申请日2007.03.15
公开(公告)日2007.12.12
IPC分类号C02F9/06; C02F1/461; C02F1/24
摘要
本发明公开了一种电解催化裂解污水处理装置，该装置采用小于1mm的极距，能在使用直流电压4-6伏的条件下，提供每平方米2000-3000A电流密度，为污水中的有机物质提供开键、开环所需要的能量，达到降解的目的。流经电极电解时间零点几秒到几秒钟，解决了由于电解时间长，污水升温而浪费能源，提高了电流效率，缩小了体积，节约了大量电极材料。
权利要求书
1.一种有气浮分离及生化处理装置组成的电解催化裂解污水处理装置， 其特征在于，一耐压容器内部安装有一个电解槽，电解槽由石墨阳极 板和不锈钢阴极板交替排列组成，所说的耐压容器至少含有一个进水 管和出水管，污水在电解槽中经加压和高密度电流作用下发生氧化还 原反应，再经气浮分离。
2.根据权利要求1所述的电解催化裂解污水处理装置，其特征在于，电 解槽中阴阳电极的极距小于1mm。
3.根据权利要求1所述的电解催化裂解污水处理装置，其特征在于，耐 压容器中保持的工作压力为3-6kg/m2。
4.根据权利要求1所述的电解催化裂解污水处理装置，其特征在于，工 作中使用4-6伏的直流电压，每平方米电流密度为2000-3000A。
说明书
电解催化裂解污水处理装置
技术领域
本发明涉及一种电解法污水处理装置，更具体地说涉及一种电解催化 裂解污水处理装置。
背景技术
在污水处理方面，国外早在40年代，国内从60年代开始就不断地研 究和应用电化学技术，研究范围涉及处理印染废水、制药废水、制革废水、 造纸黑液等，但是由于电力等方面的原因，发展一直比较缓慢，以往多应 用于水的澄清，脱色，杀菌，使有机物分解成二氧化碳和水，对废水中的 CN-进行氧化破氰，对金属离子进行还原，在阴极给予回收或生成氢氧化 物沉淀，多用于处理含氰、含铬的电镀废水。电解法水处理技术的优点在 于：(1)过程中产生的·OH无选择地直接与废水中的有机污染物反应，将其 降解为二氧化碳、水和简单有机物，没有或很少产生二次污染;(2)能量效 率高，电化学过程一般在常温常压下就可进行;(3)既可以作为单独处理， 又可以与其他处理相结合，如作为前处理，可以提高废水的生物降解性; (4)电解设备及其操作一般比较简单，如果设计合理，费用并不昂贵。因此， 由于其具有处理效率高，操作简便，与环境兼容性广，无二次污染等上述 优点，电解法水处理技术被称为“环境友好”技术(Environment Friendly Technology)。但由于国内技术，产品，工艺等各方面条件的限制，到目前 为止，未能采用电化学工艺转为工业化处理的应用，大都处于实验室和理 论性基础研究阶段。
电解氧化法水处理装置一般利用电化学原理，把阳极氧化和阴极还原 的原理，有效地组合在一个流动电槽内，但是现有的电解气浮设备均采用 大间距设计，例如：2003年出版，由邹家庆主编的“工业废水处理技术“一 书中对电解气浮和电解絮凝作了比较详细介绍，电极间距一般多在 10-20mm之间，槽电压高，一般多在10-20伏，电流密度低，一般多在每 平方米5-300A之间。要增加电流密度，需要在水中添加电解质。水在电 槽中的停留时间一般在5-40分钟，运行压力在常压或低压力下，无法使液 体与电极达到最大的接触面积，因为电极表面产生的气泡影响了电极的接 触面，限制了设备的处理量，能耗提高，限制电解气浮设备的使用面。
此外，由于一般电解污水设备多在常压下运行，随电介质添加量或提 高电压来增加电流密度。电流效率低，无限制增加电压，会导致电极发热， 降低电流效率;增加电介添加量，会增加处理成本。目前使用的电解设备， 相对体积大，处理停留时间长，处理效率低，并且电流密度低，无法达到 开键、开环所需要的能量。
发明内容
本发明的目的是提供一种电解催化裂解污水处理装置，能在一定的压 力下，在高密度电流下，对水中含环类或多环类的大分子有机物质进行开 环或降解。
本发明提供的电解催化裂解污水处理装置，使用电极间距1mm以下， 在使用直流电压4-6伏的条件下，提供每平方米2000-3000A的电流密度， 视水的电导运行压力可以在3-6kg/cm2下正常工作，流速达到20-100cm/s， 为污水中的有机物质提供开键、开环所需要的能量，达到降解的目的。
本发明提供的电解催化裂解污水处理装置的原理图见图1。污水自进 水管进入电解槽，在直流电场作用下，污水在两电极表面迅速发生氧化和 还原反应，电解处理过的带气的污水由出水管流出。由于带压力进入电解 槽，水层很薄，而且均匀，流水速度很高，因此处理和电流效率很高。
本发明的技术方案如下：
(一)本发明提供的电解催化裂解污水处理装置采用石墨阳极板和不 锈钢阴极板交替排列，形成一组电解槽，按照污水的不同的水质情况，采 用不同极距，极距在1mm以下，安装于一个耐压容器内，使电解槽成为 一个等压体，所有装置可以根据耐压外壳的承受力，而可以随意设定压力 容器规定内的工作压力。
(二)由于电解污水始终在一定的压力条件下进行，视水的电导运行 压力可以在3-6kg/cm2下，电极与水始终保持良好的接触状态，使电解过 程中产生的气泡得到压缩，增加了水和电极的接触面积，使得电极表面得 以释放最大的电流能量。
(三)根据法拉第电解理论，在电解过程中，一法拉第电量可以分别 还原和氧化1克当量的氧化剂和还原剂。根据这一理论，在污水处理过程 中，大量的有机物质，在高密度电流的能量作用下，在阳极表面发生强烈 的氧化作用，使水中的有机物质得以氧化、降解，在阴极上，一些金属得 以还原，和水化合，形成氢氧化物沉淀，并且在电化学反应中，极室中有 以下气体产生：
R-NH-R+O2→CO2↑+H2O+N2↑
水的电解：H2O→H2↑+O2↑
(四)利用电解过程中产生的气体，进行气浮分离，由于电解过程是 在加压下进行，因此气体的直径很小，大约1-10um左右，其载负量较大， 省去了气浮设备所需要的溶气泵等设备。
采用以上技术方案，在污水处理过程中，在加压和高密度电流的情况 下，使污水中的有机物质在很短的时间内加以氧化，降解，利用电解过程 中产生的气体，进行气浮分离，达到污水处理的目的和提高污水的可生化 性。
由于采用上述技术方案，本发明的电解催化裂解污水处理装置在能 耗、电极耗材以及处理效率上都达到了较好的效果：
1、能耗比较
由于电化学处理原理是用电能转化为化学为依据的，根据法拉第电解 定律，1法拉第电量可以同时氧化和还原1克分子物质，与输入的电压无 关，这样在同样电导的废水进入设备处理，同样的处理量，时间，电流密 度，相对电压低的耗能就少，
例如：一台20mm电极间距，水的电导800mmho/cm;
另外一台1mm电极间距，水的电导800mmho/cm;
进行运行比较，其结果如下：
20mm电极间距，水的电导800mmho/cm，运行电压16伏，电流达到 100A，处理量1T/h，运行1小时的电耗：16×100=1600W;
1mm电极间距，水的电导800mmho/cm，运行电压5伏，电流达到100A， 处理量1T/h，运行1小时的电耗：5×100=500W。
以上两种设备的相对能耗对比：1600-500=1100W。
1mm电极的设备的能耗只有20mm的电极能耗三分之一，降低了 1100W。
2、电极材料耗材比较：
由于本发明的电极距离设计，使单位面积的电流密度得到增加，使用 的电极材料减少，20mm电极间距处理1T/h，所用电极材料为250mm× 400mm，10对，等于1平方米阳极材料和阴极材料;1mm电极间距处理 1T/h所用电极材料为70mm×150mm，10对，等于0.105平方米阳极材料 和阴极材料。
3、处理效率比较：
本发明采用加压运行，使电解过程中产生的气体得于压缩，增加气体 在水中的溶解度，增加水同电极的接触面积，提高电流效率。
因为电解过程中，在尽可能低的电压下，使电流密度达到最大数值， 把电能转化成化学能。利用高密度电流和很薄的水层通过电极表面，使水 中的有机物得以开键和开环，达到处理的目的，输入的电能必须超过有机 物的合成能量。利用这个原理，在处理过程中采用高压，大电流，高流速 处理。
例如：一般的电极间距20mm，电解电流最高达到500A/m2，由500A 电流作用于20kg水上，由于水有一定的电阻值，相对能量比较低，无法 使水中的有机物迅速开键和开环。
本发明采用的电极间距小于1mm，电解电流最高达到3000A/m2，由 3000A电流作用于1kg水上，其电流密度相当高，能量集中，大大超过有 机物需要开键所需要能量，开键的次序为：从键能低到键能高。
利用本发明电解催化裂解污水处理装置进行污水处理的过程如下：
(1)电解。污水自进水管进入电解槽，在直流电场作用下，污水在 两电极表面迅速发生氧化和还原反应，电解处理过的带气的污水由出水管 流出。
(2)气浮分离。气浮分离装置是加药，混凝，渣液分离于一体的装 置(见图3)。污水进入电解设备处理以后，根据污水的不同情况，调整 合适的电压，电流，利用电解过程中产生的极其细微的气泡，在管道混合 器中通过加药泵加入所需要的混凝剂如聚合氯化铝、阴离子聚丙烯酰胺 等，通过管道接入水流水分配器，水流水分配器接入气浮分离装置的底部， 在A室内部形成一个混凝区，水流水分配器出来的水是由气泡，混凝剂， 污水混合的液体。混凝区内利用气泡，在絮凝的同时，把絮体向上浮去， 浮渣通过渣水分离器分离污泥袋，B区形成清水区，通过清水出口调整气 浮分离装置的液面和流量，处理好的清水排人清水池，一般轻度污染的， CODCr在500mg/l以下的可以达到国家一级排放标准或中水回用标准，如 果中重度污染的，经过以上处理后，进入后段的二级生化处理。
(3)生化处理。由气浮分离装置出来的电解处理后的水，根据其 CODCr，BOD5的不同数值，决定其生化时间，生化池的大小，生化池是由 曝气机，曝气头，污泥回流泵及其相关的阀门，管道，水泵等组成(见图 4)，根据其CODCr，BOD5的不同数值，调整水流量，空气流量，污泥回 流量，以保证沉淀池的出水水质。
本发明的有益效果
本发明所提供的电解催化裂解污水处理装置采用薄层布水，其极距在 1mm以下，在加压情况下，布水均匀，而且电极表面电流密度相当高，大 量的电能转化成化学能，使污水中的有机物质迅速在阳极表面得以氧化。 大量的电能转化成化学能以后，足够达到有机物质开键、开环的需要的能 量。此外由于水的流速相对较高，缩短了水的停留时间，延迟了电极的钝 化时间，减少了结垢的可能性，提高了电极的使用寿命和效率。单位电极 面积处理量得以提高，使整体设备的体积大大减少。