申请日2015.09.23
公开(公告)日2015.12.23
IPC分类号C02F1/467
摘要
发明涉及强化电化学氧化废水处理装置及处理方法。该强化电化学氧化废水处理装置，包括压力罐体，压力罐体内竖直放置电解槽，电解槽与外部直流电源通过压力罐体外部的正、负极接线柱相连，压力罐体的顶部设有压力表、安全阀、出水口，压力罐体的底部设有经进气管连通压力罐体内外的布气系统，压力罐体中心轴处设有与外界贯通的布水系统，压力罐体还设有用于控制、调节压力罐体内的压力、溶解氧浓度而分别设于压力罐体内的压力传感器和溶解氧检测传感器，压力罐体出水口的第一比例调节阀，压力罐体进气管前的空压机和第二比例调节阀，根据传感器采集信号判断压力值、溶解氧浓度与设定值差异并控制空压机启停和两个比例调节阀开度的自动控制系统。
摘要附图
权利要求书
1.一种强化电化学氧化废水处理装置，包括压力罐体，其特征在于，所 述压力罐体内竖直放置电解槽，电解槽与外部直流电源通过压力罐体外部的 正、负极接线柱相连，压力罐体的顶部设有压力表、安全阀、出水口，压力罐 体的底部设有经进气管连通压力罐体内外的布气系统，压力罐体中心轴处设有 与外界贯通的布水系统，压力罐体还设有用于控制、调节压力罐体内的压力、 溶解氧浓度而分别设于压力罐体内的压力传感器和溶解氧检测传感器，压力罐 体出水口的第一比例调节阀，压力罐体进气管前的空压机和第二比例调节阀， 以及根据传感器采集信号判断压力值、溶解氧浓度与设定值差异并控制空压机 启停和两个比例调节阀开度的自动控制系统。
2.根据权利要求1所述强化电化学氧化废水处理装置，其特征在于，所述 电解槽由垂直布水系统穿孔管并在支承架上交替叠置的圆盘状阳极片与圆盘状 阴极片组件组成;所述圆盘状阴极片组件由第一圆盘状阴极片、第二圆盘状阴 极片和第一圆盘状阴极片与第二圆盘状阴极片之间成型的布气室组成。
3.根据权利要求2所述强化电化学氧化废水处理装置，其特征在于，所述 圆盘状阳极片由具有金属氧化物涂层的多孔钛板或钛网构成，圆盘状阳极片圆 周边缘径向凸设极耳，极耳上设有螺孔;所述圆盘状阴极片由具有气体扩散的 电极或碳布构成，圆盘状阴极片圆周边缘径向凸设极耳，极耳上设有螺孔;所 述支承架由若干米字型构架、沿若干构成隔离通道的米字型构架圆心垂直穿设 的支承杆组成。
4.根据权利要求1所述强化电化学氧化废水处理装置，其特征在于，所述 布气系统由顺序连通的空压机、第二比例调节阀、布气主干管至压力罐体内流 通于布气室周边的支管组成;所述布气室呈圆饼状并设于两块阴极板之间，圆 饼状布气室圆周边缘径向凸设与布气室连通的支管。
5.根据权利要求1所述强化电化学氧化废水处理装置，其特征在于，所述 布水系统由设置在压力罐体中心轴部位的穿孔管、穿孔管连通压力罐体的进水 口、进水口通过管路连通的进水泵、压力罐体底部设置的排水阀组成。
6.根据权利要求1所述强化电化学氧化废水处理装置，其特征在于，所述 自动控制系统包括计算机、PLC以及与PLC相连的压力传感器和溶解氧检测传 感器和空压机控制器、比例阀控制器;PLC通过压力传感器、溶解氧检测传感 器和空压机控制器、比例阀控制器对压力罐体内压力及溶解氧浓度的采样、分 析和控制;设定溶解氧浓度值为20mg/L和压力范围0.2～0.6MPa，通过溶解氧 检测传感器、压力传感器获取当前压力罐体内溶解氧浓度值和压力值，经模/ 数转换芯片将模拟信号转换为数字信号送PLC与设定值进行比较，得到偏差信 号，偏差信号经过调节器做PID运算给空压机控制器、比例阀控制器控制型数 字信号，通过数/模转换器将数字信号转换为模拟信号，调整空压机启停及比 例调节阀开度，从而调节压力罐体内溶解氧浓度和压力;所述溶解氧检测传感 器将信号传递给空压机控制器和第二比例调节阀控制器，控制供气系统空压机 启停及第二比例调节阀开度;压力传感器将信号传递给第一比例调节阀，控制 第一比例调节阀的开度。
7.一种强化电化学氧化废水处理方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将待处理废水泵入压力罐体内，并通入空气使罐体内压力达到设定值， 压力范围0.2～0.6Mpa;
(2)调节进水泵流量，使其满足不同水质废水电化学氧化时间需要;
(3)自动控制系统根据溶解氧检测传感器反馈的罐体内溶解氧浓度与设定值 差异调节空压机出口比例调节阀和空压机启停，根据压力传感器反馈的罐体内 压力值与设定值差异调节出水口比例调节阀;
(4)对压力罐体内电解槽施加电压值为1～20V，使废水在电解槽的电极间发 生电化学氧化，实现对废水中有机污染物的氧化分解;
(5)进入压力罐体内空气通过布气系统使空气均匀穿过电解槽每片阴极;
(6)进入压力罐体内废水通过布水系统的穿孔管流入阴阳极间通道;
(7)气体和出水最终通过出水口经第一比例调节阀排出。
8.根据权利要求7所述强化电化学氧化废水处理方法，其特征在于，步骤 (4)所述的电解槽由垂直布水系统并在支承架上交替叠置的圆盘状阳极片与圆盘 状阴极片组件组成;所述圆盘状阴极片组件由第一圆盘状阴极片、第二圆盘状 阴极片和布气室组成，所述布气室隔离于叠置的第一圆盘状阴极片、第二圆盘 状阴极片之间。
9.根据权利要求7所述强化电化学氧化废水处理方法，其特征在于，步 骤(5)所述的布气系统由顺序连通的空压机、第二比例调节阀、布气主干管至压 力罐体内流通于布气室周边的支管组成;所述布气室呈圆饼状并设于两块阴极 板之间，圆饼状布气室圆周边缘径向凸设与布气室连通的支管。
10.根据权利要求7所述强化电化学氧化废水处理方法，其特征在于，步 骤(6)所述的布水系统由设置在压力罐体中心轴部位的穿孔管、穿孔管连通压力 罐体的进水口及以管路连接的进水泵组成。
说明书
强化电化学氧化废水处理装置及处理方法
技术领域
本发明涉及一种污水净化处理领域，特别涉及一种通过加压溶气的方 式增加压力容器内溶解氧浓度，以促进电化学反应产生更多的强氧化性物 种，进而强化对废水中有机污染物降解的强化电化学氧化废水处理装置及 处理方法。
背景技术
电化学氧化法是一种环境友好型高级氧化技术。在废水处理中不需要 添加氧化剂，化学污染风险小。反应条件温和，一般在常温常压下进行; 具有气浮、絮凝、杀菌、氧化作用。反应装置和工艺简单，可操作性强， 易于实现自动化控制。广泛适用于处理垃圾渗滤液、制革废水、印染废 水、造纸废水、炼油废水等多种难生物降解有机废水。电化学氧化法存在 电流效率低、能耗较大和操作费用高等问题，限制了在实际应用中的普及 推广。
电化学氧化可分为两类，一类属于电化学直接氧化，即在一定电场环 境下阳极上有机污染物失去电子而发生氧化时反应并转化为无害物，另一 类属于电化学间接氧化，即利用电极表面产生的具有强氧化性活性物种使 污染物发生氧化还原转变。电化学直接氧化常伴随阳极析氧反应，导致电 流效率低，影响有机物降解效果。目前研究侧重探索综合性能好的阳极材 料，如具有较高的析氧过电位和催化活性，在废水中具有较高的稳定性和 抗腐蚀。与电化学直接氧化相比，电化学间接氧化性对有机污染物氧化效 率更高。于秀娟等人在研究阴阳极室同时氧化对煤气废水处理效果时发现 阴极室的电流效率始终高于阳极室，且阴极室COD去除率高于阳极室，阴 极室有机物的矿化程度较好。利用氧气在阴极发生电还原反应产生H2O2能 够彻底去除苯酚、氯苯、苯胺、氯酚等污染物，对染料脱色的效果也很明 显。氧气在阴极电还原生成H2O2受到阴极材料、阴极电位、pH值、温度、 气液间传质速率影响。根据薄液膜理论，气体需要溶解在电解液中才能发 生电化学反应，但氧气在溶液中溶解度只有10-3-10-4g/L，溶液中氧气传质 速率低显著影响电流密度，导致H2O2生成量少。目前研究多采用增加曝气 量、设计三维多孔阴极的方式提高气液固三相间传质效率。周蕾在对电芬 顿阴极材料的制备与转盘工艺研究中通过增加氧气流量来增加溶解氧浓 度。但这种方法受到常压条件下饱和溶解氧浓度(25℃时饱和溶解氧浓度 为8.3mg/L)，当氧气流量超过一定值后H2O2生成量不再增加。
综上所述，现有技术存在以下的不足之处：电流效率低、能耗较大、 操作费用高。
发明内容
本发明的目的是提供一种通过快速、有效提高电化学氧化环境内溶解 氧浓度，促进过氧化氢的生成，缩短电化学氧化法降解有机污染物的反应 时间，提高废水处理效率的强化电化学氧化废水处理装置。
本发明的另一目的是提供一种根据亨利定律，一定温度下气体在液体 中的溶解度和该气体的平衡分压成正比。通过增加电化学氧化环境压力可 以大幅提高溶解氧浓度，从而增加强氧化剂过氧化氢的生成量，强化电化 学氧化法对废水中有机污染物的氧化分解，减少废水处理时间，节省能耗 的强化电化学氧化废水处理方法。
本发明的技术解决方案是所述强化电化学氧化废水处理装置，包括压 力罐体，其特殊之处在于，所述压力罐体内竖直放置电解槽，电解槽与外 部直流电源通过压力罐体外部的正、负极接线柱相连，压力罐体的顶部设 有压力表、安全阀、出水口，压力罐体的底部设有经进气管连通压力罐体 内外的布气系统，压力罐体中心轴处设有与外界贯通的布水系统，压力罐 体还设有用于控制、调节压力罐体内的压力、溶解氧浓度而分别设于压力 罐体内的压力传感器和溶解氧检测传感器，压力罐体出水口的第一比例调 节阀，压力罐体进气管前的空压机和第二比例调节阀，以及根据传感器采 集信号判断压力值、溶解氧浓度与设定值差异并控制空压机启停和两个比 例调节阀开度的自动控制系统。
作为优选：所述电解槽由垂直布水系统穿孔管并在支承架上交替叠置 的圆盘状阳极片与圆盘状阴极片组件组成;所述圆盘状阴极片组件由第一 圆盘状阴极片、第二圆盘状阴极片和第一圆盘状阴极片与第二圆盘状阴极 片之间成型的布气室组成。
作为优选：所述圆盘状阳极片由具有金属氧化物涂层的多孔钛板或钛 网构成，圆盘状阳极片圆周边缘径向凸设极耳，极耳上设有螺孔;所述圆 盘状阴极片由具有气体扩散的电极或碳布构成，圆盘状阴极片圆周边缘径 向凸设极耳，极耳上设有螺孔;所述支承架由若干米字型构架、沿若干构 成隔离通道的米字型构架圆心垂直穿设的支承杆组成。。
作为优选：所述布气系统由顺序连通的空压机、第二比例调节阀、布 气主干管至压力罐体内流通于布气室周边的支管组成;所述布气室呈圆饼 状并设于两块阴极板之间，圆饼状布气室圆周边缘径向凸设与布气室连通 的支管。
作为优选：所述布水系统由设置在压力罐体中心轴部位的穿孔管、穿 孔管连通压力罐体的进水口、进水口通过管路连通的进水泵、压力罐体底 部设置的排水阀组成。
作为优选：所述自动控制系统包括计算机、PLC以及与PLC相连的压力 传感器和溶解氧检测传感器和空压机控制器、比例阀控制器;PLC通过压 力传感器、溶解氧检测传感器和空压机控制器、比例阀控制器对压力罐体 内压力及溶解氧浓度的采样、分析和控制;设定溶解氧浓度值为20mg/L和 压力范围0.2～0.6MPa，通过溶解氧检测传感器、压力传感器获取当前压 力罐体内溶解氧浓度值和压力值，经模/数转换芯片将模拟信号转换为数 字信号送PLC与设定值进行比较，得到偏差信号，偏差信号经过调节器做 PID运算给空压机控制器、比例阀控制器控制型数字信号，通过数/模转换 器将数字信号转换为模拟信号，调整空压机启停及比例调节阀开度，从而 调节压力罐体内溶解氧浓度和压力;所述溶解氧检测传感器将信号传递给 空压机控制器和第二比例调节阀控制器，控制供气系统空压机启停及第二 比例调节阀开度;压力传感器将信号传递给第一比例调节阀，控制第一比 例调节阀的开度。
本发明的另一技术解决方案是所述强化电化学氧化废水处理方法， 其特征在于，包括以下步骤：
(1)将待处理废水泵入压力罐体内，并通入空气使罐体内压力达到设定 值，压力范围0.2～0.6Mpa;
(2)调节进水泵流量，使其满足不同水质废水电化学氧化时间需要;
(3)自动控制系统根据溶解氧检测传感器反馈的罐体内溶解氧浓度与设 定值差异调节空压机出口比例调节阀和空压机启停，根据压力传感器反馈 的罐体内压力值与设定值差异调节出水口比例调节阀;
(4)对压力罐体内电解槽施加电压值为1～20V，使废水在电解槽的电极 间发生电化学氧化，实现对废水中有机污染物的氧化分解;
(5)进入压力罐体内空气通过布气系统使空气均匀穿过电解槽每片阴 极;
(6)进入压力罐体内废水通过布水系统的穿孔管流入阴阳极间通道;
(7)气体和出水最终通过出水口经第一比例调节阀排出。
作为优选：步骤(4)所述的电解槽由垂直布水系统并在支承架上交替叠 置的圆盘状阳极片与圆盘状阴极片组件组成;所述圆盘状阴极片组件由第 一圆盘状阴极片、第二圆盘状阴极片和布气室组成，所述布气室隔离于叠 置的第一圆盘状阴极片、第二圆盘状阴极片之间。
作为优选：步骤(5)所述的布气系统由顺序连通的空压机、第二比例调 节阀、布气主干管至压力罐体内流通于布气室周边的支管组成;所述布气 室呈圆饼状并设于两块阴极板之间，圆饼状布气室圆周边缘径向凸设与布 气室连通的支管。
作为优选：步骤(6)所述的布水系统由设置在压力罐体中心轴部位的穿 孔管、穿孔管连通压力罐体的进水口及以管路连接的进水泵组成。
与现有技术相比，本发明的有益效果：
(1)本发明提高了过氧化氢生成量。通过加压溶气的方式增加电化学氧 化体系内溶解氧浓度有利于氧还原反应以2电子途径实现过氧化氢的累 积，同时抑制过氧化氢在阳极发生分解反应。
(2)本发明在压力条件下，抑制阳极析氧反应，减少电化学氧化因析氧 造成的氧化效率低的间题。
(3)本发明有效提高了电化学法处理有机污染物的氧化效率，废水处理 能力增强，电化学氧化反应装置体积减少。
(4)随着氧分压的增加，电化学氧化体系内电流密度增加，有利于电子 传导和增加过氧化氢生成量。
(5)与高温高压湿式氧化法相比，本发明可在常温条件下进行，压力在 0.2～0.6Mpa左右，压力不高，能耗相对较小。
(6)本发明可以实现压力条件下的连续进出水操作。
(7)可与Fenton、UV、O3、超声波等技术联合使用，以适应不同类型废 水处理，组合工艺设计灵活，操作简便。
(8)本发明的电解槽设计采用多个圆盘形状阴、阳电极等间距交错叠置 形式，放置在圆柱形压力罐体内，与同心圆形状排列电极和矩形电极片相 比，单位体积内电极面积更大，反应器效率更高。
