申请日2015.11.23
公开(公告)日2016.01.20
IPC分类号C02F1/46; C02F1/78
摘要
本发明涉及一种废水处理装置，该装置采用了臭氧-三维电极联用技术来处理高浓高盐废水，其包括臭氧发生装置、三维电极反应器以及直流稳压电源。采用该装置，通过在三维电极反应器的阴极附近进行臭氧曝气的方式，将臭氧化空气布设于阴极，不仅可通过臭氧进行氧化、同时能使臭氧化空气中的氧气在阴极反应生成双氧水，从而与臭氧发生协同作用来进一步改善降解效果。废水通过在电解过程中产生的H2O2和氧化性极强的羟基自由基作用下，迅速氧化降解为可生化处理的小分子有机物。本发明还涉及采用该装置处理废水的方法。
权利要求书
1.一种废水处理装置，其特征在于，包括臭氧发生器(1)、三维电极反应器(2)和直流稳压电源(9)，其中，在所述三维电极反应器(2)内设有臭氧布气底托(10)，在所述臭氧布气底托下方设有臭氧曝气头(8)，在所述臭氧曝气头(8)上方设有粒子电极(7)、主电极，在所述三维电极反应器(2)的腔体壁上贯通设置有废液进料口(6)和取样口(5)。
2.根据权利要求1所述的废水处理装置，其特征在于，所述臭氧发生器(1)与所述三维电极反应器(2)之间以橡胶软管连接，所述三维电极反应器(2)与所述直流稳压电源(9)之间以导线连接。
3.根据权利要求1所述的废水处理装置，其特征在于，所述三维电极反应器(2)腔体壁是由工程塑料制造的。
4.根据权利要求书1所述的废水处理装置，其特征在于，所述所述主电极包含阳电极和阴电极，所述阳电极为钛基氧化铱阳极，所述阴电极为石墨阴极。
5.根据权利要求书1所述的废水处理装置，其特征在于，所述所述粒子电极填料(7)为活性炭。
6.根据权利要求书2所述的废水处理装置，其特征在于，所述导线为铜质导线。
7.一种废水处理方法，其特征在于，采用如权利要求1～6的任一项所述的装置，并包括下列步骤：
a)废水经所述三维电极反应器(2)的所述废液进料口(6)流入，至浸没所述主电极;
b)由所述臭氧发生器(1)制得的臭氧化空气经所述臭氧曝气头(8) 在所述阴极部(4)均匀曝气;
c)接通所述直流稳压电源(9)，调节电流至处理所需。
8.根据权利要求书7所述的废水处理方法，其特征在于，所述三维电极反应器(2)内所处理的污水为高浓高盐废水，其pH范围是9～12，TDS 含量范围是5～15g/L。
9.根据权利要求书7或8所述的废水处理方法，其特征在于，臭氧产生量被设置为10～30ml/min，所述主电极极板间距为2～5cm，面积为 80～120cm2，所述粒子电极的填料量为40～60g，电流密度为30～45mA/cm2，反应接触时间为1～5h。
10.根据权利要求书6或7所述的废水处理方法，其特征在于：臭氧产生量被设置为25ml/min，所述主电极极板面积为100cm2，所述粒子电极填料量为50g。
说明书
一种废水处理装置及通过该装置处理废水的方法
技术领域
本发明涉及一种废水处理装置，特别涉及一种用于处理高浓高盐废水的臭氧-三维电极联用废水处理装置，本发明还涉及通过该废水处理装置处理高浓高盐废水的方法。
背景技术
农药废水作为典型的高浓有机工业废水，具有有机污染物浓度高、可生化性差、成分复杂、难降解物质多、无机盐浓度高等特点，不适用于采用传统的物化和生物处理方法进行处理。采用适当的预处理手段提高农药废水的可生化性，降低毒性是农药废水处理的关键。高级氧化法反应快速，是一种绿色处理技术，因而与现有技术相比，在农药废水预处理方面具有较大优势。
高级氧化法的原理是在水中产生羟基自由基，该羟基自由基·OH氧化还原电位高，可达2.8V，具有可以与有机物快速反应，氧化选择性小，适用范围广，能够氧化一系列含一个或多个双键的有机物的优点。尽管高级氧化过程能氧化难降解有机物，但其复杂的处理工艺、较高的化学消耗和处理成本阻碍了其大规模应用。
电化学氧化法是指通过阳极反应直接降解有机物或利用电极表面产生的强氧化剂如羟基自由基、H2O2等使有机物降解的方法。与常规的二维电极相比，三维电极通过向主电极板间装填粒子电极并使其表面带电，可提高电流效率，具有占地面积小、处理能力强等优势。臭氧作为一种强氧化剂可直接将有机物氧化分解，但其与有机物的反应具有较强的选择性，往往只能使废水中大分子有机物转变为小分子有机物，产生羟基自由基的效率也较低。
发明内容
鉴于以上所述，本发明提出将臭氧与三维电极联用，既可提高溶液中臭氧的溶解度与分解速率，同时也能够提高电化学反应器中羟基自由基的产率，从而实现更加理想的废水处理效果。
本发明的技术原理如下：
臭氧-三维电极联用工艺是一种重要的高级氧化方法，臭氧和电化学的协同作用可使具有极强氧化作用的羟基自由基产率有较大提高，部分有机物也可在阳极直接氧化。从反应机理角度分析，首先臭氧化空气中的氧气在阴极产生H2O2，与臭氧作用产生羟基自由基而使臭氧分解，反应如下：
O2+H2O+2e-→HO2-+OH-
HO2-+H2O→H2O2+OH-
O3+HO2-→·OH+O2-+O2
羟基自由基可与有机物发生如下反应：
RH+·OH→H2O+·R
·OH+RH→·RH++OH-
可见，臭氧与电化学氧化具有明显的协同作用，可促进羟基自由基的生成，另外，反应过程中的pH、电流密度等也是影响有机污染物去除效果的因素。
具体地，本发明根据上述反应原理，通过以下技术手段，实现了本发明：
根据本发明的一个实施方式，如图1所示，提供了一种废水处理装置，其包括臭氧发生器、三维电极反应器和稳压电源，其中，所述三维电极反应器优选为正方体，容积1.5L，其内设有臭氧布气底托，在所述臭氧布气底托下方设有臭氧曝气头，其上方设有粒子电极、主电极，其中主电极为阳极、主电极为阴极，在所述三维电极反应器2的腔体壁上贯通设置有废液进料口和取样口。
根据本发明的一个实施例，提供了一种废水处理装置，臭氧发生器1 与三维电极反应器2之间以橡胶软管连接，由于臭氧的密度大于空气，因此臭氧发生器1与所述橡胶软管的接口位置优选地在臭氧发生器下部，其所产生的臭氧经由该橡胶软管输送至臭氧曝气头，所述三维电极反应器2 与所述稳压电源之间以导线连接，本发明的污水处理装置拆装方便，占地面积小。
根据本发明的一个实施例，提供了一种废水处理装置，进一步，三维电极反应器2腔体壁是由工程塑料制造的。
根据本发明的一个实施例，提供了一种废水处理装置，进一步，三维电极反应器2中的主电极包含阳电极和阴电极，其中阳电极为钛基氧化铱阳极，阴电极为石墨阴极。所述电极均具有良好的化学稳定性、电化学稳定性、导电性、机械性能，且价格便宜。
根据本发明的一个实施例，提供了一种废水处理装置，进一步，三维电极反应器中粒子电极的填料为活性炭，其化学稳定性好，可耐强酸和强碱，能经受水浸、高温，比重小于水。
根据本发明的一个实施例，提供了一种废水处理装置，进一步，导线为铜质导线。
根据本发明的一个实施方式，提供了一种废水处理方法，其采用如上所述的装置，并具体包括下列步骤：
a)废水经三维电极反应器2的废液进料口6流入，至浸没主电极，优选地，处理容量为1L;
b)由臭氧发生器制得的臭氧化空气经臭氧曝气头在阴极部均匀曝气;
c)接通稳压电源，调节电流至处理所需。
根据本发明的一个实施例，提供了一种废水处理方法，进一步，三维电极反应器内所处理的污水为高浓高盐废水，其pH范围是9～12，TDS含量范围是5～15g/L。
根据本发明的一个实施例，提供了一种废水处理方法，进一步，臭氧产生量被设置为10～30ml/min，若臭氧产生量超过30ml/min，导致成本上升，且不能得到充分利用，造成成本上升，但臭氧产生量低于10ml/min，导致处理速度下降且效果不佳，因此，臭氧产生量优选设置为25ml/min;极板间距为2～5cm，主电极极板面积为80～120cm2，面积小于80cm2则处理速度慢，但若高于120cm2则处理效果不佳，因此主电极极板面积优选为100cm2;粒子填料电极量为40～60g，低于40g则处理效果不佳，高于 60g不仅成本提高，而且处理速度降低，优选地，粒子电极填料量为50g;电流密度为30～45mA/cm2，反应接触时间为1～5h。
本发明所提供的处理技术与单独电化学氧化相比，废水COD(化学需氧量)降解率高，可生化性明显提高，臭氧与电化学氧化之间实现了明显的协同效应。
通过在三维电极反应器中阴极部曝臭氧化空气，使活性炭颗粒处于流动、分散态，在高梯度电场下感应形成复极化粒子电极，同时可增加在溶液中的传质。
本发明的处理工艺在处理过程中无需使用化学药品和电解质、后期处理简单、占地面积小、处理能力强且管理方便，便于规模扩大。
本发明使用的电化学反应器中电极的面体比大幅增加，具有较高电流效率和单位时间处理效率。
本发明所提供的处理方法特别适用于处理盐和COD含量高的农药废水处理，既可作为预处理技术，也可作为深度处理技术。
