一種三維電極耦合鐵碳微電解汙水處理工藝的製作方法

2023-04-28 03:06:26

本發明涉及一種三維電極耦合鐵碳微電解汙水處理工藝,屬於環保
技術領域：
。
背景技術：
：高級氧化技術(Advancedoxidationprocess,AOPs)主要用於高濃度難降解類有機汙染物的新技術。其主要特點是(1)產生大量非常活潑的羥基自由基(·OH)，並產生大量鏈式反應；(2)·OH能無選擇性的直接與廢水中的汙染物反應，甚至礦化為二氧化碳和水，不產生二次汙染物；(3)反應可以在常溫常壓下進行，能單獨進行處理也可以與其他反應結合。根據其使用的氧化劑及條件不同，一般分為芬頓、類芬頓氧化、光化學和光催化氧化法、超聲氧化、電化學氧化法等。其中三維電極和鐵碳微電解技術均屬於高級氧化技術範疇。鐵碳微電解是當將鐵屑和碳顆粒浸沒在酸性廢水中時，由於鐵和碳之間的電極電位差，廢水中會形成無數個微原電池。這些細微電池是以電位低的鐵成為陽極,電位高的碳做陰極,在含有電解質的水溶液中發生電化學反應。反應的結果是鐵受到腐蝕變成二價的鐵離子進入溶液。由於二價及氧化後的三價鐵離子有混凝作用,它與汙染物中帶微弱負電荷的微粒異性相吸,形成比較穩定的絮凝物而去除。一般也可以加入適當比例的粉末狀銅或鉛，這樣可以提高電極電位，促進反應的進行。三維電極，又叫粒子電極(particleelectrode)或床電極(bedelectrode)，它是在傳統二維電解槽電極間裝填粒狀或其它碎屑狀工作電極材料並使裝填進的工作電極材料表面帶電，成為新的一極(第三極)，在工作電極材料表面能發生電化學反應。與二維電極相比，三維電極反應器的反應區域不再局限於電極的簡單表面上，而是在整個三維空間進行，極大的提高了面體比，且因粒子間距小，物質傳質效果得到改善，反應進程大大縮短，因而具有較高的電流效率和單位時空產率。三維電極目前的研究主要集中在三個方面：一個是三維電極新型電極材料的製備與創新，以及三維電極填料粒子的材料探索、製備；二是三維電極結構方面的優化探索創新；三是將三維電極嘗試應用在越來越多不同類型的廢水的處理上的探索，以及將三維電極與越來越多其它的傳統處理技術或是新型技術的結合。三維電解耦合鐵碳微電解是將三維電極和鐵碳微電解技術有機的結合起來，最大程度發揮兩個優勢的同時，相較這兩種技術的單獨使用有更大的利用效率。對於一些難降解有機物、高COD、高NH3-N、高含鹽量的廢水，傳統的生化處理難以達標，同時對進水的要求較高。而在可生化性較好的條件下，傳統的生化處理能更好的淨化汙水，三維鐵碳微電解技術可以大程度的提高汙水的可生化性，改善汙水水質，在結合後期生化處理的條件下，對難處理的汙水有很好的處理效果，具有廣泛的前景和經濟利益。技術實現要素：本發明的目的是針對現有技術處理高濃度難降解有機廢水的不足，分別結合電極氧化法和鐵碳微電解技術，參考三維電極的方法，提供一種三維電極鐵碳微電解汙水處理工藝。本發明所述工藝採取的處理系統包括直流穩壓數字電源、物化反應裝置、不鏽鋼板、石墨板、鐵碳填料、蠕動泵自循環裝置、循環汙水管連接頭、電源線、汙水循環管、汙水出口；物化反應裝置內部兩邊分別設置不鏽鋼板和石墨板，並分別連接電源的正負極；不鏽鋼為正極,石墨為負極；兩電極板之間放置鐵碳填料；鐵碳粒徑8-10㎜,兩條汙水循環管一頭連接蠕動泵自循環裝置的汙水管連接頭,另一頭通入物化反應裝置。本發明所述工藝步驟如下:(1)調節物化反應裝置中的正極不鏽鋼和負極石墨板的間距4-10㎝；(2)將鐵碳填料裝入物化反應裝置中，鐵碳粒徑8-10㎜；(3)調節待處理廢水的PH值,使PH值為5-7；(4)打開蠕動泵自循環裝置,啟動電源,設置電壓8-12V,使有機廢水常溫常壓下進行物化反應,反應時間1.5-3h。處理裝置中的正極不鏽鋼,負極石墨和鐵碳填料構成三維電極系統,在蠕動泵自循環裝置的作用下，汙水的均質程度以及汙水中溶解氧含量得到有效提升以滿足反應需要，同時汙水被充分攪拌並且在電場中停留一定時間，其中部分汙染物在電極極板上被直接電解氧化，大部分汙染物質被電極極板表面以及微電極粒子表面電解產生的強氧化物質，如羥基自由基等氧化後降解，還有一部分汙染物質被電極置換氧化，以及鐵碳填料吸附和鐵化合物絮凝沉降去除。最佳反應條件：對COD的去除而言，最佳的反應電壓為12V,初始pH值為5，板間距為10cm,反應時間為2h20min；對NH3-N的去除而言，最佳的反應電壓為8V,初始pH值為7，板間距為6cm,反應時間為2h20min；對提高可生化性B/C而言，最佳的反應電壓為12V,初始pH值為5，板間距為4cm,反應時間為2h20min。本發明的有益效果：使用預先燒結成型的鐵碳材料，而不是自行按比例配置，使用方便，運行穩定可靠，損耗低，可定期投加，此外填料價格便宜；可根據汙水中汙染物的成分特點，控制電流大小與停留時間，從而取得更有針對性的處理效果；在同時降解汙水中氮、難降解有機汙染物的同時，對水中懸浮物、水的色度也有較好的處理效果，出水清澈，無懸浮物，反應器產生汙泥量少，能較大程度提高汙水C/N比、B/C比，較大程度降低後期生化處理難度。電極與鐵碳微電解填料組成三維電極，較單獨使用電極或者微電解，電極加強了微電解的效率，微電解填料也提高了電場效率和電流作用區域的面積。電流強度、反應器停留時間均可以單獨控制，可針對汙水的性質，合理的調整，起到優化效率和經濟利益的目的。反應形成大量的強氧化基團，以羥基(·OH)為代表，產生一系列的鏈式反應降解水中汙染物的同時，電解也產生大量的鐵離子，可通過共沉澱去除汙水中的磷，也可通過絮凝沉澱進一步去除汙水中雜質。預成型的填料投加方便，操作簡單，價格便宜，產生的汙泥少，降低了二次汙染的程度。附圖說明圖1為本發明所述工藝所使用的三維鐵碳微電解汙水處理裝置結構示意圖；圖中:1.直流穩壓數字電源2.物化反應裝置3.不鏽鋼板4.石墨板5.鐵碳填料6.蠕動泵自循環裝置7.循環汙水管連接頭8.電源線9.汙水循環管10.汙水出口↓表示汙水加入。具體實施方式結合附圖說明如下:本發明所述工藝採取的處理系統結構包括直流穩壓數字電源、物化反應裝置、不鏽鋼板、石墨板、鐵碳填料、蠕動泵自循環裝置、循環汙水管連接頭、電源線、汙水循環管、汙水出口；物化反應裝置內部兩邊分別設置不鏽鋼板和石墨板，並分別連接電源的正負極；不鏽為正極,石墨為負極；兩板之間放置鐵碳填料；鐵碳粒徑8-10㎜,兩條汙水循環管一頭連接蠕動泵自循環裝置的汙水管連接頭,另一頭通入物化反應裝置。處理裝置中的正極不鏽鋼,負極石墨和鐵碳填料構成三維電極系統,在蠕動泵自循環裝置的作用下，汙水的均質程度以及汙水中溶解氧含量得到有效提升以滿足反應需要，同時汙水被充分攪拌並且在電場中停留一定時間，其中部分汙染物在電極極板上被直接電解置換氧化，大部分汙染物質被電極極板表面以及微電極粒子表面電解產生的強氧化物質，如羥基自由基等氧化降解，還有一部分汙染物質被電極置換氧化，以及鐵碳填料吸附和鐵化合物絮凝沉降去除。汙水處理前後情況對比如下表。裝置處理廢水為高濃度難降解有機廢水,經測試，其水質情況大致如下：項目CODBODNH3-N含量(mg/L)29100138.2410本系統對於汙染物含量越高的廢水處理效果越好，一般生物法及其它處理法處理高濃度難降解有機廢水難度較大，但對於電化學法處理時，因為其含有的電解質和金屬離子複合物等會使其導電性能更好，所以越有利於發揮裝置性能，節省外加電場電能的消耗。處理後的廢水水質：可生化性B/C提高：280/1260-138.2/29100＝21.8％。當前第1頁1&nbsp2&nbsp3&nbsp