焦化廢水是原煤高溫干餾、煤氣凈化和化學(xué)產(chǎn)品回收精制過程中各工序產(chǎn)生的一種有毒有害、難降解的高濃度有機廢水，主要含有酚類化合物、雜環(huán)化合物、多環(huán)芳烴、氨氮、硫化物、氰化物等，具有有機污染物濃度高、可生化性差、毒性大等特點。

　　一、電催化氧化原理

　　電催化氧化技術(shù)是利用具有良好催化性能的金屬氧化物材料作為電極，在外加電壓下，氧化污水中的污染物，使污染物降解的技術(shù)。該技術(shù)可分為在陽極表面及附近的直接氧化和遠離電極表面的間接氧化。

　　1.直接氧化。直接氧化是將在陽極表面的污染物氧化轉(zhuǎn)化成毒性較小的物質(zhì)及發(fā)生有機物無機化，羥基自由基能無選擇地直接與廢水中的有機物反應(yīng)，從而使許多有機污染物分解為CO 2或其他簡單化合物，不會或很少產(chǎn)生二次污染。

　　2.間接氧化。間接氧化則是通過陽極電化學(xué)反應(yīng)將水溶液中含有的大量Cl-氧化，產(chǎn)生各種含氯的氧化劑，如氯氣、次氯酸和次氯酸根等媒介，在遠離電極表面的反應(yīng)罐氧化污染物。

　　二、裝備設(shè)計

　　1.反應(yīng)器結(jié)構(gòu)設(shè)計。(1)反應(yīng)器組件。合理的反應(yīng)器結(jié)構(gòu)是廢水處理重要的一環(huán)，反應(yīng)器由陰陽電極板、絕緣螺桿(帽)、絕緣填料、防水材料、外套等組成。陽極接控制電源的正極，陰極接控制電源的負極，污水中要被處理的物質(zhì)一部分在陽極和陰極表面直接被氧化和還原，一部分被電催化產(chǎn)生的中間體氧化;絕緣螺桿(帽)起固定電極和導(dǎo)流作用;絕緣填料固定電極板防止短路且保持水流暢通;防水材料密封電氣連接處裸露部分;外套保護反應(yīng)器并起支撐定位作用。(2)反應(yīng)器組件材料。陽極采用鈦基涂膜網(wǎng)狀無損電極，因在電化學(xué)反應(yīng)池中其他材料做陽極會被溶解，陰極常規(guī)狀態(tài)下采用不銹鋼板狀或網(wǎng)狀電極，為保持陰極不粘垢，處理器設(shè)計有直流反擊(交換正負極)的情況下陰極材料也是鈦基涂膜網(wǎng);電極連接螺栓用陽極材料加工，因為連接陽極的螺栓本身等效陽極，連接陰極的螺栓在電流反擊時也充當陽極;絕緣填料采用過水性好的工程絕緣塑料;防水材料采用耐腐蝕的固態(tài)填充膠;外套采用絕緣、抗腐蝕性的材料。(3)反應(yīng)器組裝。電極組是相對固定的結(jié)構(gòu)，利用鈦基無損螺栓、絕緣材料和防水材料將電極片組裝成復(fù)合電極，陰極、陽極交互排列，之間用厚度≤3 mm的塑料網(wǎng)隔離和定位，然后用絕緣螺桿(螺帽)固定，形成復(fù)合電極，把復(fù)合電極安放在制作好的反應(yīng)器外套中，陰、陽極各用4×40 mm 2的敷鈦銅排集中連接，再連接受電電纜，固定好外套，反應(yīng)器完成組裝(圖1)。

　　2.受電電纜設(shè)計。反應(yīng)器的陽、陰極各連接2根受電電纜，在大電流電路中，相比1根電纜，2根對稱受電電纜使螺栓分流更均勻，避免局部發(fā)熱，同時面積更小的2根電纜更加柔性，便于與子母排連接和接法調(diào)整。電纜的截面積大小與反應(yīng)器的功率相關(guān)，1個本反應(yīng)器使用功率9 kW，其工作電流1000 A(實驗測量電壓為9 V);若全功率受電，1個反應(yīng)器工作電流>1150 A，此時電壓為10 V，從銅電纜載流量和截面積關(guān)系查知，應(yīng)選擇2根24 mm 2的多股銅電纜，長度合適，做好接頭。

　　3.導(dǎo)電銅排設(shè)計。導(dǎo)電銅排的作用是將高頻開關(guān)電源的能量輸送到反應(yīng)器，因此傳輸效率特別重要，也就是熱功損失越少越好。由于本次污水處理難度較大，高頻開關(guān)電源的短路電流設(shè)計為4000 A，正常使用時(1750～2650)A，結(jié)合輸電距離短及銅排載流量和截面積關(guān)系查表，選擇120×12 mm 2截面積的銅排比較合適。具體聯(lián)系污水寶或參見http://www.northcarolinalenders.com更多相關(guān)技術(shù)文檔。

　　4.電源設(shè)計。從占地面積、重量、效率、造價等方面綜合考慮，采用高頻開關(guān)電源比較合適，為抗擊大電流和滿足長期運行的需要，設(shè)計120 kW，4000 A的高頻開關(guān)電源，高頻脈沖方式更適合催化電解，穩(wěn)壓、穩(wěn)流精度高，效率高，重量輕，體積小，對電網(wǎng)干擾小，紋波低，可靠性高，有多種保護電路，操作維護簡便。

　　5.反應(yīng)器輸入電源自動換向設(shè)計。在電化學(xué)反應(yīng)池中，水體里的Ca 2+，Mg 2+將向陰極移動，導(dǎo)致陰極板結(jié)垢影響水處理效果，從工業(yè)循環(huán)水除垢經(jīng)驗得知，只要反應(yīng)器的極性互換，陰極結(jié)垢就會被清除，清除干凈后立刻換向，又進入正常處理狀態(tài)，

　　6.控制系統(tǒng)設(shè)計。采用就地控制和PLC(Programmable Logic Controller，可編程邏輯控制器)中央控制相結(jié)合。就地控制柜放置現(xiàn)場，有電氣操作、信號顯示及遠程接口部分，便于操作人員現(xiàn)場實時操作運行和觀察;PLC控制柜放置在電控室，操作人員可以實時調(diào)控運行狀態(tài)和感知現(xiàn)場運行電參數(shù)，人機對話;另外，水處理現(xiàn)場各個關(guān)鍵節(jié)點配置影像監(jiān)控系統(tǒng)，電控室操作人員實時感知運行現(xiàn)場的情況。

　　7.污水處理試驗工藝流程(圖2)。

　　圖2為污水處理試驗工藝流程示意，流程中閥門、旁通、監(jiān)測點、水箱、電絮浮和電催化的排污排水部分均未標出。

　　三、運行調(diào)試

　　檢驗裝備處理功效主要通過檢驗處理后水中COD，該廠要求COD≤80 mg/l甚至≤50 mg/l，主要看反應(yīng)器使用的數(shù)量、連接方式，達到電源效率最高。

　　1.反應(yīng)器全并聯(lián)。電壓從0調(diào)到6 V時，總電流從0上升到4000 A，趨向于

　　短路狀態(tài)，反應(yīng)器獲得的電功率較小。U=6 V，I=4000 A，R總=0.0015Ω，L=4 mm，U損=1 V，I 1=500 A，M=20，S 1=1500 cm 2，S總=30 000 cm 2，有功功率P=20 kW，P 1=2.5 kW，P總=24 kW，η=16.67 mA/cm 2，n%=51。其中，R總為系統(tǒng)反應(yīng)器載水狀態(tài)下的總電阻，L為電極間距，U損為線路損失電壓，I 1為1臺反應(yīng)器工作電流，M為反應(yīng)器狹縫平行板電場的數(shù)量，S 1為電極片單面的面積，S總為有效電極總面積，P為系統(tǒng)消耗有效功率，P 1為一臺反應(yīng)器功率，P總為系統(tǒng)消耗總功率，η為陽極電流密度，n%為COD降解率，U，I，P均為直流電壓、電流、功率。

　　2.反應(yīng)器全串聯(lián)。全串聯(lián)情況下，處理器等效阻抗最大，電流最小，電壓調(diào)到30.1 V(最大)時，電流I總<500 A，P總<15.05 kW，負載輕，電源輸出功率小，實測n%<30，COD降解率很低。

　　3.反應(yīng)器串、并聯(lián)。在全串、全并都不能有效降低COD的情況下，必須采用串、并聯(lián)結(jié)合方式，只有同時具有合適的電壓和電流，反應(yīng)器才能獲得足夠的、可調(diào)的電功率。

　　四、水處理裝備調(diào)試運行結(jié)果

　　1.COD降解率n%數(shù)學(xué)模型的建立。試驗總結(jié)出電催化氧化裝置降解污水中有機物的降解率與電源的電壓和電流、反應(yīng)器狹縫平行板有效電場的數(shù)量、反應(yīng)器電流密度、串并聯(lián)結(jié)構(gòu)、COD初始值、反應(yīng)器總數(shù)量有關(guān)，并與之成正比;與線路損耗、陰陽極間距離、反應(yīng)器內(nèi)水的流速、處理的水量有關(guān)，并與之成反比.

　　2.電催化氧化法可以解決污水處理問題。通過對流量為5 t/h的焦化污水處理試驗表明，傳統(tǒng)的方法如生化法不能處理的污水完全可以用電催化氧化法處理。

　　3.合理的裝備提高降解率且節(jié)水不排污。多反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)設(shè)計、連接和調(diào)試很重要，合理的結(jié)構(gòu)、串并聯(lián)連接和運行參數(shù)可使COD降解率達到60%～70%，甚至達到100%，完全能做到達標排放或反回到補充水系統(tǒng)再應(yīng)用，節(jié)約用水且不排污。

　　4.降解率可調(diào)可控操作方便。在其他因數(shù)不變的情況下，一個給定電壓(就地手動或PLC程序設(shè)定)對應(yīng)一個電功率，或?qū)��?yīng)一個COD降解率，真正做到通過操作旋鈕達到降解率可調(diào)、可控。

　　鑒于電催化氧化技術(shù)在處理各類廢水中的應(yīng)用得到快速發(fā)展，并給廢水處理，尤其是難降解廢水的深度處理帶來了新的活力，拓寬了水處理技術(shù)視野。(來源：《防護工程》 )