申请日2000.03.03
公开(公告)日2002.04.03
IPC分类号C02F1/36; C02F1/48
摘要
公开了一种新型的含有机污染物的废水的处理方法,该方法是用涉及羟基自由基的自由基反应将污染物氧化分解。该方法包括使废水流经废水处理导管(6)和施加特定频率的矩形波形式的脉冲直流电压,废水处理导管(6)包括直管构件(6)和自由基产生部分,自由基产生部分由截断棱锥形或圆锥形管状构件(1)和负极棒(4)组成,截断棱锥形或圆锥形管状构件(1)有二氧化钛的内表面层作为正极,并和直管构件的上游端连接,负极棒(4)与截断管状构件同轴。可通过提供超声部分来提高废水处理效率,超声部分由类似于上述截断管状构件的截断管状构件(7)和安装在其上的超声振荡器(8)组成,截断管状构件(7)和直管构件的下游端连接,超声振荡器(8)发射出超声波。
摘要附图
权利要求书
1、一种废水处理导管，含有有机污染物的废水流经该导管将其中的有 机污染物氧化分解，该导管包括：
(a)有矩形或圆形横截面的直管部分;和
(b)自由基产生部分，其由以下部件组成：
(b1)第一个截断棱锥形或圆锥形管状构件，其有和废水接触并作为正 极的水不溶性金属氧化物涂层，其宽端和直管部分的上游端连接，而窄端 开口，和
(b2)有抗腐蚀金属表面并作为负极的棒状构件，其沿着截断棱锥形或 圆锥形管状构件的轴线插入截断棱锥形或圆锥形管状构件中。
2、根据权利要求1所述的废水处理导管，其中第一个截断棱锥形管状 构件的侧面或第一个截断圆锥形管状构件的母线与轴线的角度是5-40度。
3、根据权利要求1所述的废水处理导管，其中第一个截断棱锥形或圆 锥形管状构件上的水不溶性金属氧化物是二氧化钛，二氧化铱或氧化锡。
4、根据权利要求1所述的废水处理导管，其中形成负极表面层的抗腐 蚀金属是铂。
5、根据权利要求1所述的废水处理导管，其还包括：
(c)超声部分，其由以下部件组成：
(c1)第二个截断棱锥形或圆锥形管状构件，其宽端和直管部分的下游端 连接，而窄端开口，和
(c2)安装在第二个截断棱锥形或圆锥形管状构件(c1)上的超声振荡器。
6、根据权利要求5所述的废水处理导管，其中第二个截断棱锥形管状 构件的侧面或第二个截断圆锥形管状构件的母线与轴线的角度是5-40度。
7、一种处理含有有机污染物的废水的方法，其包括以下步骤：
(A)使废水从如权利要求1所定义的废水处理导管的上游端经过废水处 理导管流到其下游端;和
(B)在正极和负极之间施加直流电压，产生频率是10kHz-150kHz的矩 形波形式的5μm/cm2-50mA/cm2的脉冲电流密度，其电压梯度为0.2- 6kV/cm。
8、一种处理含有有机污染物的废水的方法，其包括以下步骤：
(A)使废水从如权利要求5所定义的废水处理导管的上游端经过废水处 理导管流到其下游端;和
(B)在正极和负极之间施加直流电压，产生频率是10kHz-150kHz的矩 形波形式的5μm/cm2-50mA/cm2的脉冲电流密度，其电压梯度为0.2- 6kV/cm;和
(C)驱动超声振荡器发射脉冲超声波，超声波的发射周期限定为与脉冲 电流的间歇周期相一致。
9、根据权利要求8所述的处理含有有机污染物的废水的方法，其中超 声波的频率是20-100kHz。
说明书
含有机物的废水的处理方法和装置
技术领域
本发明涉及一种含有机物的废水的处理方法和装置。更具体地说，本 发明涉及当废水中含有用甲烷发酵消化法和活化污泥法难以处理的有机物 时或当废水中含有难以分解或除去的营养物质如含氮和/或磷的有机化合物 时的一种废水处理方法及使用的装置。
背景技术
众所周知，在现有技术中主要用所谓的活化污泥法，间歇曝气消化法 或脱氮法对含有难分解有机物的废水进行处理。但是，这些现有技术都是 生物分解法，因此，当需要处理的废水中含有大量难以分解的有机物时， 在将废水送往处理厂之前必须加入大量的淡水将其稀释，这就大大增加了 需要处理的废水体积，导致耗电量和废水处理工艺的成本增加。另外，这 些现有技术中的方法对于除去最高达到50-80%的含氮物质存在低效率的缺 陷。
为了克服上述困难，在现有技术中提出的一种方法是用臭氧处理来自 含有难以分解污染物的废水的消化的上清液，将污染物氧化分解。该方法 也不实用，因为臭氧浓度必须足够高，这将不可避免地增加处理成本。
另外，接触曝气法的问题是氧化效率低，尽管在消化法中可有效使用 臭氧，但是，消化法的缺陷是该方法只适用于含有较多溴离子的海水基废 水，否则，生成的自由基的量非常少而不能彻底脱氮。
另一方面，已知的是：当电子进入由二氧化钛，氧化锡，二氧化铱等 颗粒组成的表面层的孔中时，在所述孔中就会产生寿命为10-100μs的氧自 由基，该氧自由基能够氧化分解含碳和氮的污染物，通过合适选择电极间 的电压，通过电极的电流，施加电场的频率，金属氧化物表面上孔的大小 及废水处理后所需的清洁度可提高氧自由基的生成效率。
但是，上述利用氧自由基的方法的现状是该方法还不能用于实践中用 于废水处理。
发明内容
已经完成了本发明，目的是通过利用氧自由基和羟基来提供一种新型 有效的，迄今无人涉及的处理含有难以分解污染物的废水的方法和用于实 施该方法的装置。
本发明的发明人对金属氧化物表面上产生的氧自由基和羟基自由基的 性能进行了持续的广泛研究，结果发现：当用于生成自由基的电极间施加 的电场满足特定条件时，能够提高这些自由基的生成效率，并能够提高这 些自由基的持续性，通过增加废水和金属氧化物表面的接触时间可提高废 水处理效率，发明人基于此发现完成了本发明。另外还发现：当废水中含 有大量悬浮固体物(SS)时，通过在电极间流动的废水上施加超声波可显著提 高废水处理效率，这可能是因为在电极表面上产生了清洁作用。
即，本发明提供了一种改进的废水处理方法，其中流经废水通道的含 有机物的废水经过形成自由基产生区的有由特定金属氧化物制成表面的正 极和有贵金属表面的负极之间，在电极间施加直流电压以便通过氧化分解 废水中含有的有机物来净化废水，其特征在于：废水流动通道的横截面轮 廓从上游至下游逐步增加，施加在电极之间的直流电压的电压梯度为0.2- 6kV/cm，呈频率为10kHz-150kHz的矩形脉冲波形式，以在电极之间产生 5μm/cm2-50mA/cm2的电流密度。
另外，改进之处包括在这样的时间序列控制下使施加在电极间的直流 电压脉冲和超声波脉冲在该时间序列内不重叠的情况下对仅位于自由基产 生区下游的超声区中的流动废水施加脉冲超声波。
另外，实施上述废水处理方法的本发明的装置的特征在于：其包括管 状导管，在管状导管的一端有自由基产生区，自由基产生区由第一个截断 部分和负极组成，该截断部分的侧面有作为正极的金属氧化物表面层，在 其顶部平面上有作为废水入口的开孔，该截断部分的侧面与管状导管的轴 线的角度是5-40度，负极是棒状，有贵金属表面层，与正极绝缘，负极沿 管状部分的轴线设置，正极和负极与直流电源相连，该电源能够在电极上 施加频率为10kHz-150kHz的矩形波形式的直流脉冲电压，在电极间形成 0.2-6kV/cm的电压梯度和5μm/cm2-50mA/cm2的电流密度。
另外，本发明装置的上述管状导管有超声区，超声区由第二个截断部 分和超声振荡器组成，第二个截断部分的顶部平面上有作为废水出口的开 孔，其在与自由基产生区相对的另一端与管状部分连接，第二个截断部分 的侧面与管状部分的轴线的角度是5-40度，超声振荡器安装在第二个截断 部分上。
本发明的废水处理方法是利用源于水分子中的氧自由基和羟基自由基 的电化学法。羟基自由基可和碳源材料反应，根据下述反应式生成二氧化 碳：
C+2(OH)・→CO2+2H+・
当处理的废水中含有大量的悬浮固体物时，可能存在的缺点是为了给 颗粒充电和为了使金属氧化物电极的孔中的大量颗粒沉积而需要的耗电量 过大，从而导致自由基产生反应大量减少。可以通过施加在管状导管的超 声区上的超声波来克服这一缺点。