CN103449574B - 一种废水处理系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供的废水处理系统，包括：反应槽体，包括入水口和出水口，所述入水口和出水口分别设于所述反应槽体侧壁的上端；电解装置，包括正极板、负极板和电源，所述正极板和负极板设于所述反应槽体内，所述电源电性连接于所述正极板和负极板；电解供气系统，包括曝气管和空气泵，所述曝气管设于所述反应槽体的底部，所述空气泵外接于所述反应槽体；催化材料，装填于所述反应槽体内；所述反应槽体由绝缘分隔板分隔成多个反应槽体，且相邻两个反应槽体之间设有联通管，水通过所述联通管从其中一个反应槽体进入相邻的另一反应槽体。在通电的情况下，所述的相邻两个反应槽体之间具有互感电场，有效地提高了系统整体的电催化氧化效率，并可有效地降低工作能耗。

Description

一种废水处理系统

技术领域

本发明属于废水的净化领域，尤其涉及一种废水深度处理系统。

背景技术

节约资源和保护环境是我国的一项基本国策。“十二五”期间，全国城市污水处理回收利用率要达到10%的目标，每年可节约新鲜水资源70多亿m³，这可有效地缓解我国，尤其是干旱地区水资源短缺的问题，因此废水回用具有重要的现实意义。

目前全国总的污水排放量是700多亿吨，全国再生水的用量只有16.6亿m³，仅占全国废/污水排放量的2%，距离10%的目标相差很远。因此要完成这一目标不仅取决于国家政策的引导、市场水价的调整等宏观调控因素，更需要高效、清洁、投资省、运行成本低的可靠废水深度处理与回用技术的实际应用，因此再生水未来投资空间十分广阔。

再生水是指城市生活污水及生产废水等经过预处理及生化法处理后达到排放标准的排放水，再经进一步的处理后，达到某一用途的水质标准，如工业冷却用水、城市园林景观灌溉等而回用于该生产过程的潜在水资源。但在废水达标处理过程中，原污/废水中的母体化合物已经发生了显著的变化，不仅体现在化合物的组成、性质上发生变化，而且其分子形态与尺寸大小都有显著的不同。因此，在深度处理中继续以生化法为主要净化工艺，则往往对COD（化学耗氧量）等关键控制水质指标的去除效率很低。目前再生水的处理技术常见的有膜技术、MBR法、Fenton试剂氧化法、光催化氧化法等，或与其他物化方法，如絮凝、过滤等的组合工艺。但这些组合工艺不仅存在处理流程长、占地面积大、运行成本高等具体问题；同时在处理过程中会产生大量的污泥。这些污泥含水率高，处理成本高，尤其是含有I类污染物的污泥更是如此。污泥的直接排放或污泥管理不当就使得处理污水的污水处理厂成为新的环境污染源，现已引起社会各界的高度关注，也成为目前废水处理过程中亟待解决的新问题。

而现有的废水流化床电催化氧化深度处理反应器，在传统废水电解处理技术的基础上，在电解池中添加了电解催化剂，使得对较低浓度难降解废水的处理效果与处理效率得到大幅度的提高；与目前的废水三维电解技术相比，该技术采用的是流化床而非固定床，催化剂失活与结垢风险大大降低。由于催化剂对DO的催化活性强且催化剂的机械稳定性优良，在处理过程中污染物几乎都被完全降解且本身不易粉化，所以该技术与传统电解及三维电解技术的最大区别是其处理过程清洁、无或少污泥产生。多种生产废水的现场试验结果显示，该技术系统对生活污水处理系统的出水、印染废水生化系统出水及炼油厂生化处理系统出水等的深度处理具有设备容积效率高、处理效果好、低或无污泥产生、出水水质稳定、运行成本低、能耗小，自动化程度高、操作简单，及与原有的水处理系统兼容性好等诸多技术优点。

但是，经过多家污/废水处理厂的现场长期试验研究及用户实践调查，发现在整体结构上仍需优化，以满足用户处理水量的波动要求。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种废水处理系统，该废水处理系统高效、能耗低、综合处理低廉、且处理过程清洁、无或少污泥产生。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种废水处理系统，包括：

反应槽体，包括入水口和出水口，所述入水口和出水口分别设于所述反应槽体侧壁的上端；

电解装置，包括正极板、负极板和电源，所述正极板和负极板设于所述反应槽体内，所述电源电性连接于所述正极板和负极板；

电解供气系统，包括曝气管和空气泵，所述曝气管设于所述反应槽体的底部，所述空气泵外接于所述反应槽体；

催化材料，装填于所述反应槽体内；

所述反应槽体由绝缘分隔板分隔成多个反应槽体，且相邻两个反应槽体之间设有联通管，水通过所述联通管从其中一个反应槽体进入相邻的另一反应槽体。

优选地，所述多个反应槽体的容积相同。

优选地，所述联通管为三通管。

优选地，所述入水口设置有中心进水管与阀，所述入水口可分别向各个反应槽体供水。

优选地，所述正极板和负极板分别设于所述反应槽体的两侧，所述曝气管设于所述反应槽体的底端。

优选地，所述反应槽体由PP板或PVC板加工形成。

优选地，装填于所述反应槽体内的催化材料占每个反应槽体容积的30%-60%。

与现有技术相比，在本发明的废水处理系统中，所述反应槽体由绝缘分隔板分隔成多个反应槽体，且相邻两个反应槽体之间设有联通管，水通过所述联通管从其中一个反应槽体进入相邻的另一反应槽体。一方面，当生产负荷不饱和时，可选择性地使用其中一个或几个反应槽体，从而降低能耗；另一方面，工作过程中，当有水通过相邻的两个反应槽体之间的联通管时，所述联通管具有盐桥效应，且在通电的情况下，所述的相邻两个反应槽体之间具有互感电场，改变了单池工作时在相同电极条件下电场强度的空间分布格局，从而有效地提高了系统整体的电催化氧化效率，并使得最佳工作电压下降，有效地降低了工作能耗。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1所示为本发明具体实施例中提供的废水处理系统的结构示意图。

具体实施方式

现有的单池式废水处理系统不能满足用户处理水量的波动要求，且其能耗及整体的电催化氧化效率有待优化。

鉴于现有技术中存在的上述问题，本发明揭示了一种废水处理系统，包括：

反应槽体，包括入水口和出水口，所述入水口和出水口分别设于所述反应槽体侧壁的上端；

电解装置，包括正极板、负极板和电源，所述正极板和负极板设于所述反应槽体内，所述电源电性连接于所述正极板和负极板；

电解供气系统，包括曝气管和空气泵，所述曝气管设于所述反应槽体的底部，所述空气泵外接于所述反应槽体；

催化材料，装填于所述反应槽体内；

所述反应槽体由绝缘分隔板分隔成多个反应槽体，且相邻两个反应槽体之间设有联通管，水通过所述联通管从其中一个反应槽体进入相邻的另一反应槽体。

优选地，所述多个反应槽体的容积相同。

优选地，所述联通管为三通管。

优选地，所述入水口设置有中心进水管与阀，所述入水口可分别向各个反应槽体供水。

优选地，所述正极板和负极板分别设于所述反应槽体的两侧，所述曝气管设于所述反应槽体的底端。

优选地，所述反应槽体由PP板或PVC板加工形成。

优选地，装填于所述反应槽体内的催化材料占每个反应槽体容积的30%-60%。

本发明所揭示的的废水处理系统，所述反应槽体由绝缘分隔板分隔成多个反应槽体，且相邻两个反应槽体之间设有联通管，水通过所述联通管从其中一个反应槽体进入相邻的另一反应槽体。一方面，当生产负荷不饱和时，可选择性地使用其中一个或几个反应槽体，从而降低能耗；另一方面，工作过程中，当有水通过相邻的两个反应槽体之间的联通管时，所述联通管具有盐桥效应，且在通电的情况下，所述的相邻两个反应槽体之间具有互感电场，改变了单池工作时在相同电极条件下电场强度的空间分布格局，从而有效地提高了系统整体的电催化氧化效率，并使得最佳工作电压下降，有效地降低了工作能耗。

为了使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

参图1所示，本发明揭示了一种废水处理系统，包括：

反应槽体1，包括入水口2和出水口3，入水口2和出水口3分别设于反应槽体1侧壁的上端。反应槽体1优选设置成矩形体，采用PP板或PVC板加工而成。当然，反应槽体1的形状可以设置成其他形状，例如圆柱体。

电解装置，包括正极板4、负极板5和电源6，正极板4和负极板5设于反应槽体1内，电源6电性连接于正极板4和负极板5。在本发明优选实施例中，正极板4、负极板5均为石墨电极板，当然，此处的石墨电极板可用316L不锈钢板替代。多个石墨电极板在反应槽体1内沿从左到右的方向以一定的间隔排布，并按照正负极交互式方法与配置的电源6的正负极输出端电性连接，电源6优选为直流电源。正极板4和负极板5垂直于反应槽体1的底板。在实际应用中，由于反应槽体1体积的限制，正极板4和负极板5可以仅设置为一组，即只有一个正极板4和一个负极板5，并分别设于反应槽体1的两侧。

电解供气系统，包括曝气管7和空气泵8，曝气管7设于反应槽体1的底端，空气泵8外接于反应槽体1，当然，空气泵8也可设置于反应槽体1的间隙内。曝气管7设有多个，且平行分布于反应槽体1的底部，曝气管7优选平行于正极板4或负极板5设置，进一步地，曝气管7优选设于相邻的正极板4和负极板5之间。曝气管7的气孔朝下，防止被反应槽体1内的催化材料颗粒堵住。空气泵8连接于曝气管7，可以为反应槽体11中的负极板5提供氧气以供电活化时产生活性氧物种，同时也为催化材料提供定向循环的动力，进而使得催化材料失活与结垢风险大大降低，催化材料的催化效率得到了很大的提高。电解供气系统还可以包括空气流量计或空气阀等。在其他实施方式中，曝气管7的数量也可仅设置有一个。

催化材料，装填于反应槽体1内。在本发明优选实施例中，催化材料为负载过渡金属的碳基或二氧化硅基颗粒，催化材料中还可以掺杂有二氧化钛。该催化材料既能够从低浓度废水中选择性富集污染物，又具有高度电催化活化性能。在反应槽体1中添加了催化材料，使得对较低浓度难降解废水的处理效果与处理效率得到大幅度的提高。催化材料的装填量占每个反应槽体的容积优选为30%～60%。

在本发明优选实施例中，反应槽体1由绝缘分隔板9分隔成两个反应槽体，分别为第一反应槽体11和第二反应槽体12，且第一反应槽体11和第二反应槽体12之间设有联通管10，水通过联通管10从第一反应槽体11进入相邻的第二反应槽体12。优选地，联通管10为三通管。

实验表明，当有水通过相邻的第一反应槽体11和第二反应槽体12时，联通管10具有盐桥效应，在通电的情况下，第一反应槽体11和第二反应槽体12之间具有互感电场，改变了单池工作时在相同电极条件下电场强度的空间分布格局，从而有效地提高了系统整体的电催化氧化效率，并可有效地降低工作能耗。

在本发明优选实施例中，第一反应槽体11和第二反应槽体12的交接处的上端开设有入水口2，第二反应槽体12右方侧壁的上端开设有出水口3，出水口3优选低于入水口2的高度。第一反应槽体11的下端还可以设有排空口13，排空口13可以在废水处理系统不使用时将第一反应槽体11和第二反应槽体12内的废水排放出去。入水口2、出水口3和排空口13处可分别设有阀门，入水口2还设置有中心进水管（图未示），使得入水口2可分别向第一反应槽体11和第二反应槽体12供水。采用这种中间进水与布水系统，方便两池单独工作时的进水管理，而又不增加管线。

进一步地，第一反应槽体11和第二反应槽体12的容积相同。当然，也可以根据实际需要对第一反应槽体11和第二反应槽体12的大小进行调整，以满足不同类型的工业废水的处理要求。

在使用过程中，当有水通过第一反应槽体11和第二反应槽体12时，联通管10具有盐桥效应，在通电的情况下，相邻的第一反应槽体11和第二反应槽体12之间具有互感电场，改变了单池工作时在相同电极条件下电场强度的空间分布格局，从而有效地提高了系统整体的电催化氧化效率。

本发明所揭示的废水处理系统，在实验室小型实验装置上测定的互感电场的平均电压如下表所示（注：实验装置的有效容积为400mL，每对工作电极间距为2cm，电解池长10cm，共有3对316L不锈钢工作电极。当把其中的一个反应槽体停止供电时，另一个反应槽体对该反应槽体产生感应电压的池内空间分布）：

由上表可以看出，采用本发明所揭示的的废水处理系统，在通电的情况下，第一反应槽体11和第二反应槽体12之间具有互感电场，互感电场最高值达到4.45V。由于互感电场的存在，可有效降低废水处理系统的最佳工作电压，在传统的单池最佳工作电压为9V的基础上，本发明所揭示的废水处理系统的最佳工作电压可降低至6V左右，从而有效地减少了工作能耗与运行成本。

本发明所揭示的废水处理系统，满负荷生产时，开启系统进水泵、电源6、空气泵8，废水即从中心进水管进入，经过流量计计量后，进入到第一反应槽体11，并通过第一反应槽体11联通管10进入到第二反应槽体12中进行电催化氧化处理，两池平均单独反应时间（即水力停留时间）为10min，总反应时间为20min；当生产负荷减半，或者需要进行设备检修而不停工时，可采用单池独立工作的方式，即仅使用第一反应槽体11对废水进行处理，此时，废水即从中心进水管进入到第一反应槽体11进行电催化氧化处理，反应时间为20min，具有灵活操作的优点。

以下结合实施例对本发明提供的废水处理系统10的效果进行详细说明。

实施例1

对炼油废水生化后出水的处理效果分析。

炼油废水属于难降解废水，炼油过程用水量大，排放废水的水质复杂且波动性强。利用处理能力为60L/h的上述废水处理系统，对一家炼油厂废水经过生化后的排放水进行了30天的现场连续运行试验。结果表明：当进水水质指标COD波动变化在80.0-360mg/L之间，平均值220mg/L；氨氮浓度在40.0mg/L左右时，控制反应时间为20min，反应后系统出水的COD低于50mg/L，平均去除率可达80.1%；出水的氨氮浓度低于4mg/L，对氨氮去除率达到90%以上；电解结束时系统的平均产泥量低于每升废水50mg。而且出水水质好且变化平稳，这说明系统对有机物的抗冲击性很好。

实施例2

印染废水生化后出水的处理效果分析。

印染工业用水量大，水质复杂，污染物浓度波动性大。利用处理能力为60L/h的上述废水处理系统，对多家印染废水生化后的排放水进行了3周的现场连续运行试验。实验水的主要水质指标为：进水水质指标COD波动变化在80-120mg/L之间，平均值100mg/L时；色度为40-80，平均值为60。实验时控制反应时间为20min。出水结果表明：该装置对COD的平均去除率仍然可达70%，出水COD低于50mg/L，色度的去除率接近100%；电解结束时系统的平均产泥量低于每升废水60mg。出水水质好且变化平稳，效果良好，可以达到回用水的水质标准要求。

实施例3

生活废水生化处理后出水的深度处理效果分析。

生活废水的产生量目前已经超过工业废水的排放量，成为我国废水处理行业中的主要废水来源，同时它也是今后回用水领域中的最重要的潜在水源。根据目前我国的生活污水排放标准，要求处理后的排放水COD低于50或60mg/L的标准。在江苏省太湖流域要求COD低于50，且氨氮低于5或8mg/L。但这一标准对于一些老的污水处理厂而言，其工艺设计时COD要求低于80或120mg/L，而对氨氮无标准要求。因此该技术适合用于对老污水处理厂的技术改造及今后的废水回用流域。利用处理能力为60L/h的上述废水处理系统，对一家老污水处理厂30天的现场试验，试验水质为：进水水质指标COD波动变化在60-150mg/L之间，平均值105mg/L时；氨氮为20-60mg/L，平均值为40mg/L。实验时控制反应时间为20min。出水结果表明：该装置对COD的平均去除率仍然可达70%，氨氮的去除率接近100%；电解结束时系统的平均产泥量低于每升废水30mg。出水水质好且变化平稳，效果良好，可以达到回用水的水质标准要求。

上述结果说明，本发明的废水处理系统能够广泛应用于不同的废水处理中，而且处理效果好，系统产泥量低，能耗低、过程清洁，综合处理成本低，具有很大的市场前景。

综上所述，本发明所揭示的废水处理系统，不但改变了传统具有一定有效工作面积或容积的单电解池的电催化装置，本发明所揭示的废水处理系统用绝缘材料从中分隔成为两个等面积或等容积的可以独立工作的双反应槽（二者结构完全一致）。当满负荷生产时，采用第一反应槽体11和第二反应槽体12串联的工作方式，总电解反应时间仍为20min（与单池工作时一致），但此时可以有效地提高废水处理的效率，同时减少系统工作的能耗；单独使用第一反应槽体11或第二反应槽体12工作时，电解反应的时间不变，仍为20min，以满足生产负荷减半时或设备检修时单池独立工作、不停工的需要，也相应地减少了50%的能耗。

采用本发明所揭示的具有盐桥效应的两池式废水处理系统，具有氧化效率高、能耗低、单池可独立工作的灵活操作特点，又保持了传统流化床电催化处理技术系统无污泥或少污泥产生的技术优势。

而且多种生产废水的现场试验结果显示，该技术系统对生活污水处理系统的出水、印染废水生化系统出水及炼油厂生化处理系统出水等的深度处理具有设备容积效率高、处理效果好、低或无污泥产生、出水水质稳定、运行成本低、能耗小，自动化程度高、操作简单，且与原有的水处理系统兼容性好等诸多技术优点。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (5)

1.一种废水处理系统，包括：

反应槽体，包括入水口和出水口，所述入水口和出水口分别设于所述反应槽体侧壁的上端；

电解装置，包括正极板、负极板和电源，所述正极板和负极板设于所述反应槽体内，所述电源电性连接于所述正极板和负极板；

电解供气系统，包括曝气管和空气泵，所述曝气管设于所述反应槽体的底部，所述空气泵外接于所述反应槽体；

催化材料，装填于所述反应槽体内；

其特征在于：所述反应槽体由绝缘分隔板分隔成容积相同的多个反应槽体，且相邻两个反应槽体之间设有联通管，所述联通管具有盐桥效应，水通过所述联通管从其中一个反应槽体进入相邻的另一反应槽体，所述隔板和所述正极板、负极板都垂直槽体底面，且隔板垂直所述正极板、负极板设置。

2.根据权利要求1所述的废水处理系统，其特征在于：所述联通管为三通管。

3.根据权利要求1所述的废水处理系统，其特征在于：所述入水口设置有中心进水管与阀，所述入水口可分别向各个反应槽体供水。

4.根据权利要求1所述的废水处理系统，其特征在于：所述反应槽体由PP板或PVC板加工形成。

5.根据权利要求1所述的废水处理系统，其特征在于：装填于所述反应槽体内的催化材料占每个反应槽体容积的30％-60％。