公布日：2022.10.14
申請日：2022.06.23
分類號：C02F1/72(2006.01)I;C02F1/467(2006.01)I;C02F1/461(2006.01)I
摘要
本發(fā)明公開了一種有機廢水的處理方法和處理系統(tǒng)，其中有機廢水的處理方法包括在雙氧水的輔助下，電化學氧化處理有機廢水；電化學氧化處理采用的陽極為BDD電極；電化學氧化處理采用的陰極包括導電網(wǎng)和分布在導電網(wǎng)遠離陽極一側(cè)的改性BDD電極；改性BDD電極包括BDD電極和負載于BDD電極表面的羥基氧化鐵；導電網(wǎng)的孔徑≥1mm。該處理方法可針對多種有機廢水，能夠有效提高污染物的去除速率和去除比例。本發(fā)明還提供了用于實施上述處理方法的處理系統(tǒng)。
權利要求書
1.一種有機廢水的處理方法，其特征在于，所述處理方法包括在雙氧水的輔助下，電化學氧化處理所述有機廢水；所述電化學氧化處理采用的陽極(421)為BDD電極；所述電化學氧化處理采用的陰極(422)包括導電網(wǎng)(422A)和分布在所述導電網(wǎng)(422A)遠離所述陽極(421)一側(cè)的改性BDD電極(422B)；所述改性BDD電極(422B)包括BDD電極和負載于所述BDD電極表面的羥基氧化鐵；所述導電網(wǎng)(422A)的孔徑≥1mm。
2.根據(jù)權利要求1所述的處理方法，其特征在于，所述電化學氧化處理的電流為40000-60000A。
3.根據(jù)權利要求1所述的處理方法，其特征在于，所述電化學氧化處理的電壓為10-20V。
4.根據(jù)權利要求1所述的處理方法，其特征在于，所述處理方法中，雙氧水的質(zhì)量與所述有機廢水的質(zhì)量之比為0.05-0.5mg：1g。
5.根據(jù)權利要求1-4任一項所述的處理方法，其特征在于，所述處理方法還包括在所述電化學氧化處理前對所述有機廢水依次進行絮凝處理、氣浮處理和固液分離處理。
6.一種用于實施權利要求1-5任一項所述處理方法的處理系統(tǒng)，其特征在于，所述處理系統(tǒng)包括：蓄水池(410)；電化學組件(420)，所述電化學組件(420)設于所述蓄水池(410)內(nèi)部，所述電化學組件(420)包括平行相對設置的陽極(421)和陰極(422)。
7.根據(jù)權利要求6所述的處理系統(tǒng)，其特征在于，所述電化學組件(420)還包括絕緣軸(423)，所述絕緣軸(423)，與所述陽極(421)和所述陰極(422)形成的電極對相連，并形成攪拌槳狀結(jié)構。
8.根據(jù)權利要求7所述的處理系統(tǒng)，其特征在于，所述陽極(421)和陰極(422)組成的電極對的數(shù)量≥2。
9.根據(jù)權利要求6-8任一項所述的處理系統(tǒng)，其特征在于，所述處理系統(tǒng)還包括經(jīng)由管道(600)依次連接的絮凝系統(tǒng)(100)、氣浮系統(tǒng)(200)和固液分離系統(tǒng)(300)；所述固液分離系統(tǒng)(300)與所述蓄水池(410)經(jīng)由管道(600)連通。
10.根據(jù)權利要求9所述的處理系統(tǒng)，其特征在于，所述處理系統(tǒng)還包括底泥處理系統(tǒng)(500)，所述底泥處理系統(tǒng)(500)通過所述管道(600)與所述固液分離系統(tǒng)(300)和所述絮凝系統(tǒng)(100)相連通。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明旨在至少解決現(xiàn)有技術中存在的技術問題之一。為此，本發(fā)明提出一種有機廢水的處理方法，針對多種有機廢水，能夠有效提高污染物的去除速率和去除比例。
本發(fā)明還提供用于實施上述處理方法的處理系統(tǒng)。
根據(jù)本發(fā)明第一方面實施例，提供了一種有機廢水的處理方法，所述處理方法包括在雙氧水的輔助下，電化學氧化處理所述有機廢水；
所述電化學氧化處理采用的陽極為BDD電極(boron-dopeddiamond，活性材質(zhì)為摻硼金剛石)；
所述電化學氧化處理采用的陰極包括導電網(wǎng)和分布在所述導電網(wǎng)遠離所述陽極一側(cè)的改性BDD電極；
所述改性BDD電極包括BDD電極和負載于所述BDD電極表面的羥基氧化鐵；
所述導電網(wǎng)的孔徑≥1mm。
根據(jù)本發(fā)明實施例的處理方法，至少具有如下有益效果：
(1)本發(fā)明提供的處理方法，陰極負載沉積的羥基氧化鐵和輔助添加的雙氧水，相當于組成了芬頓氧化系統(tǒng)，加之陽極也具有氧化作用，本發(fā)明提供的處理方法相當于同時進行了電化學氧化處理和芬頓氧化處理；兩者結(jié)合克服了彼此的缺陷，對有機廢水的適用范圍更廣，且處理效率更高。
(2)傳統(tǒng)技術中，也有將電化學氧化處理和芬頓氧化處理相結(jié)合的，具體操作方法通常是在電化學氧化的同時，向其中添加芬頓試劑(亞鐵鹽和雙氧水)，由此會產(chǎn)生大量的鐵泥，同時對有機廢水的處理效果也并不理想。
本發(fā)明中，將沉積在陰極表面的羥基氧化鐵用作催化劑，與傳統(tǒng)芬頓試劑中亞鐵鹽起到相似的作用，且和雙氧水反應生成的三價鐵可快速被陰極上的電子還原成二價鐵，繼續(xù)參與反應；由此不會產(chǎn)生鐵泥，且提升了反應速率。
本發(fā)明中，雖然同時進行了芬頓氧化處理和電化學氧化處理，但是由于陰極的結(jié)構設置，使兩者分別在陰極和陽極表面進行，且盡可能增加了兩種反應的距離，極大降低了兩者間的相互干擾，且隨著有機廢水的流動，彼此間可處理另一種反應不能去除的有機雜質(zhì)。因此可以降低處理后污染物濃度的下限。
(3)本發(fā)明中，陰極和陽極的均包括BDD電極，與傳統(tǒng)重金屬電極相比，本發(fā)明采用的BDD電極活性更高，更有利于提升有機廢水的處理速率和比例。
(4)由于電化學氧化處理和芬頓氧化處理，均會產(chǎn)生一定的氣泡，當氣泡附著于陰極或陽極表面時，會阻礙廢水中污染物的去除進程。本發(fā)明采用導電網(wǎng)作為陰極的基體，且限定了陰極的孔徑，可有效避免氣泡對有機廢水處理進程的影響，進一步提升了有機廢水中污染物的去除速率。
根據(jù)本發(fā)明的一些實施例，所述有機廢水包括含油廢水、垃圾滲濾廢水和普通城市污水中的至少一種。
根據(jù)本發(fā)明的一些優(yōu)選的實施例，所述有機廢水包括含油廢水。
根據(jù)本發(fā)明的一些實施例，所述含油廢水的COD含量≥180000mg/L。
根據(jù)本發(fā)明的一些優(yōu)選的實施例，所述含油廢水的COD含量為180000-400000mg/L。
根據(jù)本發(fā)明的一些優(yōu)選的實施例，所述含油廢水包括機油廢水。
根據(jù)本發(fā)明的一些實施例，所述改性BDD電極的制備方法包括以下步驟：
S1.將BDD電極浸入三價鐵鹽和碳酸氫鹽的醇溶液中進行沉積；
S2.將步驟S1所得BDD電極洗滌后干燥。
由此，在醇溶液中，三價鐵離子和碳酸氫根之間的水解反應速率被控制，生成的氫氧化鐵的粒徑較為均一，在BDD電極上的沉積也更均勻。之后在干燥步驟，氫氧化鐵失去一部分水分轉(zhuǎn)化成羥基氧化鐵。
根據(jù)本發(fā)明的一些實施例，步驟S1中，所述三價鐵鹽包括硫酸鐵、氯化鐵、硝酸鐵和醋酸鐵中的至少一種。
根據(jù)本發(fā)明的一些實施例，步驟S1中，所述三價鐵鹽包括水合三價鐵鹽。其中結(jié)晶水也可作為水解反應的原料。
根據(jù)本發(fā)明的一些實施例，步驟S1中，所述三價鐵鹽和碳酸氫鹽的摩爾比為1.1-2.0:1。
根據(jù)本發(fā)明的一些實施例，步驟S1中，所述三價鐵鹽的濃度為10-20mM。
根據(jù)本發(fā)明的一些實施例，步驟S1中，所述醇溶液的溶劑包括無水甲醇、無水乙醇和無水丙醇中的至少一種。
根據(jù)本發(fā)明的一些實施例，步驟S1中，所述沉積的過程，還包括攪拌，所述攪拌的轉(zhuǎn)速為50-300rpm。
根據(jù)本發(fā)明的一些實施例，步驟S2中，所述干燥的溫度為100-130℃。在此溫度下，氫氧化鐵可在一定程度上分解生成羥基氧化鐵，且不會影響B(tài)DD電極的活性。
根據(jù)本發(fā)明的一些實施例，步驟S2中，所述干燥的時長為1-3h。
根據(jù)本發(fā)明的一些實施例，所述陰極的制備方法包括將所述改性BDD電極分布貼附在所述導電網(wǎng)表面。
根據(jù)本發(fā)明的一些實施例，所述貼附的方法包括焊接或用導電膠粘結(jié)。
由此，一定會留出一定的網(wǎng)格孔隙，供氣體的逸出，避免了改性BDD電極制備過程中，羥基氧化鐵沉積影響氣體的逸出通路。
根據(jù)本發(fā)明的一些實施例，所述電化學氧化處理在負壓條件下進行。由此可促進電化學氧化處理產(chǎn)生的氣泡及時排出，提升所述有機廢水中污染物的去除速率。
根據(jù)本發(fā)明的一些實施例，所述負壓條件中，壓強為-0.01--0.1MPa(以1個標準大氣壓為零基準)。
根據(jù)本發(fā)明的一些實施例，所述電化學氧化處理的電流為40000-60000A。
根據(jù)本發(fā)明的一些實施例，所述電化學氧化處理的電壓為10-20V。
根據(jù)本發(fā)明的一些實施例，所述電化學氧化處理的水力停留周期為0.5-2h。
根據(jù)本發(fā)明的一些實施例，所述電化學氧化處理的過程中伴隨攪拌；優(yōu)選地，所述攪拌的轉(zhuǎn)速為50-200rpm。
根據(jù)本發(fā)明的一些實施例，所述處理方法中，雙氧水的質(zhì)量與所述有機廢水的質(zhì)量之比為0.05-0.5mg：1g。
根據(jù)本發(fā)明的一些實施例，所述處理方法還包括在所述電化學氧化處理前對所述有機廢水依次進行絮凝處理、氣浮處理和固液分離處理。由此，當所述有機廢水包括所述含油廢水時，可去除所述有機廢水中的固體懸浮物和懸浮的油，以避免懸浮物和懸浮油對電化學氧化處理的影響，最終提升對有機廢水的處理效果。
根據(jù)本發(fā)明的一些實施例，所述絮凝處理包括化學絮凝處理和電化學絮凝處理中的至少一種。
根據(jù)本發(fā)明的一些實施例，當所述絮凝處理包括所述電化學絮凝處理時，所述電絮凝處理所用陽極材質(zhì)為摻雜貴金屬的鐵鋁合金。由此，在所述電絮凝處理中，所用陽極被溶蝕，產(chǎn)生Al、Fe等離子，在經(jīng)一系列水解、聚合及亞鐵的氧化過程，發(fā)展成為各種羥基絡合物、多核羥基絡合物以至氫氧化物，使廢水中的膠態(tài)雜質(zhì)、懸浮雜質(zhì)凝聚沉淀而分離；同時，帶電的污染物顆粒在電場中泳動，其部分電荷被電極中和而促使其脫穩(wěn)聚沉。
根據(jù)本發(fā)明的一些實施例，所述摻雜貴金屬的鐵鋁合金中，貴金屬的質(zhì)量含量為0.05-0.5％；鋁的質(zhì)量含量為1-5％。
根據(jù)本發(fā)明的一些實施例，當所述絮凝處理包括所述電化學絮凝處理時，所述電絮凝處理的電壓為8-15V。
根據(jù)本發(fā)明的一些優(yōu)選的實施例，所述電絮凝處理的電壓約為10V。
根據(jù)本發(fā)明的一些實施例，所述電絮凝處理的電流為2500-3500A。
根據(jù)本發(fā)明的一些優(yōu)選的實施例，所述電絮凝處理的電流約為3000A。
在上述電流、電壓條件下，可在保證絮凝效果的前提下，最大程度節(jié)約能耗。
根據(jù)本發(fā)明的一些實施例，所述電絮凝處理在攪拌下進行；優(yōu)選的，所述攪拌的轉(zhuǎn)速為100-600rpm。所述攪拌可提升傳質(zhì)速度，提升所述有機廢水的處理速率。
根據(jù)本發(fā)明的一些實施例，所述電絮凝處理的水力停留時間為50-120min。
根據(jù)本發(fā)明的一些優(yōu)選的實施例，所述電絮凝處理的水力停留時間約為60min。
根據(jù)本發(fā)明的一些實施例，所述氣浮處理的充氣量為110-150L/m3/h。
根據(jù)本發(fā)明的一些優(yōu)選的實施例，所述氣浮處理的充氣量約為120L/m3/h。
所述氣浮處理鼓入的氣泡，可以吸附在懸浮油或者固體懸浮物表面，借助氣泡的浮力作用，上述雜質(zhì)會漂浮在機油廢水表面，以便于去除。
在上述充氣量范圍內(nèi)，可確保氣浮處理的充分進行，也可盡可能節(jié)約氣浮處理的能耗。
根據(jù)本發(fā)明的一些實施例，所述處理方法還包括在所述氣浮處理過程中添加絮凝劑；所述絮凝劑包括PAM(聚丙烯酰胺)。
根據(jù)本發(fā)明的一些實施例，所述絮凝劑的用量為6-7g/m3。
為了使所述氣浮處理的效果更優(yōu)，領域內(nèi)通常在過程中添加發(fā)泡劑。本發(fā)明中選用的絮凝劑為PAM，其除具有絮凝作用外，還兼具發(fā)泡劑的作用。由此可減少外加藥劑的投入，并提升該步驟中雜質(zhì)的去除效果。
根據(jù)本發(fā)明的一些實施例，所述固液分離處理的方法包括靜置沉淀和過濾中的至少一種。
根據(jù)本發(fā)明的一些實施例，當所述固液分離處理的方法選自所述靜置沉淀時，所述固液分離處理的水力停留時間為2-5h；優(yōu)選的約為3h。
根據(jù)本發(fā)明的一些實施例，所述處理方法還包括在所述絮凝處理前對所述有機廢水進行隔油處理。由此可去除所述有機廢水中的浮油(漂浮在所述有機廢水表面的油)。
根據(jù)本發(fā)明的第二方面實施例，提出了一種實施所述處理方法的處理系統(tǒng)，所述處理系統(tǒng)包括：
蓄水池；
電化學組件，所述電化學組件設于所述蓄水池內(nèi)部，所述電化學組件包括平行相對設置的陽極和陰極。
由于所述處理系統(tǒng)采用了上述實施例的處理方法的全部技術方案，包括所述陰極和陽極的結(jié)構和組成，因此至少具有上述實施例的技術方案所帶來的所有有益效果。
根據(jù)本發(fā)明的一些實施例，所述電化學組件的結(jié)構包括平板狀和攪拌槳狀中的至少一種。
根據(jù)本發(fā)明的一些實施例，所述陽極和陰極之間的距離為0.5-3cm。
所述平板狀為所述陽極和陰極平行相對設置，當所述陰極和陽極組成的電極對的數(shù)量≥2時，各組也平行設置。如此，為了提升所述電化學氧化處理系統(tǒng)內(nèi)部的傳質(zhì)效果，需增設攪拌裝置。
根據(jù)本發(fā)明的一些實施例，當所述電化學組件的結(jié)構為攪拌槳狀時，所述電化學組件還包括絕緣軸，所述絕緣軸與所述陽極和所述陰極相連，所述絕緣軸與電極對(一個所述陽極和一個所述陰極組成一個電極對)形成攪拌槳狀結(jié)構。由此，所述電化學組件可充當攪拌裝置，簡化了所述處理系統(tǒng)，且電化學組件直接充當攪拌裝置，進一步提升了所述電化學組件附近的傳質(zhì)效果，進一步提升了對所述有機廢水的處理效率。
根據(jù)本發(fā)明的一些實施例，所述陽極和陰極組成電極對的數(shù)量≥2；例如可以理解的是2對、3對、4對、5對和6對。
根據(jù)本發(fā)明的一些實施例，所述電化學組件中，所述陽極和陰極組成的電對，等間隔設于所述絕緣軸上。
根據(jù)本發(fā)明的一些實施例，所述絕緣軸上還設有溝槽，以容納所述電化學組件的導電線。由此可提升所述處理系統(tǒng)的運行安全性。
所述導電線遠離所述電化學組件的一端連接有電源。
為實現(xiàn)作為攪拌裝置的作用，所述絕緣軸遠離所述陰極和陽極的一端連接電機。
根據(jù)本發(fā)明的一些實施例，所述處理系統(tǒng)包括電化學氧化處理系統(tǒng)，所述電化學氧化處理系統(tǒng)包括所述蓄水池和電化學組件。
根據(jù)本發(fā)明的一些實施例，所述處理系統(tǒng)還包括經(jīng)由管道依次連接的絮凝系統(tǒng)、氣浮系統(tǒng)和固液分離系統(tǒng)；
所述固液分離系統(tǒng)與所述電化學氧化處理系統(tǒng)的蓄水池經(jīng)由管道連通。
根據(jù)本發(fā)明的一些實施例，所述絮凝系統(tǒng)中設有懸浮物捕捉系統(tǒng)，用于捕捉所述絮凝系統(tǒng)產(chǎn)生的絮凝顆粒。
絮凝產(chǎn)物容易附著在絮凝系統(tǒng)的壁上，例如若是電絮凝裝置，還會附著在電絮凝的陽極、陰極上，進而影響絮凝進程。本發(fā)明在絮凝系統(tǒng)中設置懸浮物捕捉系統(tǒng)，可緩解絮凝產(chǎn)物對絮凝系統(tǒng)工作的影響。
根據(jù)本發(fā)明的一些實施例，所述懸浮物捕捉系統(tǒng)包括連接桿、懸浮物入口和懸浮物容納區(qū)；所述連接桿的一端可移動固定在所述絮凝系統(tǒng)側(cè)壁上，另一端連接所述懸浮物入口；所述懸浮物容納區(qū)與所述懸浮物入口連接。
在所述可移動連接的作用下，所述懸浮物容納區(qū)裝滿后，可將所述懸浮物捕捉系統(tǒng)移出所述絮凝系統(tǒng)，以進行清理、重復利用。
根據(jù)本發(fā)明的一些實施例，所述懸浮物捕捉系統(tǒng)的設置個數(shù)≥2個，可以理解是的有2個、3個、4個或更多。由此可確保至少有一個正在工作的懸浮物捕捉系統(tǒng)。
根據(jù)本發(fā)明的一些實施例，所述懸浮物入口所在平面與所述絮凝系統(tǒng)的底部的夾角在0°-90°之間(不包括端點值)，例如可以是15°、20°、30°、45°以及60°等。
由此，被捕捉進去的絮凝顆粒在攪拌帶來的水流運動過程中，不容易被沖出，即不會再次影響絮凝系統(tǒng)的正常工作。
根據(jù)本發(fā)明的一些實施例，所述絮凝系統(tǒng)中還包括攪拌裝置，如此可提升傳質(zhì)效率，也可促進絮凝所得懸浮物的捕捉。
根據(jù)本發(fā)明的一些實施例，當所述絮凝系統(tǒng)為電絮凝系統(tǒng)時，所述電絮凝系統(tǒng)還包括電絮凝裝置；
所述電絮凝裝置包括相對設置的電絮凝陰極和電絮凝陽極，以及連接所述電絮凝陰極和電絮凝陽極，并提供電能的電絮凝電源。
根據(jù)本發(fā)明的一些實施例，所述處理系統(tǒng)還包括底泥處理系統(tǒng)，所述底泥處理系統(tǒng)通過所述管道與所述固液分離系統(tǒng)所述絮凝系統(tǒng)相連通。以轉(zhuǎn)運所述懸浮物捕捉系統(tǒng)捕捉到的固體顆粒，和固液分離系統(tǒng)產(chǎn)生的沉淀物，上述沉淀物質(zhì)在所述底泥處理系統(tǒng)中被脫水、干燥、回收再利用。
若無特殊說明，本發(fā)明中的“約”表示允許誤差在±2％之間，例如約100表示實際試驗中可在98-102之間浮動，并不會明顯影響試驗結(jié)果。
本發(fā)明的其它特征和優(yōu)點將在隨后的說明書中闡述，并且，部分地從說明書中變得顯而易見，或者通過實施本發(fā)明而了解。
（發(fā)明人：錢瀚軒;夏福春;夏抗）
