申请日2017.04.12
公开(公告)日2017.07.04
IPC分类号C02F1/461; C02F1/467; C02F1/463
摘要
本发明属于污水处理技术领域，具体涉及一种难降解有机废水处理的一体式电化学反应装置及处理方法。反应器壳体内分为圆腔反应区和锥腔沉淀区，圆腔反应区内设有半弧形钌铱阳极和半弧形多孔铁网，中间设有对称分布的绝缘垫，反应器壳体内设有不锈钢阴极;锥腔沉淀区底部设有排泥管;反应器壳体顶部设有进水管，反应器壳体底部设有排水管;半弧形钌铱阳极、半弧形多孔铁网及不锈钢阴极与稳压电源连接。废水经过进水管进入反应器内，启动反应器，打开稳压电源和电动机，阴极随电动机缓慢转动，废水随阴极缓慢搅拌，废水在多孔铁网附近发生类芬顿、电絮凝等反应，在钌铱阳极附近发生电氧化等过程，废水由排水管排出，沉淀物通过排泥管排出。
权利要求书
1.一种难降解有机废水处理的一体式电化学反应装置，包括电机(1)、减速器(14)、两个皮带轮(13)及反应器壳体(10)，其特征在于：反应器壳体(10)内分为圆腔反应区(11)和锥腔沉淀区(4)，圆腔反应区(11)内设有半弧形钌铱阳极(9)和半弧形多孔铁网(3)，半弧形钌铱阳极(9)和半弧形多孔铁网(3)中间设有对称分布的绝缘垫(8)，半弧形钌铱阳极(9)和半弧形多孔铁网(3)组成的筒形结构内设有不锈钢阴极(6)，不锈钢阴极(6)通过转轴与皮带轮(13)连接，皮带轮(13)通过皮带与减速器(14)的皮带轮(13)联接，减速器(14)的输入轴与电机(1)的输出轴连接;所述的锥腔沉淀区(4)底部设有排泥管(5);所述的反应器壳体(10)顶部设有进水管(2)，反应器壳体(10)底部设有排水管(7);所述的半弧形钌铱阳极(9)、半弧形多孔铁网(3)及不锈钢阴极(6)与稳压电源(12)连接。
2.根据权利要求1所述的一种难降解有机废水处理的一体式电化学反应装置，其特征在于：所述的半弧形钌铱阳极(9)采用钌铱材料制成。
3.根据权利要求1所述的一种难降解有机废水处理的一体式电化学反应装置，其特征在于：所述的圆腔反应区(11)和锥腔沉淀区(4)的高度比为7:1。
4.一种应用权利要求1所述的反应装置处理难降解有机废水的处理方法，其特征在于：该处理方法包括以下步骤：
第一步、将难降解有机废水通过进水管(2)注入到反应器壳体(10)内;
第二步、打开稳压电源(11)和启动电机(1)，电流为5A，电机(1)经减速器(14)的输出转速为1.5转/小时，不锈钢阴极(6)在电机(1)的驱动下缓慢转动，废水被缓慢搅动，以此来增大反应过程中的分子碰撞，提高反应效率;其中，在半弧形钌铱阳极(9)附近，在含氯的废水中发生电氧化过程，有效的去除废水中氨氮，产生的次氯酸氧化剂对废水兼具消毒作用，同时，产生的产物氮气无二次污染，具体反应如下：
(1)
(2)
(3);
半弧形多孔铁网(3)作为并联使用的阳极，在外加电源作用下，铁网溶解，并与阴极产生的氢氧根离子发生絮凝反应生成氢氧化物，使其发挥电絮凝的作用，从而达到去除部分有机物、悬浮物及磷的目的，具体反应如下：
(4)
(5)
(6);
通过不锈钢阴极(6)的搅动，半弧形多孔铁网(3)上产生的亚铁离子和半弧形钌铱阳极(9)上产生的次氯酸充分接触，并发生类芬顿反应生成羟基自由基，羟基自由基氧化能力强，可以无选择性的氧化多类有机污染物，具体反应如下：
(7);
第三步、废水在随着不锈钢阴极(6)转动的过程中，依次发生上述反应后通过排水管(7)排出反应器壳体(10)，反应过程中产生的絮凝物等沉淀物通过锥形沉淀区(4)收集并通过排泥管(5)排出。
说明书
难降解有机废水处理的一体式电化学反应装置及处理方法
技术领域：
本发明属于污水处理技术领域，具体涉及一种难降解有机废水处理的一体式电化学反应装置及处理方法。
背景技术：
随着人们生活水平的提高和工农业生产的飞速发展，未经处理的废水直接排放将给水环境带来更大的压力，造成水体污染。水资源的分布不均和污染的日益加剧加速了水处理行业的发展。治理水污染已经成为全球水资源可持续利用发展的重要战略目标。为了能够合理开发利用水资源，污水处理技术不断研究改进治理方法。目前常用的方法主要有：厌氧-好氧AAO法、循环活性污泥法、生物滤池等生物化学方法。但难降解废水如印染废水、焦化废水、含酚类废水、含农药废水以及垃圾渗滤液等废水中的污染物种类多、营养比例失调、难生物降解、具有高浓度和高毒性等特点，这些废水可生化性差，利用传统生化方法处理难以达标排放。
电化学处理方法有操作设备简单、停留时间短、结构紧凑、占地面积比较小、操作维护方便及无二次污染等优点，且不受难降解有机物的影响，在处理难降解废水过程中更有优势。然而，传统的电化学过程常因为处理污染物单一，电流效率利用率不高等原因，其使用受到限制。针对以上不足，本发明设计了一种组合电化学处理装备，在一体化设备中同时实现电氧化、电絮凝、类芬顿等处理过程，以达到去除污水中难降解有机物、氮、磷等污染物，使废水能够达标排放。
发明内容：
本发明弥补和改善了上述现有技术的不足之处，为实现难降解有机废水的深度处理出水能够达标，该反应装置包含电氧化、电絮凝、类芬顿等过程，可以电化学方法直接去除废水中的难降解有机物、氮、磷等污染物，使废水能够达标排放，可以大规模地推广和使用。
本发明采用的技术方案为：一种难降解有机废水处理的一体式电化学反应装置，包括电机、减速器、两个皮带轮及反应器壳体，反应器壳体内分为圆腔反应区和锥腔沉淀区，圆腔反应区内设有半弧形钌铱阳极和半弧形多孔铁网，半弧形钌铱阳极和半弧形多孔铁网中间设有对称分布的绝缘垫，半弧形钌铱阳极和半弧形多孔铁网组成的筒形结构内设有不锈钢阴极，不锈钢阴极通过转轴与皮带轮连接，皮带轮通过皮带与减速器的皮带轮联接，减速器的输入轴与电机的输出轴连接;所述的锥腔沉淀区底部设有排泥管;所述的反应器壳体顶部设有进水管，反应器壳体底部设有排水管;所述的半弧形钌铱阳极、半弧形多孔铁网及不锈钢阴极与稳压电源连接。
所述的半弧形钌铱阳极采用钌铱材料制成。
所述的圆腔反应区和锥腔沉淀区的高度比为7:1。
一种应用权利要求1所述的反应装置处理难降解有机废水的处理方法，其该处理方法包括一下步骤：
第一步、将难降解有机废水通过进水管注入到反应器壳体内;
第二步、打开稳压电源和启动电机，电流为5A，电机经减速器的输出转速为1.5转/小时，不锈钢阴极在电机的驱动下缓慢转动，废水被缓慢搅动，以此来增大反应过程中的分子碰撞，提高反应效率;其中，在半弧形钌铱阳极附近，在含氯的废水中发生电氧化过程，有效的去除废水中氨氮，产生的次氯酸氧化剂对废水兼具消毒作用，同时，产生的产物氮气无二次污染，具体反应如下：
(1)
(2)
(3);
半弧形多孔铁网作为并联使用的阳极，在外加电源作用下，铁网溶解，并与阴极产生的氢氧根离子发生絮凝反应生成氢氧化物，使其发挥电絮凝的作用，从而达到去除部分有机物、悬浮物及磷的目的，具体反应如下：
(4)
(5)
(6);
通过不锈钢阴极的搅动，半弧形多孔铁网上产生的亚铁离子和半弧形钌铱阳极上产生的次氯酸充分接触，并发生类芬顿反应生成羟基自由基，羟基自由基氧化能力强，可以无选择性的氧化多类有机污染物，具体反应如下：
(7);
第三步、废水在随着不锈钢阴极转动的过程中，依次发生上述反应后通过排水管排出反应器壳体，反应过程中产生的絮凝物等沉淀物通过锥形沉淀区收集并通过排泥管排出。
本发明的有益效果：主要体现在以下几方面：
(1)、包含电氧化、电絮凝、类芬顿等过程，可以通过多种电化学反应联合去除废水中的有机物、氮、磷、色度等多种污染物，实现废水最终的达标排放。可以广泛应用于难降解有机废水，处理效果良好，不存在二次污染;
(2)、使用电动机带动阴极转动，阴极在转动过程中起到搅拌的作用，加强过程传质，加剧污染物分子间的碰撞，增加絮凝沉淀部分的絮凝物的形成，加快反应进程，能够更好地去除废水中的污染物;
(3)、阳极选择钌铱材料，通电后，在含氯的废水中可以发生电氧化过程，有效的去除废水中氨氮，产生的次氯酸氧化剂对废水兼具消毒作用。同时，产生的产物氮气无二次污染;
(4)、设置了多孔铁网作为并联使用的阳极，在外加电源作用下，铁网溶解，并与阴极产生的氢氧根离子发生絮凝反应生成氢氧化物，使其发挥电絮凝的作用，从而达到去除部分有机物、悬浮物及磷的目的;
(5)、通过阴极在装置内的搅动作用，可时铁网上产生的亚铁离子和钌铱阳极上产生的次氯酸充分接触，并发生类芬顿反应生成羟基自由基。羟基自由基氧化能力强，可以无选择性的氧化多类有机污染物;
(6)、使用半弧形的阳极构型，可以扩大阳极面积，增大阳极反应的接触面积，提高电氧化过程的速率，使反应能够更快地进行。同时，半弧形的极板中的绝缘体设计可以使双阳极始终保持并联作用，在阴极转到任何角度时，体系中有电流通过，反应能够持续进行;
(7)、设有沉淀区，废水在流经反应器时通过电絮凝沉淀下来的沉淀物可通过排泥管排出，无需再设沉淀装置，实现了反应装置的一体化设计，并减少了另设沉淀池所产生的基建费用。