
技術領域：
本發(fā)明屬于環(huán)境工程中的污水處理技術領域，涉及一種吸附電解催化氧化的污水處理設備及方法。
背景技術：
難降解有機污染物來源廣泛。不僅包括傳統(tǒng)意義上的各種污染源廢水排放的難降解有機污染物，也包括常規(guī)生化處理二級出水中，生物降解過程次生的難降解污染物以及生物自身代謝的難降解污染物。這些難降解的有機污染物對土壤和水體環(huán)境危害極大。對難降解有機物廢水的處理，最有效的處理技術為吸附處理和高級氧化處理技術(advancedoxidation processes, AOPs)。吸附處理技術簡單,并能使廢水達到很低的排放標準,但不能破壞污染物，還需要后續(xù)的吸附劑再生過程，以便吸附劑的重復利用，降低處理成本。通常，AOPs技術較復雜，但可以無選擇性的礦化有機污染物，從而有效減少COD的排放。電解 氧化技術同AOPs相比，具有操作簡便、與環(huán)境兼容性強等優(yōu)點。然而，電解氧化有機物與無機物相比，其摩爾的耗電量高，且礦化有機污染物速率低。而且，電解反應器通常限于二維電極，以致反應器時空效率低。此外，電解氧化有機物的過程中，不可避免地伴隨水的電解副反應，導致電流效率降低。

發(fā)明內容
本發(fā)明針對目前廣泛存在的含難降解有機污染物的各種廢水，提供了一種原位吸附-微電解-催化氧化處理難降解有機廢水的方法與設備。其目的在于(1)使吸附、電解和催化氧化設備一體化。在一體化設備中，同時進行吸附、電解和催化氧化過程，解決傳統(tǒng)吸附和再生設備分離、化學再生、熱再生等方法投資運行費用高等問題；(2)使電解反應器填料具有吸附劑、微電極和催化劑的三重功能性，解決傳統(tǒng)電解反應器反應速率慢、時空效率低、電流效率低和污染物降解效率低的問題。因此，本發(fā)明對于節(jié)能減排具有重要的現(xiàn)實意義。本發(fā)明的基本技術特性是，在饋電電極之間填充混合填料,混合填料由填料材料和催化劑組成，混合填料具有吸附、導電、電絕緣以及催化特性，利用(1)吸附性能，將有機污染物從低濃度水相中富集到吸附材料上；(2)吸附材料同時具有的良好導電性能，作為復極三維電極，組成無數(shù)的微型電解槽，在吸附有機物的同時電解有機污染物，吸附活性位被連續(xù)不斷地再生；(3)電絕緣材料使三維電極復極化，同時其具有的高級氧化催化功能，使水中溶解的氣體氧化劑以及電極副反應產生的氧化劑形成高級氧化劑，高效脫除有機污染物。本發(fā)明的技術解決方案如下本發(fā)明所述一種原位吸附-微電解-催化氧化的污水處理設備，采用固定床箱式電解槽結構形式，槽體為長方形；正、負饋電電極為平板狀，垂直平行交替放置在槽內，在饋電電極之間充填混合填料。電源用穩(wěn)壓直流電源，脈動直流電源或高頻脈沖直流電源，視處理對象和水質不同而異，電源電壓采用36伏以下的安全電壓。在實際工程運用當中，根據(jù)處理水量的大小確定正、負饋電電極對數(shù)。小型設備采用一對正、負饋電電極。當處理水量比較大時，往往需要大型設備以滿足相應的處理規(guī)模，采用多對正、負饋電電極，以便于在低電壓(36V)下工作,使電場強度在I ΙΟν/cm。饋電電極材料用惰性材料、貴重金屬材料或鋼材，視使用場合和電流密度大小而定。本發(fā)明所述的污水處理設備，包括設備支架，下封頭，下填料支撐板，下法蘭，下法蘭螺栓，電極卡槽，上法蘭螺栓，上支撐板，上法蘭，電極引線，平板電極，上封頭，反沖洗水出口，出水管，設備主體，混合填料，進水口，反沖洗水入口。其中，反沖洗水入口和進水口設置在下封頭上，反沖洗水出口設置在上封頭上；混合填料受下填料支撐板的承托，裝填在設備主體內部，混合填料層高度為下填料支撐板與上支撐板間距的1/3至3/4 ;在混合填料層上端各正、負饋電電極之間設有出水口，各出水口與出水管相連。

本發(fā)明所述污水處理設備的污水處理方法是，待處理污水從進水口流入設備，經(jīng)過混合填料層發(fā)生吸附-微電解-催化氧化反應，凈化水從出水管排出。待處理污水的水力停留時間在O. 5-3小時內變化，主要取決于原水污染物濃度污染物濃度高時停留時間較長，濃度低時停留時間較短；同時也與所需要的處理出水水質要求有關出水水質要求越高，停留時間越長。當電流效率下降時進行反沖洗，將水從反沖洗水進口引入設備，沖洗混合填料層后，從反沖洗水出口排出。本發(fā)明所述的污水處理設備，其混合填料由填料材料和催化劑組成；填料材料具有吸附、導電、電絕緣的特性，包括沸石、石英砂、活性炭、石墨、焦炭、磺化煤、硅膠、分子篩、氧化鋁或樹脂，泥炭、果殼、PVC塑料、廢舊塑料，某些填料材料具有雙重材料特性；催化劑擔載在電絕緣材料的表面上，催化劑包括氧化鐵、氧化銅或鐵離子、銅離子?；旌咸盍媳壤秊閷щ姴牧匣蛭讲牧?電絕緣材料=1/1-1/10，催化劑/電絕緣材料=1/10-1/1000，填料材料粒徑為8-100目。本發(fā)明的有益效果是本發(fā)明的污水處理設備適用處理的污水類型范圍廣。該設備可用于包括石油、化工、印染、機械加工等工業(yè)污水的處理，城市生活污水、飯店賓館生活及洗浴污水處理，給水凈化，中水回用等過程。可用于脫除各類有機污染物，特別是生化處理過程中對生物有抑制作用的污染物的脫除、生物代謝產物的脫除、微量有機物的脫除。本發(fā)明的污水處理設備適用處理的污水濃度范圍廣。對于化學需氧量(COD)大于1000mg/L的高濃度有機污水，該設備可于污水的預處理，使污水的COD減少、可生化性提高，利于污水的后序處理過程。對于COD小于500mg/L的低濃度有機污水，特別是采用生化處理后殘留的生物不可降解污染物，該設備特別有效，可以使排水污染物濃度進一步降低，達到排放標準。該設備還可用于COD小于100mg/L的輕度污水的深度處理，以達到回用水水質要求。本發(fā)明的污水處理設備污水處理成本低。該設備對污水的處理成本，主要取決于污染物的濃度和導電離子強度。只要無機鹽濃度不大于2000mg/L，導電離子強度不高、電導率不大、漏電電流較低，以處理COD在1000mg/L以下的污水為例，電耗在0. 2-0.8KWH/噸水。本發(fā)明的污水處理設備，處理過程簡單，可實現(xiàn)連續(xù)操作、自動控制，基本不需要人工維護與操作。


圖I為本發(fā)明的污水處理設備結構及外形圖。
具體實施例方式實施例I采用該技術對石化煉油企業(yè)污水進行深度處理回用。所用設備的陰極和陽極均為石墨，電源為直流電源，以活性炭和擔載鐵沸石為混合填料，混合填料比例為活性炭/擔載鐵沸石=1/3，鐵/沸石=1/200，粒度為10目。原始煉油污水經(jīng)常規(guī)二級生物處理后COD 含量在100mg/L以下。經(jīng)二級生物處理后的污水連續(xù)進入該設備進行深度處理，水力停留時間為I小時，出水COD含量在20 30mg/L，低于煉油化工企業(yè)污水回用管理導則中初級再生水水質標準40mg/L,電耗為O. 6KWH/噸水。該水可回用于循環(huán)水補水。實施例2采用該技術對油田采油污水的深度處理。所用設備的陽極為石墨，陰極為碳鋼，電源為直流電源，以活性炭和石英砂為混合填料，混合填料比例為活性炭/石英砂=I /2，粒度為10-20目。原始含油污水經(jīng)除油罐去除浮油，再經(jīng)砂濾工序預處理后，油含量在100mg/L以下。經(jīng)預處理后的污水連續(xù)進入該設備進行深度處理，水力停留時間I小時，出水油含量在2-3 mg/L，低于油田回用水標準5mg/L，電耗為O. 6KWH/噸水。該水可經(jīng)脫鹽后回注于油田。實施例3采用該技術對生活污水的深度處理。所用設備的陰極和陽極均為石墨，電源為直流電源，以活性炭和磺化煤為混合填料，混合填料比例為活性炭/磺化煤=I / 2，粒度為10-16目。COD為200-300mg/L的生活污水，經(jīng)沉降、生化處理后，COD減少至100mg/L左右。經(jīng)二級生物處理后的污水連續(xù)進入該設備進行深度處理，水力停留時間I小時，出水COD小于50mg/L，達到國家城鎮(zhèn)污水處理廠中水回用標準，電耗0. 5KWH/噸水。該水可作為中水回用。
權利要求
1.一種原位吸附-微電解-催化氧化的污水處理設備，其特征在于該污水處理設備采用固定床箱式電解槽結構，槽體為長方形；至少一對平板狀的正、負饋電電極，垂直平行交替放置在槽內，在饋電電極之間充填混合填料；電源用穩(wěn)壓直流電源、脈動直流電源或高頻脈沖直流電源，電源電壓36伏以下，電場強度在I 10伏/厘米；饋電電極材料用惰性材料、貴重金屬材料或鋼材。
2.根據(jù)權利要求I所述的污水處理設備，包括設備支架，下封頭，下填料支撐板，下法 蘭，下法蘭螺栓，電極卡槽，上法蘭螺栓，上支撐板，上法蘭，電極引線，平板電極，上封頭，反沖洗水出口，出水管，混合填料，設備主體，進水口，反沖洗水入口 ；其特征在于反沖洗水入口和進水口設置在下封頭上，反沖洗水出口設置在上封頭上；混合填料受下填料支撐板的承托，裝填在設備主體內部，混合填料層高度為下填料支撐板與上支撐板間距的1/3至3/4 ;在混合填料層上端各正、負饋電電極之間設有出水口，各出水口與出水管相連。
3.根據(jù)權利要求I或2所述的污水處理設備，其特征還在于混合填料由填料材料和催化劑組成；填料材料具有吸附、導電和電絕緣的特性，包括沸石、石英砂、活性炭、石墨、焦炭、磺化煤、硅膠、分子篩、氧化鋁或樹脂，泥炭、果殼、PVC塑料、廢舊塑料；催化劑擔載在電絕緣材料的表面上，催化劑包括氧化鐵、氧化銅或鐵離子、銅離子；混合填料比例為導電材料或吸附材料/電絕緣材料=1/1-1/10，催化劑/電絕緣材料=1/10-1/1000，填料材料粒徑為8-100目。
4.權利要求I或2所述污水處理設備的污水處理方法，其特征在于待處理污水從進水口流入設備，經(jīng)過混合填料層發(fā)生吸附-微電解-催化氧化反應，凈化水從出水管排出；待處理污水的水力停留時間在O. 5-3小時；當電流效率下降時進行反沖洗，將水從反沖洗水進口引入設備，沖洗混合填料層后，從反沖洗水出口排出。
5.權利要求3所述污水處理設備的污水處理方法，其特征在于待處理污水從進水口流入設備，經(jīng)過混合填料層發(fā)生吸附-微電解-催化氧化反應，凈化水從出水管排出；待處理污水的水力停留時間在O. 5-3小時；當電流效率下降時進行反沖洗，將水從反沖洗水進口引入設備，沖洗混合填料層后，從反沖洗水出口排出。
全文摘要
一種原位吸附-微電解-催化氧化的污水處理設備及方法，屬于環(huán)境工程中的污水處理技術領域。其特征是吸附、電解和催化氧化設備一體化，將有機污染物從低濃度水相中富集到吸附劑上；利用吸附劑同時具有的良好導電性能，作為復極三維電極，組成無數(shù)的微型電解槽，在吸附有機物的同時電解有機污染物，吸附活性位被連續(xù)不斷地再生；利用電絕緣材料使三維電極復極化，同時其具有的高級氧化催化功能，使水中溶解的氣體氧化劑以及電極副反應產生的氧化劑形成高級氧化劑，高效脫除有機污染物。解決了傳統(tǒng)電解反應器反應速率慢、時空效率低、電流效率低和污染物降解效率低的問題，投資少，效率高，具有極好的市場前景。
文檔編號C02F1/461GK102826632SQ20121025487
公開日2012年12月19日 申請日期2012年7月22日 優(yōu)先權日2012年7月22日
發(fā)明者周集體, 張愛麗, 金若菲 申請人:大連理工大學