公布日：2022.10.14
申请日：2022.06.23
分类号：C02F1/72(2006.01)I;C02F1/467(2006.01)I;C02F1/461(2006.01)I
摘要
本发明公开了一种有机废水的处理方法和处理系统，其中有机废水的处理方法包括在双氧水的辅助下，电化学氧化处理有机废水；电化学氧化处理采用的阳极为BDD电极；电化学氧化处理采用的阴极包括导电网和分布在导电网远离阳极一侧的改性BDD电极；改性BDD电极包括BDD电极和负载于BDD电极表面的羟基氧化铁；导电网的孔径≥1mm。该处理方法可针对多种有机废水，能够有效提高污染物的去除速率和去除比例。本发明还提供了用于实施上述处理方法的处理系统。
权利要求书
1.一种有机废水的处理方法，其特征在于，所述处理方法包括在双氧水的辅助下，电化学氧化处理所述有机废水；所述电化学氧化处理采用的阳极(421)为BDD电极；所述电化学氧化处理采用的阴极(422)包括导电网(422A)和分布在所述导电网(422A)远离所述阳极(421)一侧的改性BDD电极(422B)；所述改性BDD电极(422B)包括BDD电极和负载于所述BDD电极表面的羟基氧化铁；所述导电网(422A)的孔径≥1mm。
2.根据权利要求1所述的处理方法，其特征在于，所述电化学氧化处理的电流为40000-60000A。
3.根据权利要求1所述的处理方法，其特征在于，所述电化学氧化处理的电压为10-20V。
4.根据权利要求1所述的处理方法，其特征在于，所述处理方法中，双氧水的质量与所述有机废水的质量之比为0.05-0.5mg：1g。
5.根据权利要求1-4任一项所述的处理方法，其特征在于，所述处理方法还包括在所述电化学氧化处理前对所述有机废水依次进行絮凝处理、气浮处理和固液分离处理。
6.一种用于实施权利要求1-5任一项所述处理方法的处理系统，其特征在于，所述处理系统包括：蓄水池(410)；电化学组件(420)，所述电化学组件(420)设于所述蓄水池(410)内部，所述电化学组件(420)包括平行相对设置的阳极(421)和阴极(422)。
7.根据权利要求6所述的处理系统，其特征在于，所述电化学组件(420)还包括绝缘轴(423)，所述绝缘轴(423)，与所述阳极(421)和所述阴极(422)形成的电极对相连，并形成搅拌桨状结构。
8.根据权利要求7所述的处理系统，其特征在于，所述阳极(421)和阴极(422)组成的电极对的数量≥2。
9.根据权利要求6-8任一项所述的处理系统，其特征在于，所述处理系统还包括经由管道(600)依次连接的絮凝系统(100)、气浮系统(200)和固液分离系统(300)；所述固液分离系统(300)与所述蓄水池(410)经由管道(600)连通。
10.根据权利要求9所述的处理系统，其特征在于，所述处理系统还包括底泥处理系统(500)，所述底泥处理系统(500)通过所述管道(600)与所述固液分离系统(300)和所述絮凝系统(100)相连通。
发明内容
本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种有机废水的处理方法，针对多种有机废水，能够有效提高污染物的去除速率和去除比例。
本发明还提供用于实施上述处理方法的处理系统。
根据本发明第一方面实施例，提供了一种有机废水的处理方法，所述处理方法包括在双氧水的辅助下，电化学氧化处理所述有机废水；
所述电化学氧化处理采用的阳极为BDD电极(boron-dopeddiamond，活性材质为掺硼金刚石)；
所述电化学氧化处理采用的阴极包括导电网和分布在所述导电网远离所述阳极一侧的改性BDD电极；
所述改性BDD电极包括BDD电极和负载于所述BDD电极表面的羟基氧化铁；
所述导电网的孔径≥1mm。
根据本发明实施例的处理方法，至少具有如下有益效果：
(1)本发明提供的处理方法，阴极负载沉积的羟基氧化铁和辅助添加的双氧水，相当于组成了芬顿氧化系统，加之阳极也具有氧化作用，本发明提供的处理方法相当于同时进行了电化学氧化处理和芬顿氧化处理；两者结合克服了彼此的缺陷，对有机废水的适用范围更广，且处理效率更高。
(2)传统技术中，也有将电化学氧化处理和芬顿氧化处理相结合的，具体操作方法通常是在电化学氧化的同时，向其中添加芬顿试剂(亚铁盐和双氧水)，由此会产生大量的铁泥，同时对有机废水的处理效果也并不理想。
本发明中，将沉积在阴极表面的羟基氧化铁用作催化剂，与传统芬顿试剂中亚铁盐起到相似的作用，且和双氧水反应生成的三价铁可快速被阴极上的电子还原成二价铁，继续参与反应；由此不会产生铁泥，且提升了反应速率。
本发明中，虽然同时进行了芬顿氧化处理和电化学氧化处理，但是由于阴极的结构设置，使两者分别在阴极和阳极表面进行，且尽可能增加了两种反应的距离，极大降低了两者间的相互干扰，且随着有机废水的流动，彼此间可处理另一种反应不能去除的有机杂质。因此可以降低处理后污染物浓度的下限。
(3)本发明中，阴极和阳极的均包括BDD电极，与传统重金属电极相比，本发明采用的BDD电极活性更高，更有利于提升有机废水的处理速率和比例。
(4)由于电化学氧化处理和芬顿氧化处理，均会产生一定的气泡，当气泡附着于阴极或阳极表面时，会阻碍废水中污染物的去除进程。本发明采用导电网作为阴极的基体，且限定了阴极的孔径，可有效避免气泡对有机废水处理进程的影响，进一步提升了有机废水中污染物的去除速率。
根据本发明的一些实施例，所述有机废水包括含油废水、垃圾渗滤废水和普通城市污水中的至少一种。
根据本发明的一些优选的实施例，所述有机废水包括含油废水。
根据本发明的一些实施例，所述含油废水的COD含量≥180000mg/L。
根据本发明的一些优选的实施例，所述含油废水的COD含量为180000-400000mg/L。
根据本发明的一些优选的实施例，所述含油废水包括机油废水。
根据本发明的一些实施例，所述改性BDD电极的制备方法包括以下步骤：
S1.将BDD电极浸入三价铁盐和碳酸氢盐的醇溶液中进行沉积；
S2.将步骤S1所得BDD电极洗涤后干燥。
由此，在醇溶液中，三价铁离子和碳酸氢根之间的水解反应速率被控制，生成的氢氧化铁的粒径较为均一，在BDD电极上的沉积也更均匀。之后在干燥步骤，氢氧化铁失去一部分水分转化成羟基氧化铁。
根据本发明的一些实施例，步骤S1中，所述三价铁盐包括硫酸铁、氯化铁、硝酸铁和醋酸铁中的至少一种。
根据本发明的一些实施例，步骤S1中，所述三价铁盐包括水合三价铁盐。其中结晶水也可作为水解反应的原料。
根据本发明的一些实施例，步骤S1中，所述三价铁盐和碳酸氢盐的摩尔比为1.1-2.0:1。
根据本发明的一些实施例，步骤S1中，所述三价铁盐的浓度为10-20mM。
根据本发明的一些实施例，步骤S1中，所述醇溶液的溶剂包括无水甲醇、无水乙醇和无水丙醇中的至少一种。
根据本发明的一些实施例，步骤S1中，所述沉积的过程，还包括搅拌，所述搅拌的转速为50-300rpm。
根据本发明的一些实施例，步骤S2中，所述干燥的温度为100-130℃。在此温度下，氢氧化铁可在一定程度上分解生成羟基氧化铁，且不会影响BDD电极的活性。
根据本发明的一些实施例，步骤S2中，所述干燥的时长为1-3h。
根据本发明的一些实施例，所述阴极的制备方法包括将所述改性BDD电极分布贴附在所述导电网表面。
根据本发明的一些实施例，所述贴附的方法包括焊接或用导电胶粘结。
由此，一定会留出一定的网格孔隙，供气体的逸出，避免了改性BDD电极制备过程中，羟基氧化铁沉积影响气体的逸出通路。
根据本发明的一些实施例，所述电化学氧化处理在负压条件下进行。由此可促进电化学氧化处理产生的气泡及时排出，提升所述有机废水中污染物的去除速率。
根据本发明的一些实施例，所述负压条件中，压强为-0.01--0.1MPa(以1个标准大气压为零基准)。
根据本发明的一些实施例，所述电化学氧化处理的电流为40000-60000A。
根据本发明的一些实施例，所述电化学氧化处理的电压为10-20V。
根据本发明的一些实施例，所述电化学氧化处理的水力停留周期为0.5-2h。
根据本发明的一些实施例，所述电化学氧化处理的过程中伴随搅拌；优选地，所述搅拌的转速为50-200rpm。
根据本发明的一些实施例，所述处理方法中，双氧水的质量与所述有机废水的质量之比为0.05-0.5mg：1g。
根据本发明的一些实施例，所述处理方法还包括在所述电化学氧化处理前对所述有机废水依次进行絮凝处理、气浮处理和固液分离处理。由此，当所述有机废水包括所述含油废水时，可去除所述有机废水中的固体悬浮物和悬浮的油，以避免悬浮物和悬浮油对电化学氧化处理的影响，最终提升对有机废水的处理效果。
根据本发明的一些实施例，所述絮凝处理包括化学絮凝处理和电化学絮凝处理中的至少一种。
根据本发明的一些实施例，当所述絮凝处理包括所述电化学絮凝处理时，所述电絮凝处理所用阳极材质为掺杂贵金属的铁铝合金。由此，在所述电絮凝处理中，所用阳极被溶蚀，产生Al、Fe等离子，在经一系列水解、聚合及亚铁的氧化过程，发展成为各种羟基络合物、多核羟基络合物以至氢氧化物，使废水中的胶态杂质、悬浮杂质凝聚沉淀而分离；同时，带电的污染物颗粒在电场中泳动，其部分电荷被电极中和而促使其脱稳聚沉。
根据本发明的一些实施例，所述掺杂贵金属的铁铝合金中，贵金属的质量含量为0.05-0.5％；铝的质量含量为1-5％。
根据本发明的一些实施例，当所述絮凝处理包括所述电化学絮凝处理时，所述电絮凝处理的电压为8-15V。
根据本发明的一些优选的实施例，所述电絮凝处理的电压约为10V。
根据本发明的一些实施例，所述电絮凝处理的电流为2500-3500A。
根据本发明的一些优选的实施例，所述电絮凝处理的电流约为3000A。
在上述电流、电压条件下，可在保证絮凝效果的前提下，最大程度节约能耗。
根据本发明的一些实施例，所述电絮凝处理在搅拌下进行；优选的，所述搅拌的转速为100-600rpm。所述搅拌可提升传质速度，提升所述有机废水的处理速率。
根据本发明的一些实施例，所述电絮凝处理的水力停留时间为50-120min。
根据本发明的一些优选的实施例，所述电絮凝处理的水力停留时间约为60min。
根据本发明的一些实施例，所述气浮处理的充气量为110-150L/m3/h。
根据本发明的一些优选的实施例，所述气浮处理的充气量约为120L/m3/h。
所述气浮处理鼓入的气泡，可以吸附在悬浮油或者固体悬浮物表面，借助气泡的浮力作用，上述杂质会漂浮在机油废水表面，以便于去除。
在上述充气量范围内，可确保气浮处理的充分进行，也可尽可能节约气浮处理的能耗。
根据本发明的一些实施例，所述处理方法还包括在所述气浮处理过程中添加絮凝剂；所述絮凝剂包括PAM(聚丙烯酰胺)。
根据本发明的一些实施例，所述絮凝剂的用量为6-7g/m3。
为了使所述气浮处理的效果更优，领域内通常在过程中添加发泡剂。本发明中选用的絮凝剂为PAM，其除具有絮凝作用外，还兼具发泡剂的作用。由此可减少外加药剂的投入，并提升该步骤中杂质的去除效果。
根据本发明的一些实施例，所述固液分离处理的方法包括静置沉淀和过滤中的至少一种。
根据本发明的一些实施例，当所述固液分离处理的方法选自所述静置沉淀时，所述固液分离处理的水力停留时间为2-5h；优选的约为3h。
根据本发明的一些实施例，所述处理方法还包括在所述絮凝处理前对所述有机废水进行隔油处理。由此可去除所述有机废水中的浮油(漂浮在所述有机废水表面的油)。
根据本发明的第二方面实施例，提出了一种实施所述处理方法的处理系统，所述处理系统包括：
蓄水池；
电化学组件，所述电化学组件设于所述蓄水池内部，所述电化学组件包括平行相对设置的阳极和阴极。
由于所述处理系统采用了上述实施例的处理方法的全部技术方案，包括所述阴极和阳极的结构和组成，因此至少具有上述实施例的技术方案所带来的所有有益效果。
根据本发明的一些实施例，所述电化学组件的结构包括平板状和搅拌桨状中的至少一种。
根据本发明的一些实施例，所述阳极和阴极之间的距离为0.5-3cm。
所述平板状为所述阳极和阴极平行相对设置，当所述阴极和阳极组成的电极对的数量≥2时，各组也平行设置。如此，为了提升所述电化学氧化处理系统内部的传质效果，需增设搅拌装置。
根据本发明的一些实施例，当所述电化学组件的结构为搅拌桨状时，所述电化学组件还包括绝缘轴，所述绝缘轴与所述阳极和所述阴极相连，所述绝缘轴与电极对(一个所述阳极和一个所述阴极组成一个电极对)形成搅拌桨状结构。由此，所述电化学组件可充当搅拌装置，简化了所述处理系统，且电化学组件直接充当搅拌装置，进一步提升了所述电化学组件附近的传质效果，进一步提升了对所述有机废水的处理效率。
根据本发明的一些实施例，所述阳极和阴极组成电极对的数量≥2；例如可以理解的是2对、3对、4对、5对和6对。
根据本发明的一些实施例，所述电化学组件中，所述阳极和阴极组成的电对，等间隔设于所述绝缘轴上。
根据本发明的一些实施例，所述绝缘轴上还设有沟槽，以容纳所述电化学组件的导电线。由此可提升所述处理系统的运行安全性。
所述导电线远离所述电化学组件的一端连接有电源。
为实现作为搅拌装置的作用，所述绝缘轴远离所述阴极和阳极的一端连接电机。
根据本发明的一些实施例，所述处理系统包括电化学氧化处理系统，所述电化学氧化处理系统包括所述蓄水池和电化学组件。
根据本发明的一些实施例，所述处理系统还包括经由管道依次连接的絮凝系统、气浮系统和固液分离系统；
所述固液分离系统与所述电化学氧化处理系统的蓄水池经由管道连通。
根据本发明的一些实施例，所述絮凝系统中设有悬浮物捕捉系统，用于捕捉所述絮凝系统产生的絮凝颗粒。
絮凝产物容易附着在絮凝系统的壁上，例如若是电絮凝装置，还会附着在电絮凝的阳极、阴极上，进而影响絮凝进程。本发明在絮凝系统中设置悬浮物捕捉系统，可缓解絮凝产物对絮凝系统工作的影响。
根据本发明的一些实施例，所述悬浮物捕捉系统包括连接杆、悬浮物入口和悬浮物容纳区；所述连接杆的一端可移动固定在所述絮凝系统侧壁上，另一端连接所述悬浮物入口；所述悬浮物容纳区与所述悬浮物入口连接。
在所述可移动连接的作用下，所述悬浮物容纳区装满后，可将所述悬浮物捕捉系统移出所述絮凝系统，以进行清理、重复利用。
根据本发明的一些实施例，所述悬浮物捕捉系统的设置个数≥2个，可以理解是的有2个、3个、4个或更多。由此可确保至少有一个正在工作的悬浮物捕捉系统。
根据本发明的一些实施例，所述悬浮物入口所在平面与所述絮凝系统的底部的夹角在0°-90°之间(不包括端点值)，例如可以是15°、20°、30°、45°以及60°等。
由此，被捕捉进去的絮凝颗粒在搅拌带来的水流运动过程中，不容易被冲出，即不会再次影响絮凝系统的正常工作。
根据本发明的一些实施例，所述絮凝系统中还包括搅拌装置，如此可提升传质效率，也可促进絮凝所得悬浮物的捕捉。
根据本发明的一些实施例，当所述絮凝系统为电絮凝系统时，所述电絮凝系统还包括电絮凝装置；
所述电絮凝装置包括相对设置的电絮凝阴极和电絮凝阳极，以及连接所述电絮凝阴极和电絮凝阳极，并提供电能的电絮凝电源。
根据本发明的一些实施例，所述处理系统还包括底泥处理系统，所述底泥处理系统通过所述管道与所述固液分离系统所述絮凝系统相连通。以转运所述悬浮物捕捉系统捕捉到的固体颗粒，和固液分离系统产生的沉淀物，上述沉淀物质在所述底泥处理系统中被脱水、干燥、回收再利用。
若无特殊说明，本发明中的“约”表示允许误差在±2％之间，例如约100表示实际试验中可在98-102之间浮动，并不会明显影响试验结果。
本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。
（发明人：钱瀚轩;夏福春;夏抗）
