專利名稱：一種活性炭籃作陽極電化學(xué)降解有機(jī)廢水的方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于廢水處理技術(shù)領(lǐng)域，具體為廢水中有機(jī)污染物的降解工藝，涉及一種深度處理難降解有機(jī)廢水的方法及裝置，具體涉及一種活性炭籃作陽極、電化學(xué)輔助催化氧化降解焦化廢水(或其它有機(jī)廢水)的方法與裝置。
背景技術(shù)：
焦化廢水是煤制焦炭、煤氣凈化及焦化產(chǎn)品回收過程中產(chǎn)生的廢水?；瘜W(xué)成分十分復(fù)雜，含有大量氨氮、硫化物、氰化物以及多種有生物毒性的有機(jī)污染物，色度高、毒性大并且難被生物降解。目前，國內(nèi)外各個國家對焦化廢水的處理都面臨嚴(yán)峻的問題，處理難度大，出水水質(zhì)很難達(dá)標(biāo)已成為困擾焦化廢水處理行業(yè)幾十年來的一大難題。
近年來，有不少發(fā)明者通過獨創(chuàng)設(shè)計、改進(jìn)流程等研制出了各種廢水處理裝置和技術(shù)，不斷地有新的方法和技術(shù)用于處理焦化廢水，但各有利弊，出水的C0D、氨氮和色度仍沒有滿意的效果，很難達(dá)到國家排放標(biāo)準(zhǔn)。在目前的焦化廢水的處理工藝中，所用設(shè)備及處理方法要么占地面積大，要么操作復(fù)雜、處理效率低、能耗高，要么成本高、有二次污染或綜合回收利用效果差，如生物氧化法雖然成本低，但占地面積大，且出水的COD和氨氮濃度較高，很難達(dá)標(biāo)排放；活性炭吸附法因其具有豐富的孔徑分布和很大的比表面積，有很強(qiáng)的吸附能力，雖能較好地除去C0D，但存在容易飽和、出水中氨氮濃度偏高，而且還存在吸附劑的再生困難和二次污染的問題；光催化氧化法雖能降解難以生物降解的有機(jī)物，但操作復(fù)雜、處理效率很低、能耗高、離實際應(yīng)用距離大；另外，近年有學(xué)者提出的電化學(xué)氧化技術(shù)因其能產(chǎn)生強(qiáng)氧化性且工藝簡單、無二次污染受到廣泛關(guān)注，但其在應(yīng)用中有一定的局限性電極種類不多，尤其是缺少高效廉價的電極，并且電極的壽命不長，能耗大，成本高。中國專利CN101434443A公開了一種煉油污水的處理方法和裝置，該方法通過將煉油污水送入電解催化氧化反應(yīng)器中，電解催化氧化反應(yīng)器裝有陽極、陰極和固體催化劑顆粒，反應(yīng)器下部設(shè)置充氧曝氣設(shè)施，固體催化劑顆粒裝填在陽極和陰極之間，催化劑顆粒采用負(fù)載具有催化氧化功能金屬的顆粒活性炭。該方法可用于處理煉油電脫鹽裝置排水、油品和液化石油氣或干氣的堿洗廢堿液、油品罐區(qū)切水等高濃度含鹽混合廢水，處理后滿足直接達(dá)標(biāo)排放要求，減輕了對污水處理場的沖擊。但該反應(yīng)器電解電壓較高，且陽極采用的不銹鋼材料，在直流電電解作用下不銹鋼材料腐蝕較快，與填充的催化劑顆粒容易出現(xiàn)結(jié)塊、溝流現(xiàn)象，或整個微電解區(qū)堵塞，這樣不僅需要頻繁更換電極材料，影響焦化廢水的連續(xù)高效處理，而且操作工藝復(fù)雜且成本較高。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對背景技術(shù)中所提出的問題及目前已有技術(shù)的不足，提供一種深度處理難降解有機(jī)廢水的方法。該方法創(chuàng)造性地提出了將活性炭籃作陽極、電化學(xué)輔助催化氧化降解焦化廢水(或其它有機(jī)廢水)技術(shù)，采用物理吸附、電化學(xué)催化氧化與絮凝沉淀分離等相結(jié)合的技術(shù)，最大限度地降低了焦化廢水(或其它有機(jī)廢水)中的COD和色度，并且所述裝置的耗電小、降解效果好、設(shè)備簡單、處理效率高及運行費用低，可保證設(shè)備的循環(huán)、連續(xù)高效運轉(zhuǎn)。本發(fā)明的第一個目的是這樣實現(xiàn)的
一種活性炭籃作陽極電化學(xué)降解有機(jī)廢水的方法，包括將廢水引入電化學(xué)反應(yīng)器裝置中被降解；所述電化學(xué)反應(yīng)器裝置中設(shè)有陽極和陰極；陽極為塑料或難溶金屬(如鈦籃)制作的網(wǎng)狀籃或框，里面填充有大顆粒狀的活性炭與催化劑，填充方法為活性炭與催化劑顆粒互混或者把活性炭與催化劑分層設(shè)置，活性炭籃中間由碳棒或金屬導(dǎo)線引出連接至電源正極；陰極由不銹鋼板或網(wǎng)制作而成，由導(dǎo)線連接至電源負(fù)極；所述催化劑是由一種或多種過渡金屬或者過渡金屬與其氧化物的混合物組成，活性炭籃陽極的體積為該電化學(xué)反應(yīng)器裝置有效容積的10% 50%。所述電化學(xué)反應(yīng)器裝置的陰陽極間施加直流電，電流密度為5mA/dm2 10A/dm2。所述深度處理難降解有機(jī)廢水的方法，其中廢水處理時采用攪拌器輕微攪拌廢 水。所述過渡金屬為以下的一種或多種鐵、鍍鉬黑的鐵、銅、錳、鎳、鈦、釩、鑰、鈷、鉬、銀。所述過渡金屬氧化物為鐵、銅、錳、鎳、鈦、釩、鑰、鈷等的氧化物。所述催化劑含量為活性炭質(zhì)量的1% 20%，所述活性炭顆粒粒徑為5 60目。所述有機(jī)廢水為焦化廢水或其它有機(jī)廢水。本發(fā)明的第二個目的是這樣實現(xiàn)的
一種活性炭籃作陽極電化學(xué)降解有機(jī)廢水的裝置，該裝置中設(shè)有陽極和陰極；陽極為塑料或難溶金屬制作的網(wǎng)狀籃或框，里面填充有大顆粒狀的活性炭與催化劑，填充方法為活性炭與催化劑顆粒互混或者把活性炭與催化劑分層設(shè)置，活性炭籃中間由碳棒或難溶金屬引出連接至導(dǎo)線；陰極由不銹鋼板或網(wǎng)制作而成，由導(dǎo)線連接至電源負(fù)極；所述催化劑是由一種或多種過渡金屬或者過渡金屬與其氧化物的混合物組成，活性炭籃陽極的體積為該電化學(xué)反應(yīng)器裝置有效容積的10% 50%。所述的活性炭籃作陽極電化學(xué)降解有機(jī)廢水的裝置，其中催化劑采用的過渡金屬及過渡金屬氧化物與本發(fā)明第一個目的中所描述的相同。本發(fā)明處理難降解有機(jī)廢水的方法，是在該電化學(xué)反應(yīng)器內(nèi)通過多種反應(yīng)過程協(xié)同作用氧化降解有機(jī)物，實現(xiàn)深度去除有機(jī)污染物的。其廢水處理原理和技術(shù)效果如下
(I)電極氧化還原過程
陽極活性炭將有機(jī)污染物濃縮、吸附到其表面(比表面積非常大的陽極表面)，在催化劑催化下這些有機(jī)污染物被電化學(xué)氧化降解。其原理是在電解過程中電極表面產(chǎn)生了一系列中間反應(yīng)產(chǎn)物，如03，h202、自由基· OH等，都具有極強(qiáng)的氧化性，在催化劑的作用下，它們能把廢水中的幾乎所有有機(jī)物(包括苯環(huán))氧化成有機(jī)酸或二氧化碳和水。另外，含有N、S、P、As等其它雜原子的有機(jī)物，也會被氧化降解為有機(jī)酸、無機(jī)酸 N2 (氮氣)。其次，在陽極電化學(xué)氧化過程中，催化劑中的部分金屬能被氧化為Mn+，Mn+可以和一些有機(jī)酸、無機(jī)酸反應(yīng)生成沉淀物，把污染物去除。陰極一些帶陽離子電荷的有機(jī)污染物被還原成不帶電荷的有機(jī)物，然后作為中性有機(jī)物由廢水的流動(攪拌)被帶向活性炭陽極端，然后也在陽極被吸附和催化氧化降解。(2)配合物的形成原理
除了氧化降解外，一些難被氧化降解的含有N、S、O、P、As等原子的有機(jī)物，N、S、O、P、As原子上的未成鍵孤對電子能與Mn+等過渡金屬離子上的外層空軌道形成配位鍵，形成結(jié)構(gòu)復(fù)雜的大分子配合物，降低了水溶性，最后也被得以沉淀去除。(3)自動沉淀分離原理電解后水解生成的M (OH)n具有絮凝作用，也可成為高效絮凝劑，有很好的脫色和吸附能力，從而達(dá)到去除污染物的目的。本發(fā)明的優(yōu)點為
(I)如上所述的處理裝置，陽極活性炭籃中活性炭可以起到吸附濃縮有機(jī)物的作用，將有機(jī)物在陽極通過催化劑的作用，直接進(jìn)行氧化降解；C0D、氨氮和色度都得到了有效的去除，而且工藝操作簡單，電極材料成本低；另外催化劑在催化過程中能被有效地吸附在活性炭上，避免了其快速流失。該方法與單獨的電化學(xué)氧化反應(yīng)技術(shù)相比，大大增加了陽極氧化面積和催化效果，由此提高了電流效率，可因此大大降低電耗、縮短反應(yīng)時間，提高處理效率和降低處理成本。(2)被氧化降解沉淀下來的固體垃圾，可以通過焚燒去掉有機(jī)物后，余下的金屬氧化物殘渣可被再用于催化劑中，這樣既能節(jié)約成本又能達(dá)到固體垃圾的循環(huán)回收利用。
具體實施例方式本發(fā)明提出的活性炭籃作陽極、電化學(xué)輔助催化氧化降解焦化廢水(或其它有機(jī)廢水)的方法，對焦化廢水(或其它有機(jī)廢水)進(jìn)行氧化降解，以達(dá)到國家排放標(biāo)準(zhǔn)的要求。本發(fā)明利用該電化學(xué)處理新技術(shù)可以有效的去除廢水中有機(jī)污染物的特點，相比普通已報道的電化學(xué)反應(yīng)技術(shù)的單一性，確立了活性炭籃作陽極、電化學(xué)輔助、催化降解的新思路，從而提供了一種高效去除廢水中污染物的新技術(shù)。本發(fā)明的技術(shù)方案是焦化廢水(或其它有機(jī)廢水)在一電化學(xué)反應(yīng)器裝置中被降解，該裝置中設(shè)置有陽極和陰極。陽極為一塑料(或難溶金屬)制作的網(wǎng)狀籃(或框)，里面填充有大顆粒狀的活性炭與催化劑，中間由碳棒或難溶金屬引出連接至導(dǎo)線；陰極由不銹鋼板(或網(wǎng))制作。處理焦化廢水(或其它有機(jī)廢水)時，首先取一定量待處理的焦化廢水(或其它有機(jī)廢水)放于電化學(xué)反應(yīng)器裝置中，然后對其通電陽極是活性炭籃，陰極是不銹鋼板(網(wǎng));電流密度設(shè)在5mA/dm2 ΙΟΑ/dm2 (每平方分米5毫安至10安培)，同時使用攪拌器輕微攪拌該廢水，通過此裝置電解處理一定的時間5min 24h (5分鐘至24小時),然后靜置、沉淀、分離，取清液測COD (清液為可排放水)。以下通過實例對本發(fā)明作進(jìn)一步的說明。實施例I
設(shè)計一電化學(xué)反應(yīng)器裝置，該裝置中設(shè)有陽極和陰極；陽極為尼龍網(wǎng)里面填充有大顆粒狀的活性炭與催化劑，中間由碳棒或金屬引出的導(dǎo)線連接至電源正極；陰極由不銹鋼板制作而成，連接至電源負(fù)極；所述催化劑是由鐵釘及其氧化物的混合物組成，其中鐵釘含量為活性炭質(zhì)量的15%，活性炭顆粒粒徑為30目。電化學(xué)反應(yīng)器的下面設(shè)有磁力攪拌器，可用來攪拌廢水液。
將某焦化廠的焦化廢水(COD為3400mg/L，偏堿性)引入上述電化學(xué)反應(yīng)器裝置中，反應(yīng)器的工作電極(活性炭籃陽極)是用填充有活性炭和鐵釘?shù)哪猃埦W(wǎng)制作，石墨電極插入活性炭籃中連接陽極，陰極為不銹鋼板；電極之間的間距為3cm，在電極間通過電化學(xué)工作站施加恒定電流(電流密度約IOOmA/ dm2,電壓約2 3v),并用磁力攪拌器輕微攪拌被降解溶液，反應(yīng)時間為20min，處理完后靜置沉淀，然后取上清液測C0D，處理后COD降至1800mg/L，去除率達(dá)到了 47%。實施例2
設(shè)計一電化學(xué)反應(yīng)器裝置，該裝置中設(shè)有陽極和陰極；陽極為尼龍網(wǎng)里面填充有大顆粒狀的活性炭與催化劑，中間由碳棒或難溶金屬引出連接至導(dǎo)線；陰極由不銹鋼網(wǎng)制作而成；所述催化劑是由鍍鉬黑的鐵釘及其氧化物的混合物組成，其中催化劑含量為活性炭質(zhì)量的15%，活性炭顆粒粒徑為30目。電化學(xué)反應(yīng)器的下面設(shè)有磁力攪拌器，可用來攪拌廢水液。將某焦化廠的焦化廢水(C0D為3400mg/L，偏堿性)引入上述電化學(xué)反應(yīng)器廢水處·理池中，反應(yīng)器的工作電極(活性炭藍(lán)陽極)是用填充有活性炭和鍍鉬黑的鐵釘?shù)哪猃埦W(wǎng)制作，石墨電極插入活性炭籃中連接陽極，陰極為不銹鋼網(wǎng)；電極之間的間距為3cm，在電極間通過電化學(xué)工作站施加恒定電流(電流密度約250mA/ dm2,電壓約4 5v)，并用磁力攪拌器輕微攪拌被降解溶液，反應(yīng)時間為5h，處理完后靜置沉淀，然后取上清液測C0D，處理后COD降至20mg/L，去除率達(dá)到了 99. 4%。
權(quán)利要求
1.一種活性炭籃作陽極電化學(xué)降解有機(jī)廢水的方法，其特征在于將廢水引入電化學(xué)反應(yīng)器裝置中被降解；所述電化學(xué)反應(yīng)器裝置中設(shè)有陽極和陰極；陽極為塑料或難溶金屬制作的網(wǎng)狀籃或框，里面填充有大顆粒狀的活性炭與催化劑，填充方法為活性炭與催化劑顆粒互混或者把活性炭與催化劑分層設(shè)置，活性炭籃中間由碳棒或金屬導(dǎo)線引出連接至電源正極；陰極由不銹鋼板或網(wǎng)制作而成，由導(dǎo)線連接至電源負(fù)極；所述催化劑是由一種或多種過渡金屬或者過渡金屬與其氧化物的混合物組成，活性炭籃陽極的體積為該電化學(xué)反應(yīng)器裝置有效容積的10% 50%。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述活性炭籃作陽極電化學(xué)降解有機(jī)廢水的方法，其特征在于所述電化學(xué)反應(yīng)器裝置的陰陽極間施加直流電，電流密度為5mA/dm2 10A/dm2。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述活性炭籃作陽極電化學(xué)降解有機(jī)廢水的方法，其特征在于廢水處理時采用攪拌器輕微攪拌廢水。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述活性炭籃作陽極電化學(xué)降解有機(jī)廢水的方法，其特征在于所述過渡金屬為以下的一種或多種鐵、鍍鉬黑的鐵、銅、猛、鎳、鈦、銀、鑰、鈷、鉬、銀；所述過渡金屬氧化物為鐵、銅、猛、鎳、鈦、fL、鑰、鈷的氧化物。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述活性炭籃作陽極電化學(xué)降解有機(jī)廢水的方法，其特征在于所述催化劑含量為活性炭質(zhì)量的1% 20%,所述活性炭顆粒粒徑為5 60目。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-5任一項所述活性炭籃作陽極電化學(xué)降解有機(jī)廢水的方法，其特征在于難降解有機(jī)廢水為焦化廢水或其它有機(jī)廢水。
7.一種活性炭籃作陽極電化學(xué)降解有機(jī)廢水的裝置，其特征在于該裝置中設(shè)有陽極和陰極；陽極為塑料或難溶金屬制作的網(wǎng)狀籃或框，里面填充有大顆粒狀的活性炭與催化齊U，填充方法為活性炭與催化劑顆?；セ旎蛘甙鸦钚蕴颗c催化劑分層設(shè)置，活性炭籃中間由碳棒或金屬導(dǎo)線引出連接至電源正極；陰極由不銹鋼板或網(wǎng)制作而成，由導(dǎo)線連接至電源負(fù)極；所述催化劑是由一種或多種過渡金屬或者過渡金屬與其氧化物的混合物組成，活性炭籃陽極的體積為該電化學(xué)反應(yīng)器裝置有效容積的10% 50%。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的活性炭籃作陽極電化學(xué)降解有機(jī)廢水的裝置，其特征在于所述過渡金屬為以下的一種或多種鐵、鍍鉬黑的鐵、銅、錳、鎳、鈦、釩、鑰、鈷、鉬、銀；所述過渡金屬氧化物為鐵、銅、猛、鎳、鈦、fL、鑰、鈷的氧化物。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的活性炭籃作陽極電化學(xué)降解有機(jī)廢水的裝置，其特征在于所述催化劑含量為活性炭質(zhì)量的1% 20%,所述活性炭顆粒粒徑為5 60目。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種活性炭籃作陽極電化學(xué)降解有機(jī)廢水的方法及裝置。該工藝采用物理吸附濃縮法加電化學(xué)催化氧化法相結(jié)合的辦法來處理焦化廢水(或其它有機(jī)廢水)；可以有效、徹底地去除焦化廢水(或其它有機(jī)廢水)中的氨氮、酚、氰等各種有機(jī)污染物。并且該方法大大降低了焦化廢水(或其它有機(jī)廢水)的處理成本，價格低廉，操作及設(shè)備簡單、可循環(huán)運行，具有很大的實際應(yīng)用價值。
文檔編號C02F1/461GK102910707SQ20121039837
公開日2013年2月6日 申請日期2012年10月19日 優(yōu)先權(quán)日2012年10月19日
發(fā)明者王海人, 王麒鈞, 王麒寧, 張俊 申請人:王麒鈞, 王麒寧