申請(qǐng)日2017.11.09

　　公開(公告)日2018.02.27

　　IPC分類號(hào)C02F1/46; C02F1/48; C02F1/70

　　摘要

　　本發(fā)明公開了一種電化學(xué)強(qiáng)化零價(jià)鐵廢水預(yù)處理系統(tǒng)，包括廢水收集池(1)、提升泵(2)、強(qiáng)化零價(jià)鐵處理系統(tǒng)(3)、直流穩(wěn)壓電源系統(tǒng)(4);強(qiáng)化零價(jià)鐵處理系統(tǒng)(3)由若干串聯(lián)或并聯(lián)的管式電增強(qiáng)零價(jià)鐵反應(yīng)柱(5)構(gòu)成。本發(fā)明還公開了一種預(yù)處理方法：廢水收集池(1)中廢水泵入強(qiáng)化零價(jià)鐵處理系統(tǒng)(3)，直流穩(wěn)壓電源系統(tǒng)(4)為強(qiáng)化零價(jià)鐵處理系統(tǒng)(3)提供所加載電壓、電流，在外加直流電條件下，管式電增強(qiáng)零價(jià)鐵反應(yīng)柱(5)中形成弱電場(chǎng)，以促進(jìn)活性零價(jià)鐵顆粒(510)對(duì)廢水中難降解有機(jī)物的加速催化還原并顯著降低廢水毒性或提高廢水可生化性，出水進(jìn)入后續(xù)工藝進(jìn)一步處理。

　　摘要附圖

 

　　權(quán)利要求書

　　1.一種電化學(xué)強(qiáng)化零價(jià)鐵廢水預(yù)處理系統(tǒng)，其特征在于，所述的廢水預(yù)處理系統(tǒng)包括廢水收集池(1)、提升泵(2)、強(qiáng)化零價(jià)鐵處理系統(tǒng)(3)、直流穩(wěn)壓電源系統(tǒng)(4);所述的強(qiáng)化零價(jià)鐵處理系統(tǒng)(3)由若干串聯(lián)或并聯(lián)的管式電增強(qiáng)零價(jià)鐵反應(yīng)柱(5)構(gòu)成;管式電增強(qiáng)零價(jià)鐵反應(yīng)柱(5)的個(gè)數(shù)≥2，具體數(shù)量和運(yùn)行方式根據(jù)廢水水量、水質(zhì)進(jìn)行設(shè)計(jì)確定;

　　所述的管式電增強(qiáng)零價(jià)鐵反應(yīng)柱(5)內(nèi)部設(shè)置有同軸的柱形石墨陰極(501)和筒式鈦陽極(502)，柱形石墨陰極(501)和筒式鈦陽極(502)分別通過陰極接線端子(504)和陽極接線端子(505)與直流穩(wěn)壓電源系統(tǒng)(4)相連;柱形石墨陰極(501)和筒式鈦陽極(502)之間填充有零價(jià)鐵填料層(503)并由圓形支撐板(506)分層承托，總裝填高度為管式電增強(qiáng)零價(jià)鐵反應(yīng)柱(5)的7/10-4/5;

　　所述的圓形支撐板(506)兩端與柱形石墨陰極(501)固定，圓形支撐板(506)外徑與筒式鈦陽極(502)外徑相同，圓形支撐板(506)上均勻布置有進(jìn)水孔(508)。

　　2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于：管式電增強(qiáng)零價(jià)鐵反應(yīng)柱(5)通過控制閥(6)實(shí)現(xiàn)串聯(lián)或并聯(lián)運(yùn)行方式。

　　3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于：所述的管式電增強(qiáng)零價(jià)鐵反應(yīng)柱(5)采用法蘭連接方式，其殼體(509)采用碳鋼涂塑或玻璃鋼材質(zhì)。

　　4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于：所述的圓形支撐板(506)采用硬質(zhì)PVC或陶瓷材質(zhì)，兩端采用絕緣卡套(507)與柱形石墨陰極(501)固定。

　　5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于：柱形石墨陰極(501)和筒式鈦陽極(502)的間距在30～50cm之間。

　　6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于：所述的零價(jià)鐵填料層(503)由活性零價(jià)鐵顆粒(510)組成，顆粒粒徑為2～3cm，活性零價(jià)鐵顆粒(510)采用鐵片、鐵塊通過堿洗酸化后制成，具有催化還原活性;所述的進(jìn)水孔(508)直徑為5～10mm。

　　7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于：所述的零價(jià)鐵填料層(503)分層裝填高度為20～40cm。

　　8.一種電化學(xué)強(qiáng)化零價(jià)鐵廢水預(yù)處理方法，其特征在于：采用權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)進(jìn)行廢水預(yù)處理，廢水收集池(1)中廢水由提升泵(2)泵入強(qiáng)化零價(jià)鐵處理系統(tǒng)(3)，直流穩(wěn)壓電源系統(tǒng)(4)為強(qiáng)化零價(jià)鐵處理系統(tǒng)(3)提供所加載電壓、電流，在外加直流電條件下，管式電增強(qiáng)零價(jià)鐵反應(yīng)柱(5)中柱形石墨陰極(501)和筒式鈦陽極(502)之間形成弱電場(chǎng)，以促進(jìn)活性零價(jià)鐵顆粒(510)對(duì)廢水中難降解有毒有害物質(zhì)加速催化還原并顯著降低廢水毒性或提高廢水可生化性，催化還原后產(chǎn)生的鐵離子可進(jìn)一步促進(jìn)顆粒物聚集沉淀及污染物吸附去除，強(qiáng)化零價(jià)鐵處理系統(tǒng)(3)出水進(jìn)入后續(xù)處理工藝進(jìn)一步處理;廢水在強(qiáng)化零價(jià)鐵處理系統(tǒng)(3)中水力停留時(shí)間、施加的電流及電壓，均根據(jù)水質(zhì)情況而定。

　　9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的電化學(xué)強(qiáng)化零價(jià)鐵廢水預(yù)處理方法，其特征在于：廢水在強(qiáng)化零價(jià)鐵處理系統(tǒng)(3)中水力停留時(shí)間控制在5～15min。

　　10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的電化學(xué)強(qiáng)化零價(jià)鐵廢水預(yù)處理方法，其特征在于：所述的強(qiáng)化零價(jià)鐵處理系統(tǒng)(3)所加載直流電源采用恒流源控制模式，電流大小控制在0.5～5mA，電壓根據(jù)水質(zhì)情況自行調(diào)節(jié)，且通過電流大小調(diào)節(jié)實(shí)現(xiàn)零價(jià)鐵催化還原速率控制。

　　說明書

　　一種電化學(xué)強(qiáng)化零價(jià)鐵廢水預(yù)處理系統(tǒng)及方法

　　技術(shù)領(lǐng)域

　　本發(fā)明屬于廢水處理領(lǐng)域，涉及一種廢水預(yù)處理技術(shù)，特別是一種電化學(xué)強(qiáng)化零價(jià)鐵廢水預(yù)處理系統(tǒng)及方法。

　　背景技術(shù)

　　工業(yè)生產(chǎn)過程中產(chǎn)生大量工業(yè)廢水，該類廢水不僅產(chǎn)生量大，而且由于工業(yè)產(chǎn)品加工，廢水中常含有大量人工合成類有毒、有害及難降解物質(zhì)，致使廢水可生物降解性差，若直接采用傳統(tǒng)生化進(jìn)行處理，存在諸多問題，如廢水處理效率低，系統(tǒng)運(yùn)行不穩(wěn)定，出水水質(zhì)波動(dòng)大等。因此，工業(yè)廢水處理前端一般采用預(yù)處理系統(tǒng)，如預(yù)曝氣系統(tǒng)、厭氧水解酸化等對(duì)廢水進(jìn)行改性，而后再進(jìn)行生化工藝處理。

　　近些年，零價(jià)鐵作為一種環(huán)境友好型還原劑被廣泛應(yīng)用于污水處理領(lǐng)域。首先，零價(jià)鐵廣泛存在于自然界中，價(jià)格較為低廉。另外，由于零價(jià)鐵具有較低的氧化還原電位，它可與廢水中難降解物質(zhì)及有毒有害物質(zhì)發(fā)生催化還原性反應(yīng)，從而對(duì)廢水水質(zhì)進(jìn)行改性，降低廢水毒性，提高廢水生物親和性。一般情況下，零價(jià)鐵主要通過如下幾種途徑實(shí)現(xiàn)廢水改性：①零價(jià)鐵直接參與還原性反應(yīng)：由于零價(jià)鐵具有較低的氧化還原電位，它可直接作為電子供體實(shí)現(xiàn)廢水中難降解物質(zhì)還原，如含氯化合物和多氯化合物在零價(jià)鐵還原作用下可實(shí)現(xiàn)脫氯反應(yīng)，而高價(jià)重金屬離子和氧化性基團(tuán)也可被零價(jià)鐵還原以降低廢水毒性和氧化性，從而改善廢水水質(zhì);②零價(jià)鐵通過產(chǎn)生還原性物質(zhì)實(shí)現(xiàn)污染物還原降解：零價(jià)鐵在廢水中被氧化產(chǎn)生大量還原性Fe2+，H2等，該類物質(zhì)也可促進(jìn)廢水改性;③零價(jià)鐵可促使體系產(chǎn)生大量鐵系混凝劑，如Fe2+、Fe3+離子，進(jìn)而促使廢水中顆粒物聚集并產(chǎn)生污染物吸附效應(yīng)，最終實(shí)現(xiàn)污染物去除。此外，經(jīng)零價(jià)鐵處理后，廢水中含有大量鐵離子，這有助于提高后續(xù)生化工藝污泥活性和沉降性，提高出水水質(zhì)。因此，零價(jià)鐵作為難降解有機(jī)廢水預(yù)處理具有廣泛的應(yīng)用前景，但在實(shí)際應(yīng)用過程中，同樣存在以下幾個(gè)方面問題：①反應(yīng)速率慢，停留時(shí)間長(zhǎng)，且零價(jià)鐵表面易產(chǎn)生“濃差極化”，致使體系反應(yīng)效率低;②零價(jià)鐵還原反應(yīng)速率難以控制，利用效率低，具有較大應(yīng)用局限性;③零價(jià)鐵填料層容易板結(jié)、鈍化，導(dǎo)致廢水出水不穩(wěn)定。

　　發(fā)明內(nèi)容

　　為克服上述技術(shù)不足，本發(fā)明的目的是提供一種電化學(xué)強(qiáng)化零價(jià)鐵廢水預(yù)處理系統(tǒng)及方法。本發(fā)明通過反應(yīng)器結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)，使零價(jià)鐵床層置于外加強(qiáng)化電場(chǎng)中，通過電場(chǎng)強(qiáng)化零價(jià)鐵催化還原作用，降低廢水毒性，提高廢水可生化性，從而實(shí)現(xiàn)難降解廢水改性，還增加零價(jià)鐵表面離子遷移轉(zhuǎn)化速率并加速零價(jià)鐵催化還原速率，避免因污染物沉積造成的反應(yīng)效率低下，催化床層板結(jié)等問題;并通過外加電流調(diào)節(jié)實(shí)現(xiàn)零價(jià)鐵加速催化還原和反應(yīng)速率的控制，提高了零價(jià)鐵利用效率和裝置反應(yīng)效率及可操作性，同時(shí)有利于節(jié)省運(yùn)行成本。

　　本發(fā)明為一種電化學(xué)強(qiáng)化零價(jià)鐵廢水預(yù)處理系統(tǒng)，所述的處理系統(tǒng)包括廢水收集池、提升泵、強(qiáng)化零價(jià)鐵處理系統(tǒng)、直流穩(wěn)壓電源系統(tǒng);所述的強(qiáng)化零價(jià)鐵處理系統(tǒng)由若干串聯(lián)或并聯(lián)的管式電增強(qiáng)零價(jià)鐵反應(yīng)柱構(gòu)成，管式電增強(qiáng)零價(jià)鐵反應(yīng)柱優(yōu)選通過控制閥可實(shí)現(xiàn)串聯(lián)或并聯(lián)方式運(yùn)行，管式電增強(qiáng)零價(jià)鐵反應(yīng)柱個(gè)數(shù)≥2，具體數(shù)量和運(yùn)行方式根據(jù)廢水水量、水質(zhì)進(jìn)行設(shè)計(jì)確定;

　　所述的管式電增強(qiáng)零價(jià)鐵反應(yīng)柱內(nèi)部設(shè)置有同軸的柱形石墨陰極和筒式鈦陽極，優(yōu)選間距在30～50cm之間，柱形石墨陰極和筒式鈦陽極分別通過陰極接線端子和陽極接線端子與直流穩(wěn)壓電源系統(tǒng)相連;柱形石墨陰極和筒式鈦陽極之間填充有零價(jià)鐵填料層并由圓形支撐板分層承托，零價(jià)鐵填料層分層裝填高度為20～40cm，總裝填高度為管式電增強(qiáng)零價(jià)鐵反應(yīng)柱的0.7-0.8;

　　所述的圓形支撐板兩端與柱形石墨陰極固定，優(yōu)選采用絕緣卡套，圓形支撐板外徑與筒式鈦陽極外徑相同，圓形支撐板上均勻布置有進(jìn)水孔。

　　本發(fā)明所述的電化學(xué)強(qiáng)化零價(jià)鐵廢水預(yù)處理系統(tǒng)中，所述的管式電增強(qiáng)零價(jià)鐵反應(yīng)柱優(yōu)選采用法蘭連接方式，其殼體采用碳鋼涂塑或玻璃鋼材質(zhì)，具有較強(qiáng)的抗氧化、耐腐蝕性能;所述的圓形支撐板采用硬質(zhì)PVC或陶瓷材質(zhì)。

　　本發(fā)明所述的電化學(xué)強(qiáng)化零價(jià)鐵廢水預(yù)處理系統(tǒng)中，所述的零價(jià)鐵填料層由活性零價(jià)鐵顆粒組成，粒徑在2～3cm，活性零價(jià)鐵顆粒采用鐵片、鐵塊通過堿洗酸化后制成，具有催化還原活性;所述的圓形支撐板上的進(jìn)水孔直徑優(yōu)選為5～10mm。

　　本發(fā)明還提供了一種電化學(xué)強(qiáng)化零價(jià)鐵廢水預(yù)處理方法，其具體工作原理如下：廢水收集池中廢水由提升泵泵入強(qiáng)化零價(jià)鐵處理系統(tǒng)，直流穩(wěn)壓電源系統(tǒng)為強(qiáng)化零價(jià)鐵處理系統(tǒng)提供所加載電流、電壓，在外加直流電條件下，管式電增強(qiáng)零價(jià)鐵反應(yīng)柱中柱形石墨陰極和筒式鈦陽極之間形成弱電場(chǎng)，以促進(jìn)活性零價(jià)鐵顆粒對(duì)廢水中難降解有毒有害物質(zhì)加速催化還原并顯著降低廢水毒性或提高廢水可生化性，催化還原后產(chǎn)生的鐵離子可進(jìn)一步促進(jìn)顆粒物聚集沉淀及污染物吸附去除，強(qiáng)化零價(jià)鐵處理系統(tǒng)出水進(jìn)入后續(xù)處理工藝進(jìn)一步處理;其中廢水在強(qiáng)化零價(jià)鐵處理系統(tǒng)(3)中水力停留時(shí)間、施加的電流及電壓，均根據(jù)水質(zhì)情況而定。

　　根據(jù)本發(fā)明中方法，廢水在零價(jià)鐵強(qiáng)化處理系統(tǒng)中水力停留時(shí)間控制優(yōu)選為5～15min，具體根據(jù)廢水水質(zhì)情況而定。

　　根據(jù)本發(fā)明中方法，所述的強(qiáng)化零價(jià)鐵處理系統(tǒng)所加載直流電源采用恒流源控制模式，電流大小優(yōu)選控制在0.5～5mA，電壓根據(jù)水質(zhì)情況自行調(diào)節(jié)，且通過電流大小調(diào)節(jié)可實(shí)現(xiàn)零價(jià)鐵催化還原速率控制。

　　與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明有如下技術(shù)特點(diǎn)：

　　1、本發(fā)明通過電化學(xué)強(qiáng)化作用，加速了零價(jià)鐵催化還原速率，顯著降低廢水與零價(jià)鐵催化反應(yīng)時(shí)間，縮短了廢水水力停留時(shí)間。此外，通過優(yōu)化反應(yīng)器結(jié)構(gòu)，裝置采用管式法蘭連接方式，不僅降低了裝置占地面積，而且便于裝置靈活操作與維護(hù)。

　　2、本發(fā)明通過對(duì)零價(jià)鐵填料層施加電場(chǎng)，強(qiáng)化了活性零價(jià)鐵顆粒表面離子遷移速率，避免了“濃差極化”現(xiàn)象;同時(shí)通過電場(chǎng)遷移作用，避免了因膠體、金屬離子等其它物質(zhì)在零價(jià)鐵表面沉積作用而降低系統(tǒng)催化還原效率。此外，通過調(diào)節(jié)所施加電流大小，可實(shí)現(xiàn)零價(jià)鐵催化還原反應(yīng)速率控制，節(jié)省了運(yùn)行成本。

　　3、通過電化學(xué)強(qiáng)化零價(jià)鐵催化還原作用，不僅可實(shí)現(xiàn)難降解及有毒有害廢水的改性，提高廢水可生化性，降低廢水毒性，而且零價(jià)鐵催化還原后體系產(chǎn)生大量鐵離子，促進(jìn)廢水中顆粒物聚集沉淀，并對(duì)污染物進(jìn)行吸附去除。此外，若后續(xù)采用生化處理工藝，廢水中大量鐵離子有助于提高污泥活性和沉降性，進(jìn)而提高出水水質(zhì)。