申请日2014.05.09
公开(公告)日2016.08.24
IPC分类号C02F1/461
摘要
本发明涉及一种电滤板，其是由阳极电催化材料、阴极电催化材料、微电解材料制成阴阳极一体化滤板，或者是由阳极电催化材料或阴极电催化材料、微电解材料、导电材料制成板状阳极滤板或阴极滤板;将电滤板应用于高浓度有机废水处理时，联用新型平行板式超声反应器，协同作用显著;废水中有机化合物通过电滤板引发的电催化、微电解、电絮凝等反应以及超声产生的强氧化性·OH得到降解，成为小分子化合物，提高废水可生化性;另外超声产生的机械剪切作用能有效清洗电滤板上氧化物，克服传统电催化材料易失活钝化、微电解材料易板结的缺点，保证电化学反应活性，显著提高处理效率。
权利要求书
1.一种电滤板，其特征在于：其是由阳极电催化材料、阴极电催化材料、微电解材料制成阴阳极一体化滤板，阳极电催化材料和阴极电催化材料混于微电解填料中;或者是由阳极电催化材料或阴极电催化材料、微电解材料、导电材料制成板状阳极滤板或阴极滤板，阳极电催化材料或阴极电催化材料设置于微电解填料两侧或混于微电解填料中;当电催化材料混于微电解材料时，压制成板状，电催化材料与微电解材料的混合质量比为1:1~1:3;制备阴阳极一体化电滤板时，阳极电催化材料与阴极电催化材料的混合质量比为2:1~1:1。
2.根据权利要求1所述电滤板，其特征在于：阴极电催化材料为钛、不锈钢或石墨，阳极电催化材料为钛镍合金、钛猛合金或钛镁合金，电催化材料为多孔板状或由多孔板剪切破碎形成的颗粒，多孔板上孔的孔径为30~200目，破碎形成的颗粒长度为5~15mm，宽度为3~6mm。
3.根据权利要求1所述电滤板，其特征在于：微电解材料由铁-碳或铝-碳混合而成，其混合体积比为0.8:1~1.2:1。
4.根据权利要求3中所述电滤板，其特征在于：微电解材料还包括体积百分比为0.1% ~ 0.3% 的铜屑或铂屑，铜屑或铂屑粒径为18~100目。
5.根据权利要求3或4中所述电滤板，其特征在于：微电解填料中还含有聚乙烯空心塑料球或聚丙烯空心塑料球，空心塑料球直径为5~38 mm。
6.根据权利要求1中所述电滤板，其特征在于：导电材料为铜线或镍线，铜线或镍线直径为0.8~6.0 mm，呈S形、Z形分布于微电解材料中，若导电材料为一根以上呈川字形分布。
7.根据权利要求5中所述电滤板，其特征在于：电滤板厚度为10~50 mm。
8.使用权利要求1所述电滤板的处理高浓度有机废水装置，其特征在于：包括反应器(2)、电源(3)、计时开关(4)、两块以上的电滤板、空气泵(9)、超声波换能器(11)、超声波发生器(12)、曝气管(13)，电滤板通过卡槽设置在反应器(2)中，电滤板通过计时开关(4)与电源(3)串联，曝气管(13)设置在反应器(2)底部，曝气管(13)通过流量计(7)与空气泵(9)连接，反应器(2)上设置有进水口和出水口，两个以上超声波换能器(11)对称安装在与电滤板平行的两个反应器壁外侧，电滤板与超声波传播方向垂直，超声波换能器与超声波发生器相连，电滤板间间距为40~80 mm;
其中电滤板的设置方式如下：
a、单块阳极滤板和单块阴极滤板采用“阳-阴-阳-阴”的交替方式分布于反应器中;
b、将2~4块串联阳极滤板和2~4块串联阴极滤板以“阳-阴-阳-阴”的交替方式分布于反应器中，设置好后再将串联阳极滤板和串联阴极滤板连接起来;
c、当反应器中电滤板为1~4块串联阳极滤板或1~4块串联阴极滤板与1块以上阴阳极一体化滤板组合时，串联阳极滤板或串联阴极滤板与阴阳极一体化滤板交替分布于反应器中;
d、当反应器中电滤板为1~4块串联阳极滤板、1~4块串联阴极滤板和1块以上阴阳极一体化滤板组合时，三种类型的电滤板交替分布于反应器中;
e、当反应器中电滤板为1块以上的阴阳极一体化滤板，其与电源串联。
9.根据权利要求8所述的处理高浓度有机废水装置，其特征在于：反应器外壁上的超声波换能器呈六边形、圆形或三角形分布，两个超声波换能器之间的间隔距离为200~400 mm，安装超声波换能器的两个外壁间的间距为160~200 mm。
10.根据权利要求9所述的处理高浓度有机废水装置，其特征在于：超声波发生器使用功率为300~2700 W，使用频率为17~68 kHz，电滤板外加电压为0.1~8.0 V，曝气量范围为70~200 L·h-1。
说明书
一种电滤板及其在高浓度有机废水中的应用
技术领域
本发明涉及一种电滤板及其在处理高浓度有机废水中的应用，属于污染废水处理领域。
背景技术
随着我国化学工业的快速发展，各种新型的化工产品被应用到各行各业，特别是焦化、化工、电镀、印染等重污染工业中，在提高产品质量、品质的同时也带来了日益严重的环境污染问题，主要表现在：废水中有机污染物浓度高、结构稳定、生化性差，常规工艺难以实现达标排放，且处理成本高，给企业实现节能减排的目标带来极大压力。有机废水特别是高盐高浓度有机废水处理，一直是国内众多环保工作者及管理部门关注的难题。
传统微电解设备大部分为固定床，填料一般采用铁碳混合物，其特点是结构简单，流动性好，但仍存在一些实用性问题：混合填料相互重叠积压，易造成床体板结，形成短路和死区，使处理效率降低;铁在酸性条件下溶出的铁量大，补充铁屑劳动强度大。超声处理通过其空化效应、机械剪切及微絮凝作用可将废水中大分子有机物转化为小分子化合物，从而提高废水可生化性。但单独超声应用于高浓度有机废水处理时，往往无法取得令人满意的效果，且能耗较高，因而限制了该处理技术的工业化应用。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有微电解设备实际应用时填料易板结、失活，使用寿命短，更换填料劳动强度大的缺点，提供了一种电滤板，其是由阳极电催化材料、阴极电催化材料、微电解材料制成板状阴阳极一体化滤板，或者是由阳极电催化材料或阴极电催化材料、微电解材料、导电材料制成板状阳极滤板或阴极滤板，阳极电催化材料和/或阴极电催化材料设置于微电解填料两侧或混于微电解填料中;当电催化材料混于微电解材料中时，压制成板状，电催化材料与微电解材料的混合质量比为1:1~1:3;制备阴阳极一体化电滤板时，阳极电催化材料与阴极电催化材料的混合质量比为2:1~1:1。
所述阴极电催化材料为钛、不锈钢或石墨，阳极电催化材料为钛镍合金、钛猛合金或钛镁合金，电催化材料为多孔板状或由多孔板剪切破碎形成的颗粒，多孔板上孔的孔径为30~200目，破碎形成的颗粒长度为5~15mm，宽度为3~6mm。
所述微电解材料由铁-碳或铝-碳混合制成，其混合体积比为0.8:1~1.2:1;微电解混合填料形状多样化，有颗粒球形、多孔柱状或不定形颗粒;微电解填料颗粒粒径范围为18~100目，使用时添加或更换填料的周期为1~3月;微电解材料中可适当添加体积百分比为0.1%~0.3%的铜屑或铂屑(粒径为18~100目)，用于增加填料的电位差，还可以添加辅料从而有效避免填料出现板结现象，同时也有利于固液充分接触，促进处理效果，辅料选用聚乙烯或聚丙烯空心塑料球，空心塑料球直径为5~38mm。
所述导电材料为铜线或镍线，铜线或镍线直径为0.8~6.0 mm，呈S形、Z形分布于微电解材料中，若导电材料为一根以上呈川字形分布;导体材料长度根据电滤板大小而定，保证电滤板通电无死角。
本发明电滤板厚度为10~50 mm，电滤板上可设置有支撑架，支撑架由聚四氟乙烯或聚醚醚铜树脂(PEEK树脂)材料制成，包裹于电滤板四周。
本发明另一目的是将电滤板用于处理高浓度有机废水装置中，该装置包括反应器2、电源3、计时开关4、两块以上的电滤板、空气泵9、超声波换能器11、超声波发生器12、曝气管13，电滤板通过卡槽设置在反应器2中，电滤板通过计时开关4与电源3串联，曝气管13设置在反应器2底部，曝气管13通过流量计7与空气泵9连接，反应器2上设置有进水口和出水口，两个以上超声波换能器11对称安装在与电滤板平行的两个反应器壁外侧，电滤板与超声波传播方向垂直，超声波换能器与超声波发生器相连，电滤板间间距为40~80 mm(不同类型电滤板间的距离);
其中电滤板的设置方式如下：
a、单块阳极滤板和单块阴极滤板采用“阳-阴-阳-阴(阳-阴-阳、阴-阳-阴、阳-阴)”的交替方式分布于反应器中;当阳极滤板数量多于阴极滤板时，反应器中发生的氧化反应占主导地位，这时以处理还原性有机物浓度高的废水为主;当阴极滤板数量多于阳极滤板时，反应器中发生的还原反应占主导地位，这时以处理氧化性有机物浓度高的废水为主;
b、将2~4块串联阳极滤板和2~4块串联阴极滤板以“阳-阴-阳-阴(阳-阴-阳、阴-阳-阴、阳-阴)”的交替方式分布于反应器中，设置好后再将串联阳极滤板和串联阴极滤板连接起来;
c、当反应器中电滤板为1~4块串联阳极滤板或1~4块串联阴极滤板与1块以上阴阳极一体化滤板组合时，串联阳极滤板或串联阴极滤板与阴阳极一体化滤板以“阳/阴-一体化-一体化-阳/阴-一体化(一体化-阳/阴-一体化、阳/阴-一体化)”交替方式分布于反应器中;
d、当反应器中电滤板为1~4块串联阳极滤板、1~4块串联阴极滤板和1块以上阴阳极一体化滤板组合时，三种类型的电滤板交替分布于反应器中;
e、当反应器中电滤板为1块以上的阴阳极一体化滤板，其与电源串联。
在不锈钢反应器对立面焊接相同数量的超声波换能器，形成平行板式超声反应器，并与超声波发生器相连，保证工作功率和频率相适应。超声波发生器工作频率和功率范围分别为17~68 kHz和300~2700 W。
所述反应器外壁上的超声波换能器呈规整形状如六边形、圆形或三角形分布，两个超声波换能器之间的间隔距离为200~400 mm，对应的反应器外壁上的超声波换能器成对称分布，安装超声波换能器的两个外壁间的间距为160~200 mm;反应器内部设有卡槽，使电滤板分布方式与超声波传播方向垂直。
将用支撑板固定好的电滤板放入反应器卡槽内固定，然后将电滤板与稳压电源相连，可采用脉冲电压、直流电压或交流电压，电压范围为0.1~8.0V，电滤板间距为40~80 mm，接通电源后，电滤板将会发生电催化、微电解、电絮凝等一系列反应。反应器底部设有曝气管，曝气量为70~200 L·h-1。
使用时，高浓度有机废水经进水口放入反应器中，水面略高出超声波换能器高度并漫过电滤板，开启反应器底部的曝气装置，打开超声波发生器和电源开关，高浓度有机废水经电滤板协同超声处理20~120 min后，通过出水口进入下一个流程进一步进行生化处理。
高浓度有机废水中有机物主要通过以下两种方式得到降解：① 电滤板作用;阳极滤板表面或阴阳极一体化滤板的阳极表面发生的氧化反应和阴极滤板或阴阳极一体化滤板的阴极表面发生的还原反应以及微电解填料形成原电池后所发生的氧化还原反应，这些氧化还原反应能将高分子有机化合物有效降解成小分子化合物，同时阳极电催化材料和微电解材料阳极由于发生电腐蚀生成的产物也能与废水中的污染物进一步发生氧化还原反应，产生吸附、絮凝沉淀等，实现进一步去除污染物的目的。② 超声波作用;超声波空化效应产生强氧化性的·OH，能将废水中部分难降解有机物氧化降解成易降解或小分子有机物。而且，超声波具有清洗作用，能有效去除电极表面氧化物，防止电催化材料失活钝化、微电解填料板结，从而保证电滤板的使用寿命和处理效率。另外，反应器底部设置曝气装置，为超声空化效应提供大量空化核强化超声处理效率的同时，也有效提高微电解填料间的电位差，增加原电池反应，加速铁/铝屑表面反应物与液相交换速度。经共同处理后的出水可生化性显著提高，有效降低后续生化处理难度，且由于电滤板使用时外加电压低，能耗小，而处理效果明显优于传统微电解设备，故电滤板在高浓度有机废水处理方面很有应用价值和前景。
本发明相对于现有技术的优点和技术效果如下：
1、废水中高浓度有机化合物通过电滤板引发的电催化、微电解、电絮凝等反应以及超声波空化效应产生的强氧化性·OH得到降解，成为小分子化合物，使有机废水的可生化性得到提高;
2、超声波产生的机械剪切作用能有效清洗电滤板上氧化物，从而克服传统电催化材料易失活钝化、微电解材料易板结的缺点，保证电化学反应活性，有效提高处理效率;
3、将电滤板应用于高浓度有机废水处理时，连接方式多样，总体以阴-阳这样交替的形式分布，同时联用新型平行板式超声反应器，协同作用显著;
4、外加电压低，能耗少，有利于实现节能减排的目的;
本发明方法可操作性强，工艺设计简单，成本低廉，能高效降低废水中有机物含量，提高废水可生化性，为后续处理实现达标排放或再利用打下良好基础，在高浓度有机废水处理中具有良好应用前景。