一種活性炭纖維處理含油廢水及其再生方法和裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種活性炭纖維處理含油廢水及其再生方法和裝置，具體來說，本發(fā)明公開的方法是通過一種活性炭纖維氈為陽極、網狀鈦金屬為陰極的電化學反應裝置，實現(xiàn)了含油廢水中油的吸附—電解—脫附與活性炭纖維再生的結合。這種電化學反應裝置由反應器、電動攪拌機及外部連接的穩(wěn)壓直流電源構成。反應器中配置有多組可拆卸的陽極和陰極，以活性炭纖維氈為主體、鈦基金屬氧化物為支撐體共同組成陽極，網狀純鈦金屬為陰極電極，陽極和陰極組由導線交替連接電源，電極的組數(shù)可拆裝增減，可根據(jù)處理的要求調節(jié)電極的組數(shù)。與現(xiàn)有的技術相比，本發(fā)明的方法實現(xiàn)了活性炭纖維電化學處理含油廢水及其原位再生技術的一體化，延長了再生周期，減少了工藝流程和二次污染，操作控制容易，便于工業(yè)化應用。
【專利說明】一種活性炭纖維處理含油廢水及其再生方法和裝置
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及污水處理【技術領域】，具體是一種活性炭纖維處理含油廢水及其再生方法，以及依據(jù)該方法的配套裝置。
【背景技術】
[0002]含油廢水來自石油工業(yè)中石油和油品的加工、提煉、儲存及運輸；機械制造加工過程中產生的冷卻潤滑液、軋鋼水等；運輸工業(yè)中機車廢水、鐵路機務段的洗油罐廢水等，食品工業(yè)、紡織工業(yè)及其他制造業(yè)的廢水中也都含有大量的油，對環(huán)境保護和生態(tài)平衡危害極大。目前對含油廢水處理的技術主要有物理法、化學法、物理化學法及微生物法等。如較為受歡迎的膜分離的物理法雖然無二次污染，效率高，易操作，但膜裝置費用高，膜的清洗也較麻煩；化學法存在二次污染，后期處理麻煩的缺點；生物法則耗時長，不易操作；吸附作為物理化學法中較為主要的方法，其中活性炭纖維較為常用，雖然處理效果較好，但是價格昂貴，再生困難，而且目前熱再生是最為常用的再生技術，但其存在費用高，炭損失較大的缺點。
[0003]近年來，電化學催化氧化法以其電催化氧化系統(tǒng)以電子作為反應物，氧化性極強的羥基自由基作為催化劑，在常溫、常壓的條件下即可進行，處理的效果好、操作簡便易實現(xiàn)自動化、環(huán)境友好等明顯優(yōu)點。人們對電化學氧化技術處理難降解的有機物進行了廣泛地研究，與化學氧化或光化學氧化方法相比，電化學氧化方法的競爭能力主要取決于電極材料和電解池的結構。據(jù)研究，鈦基金屬氧化物涂層電極導電性好，催化性能優(yōu)良，但單獨用金屬或金屬氧化物作為電極使用時，此類方法的電流密度和電解質濃度高，造成水處理費用昂貴，實際應用受到很大的限制。
[0004]活性炭纖維(Activated carbon fiber,ACF),是一種近年來才發(fā)展起來的 新型吸附材料，由于其特殊具備的導電性質，其在環(huán)境電化學中的作用已開始引起人
們的重視。目前活性炭纖維電極已經作為一種新型的氧化電極運用于廢水處理之中，由于活性炭纖維具有導電、吸附性能，其作為電極對有機物具有很強的富集效果，能夠顯著提高電解速度，所以不僅僅在廢水處理上引起了人們的廣泛關注，同時在活性炭材料的再生方面提供了新的思路。但是目前多數(shù)的活性炭材料再生都是取出放置于再生設備中進行再生，不利于實際操作。而且用單一的方法來處理含油廢水時存在多種缺陷:中國發(fā)明專利(ZL 01259205.6)公開了“一種含油廢水的處理裝置”。該裝置使用多種親油性吸附過濾材料結合處理含油廢水，雖然油的去除率達到99%，但是所用的吸附過濾性材料是親油性的，處理一段時間后極易造成孔徑的堵塞，需要不斷的更換吸附過濾材料，工藝較為繁瑣，后期處理較為麻煩；徐志達等(“活性炭纖維處理煉油廢水展望”，工業(yè)水處理，1998，18(2))用活性炭處理煉油廢水，飽和后再用200°C — 500°C的過熱水蒸氣進行脫附再生，雖然處理及再生的效果均不錯，但是處理和再生分別在不同的裝置中處理，工藝繁瑣且能耗較大；中國發(fā)明專利(ZL 03151224.0)公 開了“一種含苯酚廢水的電解氧化處理工藝”。該工藝使用Ti基PbO2為陽極、不銹鋼為陰極處理含苯酚廢水，盡管揮發(fā)酚和COD的去除率分別達到93%和90%,但是其單獨運用金屬電極時，電極易損耗,且電流密度較大,耗能較高；Huang Yaohui等(“Case study on the bioeffluent of petrochemical wastewater by electro-Fentonmethod”, Water Science and Technology, 1999, 39 (10一11))用陽極產生Fe2+和H2O2 的電芬頓方法處理石油化工廢水，雖然取得了較好的效果，但是整個過程對pH值的要求較高，而且還伴隨著電絮凝的反應，產生大量的污泥，嚴重影響了后期的處理。出現(xiàn)上述的種種問題，關鍵原因在于現(xiàn)有的技術中缺乏在同一種裝置種即實現(xiàn)多種廢水處理技術的結合，又可達到活性炭材料再生的設備及方法。

【發(fā)明內容】

[0005]本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有技術缺乏同時實現(xiàn)多種廢水處理技術的結合，又可達到活性炭纖維再生的技術缺陷，提供一種處理與再生一體化運行的活性炭纖維處理含油廢水及其再生方法和裝置。
[0006]本發(fā)明是由下列技術方案實現(xiàn)的:
一種活性炭纖維電化學處理含油廢水及其再生方法，其特征在于該方法是在以包裹在鈦基金屬氧化物上的活性炭纖維氈作為陽極、純鈦金屬作為陰極的電化學反應裝置中完成含油廢水的高效處理和活性炭纖維的再生過程。這種電化學裝置中陽極和陰極組由導線交替連接電源，電極的組數(shù)可根據(jù)處理的要求調節(jié)，從而實現(xiàn)了活性炭纖維電化學處理含油廢水及其原位再生的一體化。
[0007]其具體的實現(xiàn)步驟如下:
(I)將含油廢水間歇的導入反應器中，打開直流電源及攪拌器，進行吸附電解廢水，同時用空氣壓縮機向反應器通入空氣。
[0008](2)出水含油量過高時，將廢水排出，導入再生液，打開直流電源及攪拌器，進行活性炭纖維再生。
[0009](3)再生完成后，排出再生液，再導入含油廢水進行吸附電解處理，反復循環(huán)進行。
[0010]所述的作為陽極活性炭纖維氈支撐體的鈦基金屬氧化物是網狀的。
[0011]所述的陰極為網狀純鈦金屬。
[0012]所述的吸附電解及再生的電流密度均為l(T50mA/m2，電壓均為1(T20V 所述的廢水的pH值為3?10。
[0013]所述的吸附電解含油廢水時，吸附電解的時間為3(Tl20min。
[0014]所述的再生活性炭纖維時，再生時間為3(Tl20min.所述的再生液為5?15g/L的KCl溶液或NaCl溶液的一種或兩種。
[0015]所述的再生液pH值為:T10。
[0016]本發(fā)明的技術方案還包括依照活性炭纖維處理含油廢水及其再生方法專門設計的活性炭纖維處理含油廢水及其再生裝置，包括反應器和設置在反應器上的管口、電動攪拌機，在反應器內設置有多組交替排列的陽極和陰極組，陽極和陰極分別通過導線或極板引入反應器外接直流電源。
[0017]所述的陽極是以包裹在鈦基金屬氧化物上的活性炭纖維氈為陽極，所述陰極為純鈦金屬為陰極。
[0018]所述的鈦基金屬氧化物和純鈦金屬均為網狀結構。[0019]設置在反應器上的管口包括:位于反應器頂部的輔助再生液進水口、排氣口、廢水出水口和位于反應器底部的輔助再生液出水口和廢水進水口。
[0020]本發(fā)明的創(chuàng)新機理如下:
本發(fā)明的方法包含著降解廢水中有機物的直接電氧化和間接電氧化；其中，直接電氧化是廢水中有機物的一部分首先吸附到活性炭纖維電極表面，之后與活性炭纖維電極發(fā)生電子傳遞而被降解，少量部分直接與鈦基金屬氧化物充當?shù)年枠O直接被氧化；而間接電氧化是利用電化學產生的短壽命中間物(溶劑化電子和? OH、O2 ?、HO2 ?等自由基以及Cl2、CIO—和HClO的強氧化性氯化物)來破壞和氧化污染物，大致按一下步驟進行:
(1)液相傳質一污染物從溶液向電極表面遷移(ACF的吸附富集作用)；
(2)電極吸附一污染物吸附在電極表面(ACF的吸附富集作用)；
(3)電極反應——污染物放電(得到或失去電子)生成小分子中間產物、COjPH2O(直接電氧化作用)；
(4)電極脫附一中間產物由電極表面解吸(ACF的再生)；
(5)液相傳質-中間產物由電極表面液層向溶液本體相遷移(ACF的再生)；
(6)化學反應一污染物或中間產物在電極表面附近發(fā)生化學反應(間接電氧化作用)；
(7)新相生成一污染物氧化成CO2和H2O而達到最終除去的目的。
[0021]包括的主要反應有:` 第一、活性炭纖維氈裹著網狀或板狀鈦基金屬氧化物組成陽極上由于放電產生物理吸附態(tài)的羥基自由基(? 0H):
H2O -丨一? OH + H+
第二、鈦陰極上由于氧氣擴散于溶液中，得到電子被還原成過氧化氫(H2O2):
O2 (g) + 2 e + H+ — H2O2
第三、電解質中cr在電催化過程中會產生ci2、cr和HCio等物質協(xié)同氧化有機物: 2C1 — Cl2 + 2e Cl2 + H2O — HClO + Cr + H+
6HC10 + 3H20 — 2C1CV + 4CF + 12H+ + 1/202 t + 6e_
第四、有機物R的去除(最終目標):
R + ? OH (包括 H2O2、O2 ?、HO2 ?、Cl2、ClO-和 HC10) — CO2 t + H2O
再生率的計算:
式中:Q為活性炭纖維初次達到吸附飽和狀態(tài)時的吸附量(mg/g)
Q'為再生后的活性炭纖維達到吸附飽和狀態(tài)時的吸附量(mg/g)
本發(fā)明具備的有益技術效果是:
(1)可調節(jié)電極的組數(shù)，電極安裝調換方便；
(2)以網狀鈦基金屬氧化物固定活性炭纖維氈作為陽極，不僅達到吸附一電化學結合處理含油廢水的效果，同時實現(xiàn)活性炭纖維的原位再生；
(3)所采用的裝置不僅實現(xiàn)活性炭纖維的再生，同時也延長了活性炭纖維的再生周期，極大降低了成本，而且操作控制容易，便于工業(yè)化應用；
(4)裝置抗負荷變動能力強，能夠處理不同濃度的含油廢水及再生不同飽和程度的活性炭纖維，無沉淀生成，減少了工藝流程和二次污染。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0022]圖1是本發(fā)明活性炭纖維處理含油廢水及其再生裝置結構示意圖。
[0023]圖中:1反應器、2再生液進水口、3排氣口、4電動攪拌機、5廢水出水口、6陽極、7陰極、8再生液出水口、9廢水進水口。
【具體實施方式】
[0024]首先結合附圖1給出本發(fā)明中涉及裝置的實施例 裝置實施例1
一種活性炭纖維處理含油廢水及其再生裝置，包括反應器I和設置在反應器I上的管口、電動攪拌機4 (攪拌器 位于反應器底部，圖中未標出)，在反應器I內設置有多組交替排列的陽極6和陰極7組，陽極6和陰極7分別通過導線或者極板引入反應器外接直流電源。
[0025]裝置實施例2
在上述實施例1的基礎上，所述的陽極是以包裹在鈦基金屬氧化物上的活性炭纖維氈為陽極，所述陰極為純鈦金屬為陰極。并且鈦基金屬氧化物和純鈦金屬均為網狀結構。
[0026]裝置實施例3
在上述實施例1或實施例2的基礎上，設置在反應器上的管口包括:位于反應器I頂部的輔助再生液進水口 2、排氣口 3、廢水出水口 5和位于反應器I底部的輔助再生液出水口8和廢水進水口 9。通過特定管口位置的設置，使廢水處理過程采取低位進、高位出，更利于其充分降解；輔助再生液采用高位進、低位出，更便于操作，提高工作效能。
[0027]其次就本發(fā)明的方法部分通過下列實施例做進一步說明 方法實施例4.處理時間對油去除率及活性炭纖維再生的影響
取IOOOml濃度為100mg/L的含油廢水(含有NaCl濃度為0.3mol/L)于反應器中，調節(jié)PH值為6，采用活性炭纖維氈裹著網狀鈦基金屬氧化物為陽極(2組)，鈦網作為陰極(4組)，在攪拌條件下，恒定輸出電流密度為40 mA/m2進行電解120分鐘。如下表I所示的在30、60、90、120分鐘時油的去除率，表明在本發(fā)明方法處理下，120分鐘后油的去除率達到95%。同時本實施例中還進行了在相同的條件下，以相同種類的相同重量的吸附飽和的活性炭纖維氈裹著網狀鈦基金屬氧化物為陽極(2組)，鈦網作為陰極(4組)，再生液含有0.15mo I/L的NaCl濃度進行再生處理，120分鐘后再生達到97%。
[0028]表I不同處理時間吸附電化學處理含油廢水油去除率和活性炭纖維再生的效果
【權利要求】
1.一種活性炭纖維處理含油廢水及其再生方法，其特征是以包裹在鈦基金屬氧化物上的活性炭纖維氈為陽極、純鈦金屬為陰極的反應器中，借助于輔助再生液進行活性炭纖維電化學高效處理含油廢水及其原位再生的一體化。
2.根據(jù)權利要求1所述的活性炭纖維處理含油廢水及其再生方法，其特征是具體的實現(xiàn)步驟如下: 步驟一、將含油廢水間歇的導入反應器中，打開直流電源及攪拌器，進行吸附電解廢水，同時向反應器通入空氣； 步驟二、檢測反應器出水含油量過高時，將反應器廢水排出，導入輔助再生液，打開直流電源及攪拌器，進行活性炭纖維再生； 步驟三、活性炭纖維再生完成后，排出反應器輔助再生液，再次導入含油廢水進反應器進行吸附電解處理； 反復循環(huán)進行。
3.根據(jù)權利要求2所述的活性炭纖維處理含油廢水及其再生方法，其特征是所述的作為陽極活性炭纖維氈支撐體的鈦基金屬氧化物是網狀的。
4.根據(jù)權利要求2或3所述的活性炭纖維處理含油廢水及其再生方法，其特征是陰極為網狀純鈦金屬。
5.根據(jù)權利要求2或3所述的活性炭纖維處理含油廢水及其再生方法，其特征是吸附電解及再生的電流密度均為l(T50mA/m2，電壓均為1(T20V 根據(jù)權利要求2或3所述的活性炭纖維處理含油廢水及其再生方法，其特征是所述含油廢水的PH值為3?10。
6.根據(jù)權利要求2或3所述的活性炭纖維處理含油廢水及其再生方法，其特征是所述的吸附電解含油廢水時，吸附電解的時間為3(T120min。
7.根據(jù)權利要求2或3所述的活性炭纖維處理含油廢水及其再生方法，其特征是所述的再生活性炭纖維再生時間為3(Tl20min.根據(jù)權利要求2或3所述的活性炭纖維處理含油廢水及其再生方法，其特征是所述的輔助再生液為5?15g/L的KCl溶液或NaCl溶液的一種或兩種。
8.根據(jù)權利要求9所述的活性炭纖維處理含油廢水及其再生方法，其特征是所述的輔助再生液pH值為3?10。
9.依照上述任一權利要求所述活性炭纖維處理含油廢水及其再生方法的活性炭纖維處理含油廢水及其再生裝置，包括反應器和設置在反應器上的管口、電動攪拌機，其特征是:在反應器內設置有多組交替排列的陽極和陰極組，陽極和陰極分別通過導線或極板引入反應器外接直流電源。
10.根據(jù)權利要求11所述活性炭纖維處理含油廢水及其再生裝置，其特征是:所述的陽極是以包裹在鈦基金屬氧化物上的活性炭纖維氈為陽極，所述陰極為純鈦金屬為陰極。
11.根據(jù)權利要求12所述活性炭纖維處理含油廢水及其再生裝置，其特征是:所述的鈦基金屬氧化物和純鈦金屬均為網狀結構。
12.根據(jù)權利要求11或12、13所述活性炭纖維處理含油廢水及其再生裝置，其特征是設置在反應器上的管口包括:位于反應器頂部的輔助再生液進水口、排氣口、廢水出水口和位于反應器底部的輔助再生液出水口和廢水進水口。
【文檔編號】C02F1/461GK103435132SQ201310411635
【公開日】2013年12月11日 申請日期:2013年9月11日 優(yōu)先權日:2013年9月11日
【發(fā)明者】楊宇程, 郭建維, 傅寶林, 鐘選斌 申請人:北京中能環(huán)科技術發(fā)展有限公司