专利名称：一种基于超声作用的内电解废水处理方法和装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种利用超声作用与内电解协同去除水中有机污染物的方法和装置，可以用于处理工业废水和生活污水，尤其是对有色、难生物降解有机污染物的处理。
背景技术：
对于有色、难生物降解的工业废水处理，普通的生物处理往往达不到预期的效果，如印染废水中染料本身有较强的生物毒性，会抑制微生物活性，影响脱色效果。现在通常采用在生物处理前增加预处理的措施。废水进行预处理后可大大改善废水水质，有利于进行下一步处理，最终达到去除污染物的目的。对于难处理的工业废水，预处理工艺是非常重要的，它关系到整个系统的稳定运行和达标排放，同时也涉及到运行成本的高低。因此预处理工艺在印染废水等有色、难生物降解的工业废水处理中是必不可少的关键技术之一。
工业废水生化处理前的预处理技术很多，一般可分为物理方法、物化方法、生化方法三大类。在实际应用中通常根据具体需要多种方法配合使用。
物理预处理方法主要是活性炭、粉煤灰吸附法，以及萃取、蒸馏等方法。物化方法主要有化学絮凝沉淀法、絮凝-氧化法、碱性或酸性水解法、化学氧化法、内电解技术、超声波技术等。生化方法主要有厌氧预处理、高效菌预处理等。这些方法往往都存在着效果较差或者成本较高等不足。
铁屑内电解法是一种集电解、混凝、电絮凝、吸附等多种物理、化学作用于一体的废水处理方法。通过铁屑在水溶液中铁的高电位和其中炭的低电位之间形成电位差，产生无数微小的原电池，电极反应生成的新生态H、Fe2+具有较强的还原能力，可使难降解的环状或带有不饱和键的有机污染物断链，生成相对易降解的有机物，对水中有色物质及难降解有机污染物起到很好的处理效果。铁失去电子后产生的新生态Fe2+有很好的吸附混凝活性，能有效地去除水中的有机污染物和胶体物质。
铁屑中炭含量比较少，为了增加阴极，提高内电解效果，加入活性炭以形成无数微电池和宏观腐蚀电池，形成铁炭内电解。活性炭作为阴极不消耗，可长期使用。铁炭内电解不需外加电流，成本低廉，可起到以废治废的目的，近年来广泛应用于废水处理领域。
但是铁炭内电解长期运行后会在铁屑表面沉积一些氧化、还原产物，阻碍铁阳极的进一步反应，而且使得铁屑之间相互结块，阻塞水的流动，处理效果下降。普通的铁屑内电解都存在反应柱堵塞、铁屑结块、填料更换困难等问题，一般采用通压缩空气反洗、酸再生等方法，但在实际操作中往往比较困难，效果改善不大。因此，需要对内电解方法进行改进，以提高处理效果，解决铁屑结块堵塞的问题。常用的方法有加入活性炭以增加阴极数量，加入铜、氯化铵等催化剂降低铁屑钝化，通过物理化学方法改进铁屑、活性炭的表面性质等。
超声技术是近几年发展起来的一项废水处理新技术，研究者发现某些复杂的有机物能通过超声空化作用得以转化或降解，但超声与内电解协同作用处理工业废水的方法还未见报道。
发明内容
本发明的目的提供一种用于废水处理的超声协同内电解方法和反应装置，它能有效处理废水中难降解有机污染物，并且能够克服反应柱堵塞、铁屑结块等问题。
本发明的技术方案是由反应装置和超声装置组成处理装置，把铁屑、活性炭混合均匀装入反应装置内，待处理的废水由反应装置一端流入，通过铁炭反应，其中的有机污染物得到有效降解。附加的超声装置可以通过超声波的清洗作用，及时清洗铁屑表面的反应产物，有效地防止铁炭床的阻塞结块。一方面，通过超声作用的微射流作用和冲击波损伤使铁屑表面不断得到活化，有效地清洗铁屑表面，进而防止铁屑的锈蚀结块；另一方面，超声产生的H2O2和铁屑反应的Fe2+可以进一步发生芬顿反应，进而加强内电解效果，更重要的是，水声解的其它中间产物包括具有较高能量的HO2、H、OH和e-(aq)，这些极强的还原剂和氧化剂，可能引起次级氧化反应和还原反应。
本发明装置的构造如说明书附图1所示。在反应装置(1)的两端布有进水装置(3)、出水装置(4)，铁屑、活性炭等填料(5)装填在反应装置(1)的下部，填料(5)下部设有不锈钢丝网等支撑装置(6)。超声装置(2)是与超声发生器连接的超声变幅杆。铁屑与活性炭按体积比1∶1～1∶4混和均匀后装填在反应装置(1)内，装填体积为有效空间的1/3～4/5。在反应装置(1)的外部是一个冷却装置(7)，冷却水从却装置(7)的上部进水口(8)进入，从下部出水口(8)流出，以保证反应装置(1)的温度。
本发明的操作过程是被处理的废水从进水装置(3)进入反应装置(1)，在反应装置(1)中与铁、炭填料发生作用，也与超声水解后的一些活性物质发生反应，同时利用超声作用产生的H2O2和铁屑反应的Fe2+可以进一步发生芬顿反应，进而加强内电解效果，处理后的水由出水装置(4)排出，进入下一步的操作单元。超声的附加可以采用连续或间断方式，间断运行采用超声5秒，间歇15秒的方式，超声功率在40-240W的范围内。
本发明的特点在于结构简单，制造成本和运行费用低，操作安全方便。超声内电解废水处理装置中内电解反应为自发进行，以废治废，可同时处理多种有机污染物，作为难生化降解有机污染物废水的预处理手段。反应装置内装填的铁炭在超声波的清洗作用下，及时去除表面的反应产物，有效地防止填料的板结结块。
说明书附图1超声内电解反应装置示意图实施例实施例1酸性橙II偶氮染料模拟废水，初始浓度500mg/L，pH4.03，试验装置为直径25mm的玻璃管反应器。处理水流速为289ml/h，超声功率为220W，超声5秒，间歇15秒，在150min的处理时间内，COD去除率平均为63.40％，最高达69.23％，色度去除率平均为77.19％，最高达80.58％。
实施例2酸性橙II偶氮染料模拟废水，初始浓度250mg/L，pH3.97，处理水流速为291ml/h，超声功率为80W，连续超声，在150min的处理时间内，COD去除率平均为54.49％，最高达72.46％，色度去除率平均为79.40％，最高达81.51％。
实施例3某印染废水，初始COD＝2000mg/L，pH4.03，处理水流速为266ml/h，超声功率为220W，超声5秒，间歇15秒，在150min的处理时间内，COD去除率平均为56.26％，最高达60.33％，色度去除率平均为67.954％，最高达74.23％。
权利要求
1.一种基于超声作用的内电解废水处理方法和装置，具体是在内电解处理的过程中引入低强度超声作用，通过超声的微射流作用和冲击波损伤使铁屑表面不断得到活化，有效地清洗铁屑表面，进而有效地防止铁屑的锈蚀结块；利用超声空化作用促进水中有机物向表面的传递，加速内电解的反应速度，进而加强内电解效果。
2.按照权利要求1所述，反应装置(1)上布有进水装置(3)、出水装置(4)，铁屑、活性炭等填料(5)装填在反应装置(1)的下部，填料(5)下部设有不锈钢丝网等支撑装置(6)，超声装置(2)是与超声发生器连接的超声变幅杆，反应装置(1)下部有不锈钢丝网等支撑装置(6)把填料(5)固定在反应装置(1)内，铁屑与活性炭按体积比1∶1～1∶4混匀后装填在反应装置(1)内，装填体积为有效空间的1/3～4/5。
3.按照权利要求1所述方法，其特征在于，反应装置(1)外部设有循环水冷却装置(7)，循环水冷却装置(7)由上部沿切线方向进入的进水口(8)和下部的出水口(9)组成。
4.按照权利要求2所述，所用铁屑可以是铸铁屑，也可是海绵铁、钢铁、铜、锌、铝或它们的组合，所用活性炭也可以是焦炭、煤、粉煤灰、沸石、稀土、电石渣或它们的组合。
5.按照权利要求2所述方法，其特征在于，超声装置可以是置于上部的超声变幅杆，也可以置于反应器下部，也可以是置于反应器外部的压电式超声装置。
6.按照权利要求1所述，其特征在于，反应装置可以去除水中的色度、有机污染物及铬、镉、铅等重金属物质。
全文摘要
本发明涉及一种基于超声作用的内电解废水处理方法和装置，属于水处理应用领域。该方法利用低强度超声来强化内电解过程，提高处理效果。超声的微射流作用和冲击波损伤及超声过程空化生成的H
文档编号C02F1/34GK1958469SQ20051011745
公开日2007年5月9日 申请日期2005年11月2日 优先权日2005年11月2日
发明者曲久辉, 刘海宁, 李国亭, 刘会娟, 雷鹏举 申请人:中国科学院生态环境研究中心