申請日2015.11.23
公開(公告)日2016.01.20
IPC分類號C02F1/46; C02F1/78
摘要
本發(fā)明涉及一種廢水處理裝置，該裝置采用了臭氧-三維電極聯(lián)用技術來處理高濃高鹽廢水，其包括臭氧發(fā)生裝置、三維電極反應器以及直流穩(wěn)壓電源。采用該裝置，通過在三維電極反應器的陰極附近進行臭氧曝氣的方式，將臭氧化空氣布設于陰極，不僅可通過臭氧進行氧化、同時能使臭氧化空氣中的氧氣在陰極反應生成雙氧水，從而與臭氧發(fā)生協(xié)同作用來進一步改善降解效果。廢水通過在電解過程中產生的H2O2和氧化性極強的羥基自由基作用下，迅速氧化降解為可生化處理的小分子有機物。本發(fā)明還涉及采用該裝置處理廢水的方法。
權利要求書
1.一種廢水處理裝置，其特征在于，包括臭氧發(fā)生器(1)、三維電極反應器(2)和直流穩(wěn)壓電源(9)，其中，在所述三維電極反應器(2)內設有臭氧布氣底托(10)，在所述臭氧布氣底托下方設有臭氧曝氣頭(8)，在所述臭氧曝氣頭(8)上方設有粒子電極(7)、主電極，在所述三維電極反應器(2)的腔體壁上貫通設置有廢液進料口(6)和取樣口(5)。
2.根據權利要求1所述的廢水處理裝置，其特征在于，所述臭氧發(fā)生器(1)與所述三維電極反應器(2)之間以橡膠軟管連接，所述三維電極反應器(2)與所述直流穩(wěn)壓電源(9)之間以導線連接。
3.根據權利要求1所述的廢水處理裝置，其特征在于，所述三維電極反應器(2)腔體壁是由工程塑料制造的。
4.根據權利要求書1所述的廢水處理裝置，其特征在于，所述所述主電極包含陽電極和陰電極，所述陽電極為鈦基氧化銥陽極，所述陰電極為石墨陰極。
5.根據權利要求書1所述的廢水處理裝置，其特征在于，所述所述粒子電極填料(7)為活性炭。
6.根據權利要求書2所述的廢水處理裝置，其特征在于，所述導線為銅質導線。
7.一種廢水處理方法，其特征在于，采用如權利要求1～6的任一項所述的裝置，并包括下列步驟：
a)廢水經所述三維電極反應器(2)的所述廢液進料口(6)流入，至浸沒所述主電極;
b)由所述臭氧發(fā)生器(1)制得的臭氧化空氣經所述臭氧曝氣頭(8) 在所述陰極部(4)均勻曝氣;
c)接通所述直流穩(wěn)壓電源(9)，調節(jié)電流至處理所需。
8.根據權利要求書7所述的廢水處理方法，其特征在于，所述三維電極反應器(2)內所處理的污水為高濃高鹽廢水，其pH范圍是9～12，TDS 含量范圍是5～15g/L。
9.根據權利要求書7或8所述的廢水處理方法，其特征在于，臭氧產生量被設置為10～30ml/min，所述主電極極板間距為2～5cm，面積為 80～120cm2，所述粒子電極的填料量為40～60g，電流密度為30～45mA/cm2，反應接觸時間為1～5h。
10.根據權利要求書6或7所述的廢水處理方法，其特征在于：臭氧產生量被設置為25ml/min，所述主電極極板面積為100cm2，所述粒子電極填料量為50g。
說明書
一種廢水處理裝置及通過該裝置處理廢水的方法
技術領域
本發(fā)明涉及一種廢水處理裝置，特別涉及一種用于處理高濃高鹽廢水的臭氧-三維電極聯(lián)用廢水處理裝置，本發(fā)明還涉及通過該廢水處理裝置處理高濃高鹽廢水的方法。
背景技術
農藥廢水作為典型的高濃有機工業(yè)廢水，具有有機污染物濃度高、可生化性差、成分復雜、難降解物質多、無機鹽濃度高等特點，不適用于采用傳統(tǒng)的物化和生物處理方法進行處理。采用適當的預處理手段提高農藥廢水的可生化性，降低毒性是農藥廢水處理的關鍵。高級氧化法反應快速，是一種綠色處理技術，因而與現有技術相比，在農藥廢水預處理方面具有較大優(yōu)勢。
高級氧化法的原理是在水中產生羥基自由基，該羥基自由基·OH氧化還原電位高，可達2.8V，具有可以與有機物快速反應，氧化選擇性小，適用范圍廣，能夠氧化一系列含一個或多個雙鍵的有機物的優(yōu)點。盡管高級氧化過程能氧化難降解有機物，但其復雜的處理工藝、較高的化學消耗和處理成本阻礙了其大規(guī)模應用。
電化學氧化法是指通過陽極反應直接降解有機物或利用電極表面產生的強氧化劑如羥基自由基、H2O2等使有機物降解的方法。與常規(guī)的二維電極相比，三維電極通過向主電極板間裝填粒子電極并使其表面帶電，可提高電流效率，具有占地面積小、處理能力強等優(yōu)勢。臭氧作為一種強氧化劑可直接將有機物氧化分解，但其與有機物的反應具有較強的選擇性，往往只能使廢水中大分子有機物轉變?yōu)樾》肿佑袡C物，產生羥基自由基的效率也較低。
發(fā)明內容
鑒于以上所述，本發(fā)明提出將臭氧與三維電極聯(lián)用，既可提高溶液中臭氧的溶解度與分解速率，同時也能夠提高電化學反應器中羥基自由基的產率，從而實現更加理想的廢水處理效果。
本發(fā)明的技術原理如下：
臭氧-三維電極聯(lián)用工藝是一種重要的高級氧化方法，臭氧和電化學的協(xié)同作用可使具有極強氧化作用的羥基自由基產率有較大提高，部分有機物也可在陽極直接氧化。從反應機理角度分析，首先臭氧化空氣中的氧氣在陰極產生H2O2，與臭氧作用產生羥基自由基而使臭氧分解，反應如下：
O2+H2O+2e-→HO2-+OH-
HO2-+H2O→H2O2+OH-
O3+HO2-→·OH+O2-+O2
羥基自由基可與有機物發(fā)生如下反應：
RH+·OH→H2O+·R
·OH+RH→·RH++OH-
可見，臭氧與電化學氧化具有明顯的協(xié)同作用，可促進羥基自由基的生成，另外，反應過程中的pH、電流密度等也是影響有機污染物去除效果的因素。
具體地，本發(fā)明根據上述反應原理，通過以下技術手段，實現了本發(fā)明：
根據本發(fā)明的一個實施方式，如圖1所示，提供了一種廢水處理裝置，其包括臭氧發(fā)生器、三維電極反應器和穩(wěn)壓電源，其中，所述三維電極反應器優(yōu)選為正方體，容積1.5L，其內設有臭氧布氣底托，在所述臭氧布氣底托下方設有臭氧曝氣頭，其上方設有粒子電極、主電極，其中主電極為陽極、主電極為陰極，在所述三維電極反應器2的腔體壁上貫通設置有廢液進料口和取樣口。
根據本發(fā)明的一個實施例，提供了一種廢水處理裝置，臭氧發(fā)生器1 與三維電極反應器2之間以橡膠軟管連接，由于臭氧的密度大于空氣，因此臭氧發(fā)生器1與所述橡膠軟管的接口位置優(yōu)選地在臭氧發(fā)生器下部，其所產生的臭氧經由該橡膠軟管輸送至臭氧曝氣頭，所述三維電極反應器2 與所述穩(wěn)壓電源之間以導線連接，本發(fā)明的污水處理裝置拆裝方便，占地面積小。
根據本發(fā)明的一個實施例，提供了一種廢水處理裝置，進一步，三維電極反應器2腔體壁是由工程塑料制造的。
根據本發(fā)明的一個實施例，提供了一種廢水處理裝置，進一步，三維電極反應器2中的主電極包含陽電極和陰電極，其中陽電極為鈦基氧化銥陽極，陰電極為石墨陰極。所述電極均具有良好的化學穩(wěn)定性、電化學穩(wěn)定性、導電性、機械性能，且價格便宜。
根據本發(fā)明的一個實施例，提供了一種廢水處理裝置，進一步，三維電極反應器中粒子電極的填料為活性炭，其化學穩(wěn)定性好，可耐強酸和強堿，能經受水浸、高溫，比重小于水。
根據本發(fā)明的一個實施例，提供了一種廢水處理裝置，進一步，導線為銅質導線。
根據本發(fā)明的一個實施方式，提供了一種廢水處理方法，其采用如上所述的裝置，并具體包括下列步驟：
a)廢水經三維電極反應器2的廢液進料口6流入，至浸沒主電極，優(yōu)選地，處理容量為1L;
b)由臭氧發(fā)生器制得的臭氧化空氣經臭氧曝氣頭在陰極部均勻曝氣;
c)接通穩(wěn)壓電源，調節(jié)電流至處理所需。
根據本發(fā)明的一個實施例，提供了一種廢水處理方法，進一步，三維電極反應器內所處理的污水為高濃高鹽廢水，其pH范圍是9～12，TDS含量范圍是5～15g/L。
根據本發(fā)明的一個實施例，提供了一種廢水處理方法，進一步，臭氧產生量被設置為10～30ml/min，若臭氧產生量超過30ml/min，導致成本上升，且不能得到充分利用，造成成本上升，但臭氧產生量低于10ml/min，導致處理速度下降且效果不佳，因此，臭氧產生量優(yōu)選設置為25ml/min;極板間距為2～5cm，主電極極板面積為80～120cm2，面積小于80cm2則處理速度慢，但若高于120cm2則處理效果不佳，因此主電極極板面積優(yōu)選為100cm2;粒子填料電極量為40～60g，低于40g則處理效果不佳，高于 60g不僅成本提高，而且處理速度降低，優(yōu)選地，粒子電極填料量為50g;電流密度為30～45mA/cm2，反應接觸時間為1～5h。
本發(fā)明所提供的處理技術與單獨電化學氧化相比，廢水COD(化學需氧量)降解率高，可生化性明顯提高，臭氧與電化學氧化之間實現了明顯的協(xié)同效應。
通過在三維電極反應器中陰極部曝臭氧化空氣，使活性炭顆粒處于流動、分散態(tài)，在高梯度電場下感應形成復極化粒子電極，同時可增加在溶液中的傳質。
本發(fā)明的處理工藝在處理過程中無需使用化學藥品和電解質、后期處理簡單、占地面積小、處理能力強且管理方便，便于規(guī)模擴大。
本發(fā)明使用的電化學反應器中電極的面體比大幅增加，具有較高電流效率和單位時間處理效率。
本發(fā)明所提供的處理方法特別適用于處理鹽和COD含量高的農藥廢水處理，既可作為預處理技術，也可作為深度處理技術。
