一种多维电芬顿装置及利用其处理工业污水的方法
【专利摘要】本发明涉及一种多维电芬顿装置及利用其处理工业污水的方法，多维电芬顿装置包括反应器壳体、进水管、出水管，反应器壳体内设有多个依次连通的反应室，电芬顿装置还包括设置在各反应室内的电芬顿单元，各电芬顿单元包括电源、正极、负极和设置在正极与负极之间的填料，正极由多个正极板并联构成，负极由多个负极板并联构成，同一电芬顿单元内的正极板与负极板之间交替且相对地设置，多个反应室内的电芬顿单元的电源相串联，填料包括由铁碳合金构成的第一填料。采用本发明的电芬顿装置和方法来处理污水，有效解决了电极表面容易沉积硫化铁和有机积炭的不足，污水处理效果提高，特别是对于高难度有机废水的处理效果增强，此外，电耗降低，处理成本降低。
【专利说明】一种多维电芬顿装置及利用其处理工业污水的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种特别适于高浓度、有毒有机废水的降解处理的多维电芬顿装置及采用该装置处理工业污水的方法。
【背景技术】
[0002]电芬顿法是利用电化学方法持续产生Fe2+和H2O2，两者产生后立即作用而生成具有高活性的羟基自由基，使有机物得到降解。传统的电芬顿装置采用的是二维电极，即阳极和阴极，存在传质效果差，电流效率低以及能耗高等缺点。三维电极电芬顿法则是在传统电芬顿法基础上提出来的一种新型处理方法，其将粒子电极(通常由铁构成)引入到电芬顿体系中，增大了工作电极的表面积，改善了传质效果，大幅提高了电流效率和单位时空效率。然而，现有的三维电极电芬顿装置仍然有很多不足，具体如下:
[0003](1)在工作一段时间后电极表面很容易沉积有机积炭，当处理含硫废水时，还容易沉积硫化铁沉淀，严重影响了处理效果和效率；
[0004](2)现有的虽然处理效果和能耗相较传统电芬顿法有所改善，但是仍然不理想；[0005](3)电芬顿装置在处理废水的过程中放出大量的热，随着工作时间的延长，装置内的温度不断上升，而一旦温度超过55°C，双氧水会蒸发，导致产生的羟基自由基量减少，使装置失去强氧化作用，无法工作或者处理效果非常差；
[0006](4)电芬顿处理对于污水pH的要求是介于2~4之间，而随着电芬顿处理的进行，废水的PH值会不断升高，因此，最好能够对装置内的废水的pH值进行实时检测和控制，然而普通的PH计受到装置内较强电流的干扰而无法获得准确的pH数值。
【发明内容】
[0007]本发明所要解决的技术问题是克服现有电芬顿装置电极表面容易沉积硫化铁和有机积炭、污水处理效果和效率较低，能耗高的不足，提供一种改进的电芬顿装置。
[0008]本发明同时还提供一种采用改进后的电芬顿装置进行污水处理的方法。
[0009]为解决以上问题，本发明采取的一种技术方案如下:
[0010]一种多维电芬顿装置，包括反应器壳体、进水管、出水管，所述反应器壳体内设有多个依次连通的反应室，所述电芬顿装置还包括设置在各反应室内的电芬顿单元，各电芬顿单元包括电源、正极、负极和设置在正极与负极之间的填料，正极由多个正极板并联构成，负极由多个负极板并联构成，同一电芬单元内的正极板与负极板之间交替且相对地设置，所述多个反应室内的电芬顿单元的电源相串联，所述填料包括由铁碳合金构成的第一填料。
[0011]优选地，所述铁碳合金中铁的含量小于等于35wt%。更优选地，铁碳合金中铁的含量在5wt%~35wt%之间，当选择该铁碳合金作为填料时，既保证了芬顿反应所需要的足够铁离子，又不至于使铁离子过量而产生硫化铁沉淀。最优选地，铁碳合金中铁的含量在IOwt%~25wt%之间。所述的第一填料可以为板状或粒状，优选为粒状。[0012]优选地，所述的填料还进一步包括第二填料，第二填料可以为选自活性炭颗粒、硅藻土、沸石中的一种或多种的组合。第二填料具有较强的吸附能力，可以吸附污水中的污染物，增加污染物与芬顿试剂的接触面积和接触时间，减少污水的传质效应，提高反应效率，节约运行成本。
[0013]优选地，每个相对设置的正极板和负极板之间都设有所述填料。
[0014]根据本发明的一个优选方面:所述电芬顿装置还包括用于将污水在各个反应室之间循环的内循环装置。利用该内循环装置可以使污水不断循环，加强传热效果，保证反应均匀性。根据一个优选方面，内循环装置包括两端部分别与最外侧的两个反应室分别连通的循环管道和设置在循环管道上的循环泵。
[0015]进一步优选地，所述的电芬顿装置还包括冷却装置，以确保整个电芬顿系统的温度始终处于较低水平。根据一个优选方面，所述冷却装置包括水箱、设置在水箱上方的冷却风扇、用于将水箱分别与进水管和出水管连通的第一管道和第二管道。
[0016]根据本发明的又一优选方面:所述的电芬顿装置还包括用于对污水的pH值进行检测和调节的pH检测和调节装置，pH检测和调节装置包括pH计和设置在pH计的探头外周的金属等电位护套。优选地，PH计的探头插入上述的第一管道或第二管道或循环管道中。金属等电位护套的设置使得PH计能够屏蔽系统内电流对于pH计探头的干扰，确保pH计所获得的数据的准确性。
[0017]进一步地，所述正极板和负极板可以是本领域常规的那些，没有特别限制，例如正极板可以为铁板、钛镀铱或石墨板，负极板可以为石墨板。
[0018]本发明采取的又一技术方案是:一种工业污水的处理方法，其包括采取上述的多维电芬顿装置对污水进行处理的步骤，具体条件如下:
[0019](I)向每个负极板处通入空气或氧气；
[0020](2)实时检测污水的pH值，当污水pH值超过设定范围时，向其中加入酸调节pH直至处于设定范围内；
[0021](3)使污水在各个反应室之间不断循环，且循环的流量是电芬顿装置处理量的2~6倍；
[0022](4)使从电芬顿装置出水管排出的污水的一部分经过冷却装置冷却后重新进入进水管，回到电芬顿装置中。
[0023]进一步地，上述⑵中，所述pH值的设定范围通常为2~4，根据实际处理的污水的不同可以设置具体的值。
[0024]进一步地，上述(4)中，所述的一部分通常为排出污水流量的15%~30%。
[0025]本发明上述装置中没有提到但必要的结构可采用电芬顿装置的常规设置方式来设置。本发明上述方法中没有提及的条件通常为电芬顿法处理污水所采用的常规条件。
[0026]由于以上技术方案的采用，本发明与现有技术相比具有如下优势:
[0027]采用本发明的电芬顿装置和方法来处理污水，有效解决了电极表面容易沉积硫化铁和有机积炭的不足，污水处理效果提高，特别是对于高难度有机废水的处理效果增强，此外，电耗降低，处理成本降低。
【专利附图】
【附图说明】[0028]图1为根据本发明的多维电芬顿装置的结构示意图；
[0029]图2为根据本发明的多维电芬顿装置的电极分布图；
[0030]图3为根据本发明的多维电芬顿装置的pH检测装置的结构示意图；
[0031]其中:1、反应器壳体；2、进水管；3、出水管；4、隔板；5、电芬顿单元；50、正极板；51、负极板；52、填料；60、内循环泵；61、循环管道；70、水箱；71、冷却水泵；72、第一管道；73、第二管道；74、冷却风扇；8、pH检测装置;80、pH计;800、探头;81、金属等电位护套；9、硫酸加药装置。
【具体实施方式】
[0032]以下结合附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明。应理解，这些实施例是用于说明本发明的基本原理、主要特征和优点，而本发明不受以下实施例的限制。实施例中采用的实施条件可以根据具体要求做进一步调整，未注明的实施条件通常为常规实验中的条件。 [0033]参见图1至图3，本例的多维电芬顿装置主要包括反应器壳体1、进水管2、出水管
3、四个电芬顿单元、内循环装置、冷却装置以及pH检测和调节装置。反应器壳体I通过隔板4分割成独立的四个反应室，相邻二个反应室在顶部或底部相连通，污水自进水管2依次经过四个电芬顿单元完成处理后从出水管3排出。
[0034]本例中，各个电芬顿单元5包括电源、由多个正极板50并联构成的正极、由多个负极板51并联构成的负极和设置在每个正极板50与负极板51之间的填料52。同一电芬顿单元5内的正极板50与负极板51之间交替且相对地设置，四个电芬顿单元5的电源相串联。填料52为粒状，由铁碳合金构成。铁碳合金中铁的含量优选小于等于35wt%，更优选为20wt%~ 35wt%。本例中，正极板为铁板,负极板为石墨板。正极板与负极板之间间距设为5~IOcm0
[0035]内循环装置用于将污水在整个电芬顿系统内进行不断循环，内循环装置包括内循环泵60和与所述最外侧的两个反应室分别连通的循环管道61。冷却装置用于污水的冷却，其包括水箱70、冷却水泵71和用于将水箱70与进水管2和出水管3分别连通的第一管道72和第二管道73、设置在水箱70上方的冷却风扇74。
[0036]所述pH检测和调节装置包括pH检测装置8和pH调节装置。pH检测装置8进一步包括pH计80和设置在pH计80的探头800外周的金属等电位护套81。pH计80的探头插入第二管道73内。pH调节装置包括硫酸加药装置9，硫酸加药装置9的加药管与进水管2连通。硫酸加药装置9与pH计80的控制装置连接，在pH值超过设定值时，硫酸加药装置9打开，开始滴加硫酸调节pH，当pH重新回到设定范围内时，硫酸加药装置9关闭，停止滴加。
[0037]采用本发明装置对进行污水处理的部分条件如下:
[0038](I)向每个负极板处通入空气；
[0039](2)实时检测污水的pH值，当污水pH值超过4时，向其中加入硫酸调节pH ；
[0040](3)使污水在各个反应室之间不断循环，且循环的流量是电芬顿装置处理量的3倍;
[0041](4)使从电芬顿装置出水管排出的污水20%经过冷却装置冷却后重新进入进水管，回到电芬顿装置中。
[0042]其他未注明条件参照电芬顿常规处理条件。
[0043]应用实例:分别采取传统装置和本发明装置对威特双甘膦废水进行处理，结果参见表1。
[0044]表1
[0045]
【权利要求】
1.一种多维电芬顿装置，包括反应器壳体、进水管、出水管，其特征在于:所述反应器壳体内设有多个依次连通的反应室，所述的电芬顿装置还包括设置在各所述反应室内的电芬顿单元，各所述电芬顿单元包括电源、正极、负极和设置在所述正极与负极之间的填料，所述的正极由多个正极板并联构成，所述的负极由多个负极板并联构成，同一所述电芬顿单元内的所述正极板与负极板之间交替且相对地设置，所述的多个反应室内的电芬顿单元的电源相串联，所述的填料包括由铁碳合金构成的第一填料。
2.根据权利要求1所述的多维电芬顿装置，其特征在于:所述反应器壳体内设有隔板，所述隔板将所述的反应器壳体分割成所述的多个反应室，相邻二个反应室在顶部或底部相连通，每个所述反应室内设置一个所述的电芬顿单元。
3.根据权利要求1所述的多维电芬顿装置，其特征在于:所述的铁碳合金中铁的含量小于等于35wt%。
4.根据权利要求1所述的多维电芬顿装置，其特征在于:所述的填料还包括第二填料，所述第二填料为选自活性炭颗粒、硅藻土、沸石中的一种或多种的组合。
5.根据权利要求1至4中任一项权利要求所述的多维电芬顿装置，其特征在于:每个相对设置的正极板和负极板之间都设有所述填料。
6.根据权利要求1所述的多维电芬顿装置，其特征在于:所述电芬顿装置还包括用于使污水在各个反应室之间循环的内循环装置。
7.根据权利要求1或6所述的多维电芬顿装置，其特征在于:所述的电芬顿装置还包括冷却装置，所述冷却装置包括水箱、设置在所述水箱上方的冷却风扇、用于将所述水箱分别与所述的进水管和出水管连通的第一管道和第二管道。
8.根据权利要求7所述的多维电芬顿装置，其特征在于:所述的电芬顿装置还包括用于对污水的pH值进行检测和调节的pH检测和调节装置，所述pH检测和调节装置包括pH计和设置在所述PH计的探头外周的金属等电位护套。
9.根据权利要求1所述的多维电芬顿装置，其特征在于:所述正极板为铁板、钛镀铱或石墨板，所述的负极板为石墨板。
10.一种工业污水的处理方法，其特征在于:所述处理方法包括采取权利要求1至9中任一项权利要求所述的多维电芬顿装置对污水进行处理的步骤，具体条件如下: (1)向每个负极板处通入空气或氧气； (2)实时检测污水的pH值，当污水pH值超过设定范围时，向其中加入酸调节pH直至处于设定范围内； (3)使污水在各个反应室之间不断循环，且循环的流量是电芬顿装置处理量的2~6倍; (4)使从电芬顿装置出水管排出的污水的一部分经过冷却装置冷却后重新进入进水管，回到电芬顿装置中。
【文档编号】C02F1/467GK103951018SQ201410216293
【公开日】2014年7月30日 申请日期:2014年5月21日 优先权日:2014年5月21日
【发明者】郭大磊 申请人:昆山工研院华科生物高分子材料研究所有限公司