專利名稱：一種多級流道式廢水處理裝置及廢水處理方法
技術領域：
本發(fā)明屬于廢水處理技術領域，涉及廢水中有機污染物降解工藝，具體涉及一種多級流道式廢水處理裝置及廢水處理方法。
背景技術：
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。化學成分十分復雜，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峻的問題，處理難度大，出水水質(zhì)很難達標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)設計、改進流程等研制出了各種廢水處理裝置和技術，不斷地有新的方法和技術用于處理焦化廢水，但各有利弊，出水的C0D、氨氮和色度仍 沒有滿意的效果，很難達到國家排放標準。在目前的焦化廢水的處理工藝中，所用設備及處理方法要么占地面積大，要么操作復雜、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，很難達標排放；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物，但操作復雜、處理效率很低、能耗高、離實際應用距離大；另外，近年有學者提出的電化學氧化技術因其能產(chǎn)生強氧化性且工藝簡單、無二次污染受到廣泛關注，但其在應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。本申請人曾研究獲得了一種水處理用油水渣分離裝置，并申請了中國實用新型專利(公告號CN202460199U)。該發(fā)明裝置采用交錯斜板、中央隔板、鍋底沉渣、三層濾網(wǎng)分離等方案來實現(xiàn)動態(tài)水處理自動油水渣分離，該裝置是一個垂直放置的立式罐狀密封容器，容器上部為矩形、下部為倒方錐狀；矩形殼體內(nèi)有隔板將矩形殼體分為大小不同的兩個內(nèi)腔，較大內(nèi)腔中有排油口、廢水入口、及交錯布置的矩形斜板；較小內(nèi)腔中分別有清水出口、矩形密孔濾網(wǎng)板、矩形中孔濾網(wǎng)板及矩形粗孔濾網(wǎng)板；倒方錐狀的罐底槽體下端連接有排渣口。該裝置只能用于油水渣分離，卻無法對有機廢水進行前期降解處理。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對背景技術中所提出的問題及目前已有技術的不足，同時面向大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)實際，提供一種多級流道式廢水處理裝置及廢水處理方法。本發(fā)明采用多級、流道式、電化學氧化技術+催化技術+分離技術相結(jié)合的辦法來處理大量外排的焦化廢水(或其它有機廢水)，最大限度地降低大量外排的焦化廢水(或其它有機廢水)中的C0D、氨氮和色度，并且所述裝置及技術的降解效果好，設備制作簡單、容易維護，處理效率高、運行費用低，同時可連續(xù)高效地循環(huán)運轉(zhuǎn)。本發(fā)明的第一個目的是這樣實現(xiàn)的一種多級流道式廢水處理裝置，該裝置包含一個敞開式流道或溝道，流道或溝道中依次設有多級處理單元，廢水引入后流經(jīng)各處理單元時被降解、分離；
所述處理單元由陽極、陰極、油水渣分離器構(gòu)成；
所述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置，活性炭籃中間由碳棒或金屬導線引出連接至電源正極；所述催化劑是由過渡金屬或過渡金屬與其氧化物的混合物組成；
所述陰極由不銹鋼板或網(wǎng)制作而成，由導線連接至電源負極；
所述油水渣分離器為任何能夠把油、水、渣分離的裝置。如可設置其結(jié)構(gòu)原理類似本發(fā)明人先前獲得的中國實用新型專利(公告號CN202460199U)公開的水處理用油水渣分離器(見附圖2)。優(yōu)選地，所述的多級流道式廢水處理裝置，其中催化劑中所述的過渡金屬為鐵、鍍鉬黑的鐵、銅、猛、鎳、鈦、銀、鑰、鈷、鉬、銀；過渡金屬氧化物為鐵、銅、猛、鎳、鈦、銀、鑰、鈷等的氧化物。優(yōu)選地，所述的多級流道式廢水處理裝置，其中陽極中的催化劑含量為活性炭質(zhì)
量的1% 20%O優(yōu)選地，所述的多級流道式廢水處理裝置，其中所述活性炭顆粒的粒徑為5 60目。
優(yōu)選地，所述的多級流道式廢水處理裝置，其中的流道為平面單層或立體多層。本發(fā)明的第二個目的是這樣實現(xiàn)的
一種采用多級流道式廢水處理裝置處理廢水的方法，將廢水引入多級流道式廢水處理裝置被降解、分離；所述多級流道式廢水處理裝置的結(jié)構(gòu)同實現(xiàn)本發(fā)明第一個目的的技術方案。根據(jù)實際情況(比如廢水處理量、流速等)來調(diào)節(jié)油水渣分離器中交錯斜板、中央隔板、三層濾網(wǎng)的大小以及廢水入口及出口的大小，由此自動把漂浮油渣與沉渣、清水分離，達到處理分離的效果。優(yōu)選地，所述采用多級流道式廢水處理裝置處理廢水的方法，其中所述處理單元中的陰極與陽極間施加直流電，電流密度為5mA/dm2 10A/dm2。優(yōu)選地，所述采用多級流道式廢水處理裝置處理廢水的方法，其中所述處理單元中的陰極和陽極兩部件，它們的截面積充滿流道截面積的30 90%。陽極的體積按照處理的廢水的濃度由用戶來確定，陰極可以是一層或多層不銹鋼網(wǎng)。所述的處理單元“陽極+陰極+油水渣分離器”中的每一個部件都可以從敞開式的流道(或溝道)中取出，隨時進行維護。所述廢水為焦化廢水或其它有機廢水。本發(fā)明在該流道(或溝道)裝置的“基本單元”中是通過多種反應過程協(xié)同作用氧化降解并去除有機污染物的。其廢水處理原理和技術效果如下
(I)電極氧化還原過程
陽極活性炭將有機污染物濃縮、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污染物被電化學氧化降解。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產(chǎn)物，如03，h202、自由基· OH等，都具有極強的氧化性，在催化劑的作用下，它們能把廢水中的幾乎所有有機物(包括苯環(huán))氧化成有機酸或二氧化碳和水。另外，含有N、S、P、As等其它雜原子的有機物，也會被氧化降解為有機酸、無機酸 N2 (氮氣)。其次，在陽極電化學氧化過程中，催化劑中的部分金屬能被氧化為Mn+，Mn+可以和一些有機酸、無機酸反 應生成沉淀物，把污染物去除。陰極一些帶陽離子電荷的有機污染物被還原成不帶電荷的有機物，然后作為中性有機物由廢水的流動(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
的氧化降解原理外，一些難被氧化降解的含有N、S、0、P、As等原子的有機物，N、S、0、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，可把污染物混凝沉淀，然后流經(jīng)本發(fā)明流道中各處理單元的“油水渣分離器”時，被分離掉。本發(fā)明的優(yōu)點
(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物的作用，將有機物在陽極通過催化劑的作用，直接進行氧化降解；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氧化反應技術相比，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、縮短反應時間，提高處理效率和降低處理成本。(2)廢水在“基本單元”中的陽極+陰極上通過電化學催化降解，廢水中的漂浮油渣、沉渣、清水一起流入“油水渣分離器”被分離開來，在該“基本單元”中被自動分離掉漂浮油渣與沉渣后的凈化水，自然流入下一個處理“基本單元”進行下一級的處理。這樣每一個“基本單元”中的流入廢水都要比其上一級的流入廢水更潔凈，這樣不斷往復、多級處理下去，最后能把極濃的廢水都徹底處理干凈。(3)流道(或溝道)裝置的“基本單元”中的陽極(“活性炭陽極籃”)經(jīng)過一段時間的水處理后也許會被堵塞(特別是前面幾級的“基本單元”)；這時，我們可以在被堵塞的“基本單元”中的陽極+陰極端施加高度電壓，使其產(chǎn)生大量氣泡(電解水)，把堵塞的“活性炭陽極籃”沖洗，使該“活性炭陽極籃”又能重復利用。另外，因為有電場力度強吸附作用，上述“活性炭陽極籃”的體積設計，沒有必要把流道(或溝道)堵的太嚴密，以免堵塞流道(或溝道)，便于廢水能夠流動?？傊?，本發(fā)明的流道(或溝道)裝置的“基本單元”中的陽極(“活性炭陽極籃”)、陰極及“油水渣分離器”中的各部件只需簡單維護就行，沒有必要經(jīng)常更換。(4)被氧化降解分離出來的漂浮油渣、沉渣，可以通過焚燒后，余下的金屬氧化物余渣可被再用于催化劑中，這樣既能節(jié)約成本又能達到固體垃圾的循環(huán)回收利用。


圖I為本發(fā)明的多級流道式廢水處理裝置示意圖；其中
10—填充活性炭和催化劑層的活性炭籃陽極，11 一不銹鋼網(wǎng)陰極，12—油水渣分離器。圖2為圖I中的油水渣分離器的原理示意圖，其中
I一排渣口，2—廢水入口，3—斜板，4一清水出口，5—過濾網(wǎng)板，6—隔板，7—排油口，8一檔板，9 一流道或溝道壁。
具體實施例方式本發(fā)明處理焦化廢水(或其它有機廢水)時，讓大批量的焦化廢水(或其它有機廢水)流入上述敞開式的流道(或溝道)裝置中，廢水在流道(或溝道)中流過多個由“陽極+陰極+油水渣分離器”組成的電化學催化氧化降解“基本單元”，每個“基本單元”的陽極與陰極都同時通有電流，陽極是“活性炭陽極籃”，陰極是不銹鋼板(網(wǎng))；電流密度設在5mA/dm2 10A/dm2 (每平方分米5毫安至10安培)。流道(或溝道)裝置中的“基本單元”數(shù)量(即多級處理的“級”數(shù))反應了廢水流過流道(或溝道)被處理的時間，它們是根據(jù)所處理的焦化廢水(或其它有機廢水)的污染物濃度與處理量來設置的，可以為I 無數(shù)個。每個“基本單元”的陽極(“活性炭陽極籃”)、陰極、油水渣分離器的體積大小，也是根據(jù)所處理的焦化廢水(或其它有機廢水)的污染物排放量與濃度來設置。上述參數(shù)的設置要求是能使廢水在流出該流道(或溝道)裝置時，其被處理后凈化水能達到國家嚴格的排放標準的要求。流道(或溝道)的形狀設計可以根據(jù)廢水處理工程的實際場地，設計為平面單層或立體多層，圓形或方形?？捎迷械奶幚沓馗难b。本發(fā)明的廢水處理流程為待處理高濃度焦化廢水(如C0D為3400mg/L)—流道中第一個由“陽極+陰極+油水渣分離器”組成的電化學催化氧化降解“基本單元”一第二個“基本單元”一第三個“基本單元”一…一最后一個“基本單元”一處理后凈化水(處理后COD降至20mg/L以下)。以下通過實施例形式對本發(fā)明的上述內(nèi)容再作進一步的詳細說明，但不應將此理解為本發(fā)明上述主題的范圍僅限于以下的實施例，凡基于本發(fā)明上述內(nèi)容所實現(xiàn)的技術均屬于本發(fā)明的范圍。實施例
設計一種多級流道式廢水處理裝置，該裝置包含一個敞開式溝道，溝道中依次設有多級處理單元，廢水引入后流經(jīng)各處理單元時被降解、分離；所述處理單元由“陽極10、陰極
11、油水渣分離器12”構(gòu)成，(I)陽極10為填充有大顆粒狀的活性炭與催化劑的尼龍網(wǎng)框，其中催化劑是由鍍鉬黑的鐵釘與廢棄的小鐵塊(體積大小不超過Icm3)組成，其含量為活性炭質(zhì)量的15%，活性炭顆粒粒徑為30目)，中間由碳棒或金屬引出的導線連接至電源正極；
(2)陰極11由不銹鋼網(wǎng)制作而成，連接至電源負極(參見附圖I)。(3)油水渣分離器12按照中國實用新型專利(公告號CN202460199U)的原理設計，沒有外殼，外殼一部分為本溝道壁，另一部分為擋板(如與流體方向一致的部分為兩塊擋板)。具體根據(jù)圖2所示，油水渣分離器包括兩塊擋板8、多個斜板3、一塊隔板6、三塊濾網(wǎng)板5，以及排油口 7、排渣口 I、廢水入口 2、清水出口 4，所述擋板8與流道或溝道壁9形成一個上部為矩形、下部為倒方錐狀的封閉空間，矩形空間內(nèi)有一塊自上而下垂直放置的隔板6將矩形空間分為容積大小不同的兩個內(nèi)腔，較大內(nèi)腔的容積是較小內(nèi)腔容積的I. 5-3倍；較大內(nèi)腔中，自上而下分別有排油口 7、廢水入口 2，還有至少六塊交錯排列的、分別固連在其中一塊擋板8及隔板6上的矩形斜板3 ;較小內(nèi)腔中，自上而下分別有清水出口 4、固連在另一塊擋板8及隔板6之間的密孔過濾網(wǎng)板5、中孔過濾網(wǎng)板5及粗孔過濾網(wǎng)板5 ;倒方錐狀空間下端通過流道或溝道壁9形成排渣口 I。 將流速為10噸/天的某焦化廠的焦化廢水(C0D為3400mg/L，偏堿性)引入上述多級溝道式廢水處理裝置中，本溝道的截面積為2M2，本溝道裝置中的“基本單元”的體積大小正好能放入溝道中；本溝道裝置的長度按照廢水的流速，在保證廢水在溝道裝置中的最小反應時間為5h以上的情況下，來設置“基本單元”數(shù)量(本實施例為30個“基本單元”)，在每一個“基本單元”中的陰極與陽極電極間都通過直流電源施加恒定電流(電流密
度約250mA/ dm2,電壓約4 5v)，經(jīng)過該流道30級“基本單元”處理并逐級分離出來的清水，經(jīng)檢測該清水中的COD已降至20mg/L。
權(quán)利要求
1.一種多級流道式廢水處理裝置，其特征在于該裝置包含一個敞開式流道或溝道，流道或溝道中依次設有多級處理的“基本單元”，廢水引入后流經(jīng)各處理“基本單元”時被逐級降解與分離，最后達到徹底凈化； 所述“基本單元”由陽極、陰極、油水渣分離器構(gòu)成； 所述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置，活性炭籃中間由碳棒或金屬導線引出連接至電源正極；所述催化劑是由過渡金屬或過渡金屬與其氧化物的混合物組成； 所述陰極由不銹鋼板或網(wǎng)制作而成，由導線連接至電源負極； 所述油水渣分離器為任何能夠把油、水、渣分離的裝置。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的多級流道式廢水處理裝置，其特征在于催化劑中所述的過渡金屬為鐵、鍍鉬黑的鐵、銅、錳、鎳、鈦、釩、鑰、鈷、鉬、銀；過渡金屬氧化物為鐵、銅、錳、鎳、鈦、釩、鑰、鈷等的氧化物。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的多級流道式廢水處理裝置，其特征在于陽極中的催化劑含量為活性炭質(zhì)量的1% 20%,所述活性炭顆粒的粒徑為5 60目。
4.根據(jù)權(quán)利要求I或2或3所述的多級流道式廢水處理裝置，其特征在于所述流道或溝道為平面單層或立體多層。
5.一種采用權(quán)利要求I或2或3所述多級流道式廢水處理裝置處理廢水的方法，其特征在于廢水被引入該多級流道式廢水處理裝置中通過裝置中設置的多個“基本單元”被逐級降解與分離，最后達到徹底凈化的目的。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述處理廢水的方法，其特征在于所述處理“基本單元”中的陰極與陽極間施加直流電，電流密度為5mA/dm2 10A/dm2。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述處理廢水的方法，其特征在于所述處理“基本單元”中的陰極和陽極兩部件，它們的截面積充滿流道截面積的30 90%。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述處理廢水的方法，其特征在于所述廢水為焦化廢水或其它有機廢水。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種多級流道式廢水處理裝置及廢水處理方法。該裝置針對大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)實際，采用電化學氧化技術+催化技術+分離技術相結(jié)合的辦法來處理焦化廢水(或其它有機廢水)，可以有效、徹底地去除大量外排的焦化廢水(或其它有機廢水)中的氨氮、酚、氰等各種有機污染物，使處理后排放水得到充分凈化，達到國家嚴格排放標準。另外，該方法相比普通化學氧化法及生化法可大大降低處理成本，操作簡單、且可循環(huán)運行，具有很大的實際應用價值。
文檔編號C02F9/06GK102910768SQ201210404949
公開日2013年2月6日 申請日期2012年10月23日 優(yōu)先權(quán)日2012年10月23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