專利名稱：水中分解導(dǎo)電廢水中有機成分的方法和設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明的目標是水中分解廢水中有機成分的方法和設(shè)備。所述的方法和設(shè)備可用于分解導(dǎo)電廢液中所含的各種有機物質(zhì)，如分解乙二胺四乙酸(EDTA)或鐵-EDTA(Fe-EDTA)。所述的方法和設(shè)備特別可用于分解放射性廢液的有機成分，例如用來處理在核電廠中的二次循環(huán)蒸汽發(fā)生器去污過程中產(chǎn)生的放射性廢物。
含有有機物質(zhì)的廢液處理，尤其是放射性廢液的處理，對環(huán)境保護提出了一個嚴重問題。除去廢液中的EDTA和Fe-EDTA是特別困難的。采用已知的技術(shù)體系和新發(fā)明的方法來處理廢物都被液體放射性廢物中的EDTA成分所限制，同時EDTA還嚴重地破壞已經(jīng)過處理可最終排放的放射性廢物的穩(wěn)定性。通過將廢液中EDTA成分破壞掉，廢液體積可顯著減少，這可以相當可觀地降低后續(xù)處理和貯存的費用。
含EDTA的非放射性廢液在向環(huán)境中排放前也需要特殊的處理。這使上述種類廢液的貯存成為費用巨大的任務(wù)，同時給環(huán)境帶來沉重負擔。
背景技術(shù)：
已知多種方法可用來降低廢水中的有機成份。
在已知的技術(shù)方法中包括如用例如在德國專利DE1,639,299中所公開的加熱干燥的方法將廢液轉(zhuǎn)化為固體。該方法的缺點是其高昂的費用，該費用是蒸發(fā)廢液中所含水分需要的大量能量造成的。以環(huán)境友好的方式來貯存該過程產(chǎn)生的材料耗資巨大并帶來一些其它的困難。
另外一個已知技術(shù)的方法是采用臭氧分解有機物質(zhì)。如美國專利4,761,208所公開的，該方法涉及到將過氧化氫加入到含有有機物質(zhì)的廢液中。然而，該方法的效率很低，并且，因為殘余的有機自由基無法去除掉-甚至是在加入催化劑改善了臭氧的分解效率時-分解仍是不完全的。該方法的另一個缺點是難于控制。
減少廢水中有機成分的另一個方法是生物分解法。然而，采用該方法不能除去廢液中的EDTA成分，而且，無法降低廢液的滅菌度。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種方法和設(shè)備，其能夠降低，或者在某些條件下能夠除去廢水中的有機成分。本發(fā)明的另一個目的是同時賦予本發(fā)明的有機物去除方法成本效益和環(huán)境友好性。
本發(fā)明的基本思路是在電極和廢液間形成的電弧沿電極表面產(chǎn)生等離子體，其可以熱分解有機物質(zhì)，并且，等離子體所產(chǎn)生的自由基將氧化廢液中所含的有機物質(zhì)。向電極區(qū)域中加入氧化性物質(zhì)能夠促進有機物質(zhì)的分解。
本發(fā)明的目的是一種用來在水中分解廢液中有機成分的方法，包括測量和必要情況下調(diào)節(jié)廢液的pH和/或電導(dǎo)率，在過程中保持最佳的pH和/或電導(dǎo)率，還包括廢液中有機物質(zhì)的部分或全部分解。本發(fā)明的方法主要特征在于將電極浸沒在廢液中，在廢液和浸沒在廢液中的電極間產(chǎn)生并保持電弧，這通過在至少70V的電壓下施加至少為0.5A/cm2電流密度的電流來實現(xiàn)，優(yōu)選采用頻率為至少為10Hz的對稱交流電流；并將廢液中的有機成分分解成水，二氧化碳和氮。根據(jù)該方法的優(yōu)選實施方式，通過預(yù)處理溶液來調(diào)節(jié)廢液的pH和/或電導(dǎo)率。根據(jù)該方法的優(yōu)選實施方案，加入氫氧化鈉作為預(yù)處理溶液來調(diào)節(jié)廢液的pH。根據(jù)另一個優(yōu)選實施方案，將含EDTA的廢液的pH值設(shè)置在8-13。也是根據(jù)一個優(yōu)選實施方案，加入磷酸作為預(yù)處理溶液來調(diào)節(jié)廢液的pH。根據(jù)該方法實施方案的另一個優(yōu)選步驟，加入硫酸鈉作為預(yù)處理溶液來調(diào)節(jié)廢液的電導(dǎo)率。根據(jù)該方法的再一個優(yōu)選實施方案，加入硝酸鈉作為預(yù)處理溶液來調(diào)節(jié)廢液的pH和電導(dǎo)率。為了提高有機成分的分解功效，向廢液中加入氧化劑，優(yōu)選過氧化氫是有利的。向廢液中加入過二硫酸銨或硝酸鈉作為氧化劑也是有利的。
本發(fā)明的另一個目的是一種用于在水中分解導(dǎo)電廢水中有機成分的設(shè)備。該設(shè)備包含一個進料罐，至少一個分解回路(decompositionloop)和一個貯存罐。本發(fā)明的設(shè)備的基本特征為其包含一個含有后分解間歇反應(yīng)器的間歇式分解回路，一個緩沖罐和一個循環(huán)泵，進料罐和貯存罐通過給料泵與所述的間歇式分解回路相連接。所述間歇式分解回路通過調(diào)節(jié)裝置和給料泵與預(yù)處理溶液罐相連，噴射式冷凝器連接在后分解間歇式反應(yīng)器上，其中所述噴射式冷凝器冷凝生成的蒸汽并至少部分地將其回收至間歇式反應(yīng)器中。將電極浸沒在上述間歇式后分解反應(yīng)器中的廢液中，所述電極與電流電源相連，該電源在至少為70V的電壓下以至少0.5A/cm2的電流密度供應(yīng)電流，該電流能夠在廢液和浸沒的電極之間產(chǎn)生并保持電弧，所述電源能產(chǎn)生優(yōu)選頻率至少為10Hz的對稱交流電流。
根據(jù)該設(shè)備的一個優(yōu)選實施方案，通過進料器和給料泵將氧化劑罐與間歇式分解回路相連。
本發(fā)明設(shè)備的另一個優(yōu)選實施方案的特征在于其包含一個額外的連續(xù)流動式分解回路，上述連續(xù)流動式分解回路包含一個主分解反應(yīng)器，一個緩沖罐和一個循環(huán)泵，其中上述的連續(xù)流動式分解回路位于間歇式分解回路和進料罐之間，這樣使連續(xù)流動式分解回路通過調(diào)節(jié)裝置與預(yù)處理溶液罐相連，噴射式冷凝器與主分解反應(yīng)器相連，其中所述的噴射式冷凝器冷凝生成的蒸汽并至少部分地將其回收到所述主分解反應(yīng)器中，而且，其中電極浸沒在主分解反應(yīng)器中的廢液中，所述電極與電流電源相連，該電源在至少70V的電壓下以至少0.5A/cm2的電流密度供應(yīng)電流，該電流能夠在廢液和浸沒的電極之間產(chǎn)生并保持電弧，所述電流電源能產(chǎn)生頻率優(yōu)選為至少10Hz的對稱交流電流。該設(shè)備的另外一個優(yōu)選實施方案的特征在于氧化劑罐通過進料器和給料泵與連續(xù)流動式分解回路相連。
根據(jù)另一個優(yōu)選實施方案，所述間歇式分解回路和連續(xù)流動式分解回路中含有內(nèi)置的過濾器。該設(shè)備的另一個優(yōu)選實施方案的特征在于所述電極與供應(yīng)單相交變電流的電流電源相連。本發(fā)明的再一個優(yōu)選實施方案的特征在于所述電極與供應(yīng)三相交變電流的電源相連。


現(xiàn)在參考附圖更詳細地說明本發(fā)明的方法，其中圖1顯示了本發(fā)明的設(shè)備。
如上所述，本發(fā)明的方法是基于通過在浸沒的電極和廢液間產(chǎn)生的電弧來破壞導(dǎo)電廢液中的有機物質(zhì)的原理。在設(shè)計工業(yè)規(guī)模的設(shè)備前，先通過實驗優(yōu)化工藝參數(shù)。進行了含EDTA的廢水和同樣含有EDTA的放射性廢水的有機成分的分解實驗，以及廢液中“citrox”成分的破壞實驗。我們測定了以下參數(shù)的影響——電極性能材質(zhì)，表面積，橫截面幾何形狀，電極間相對距離。
——廢液性能起始pH，pH變化對EDTA分解速率的影響。
——其它性能電流電源參數(shù)對工藝的影響。
實驗在一個冷卻的玻璃容器中進行，廢液的組成如下Fe 4g/dm3EDTA 21.5g/dm3H3BO332g/dm3NH4OH(25％) 16.5g/dm3N2H4水合物 0.25g/dm3在選擇合適的金屬作為電極時，要考慮以下的要求廢液中可令人接受的有機物分解速率，電極材料在電弧中的損失相對較小，并且還要易于將由于電極溶解進入廢液中的金屬除去。在試驗中我們測試了用鎢、銅、鈦、鎳、不銹鋼和非合金軟質(zhì)鐵制成的電極。采用帶有內(nèi)部水冷和不帶冷卻的電極進行了實驗。在采用單相交變電流時未檢測到冷卻的效果，但當采用三相交變電流時，冷卻可防止電極過熱。
根據(jù)我們的實驗結(jié)果，證實W電極溶解率最大。Cu電極具有一般的溶解率和EDTA分解能力，但當分解完成后難于將銅從溶液中沉淀出來。Ni電極在溶解率和EDTA分解能力上都表現(xiàn)出最佳的結(jié)果，但是與銅相似，只有加入額外的試劑才能將其從溶液中除去。Ti電極溶解緩慢，基本與Ni相當，但其EDTA分解能力明顯較低。不銹鋼和非合金軟質(zhì)鐵的測量值幾乎一致與其它電極相比，它們具有令人滿意的EDTA分解能力且電極溶解率很低。記錄的非合金軟質(zhì)鐵電極的一個顯著優(yōu)點是在操作中溶解的鐵能夠通過堿化作用，與起初含在廢液中的鐵一樣容易地沉淀出來。因為鐵-絡(luò)合物的分解和電極溶解而存在于廢液中的氫氧化鐵充分沉淀出來并易于過濾。表1總結(jié)了每一種電極金屬的EDTA分解速率和相對的電極溶解率(被破壞的EDTA摩爾數(shù)/溶解的電極克數(shù))。
表1

經(jīng)證實，在EDTA分解和廢液的后續(xù)處理兩方面，鐵電極都是最佳的。
作為EDTA分解效力的函數(shù)還測定了浸沒的電極面積的影響。測量在一個體積為250cm3，裝有回流冷凝器的雙層壁玻璃容器中進行。在測量過程中，以0.5cm的步長將兩個直徑為6mm，相對距離1.5cm的軟質(zhì)鐵電極逐漸地浸沒到廢液中。測量范圍是0.5-5cm。在連續(xù)操作中測量電流，溫度和電弧激弧電壓。結(jié)果顯示，電流相對于浸沒的電極面積呈線性比例增長。當浸沒面積值低時，只在電極頂端形成電弧，這導(dǎo)致低電流值。在電流密度低于0.5A/cm2時沒有產(chǎn)生電弧。向廢液中浸沒更多的電極表面沒有顯著增強電弧，卻使沸騰更為劇烈，這造成電弧更為頻繁地中斷并增加了致冷劑的需求。開始形成電弧的最小激弧電壓為70V。
還研究了電極橫截面幾何形狀對EDTA分解效力的影響。我們在1.5cm的相對位置上檢測了圓形和矩形橫截面形狀的電極。圓形橫截面電極的直徑為3mm，5mm和7mm。實驗結(jié)果是較細的針狀電極在EDTA的分解上更為有效。在電極表面上形成更為劇烈和更穩(wěn)定持續(xù)的電弧導(dǎo)致了這一結(jié)果。電極尺寸的選擇還受到其它因素的影響，如成本效率因素，這可能使人優(yōu)選較大尺寸的電極。用矩形橫截面幾何形狀電極的實驗得到相似的結(jié)果，這證實在電極截面的選擇上，橫截面幾何形狀影響較小。
為確定最佳的電極間相對距離還進行了一些測量。我們檢測了如下值的距離14mm、20mm、28mm、40mm和60mm。隨著電極距離的增加，電流從7A下降到5.5A，隨著電極距離的增加，電弧收縮了在60mm時電弧只局限在電極頂端。
采用以上確定的最佳參數(shù)值進行了其它實驗。接下來我們測定了起始pH對EDTA分解速率的影響。起始pH設(shè)定為9。由于我們觀測到在分解過程中溶液pH下降了，并且隨之同時使EDTA分解速率也下降了，于是我們測定了提高起始pH將如何影響反應(yīng)速率。采用NaOH來提高廢液的pH。結(jié)果示于表2中。
表2

結(jié)果表明，隨著起始pH的提高，EDTA分解效力明顯提高，但同時鐵電極的溶解也倍增了。更具說明作用的指標是濃度變化與電極重量損失之間的比率(AC/AM)。該比率升高說明該體系接近最佳工作參數(shù)。在pH＝13時EDTA分解效力最大，但是為了獲得該值必須加入很大量的NaOH并且電弧變得太劇烈使工藝難以控制?？紤]了這些因素，可以斷定在起始pH＝12時EDTA分解效力最佳。廢液pH的變化會顯著影響EDTA分解效力，這在實驗中顯而易見。因此接下來的實驗的一個重要目的就是測定廢液的pH是如何隨時間變化的。測量結(jié)果表明EDTA濃度和pH都隨時間呈指數(shù)變化，并且兩條曲線的形狀非常相似。隨著起始EDTA濃度和起始pH的升高反應(yīng)速率顯著提高。由此可得出結(jié)論為了能夠以經(jīng)濟的方式控制該過程，應(yīng)針對EDTA將廢液逐步進行濃縮，并逐步升高廢液的pH。因為廢液中存在硝酸鹽，電極溶解速率不隨時間升高。
根據(jù)本發(fā)明，直流電流和交變電流均可用來分解廢水中的有機物質(zhì)。采用正弦和方波、單相和三相電流電源在電極上產(chǎn)生電弧進行了實驗。作為模擬，我們采用了300m1通常用于去污的“citrox”，其中含有濃度為50g/L的檸檬酸和50g/L的草酸。使用了0.1mol/L的硝酸鈉來調(diào)節(jié)溶液的電導(dǎo)率和pH。溶液的pH為1.6。以1A/cm2的電流密度進行實驗。實驗結(jié)果示于表3中，其中包含在直流電流、50Hz正弦波交變電流和1000Hz方波交變電流下作為時間函數(shù)的分解效率的值。
表3

實驗表明，除了具有更好的分解效率外，采用交變電流能夠形成比直流電流更為穩(wěn)定、可靠的電弧。
實施例1應(yīng)用本發(fā)明的方法，分解在核電廠第二循環(huán)蒸汽發(fā)生器去污中產(chǎn)生的廢液中的Fe-EDTA成分和其它有機物質(zhì)。廢液的組成和pH如下Fe-鐵離子 3.8g/dm3EDTA 16.5g/dm3H3BO323g/dm3Na+4.22g/dm3
K+0.35g/dm3NO3-3.64g/dm3密度 1.025g/dm3固含量 56.04g/dm3pH 9.10活性物質(zhì)濃度52Cr ＜2543Bq/dm354Mn 58500Bq/dm359Fe ＜846Bq/dm358Co 54100Bq/dm3134Cs 18100Bq/dm3137Cs 34900Bq/dm3110mAg 3450Bq/dm3在兩個體積為220cm3和1200cm3的恒溫玻璃容器中進行實驗。施用的電壓為220V/50Hz，電流為5-8A，溫度為90-95℃。用于實驗的軟質(zhì)鐵電極的直徑為7mm，浸沒深度為2cm。電極間距離在較小容器中為2cm，在較大容器中為4cm。采用環(huán)狀鐵心變壓器向電極逐漸施以額定電壓。通過二氯氧化鋯滴定法來檢測EDTA含量的變化。測定原始廢液和廢液的起始濃度增加兩倍后以及pH升高后原始廢液的EDTA分解速率。表4總結(jié)了實驗結(jié)果。
表4

對比實驗1和3可以清楚地看到在更濃的廢液中EDTA分解效率更高。在三倍濃度的廢液中EDTA的分解速率翻了一番還多。對比實驗1和2得到的結(jié)果可以斷定較大的EDTA的量得到較高的EDTA分解效率。廢液的體積增加五倍，EDTA的分解速率增長至原始廢液(pH保持恒定)的1.7倍。根據(jù)實驗2和4可以表明在堿性環(huán)境中EDTA的分解效率更高。將廢液的pH從9.1提高至12.3，結(jié)果使EDTA的分解速率幾乎增加了一倍。
對廢液活性的測量表明在Fe-EDTA絡(luò)合物的分解過程中，作為調(diào)節(jié)pH和加入過氧化氫的結(jié)果，廢液中的部分錳成分和幾乎全部的銀成分與氫氧化鐵一起沉淀下來。高活性同位素(134Cs，137Cs，58Co，60Co)的濃度保持基本恒定。
實施例2在實驗室規(guī)模的試驗完成后，我們使用較大型的設(shè)備檢測了EDTA分解的性能，目的是為設(shè)計工業(yè)規(guī)模的復(fù)雜設(shè)備來分解有機成分收集更多的數(shù)據(jù)。
為了提高EDTA分解效率，增加了電極的數(shù)量。其結(jié)果是產(chǎn)生出更為均勻的電場，并能提高對電極施加的電壓。系統(tǒng)耗用電流的提高要求使用三相體系以獲得更平衡的電源負載。所述系統(tǒng)包括與2dm3的反應(yīng)器相連的緩沖罐。廢液在緩沖罐和反應(yīng)器間通過預(yù)冷裝置采用離心泵來回循環(huán)。在進入反應(yīng)器前，向循環(huán)的廢液中加入過氧化氫。通過連接在反應(yīng)器上的回流冷凝器使廢液體積保持恒定。
在該過程當中，使用了9個正方網(wǎng)格電極，有三個電極連接在每一個電源相位上。相鄰電極間距離為4cm。相鄰電極連接在不同的電源相位上，因而電極間的電壓最大。試驗的廢液與實施例1中的組成相同。起始pH0＝9.0。穩(wěn)態(tài)操作的溫度為97℃，每個電極的電流為9-10A，每個電源相位的電流為27-30A。以20cm3/hour的流速加入濃度為30％的過氧化氫溶液。實驗結(jié)果示于表5。
表5

對比放大實驗與實驗室規(guī)模的實驗所得到的結(jié)果，可得出結(jié)論在相同時間段內(nèi)，當使用了三相電流并注入過氧化氫時分解所需求的能量和最終的EDTA濃度(CFEDTA)均比實驗室規(guī)模的實驗要低得多。實驗表明隨著廢液的體積增加-這增加了EDTA的量，分解EDTA的比能量需求會下降。
實施例3根據(jù)實驗室中實驗的結(jié)果，采用圖4所示的設(shè)備，分兩個階段進行450m3廢液中有機物質(zhì)的分解。在第一個階段中將廢液濃縮并進行對EDTA的主分解。硼酸成分限制了對廢液的進一步濃縮。加入過氧化氫加強了EDTA的分解。在第一階段中，應(yīng)用連續(xù)流動式分解反應(yīng)器除去了70-75％原有的EDTA成分。
在第二階段中，采用間歇式反應(yīng)器來分解EDTA，最終去除EDTA的去除度為96.5％。向緩沖罐中加入NaOH提高了第二循環(huán)中的EDTA分解速率。
通過離心機除去在EDTA分解過程中沉淀得到的氫氧化鐵漿液。
EDTA分解過程中采用的參數(shù)為電壓 380V電流 3×350A處理時間 4000小時所需能量 1-1.2GWh鐵電極損失 600-800KgNaOH 5000-5500KgH2O210-12m3實施本發(fā)明方法的設(shè)備參見圖1。
該設(shè)備包含一個連續(xù)流動式分解回路16和一個間歇式分解回路17。在連續(xù)流動式分解回路16中，主分解反應(yīng)器6，緩沖罐5，過濾器9，進料器12和循環(huán)泵10彼此間通過導(dǎo)管相連。連續(xù)流動式分解回路16的緩沖罐5通過調(diào)節(jié)裝置18和給料泵4與進料罐1相連。預(yù)處理溶液罐2也是通過給料泵與調(diào)節(jié)裝置18相連接的。連續(xù)流動分解回路16的進料器12通過給料泵4與氧化劑罐3相連。電極浸沒在配有溢流管14的主分解反應(yīng)器6中。主分解反應(yīng)器6的內(nèi)部與冷凝器13相連?？梢詫⒗淠?3中冷凝的水排掉，或者再循環(huán)到緩沖罐5中。主分解反應(yīng)器6的電極與供應(yīng)對稱交流電流的電源相連。
間歇式分解回路17的結(jié)構(gòu)與連續(xù)流動式分解回路16相同。間歇式分解回路17包含后分解間歇式反應(yīng)器7，緩沖罐5，過濾器9和進料器11，其與貯存罐8通過導(dǎo)管相連。間歇式分解回路17的緩沖罐5與連續(xù)流動式分解回路16的緩沖罐5相連，而該間歇式分解回路17的進料器11通過給料泵4與氧化劑罐3相連。冷凝器13連接在間歇式反應(yīng)器7上，在其中冷凝的水部分或全部地再循環(huán)到該間歇式反應(yīng)器7中。
現(xiàn)在更詳細地說明本發(fā)明設(shè)備的操作。
通過一個間歇操作的給料泵將待處理的廢液從廢液罐進料給進料罐1。通過一個液位檢測器來操作給料泵，以防止進料罐1過量填注或排空。廢液一進料到進料罐1中，給料泵4就將其進料到調(diào)節(jié)裝置18中，在這里，通過給料泵4，加入從預(yù)處理溶液罐2中供給的預(yù)處理溶液，將廢液的pH和電導(dǎo)率調(diào)節(jié)至由試驗確定的最佳值。可以使用氫氧化鈉、氫氧化鉀或氫氧化鋰作為預(yù)處理溶液。然后將預(yù)處理溶液進料到連續(xù)流動式分解回路16的緩沖罐5中。采用現(xiàn)有技術(shù)中的測量和控制系統(tǒng)來調(diào)節(jié)進入緩沖罐5中的流體體積?，F(xiàn)在關(guān)閉閥門20，打開閥門21，通過循環(huán)泵10，經(jīng)由過濾器9，將廢液進料到進料器12中。過濾器9除去廢液最初含有的或在調(diào)節(jié)廢液的pH和/或電導(dǎo)率過程中生成的固體物質(zhì)。在進料器12中，以給定的計量率和在前面實驗中確定的精確流量向廢液中供給氧化劑。氧化劑可以是有機物或者無機物以及二者的組合。過氧化氫水溶液，過二硫酸銨，次氯酸鈉，過氧化苯甲?；蛩鼈兊幕旌衔锟梢杂米餮趸瘎?。也可以在無氧化劑的條件下進行有機成分的分解。
廢液離開進料器12后，循環(huán)泵10將其進料到主分解反應(yīng)器6中。在主分解反應(yīng)器6中，與電流電源19相連的電極浸沒在廢液中。在主分解反應(yīng)器6中，廢液被電流加熱至最佳溫度并且在電極與廢液間形成電弧。當然可以用其它方法將廢液預(yù)熱。在廢液和電極間形成的電弧將廢液中的有機成分分解，并使液體沸騰。在該反應(yīng)器中生成的水蒸汽進入冷凝器13中，并在此冷卻。然后將冷凝水部分或全部地再循環(huán)到主分解反應(yīng)器6中?？梢酝ㄟ^設(shè)定閥門22和23打開的相對程度來調(diào)節(jié)再循環(huán)的冷凝水的百分比。降低再循環(huán)的冷凝水的百分比甚至到零，可以設(shè)定廢液的最佳有機物濃度。
通過循環(huán)泵10使廢水在連續(xù)流動式分解回路16中連續(xù)地循環(huán)，這樣使廢液通過主分解反應(yīng)器6的溢流管14供給到緩沖罐5中。緩沖罐5中的液位通過調(diào)節(jié)供給和排放流體的比例，或者使冷凝液回流來設(shè)定以在體系中獲得穩(wěn)定的、最佳的濃度。如果廢液的質(zhì)量流量與進入和排出罐的各質(zhì)量流量相等，則廢液具有最佳濃度。達到最佳濃度后，打開閥門24使廢液經(jīng)由緩沖罐5的溢流管進料到間歇式分解回路17中。在間歇式分解回路17中，當關(guān)閉閥門25打開閥門26時，通過循環(huán)泵10，經(jīng)由過濾器9和進料器11將廢液進料到后分解間歇式反應(yīng)器7中。過濾器9和進料器11的作用與它們在連續(xù)流動式分解回路中的對應(yīng)物相同。廢液經(jīng)過溢流管15從間歇式反應(yīng)器7流回到緩沖罐5中。一旦所述間歇式分解回路17的緩沖罐5通過連續(xù)流動分解回路16的溢流管14注滿，該過程即在間歇式分解回路17中開始。
后分解間歇式反應(yīng)器7及其電極和電流電源在結(jié)構(gòu)上與主分解反應(yīng)器6中的那些相同。在間歇式反應(yīng)器7中，廢液與浸沒的電極間產(chǎn)生的電弧將廢液剩余的有機成分分解，并使液體沸騰。在該反應(yīng)器中產(chǎn)生的水蒸汽在冷凝器13中冷卻。通過閥門27將冷凝水部分地再循環(huán)，其余的通過閥門28排出。在間歇式反應(yīng)器7中，有機物質(zhì)的分解在最佳的有機物濃度下進行。為使有機物濃度保持恒定，隨著有機物質(zhì)分解的持續(xù)進行和有機物質(zhì)量的下降，也要從體系中排掉部分冷凝水以降低水的量。
間歇式回路工作至達到所需的有機物分解度為止。
實驗表明在連續(xù)流動式分解回路16中有機物分解度可以達到70-75％，在間歇式回路中可提高到96.5％。延長操作可以進一步提高該方法的效率。
或者，該過程可以將廢液只在一個單獨的分解回路(間歇式回路)中循環(huán)來進行。單回路法可以主要用來分解不含EDTA的廢水中的有機成分。在該情況下，有機物質(zhì)分解效率較低。
附圖標記列表1 進料罐2 預(yù)處理溶液罐3 氧化劑罐4 進料泵5 緩沖罐6 主分解反應(yīng)器7 間歇式反應(yīng)器8 貯存罐9 過濾器10 循環(huán)泵11 進料器12 進料器13 冷凝器14 溢流管15 溢流管16 連續(xù)流動式分解回路17 間歇式分解回路18 調(diào)節(jié)裝置19 電流電源20 閥門21 閥門22 閥門23 閥門24 閥門25 閥門26 閥門27 閥門28 閥門
權(quán)利要求
1.水中分解廢水中有機成分的方法，該方法涉及對廢液的pH和電導(dǎo)率的測量和必要條件下的調(diào)節(jié)，在過程中保持最佳的pH和/或電導(dǎo)率，并進一步涉及該廢液有機成分的全部或部分分解，該方法的特征在于將電極浸沒在廢液中，通過在至少70V的電壓下施加至少0.5A/cm2電流密度的電流和施加優(yōu)選具有至少10Hz頻率的對稱交流電流，在電極和導(dǎo)電廢液間產(chǎn)生并保持電?。辉摲椒ㄟM一步的特征在于將廢液的有機成分分解為水，二氧化碳和氮。
2.權(quán)利要求1的方法，其特征在于通過預(yù)處理溶液來調(diào)節(jié)廢液的pH和/或電導(dǎo)率。
3.權(quán)利要求2的方法，其特征在于加入氫氧化鈉作為預(yù)處理溶液來調(diào)節(jié)廢液的pH。
4.權(quán)利要求3的方法，其特征在于含有EDTA的廢液的pH設(shè)定為8-13。
5.權(quán)利要求2的方法，其特征在于加入磷酸作為預(yù)處理溶液來調(diào)節(jié)廢液的pH。
6.權(quán)利要求2的方法，其特征在于加入硫酸鈉作為預(yù)處理溶液來調(diào)節(jié)廢液的電導(dǎo)率。
7.權(quán)利要求2的方法，其特征在于加入硝酸鈉作為預(yù)處理溶液來調(diào)節(jié)廢液的pH和電導(dǎo)率。
8.權(quán)利要求1-7中任意一項的方法，其特征在于向廢液中加入氧化劑來促進有機物質(zhì)的分解。
9.權(quán)利要求8的方法，其特征在于加入過氧化氫作為氧化劑。
10.權(quán)利要求8的方法，其特征在于加入過二硫酸銨或硝酸鈉作為氧化劑。
11.用于水中分解導(dǎo)電廢水有機成分的設(shè)備，其包含進料罐，至少一個分解回路和一個貯存罐，其特征在于其包含間歇式分解回路17，后者含有后分解間歇式反應(yīng)器7，緩沖罐5和循環(huán)泵10，而進料罐(1)和貯存罐(8)通過給料泵(4)與該間歇式分解回路(17)相連，其特征還在于所述間歇式分解回路(17)通過調(diào)節(jié)裝置(18)和給料泵(4)與預(yù)處理溶液罐(2)相連；噴射式冷凝器(13)與間歇式反應(yīng)器(7)相連，其中所述噴射式冷凝器(13)冷凝生成的蒸汽并至少部分地將其回收到所述間歇反應(yīng)器(7)中，電極浸沒在所述間歇式反應(yīng)器(7)中的廢液中，其中電極與電流電源(19)相連，該電源能在至少70V的電壓下以至少0.5A/cm2的電流密度供應(yīng)電流，該電流能夠在電極和廢液間產(chǎn)生并保持電弧，所述電流電源(19)優(yōu)選能夠產(chǎn)生頻率至少為10Hz的對稱交流電流。
12.權(quán)利要求11的設(shè)備，其特征在于氧化劑罐(3)通過進料器(11)和給料泵(4)與間歇式分解回路(17)相連。
13.權(quán)利要求12的設(shè)備，其特征在于其包含另外的連續(xù)流動式分解回路(16)，該連續(xù)流動式分解回路(16)包含主分解反應(yīng)器(6)，緩沖罐(5)和循環(huán)泵(10)，其中所述的連續(xù)的流動式分解回路(16)位于間歇式分解回路(17)和進料罐(1)之間，以使該連續(xù)流動式分解回路(16)通過調(diào)節(jié)裝置(18)與預(yù)處理溶液罐(2)相連，噴射式冷凝器(13)與主分解反應(yīng)器(6)相連，其中所述的噴射式冷凝器(13)冷凝產(chǎn)生的水蒸汽并至少部分地將其回收到所述主分解反應(yīng)器(6)中，并且，電極浸沒在所述的主分解反應(yīng)器(6)的廢液中，所述電極與電流電源(19)相連，該電源能在至少70V的電壓下以至少0.5A/cm2的電流密度供應(yīng)電流，該電流能夠在電極和廢液間產(chǎn)生并保持電弧，所述電流電源(19)優(yōu)選能夠產(chǎn)生頻率至少為10Hz的對稱交流電流。
14.權(quán)利要求13的設(shè)備，其特征在于氧化劑罐(3)通過進料器(12)和給料泵(4)與連續(xù)流動式分解回路(16)相連。
15.權(quán)利要求11-14中任意一項的設(shè)備，其特征在于間歇式分解回路(17)和/或連續(xù)流動式分解回路(16)包含內(nèi)置的過濾器(9)。
16.權(quán)利要求11-15中任意一項的設(shè)備，其特征在于電極與供應(yīng)單相交變電流的電流電源(19)相連。
17.權(quán)利要求11-15中任意一項的設(shè)備，其特征在于電極與供應(yīng)三相交變電流的電流電源(19)相連。
全文摘要
本發(fā)明的目的是水中分解廢水中有機成分的方法和設(shè)備，涉及對廢液的pH和電導(dǎo)率的測量和必要條件下的調(diào)節(jié)，在過程中保持最佳的pH和/或電導(dǎo)率，并進一步涉及該廢液有機成分的部分或全部分解。所述設(shè)備包含進料罐，至少一個分解回路，和一個貯存罐。本發(fā)明的方法的特征在于將電極浸沒在廢液中，在電極和導(dǎo)電廢液間產(chǎn)生并保持電弧，其中的電弧由至少70V的電壓下電流密度至少0.5A/cm
文檔編號C02F1/46GK1533364SQ02814452
公開日2004年9月29日 申請日期2002年7月16日 優(yōu)先權(quán)日2001年7月17日
發(fā)明者I·施雷梅, P·蒂基, I 施雷梅 申請人:G·I·C·公司, G I C 公司