一种多效电化学高级氧化水处理系统与方法与流程

1.本发明涉及水处理技术领域，具体涉及一种多效电化学高级氧化水处理系统与方法。


背景技术：

2.随着科技的进步，化学工业经济的迅速发展，使得人们的生活日新月异，为人类生产生活带来巨大便利的同时，也不断衍生出各类有机污染物。
3.常规的有机污染物可以通过传统水处理技术及方法进行处理，但是需要添加药剂及催化剂，有可能产生较多的污泥固体废弃物，甚至是危险废弃物，在使用传统的处理方法中，由于存在添加的反应物质未完全反应，导致出水中含有残留物质，对下游用水工艺产生一定程度的影响。
4.非常规的有机污染物，有很多是研制开发的新型有机污染物，部分有机污染物有较强的毒性，对常规的生化处理方法极其不利，部分有机废水中掺杂其他工艺废水或生活废水，导致污水具有高碱度、高硬度、氯化物等多种物质，对传统芬顿处理效率有较大程度抑制作用，增加了污水处理难度。
5.针对上述情况，如何实现处理具有高难度降解、高浓度、有毒性的有机废水，且无添加任何化学药剂及催化剂的绿色节能水处理技术，是一项重要的研究任务。
6.电化学水处理技术方法，作为一种环境友好型水处理技术，主要通过消耗电能转换为化学能等形式，随着风力、水力、太阳能等清洁电能技术的突破，电化学水处理技术方法逐渐成为一种低成本的水处理技术方法之一，因此开发了一种多效电化学高级氧化水处理技术。


技术实现要素：

7.针对上述技术背景中的问题，本发明的一个目的在于提供一种多效电化学高级氧化水处理系统。
8.为了实现以上目的，本发明采用的技术方案为：
9.一种多效电化学高级氧化水处理系统，由依次连接的五大单元组成，分别是高级氧化单元、一级混频单元、生化处理单元、二级混频单元、电子水处理单元；
10.所述高级氧化单元包括处于设备壳体内的成对电氧化预处理单元、电芬顿与紫外光耦合高效水处理单元；
11.所述生化处理单元包括生化处理壳体、生物固定床、曝气器；
12.所述电子水处理单元包括电子水处理壳体、电子棒与阴极内壁；
13.其中，所述高级氧化单元的溢流口通过一级混频单元与生化处理壳体底部入口连通，所述生化处理壳体一侧的溢流口通过二级混频单元与电子水处理壳体底部入口连通。
14.进一步地，所述成对电氧化预处理单元包括第一阴极板、第一阳极板。
15.更进一步地，所述第一阳极板的材质为钛基材表面涂覆贵金属涂层的dsa形稳阳
极，长度为300mm、宽度为200mm、厚度为3mm的长方体网状结构；第一阴极板的材质为高锰钢类钢材，长度为300mm、宽度为200mm、厚度为5mm的密实长方体板状结构；第一阳极板与第一阴极板间距为80～120mm，在第一阳极板端施加电压dc 6～36v，电流密度为15～20a/m2，在第一阴极板端接零线。
16.进一步地，所述电芬顿与紫外光耦合高效水处理单元包括紫外光灯管，还包括第二阳极板、感应阳极板。
17.更进一步地，所述第二阳极板的材质为钛基材表面涂覆贵金属涂层的dsa形稳阳极，长度为300mm、宽度为200mm、厚度为3mm的长方体网状结构；感应阳极板的材质为碳钢，长度为300mm、宽度为200mm、厚度为5mm的密实长方体板状结构；第二阳极板与感应阳极板间距为80～120mm，在第二阳极板端施加电压dc 10～30v，电流密度为30～70a/m2，紫外灯光波长为260～280nm。
18.进一步地，所述一级混频单元包括一级管道与混频线圈，所述混频线圈为缠绕在一级管道外侧的电磁感应线圈，所述电磁感应线圈施加频率为20hz～60khz，扫描周期1.2s，实现杀菌效果；采用单根电线电缆≥2mm2，缠绕数量为≥100圈。
19.进一步地，所述二级混频单元包括二级管道与混频线圈，所述混频线圈为缠绕在二级管道外侧的电磁感应线圈，设置为施加以阻垢为主的频率：400hz～60khz，扫描周期1.0s达到阻垢效果；采用单根电线电缆≥2mm2，缠绕数量为≥100圈。
20.进一步地，所述电子水处理单元的具体参数设计为在中心电子棒施加脉冲高压，使其瞬时电压高达10000～20000v的条件，阴极内壁接零线。
21.本发明的另一目的在于，提供如上所述的一种多效电化学高级氧化水处理方法，包括以下步骤：
22.(1)将废水引入高级氧化单元，无需调节废水情况；
23.(2)在高级氧化单元的设备壳体前后端分别设置成对电氧化预处理单元、电芬顿与紫外光耦合高效水处理单元；所述成对电氧化预处理单元包括间隔分布的第一阴极板、第一阳极板，第一阳极板与第一阴极板的间距为80-120mm；所述电芬顿与紫外光耦合高效水处理单元包括紫外光灯管、第二阳极板与感应阳极板，第二阳极板与感应阳极板间距为80～120mm；
24.(3)废水经成对电氧化预处理单元、电芬顿与紫外光耦合高效水处理单元，在第一阳极板端施加电压dc 6～36v，电流密度为15～20a/m2，在第一阴极板端接零线；在第二阳极板端施加电压dc 10～30v，电流密度为30～70a/m2，紫外灯光波长为260～280nm；进行电氧化、光电芬顿氧化反应处理，处理后的废水经溢流口进入一级混频单元；
25.(4)一级混频单元，施加的频率为：20hz～60khz，扫描周期1.2s，在一级混频线圈两端产生反冲高压，实现对废水的杀菌处理，处理后的废水进入生化处理单元；
26.(5)生化处理单元的设备壳体内设置曝气器、生物固定床，不间断曝气，且曝气量为(12～18*进水流量)m3/h，经生化处理后的废水经溢流口进入二级混频单元；
27.(6)二级混频单元，施加的频率为：400hz～60khz，扫描周期1.0s，利用电磁场能量进行水处理，降低结垢倾向，处理后的废水进入电子水处理单元；
28.(7)所述电子水处理单元包括电子水处理壳体、电子棒与阴极内壁，阴极内壁接零线，在中心电子棒施加脉冲高压，使其瞬时电压高达10000～20000v的条件，对废水进行高
效灭菌，废水处理完成后，上清液经溢流口流出。
29.本发明工作原理：
30.1、成对电氧化预处理单元，在阴极、阳极通入直流电(电压≤dc36v)状态下，发生物理化学反应，主要是在电化学作用下，阳极与阴极同时产生成对的氧化性物质，即ocl-和h2o2，从而利用其强氧化性降解有机物；其次阴极附近区域由于生成大量氢氧根离子，会使得成垢离子(钙离子、镁离子)结合水中碳酸根离子，形成碳酸钙、氢氧化镁等晶核附着于阴极上，可以去除污水中的碱度、硬度、氯化物等物质。
31.2、电芬顿与紫外光耦合高效水处理单元，在阳极与阴极通入脉冲直流电(电压≤dc36v)状态下，感应阳极在感应电场作用下，不断溶出fe
2
，与电化学生成的h2o2产生强氧化性物质羟基自由基，其氧化性远大与成对氧化物，从而对难降解和有毒性的有机物进行有效去除，由于增加了感应阳极，能够有效避免因过量投加fe
2
而降低羟基自由基数量，也能够有效降低污泥产量，较大幅度提升电流效率。
32.3、一级混频单元，在施加直流脉冲变频电磁场，利用电磁场能量进行水处理，二级混频利用某种频率下，高电平转入低电平的瞬间，积聚在感应线圈中的能量，由于电路突然关闭，在线圈两端产生反冲高压，使水管中感应的电压瞬间猛增，产生一个很大的瞬间电流，从而进行以杀菌为主的功能，减小因污染物水体引入的微生物对生化处理单元的生物活性造成一定影响。
33.4、生化处理单元，生物固定床中的微生物利用污水中存在的有机污染物或有机物中间体为底物，在曝气器提供好氧环境下进行好氧代谢，经过一系列的生化反应，逐级释放能量，最终以低能位的无机物稳定下来，达到无害化的要求，以便返回自然环境或进一步处理。
34.5、二级混频单元，在施加直流脉冲变频电磁场，利用电磁场能量进行水处理，一级混频利用某种频率下，通过交流感应作用及电离作用，改变水分子结构产生极性水分子，从而能够降低结垢倾向，同时在电场作用下水垢的晶型由方解石型向疏松型的文石型，进行以阻垢为主的功能，减小因水体中成垢离子导致电子水处理单元的阴极内壁结垢的影响。
35.6、电子水处理单元，主要是在施加高压静电电场下，改变细菌的生物场，使其丧失生存条件，从而可以高效灭菌，大幅去除出水中细菌种类及数量，也可减少出水残留的有机污染物及中间产物。
36.与现有技术相比，本发明具有以下优点：
37.本发明中首先进行去除污水中硬度、碱度、氯化物等物质，同时对高毒性有机物进行预氧化处理，提高污水的可降解性和可生化性，其次高效去除水中有机污染物及有机污染物被氧化后的中间体，并进一步提高污水的可生化性；然后是去除水中残留的有机污染物中间体及其他可生物降解物质；最后是高效灭菌，大幅去除出水中细菌种类及数量，也可减少出水残留的有机污染物及中间产物，进一步提高出水品质。
38.本发明中一种多效电化学高级氧化水处理技术，可实现全天候状况下对污水中的有机物、硬度、氯离子等水质指标进行高效去除。是一种无添加任何化学药剂及催化剂的多效耦合水处理技术，采用多种高级氧化法处理高难度降解、高浓度、有毒性的有机废水，可广泛应用于有机废水的净化处理。
附图说明
39.图1为本发明多效电化学高级氧化水处理系统的示意图；
40.图2为本发明电化学高级氧化水处理系统的结构示意图。
41.图中，1、高级氧化单元；2、一级混频单元；3、生化处理单元；4、二级混频单元；5、电子水处理单元；6、第一阴极板；7、第一阳极板；8、感应阳极板；9、生物固定床；10、曝气器；11、电子棒；12、阴极内壁；13、成对电氧化预处理单元；14、紫外光灯管；15、电芬顿与紫外光耦合高效水处理单元；16、一级混频线圈；17、生化处理壳体；18、二级混频线圈；19、电子水处理壳体。
具体实施方式
42.以下实施例用于说明本发明，但不用于限制本发明。实施例中所用的技术手段若为特殊指明，均为常规方法。实施例中涉及到的试剂与耗材若无特殊说明均可从商业途径获取。
43.一种多效电化学高级氧化水处理系统，由依次连接的五大单元组成，分别是高级氧化单元1、一级混频单元2、生化处理单元3、二级混频单元4、电子水处理单元5；
44.所述高级氧化单元1包括处于设备壳体内的成对电氧化预处理单元13、电芬顿与紫外光耦合高效水处理单元15；
45.所述成对电氧化预处理单元13包括第一阴极板6、第一阳极板7；所述第一阳极板7的材质为钛基材表面涂覆贵金属涂层的dsa形稳阳极，长度为300mm、宽度为200mm、厚度为3mm的长方体网状结构；第一阴极板6的材质为高锰钢类钢材，长度为300mm、宽度为200mm、厚度为5mm的密实长方体板状结构；第一阳极板7与第一阴极板6间距为80～120mm，在第一阳极板7端施加电压dc 6～36v，电流密度为15～20a/m2，在第一阴极板6端接零线。
46.所述电芬顿与紫外光耦合高效水处理单元15包括紫外光灯管14，还包括第二阳极板、感应阳极板8。
47.所述第二阳极板的材质为钛基材表面涂覆贵金属涂层的dsa形稳阳极，长度为300mm、宽度为200mm、厚度为3mm的长方体网状结构；感应阳极板8的材质为碳钢，长度为300mm、宽度为200mm、厚度为5mm的密实长方体板状结构；第二阳极板与感应阳极板8间距为80～120mm，在第二阳极板端施加电压dc 10～30v，电流密度为30～70a/m2，紫外灯光波长为260～280nm。
48.所述生化处理单元3包括生化处理壳体17、生物固定床9、曝气器10；
49.所述电子水处理单元5包括电子水处理壳体19、电子棒11与阴极内壁12；
50.其中，所述高级氧化单元1的溢流口通过一级混频单元2与生化处理壳体17底部入口连通，所述生化处理壳体17一侧的溢流口通过二级混频单元4与电子水处理壳体19底部入口连通。
51.在本发明的一实施例中：
52.所述一级混频单元2包括一级管道与混频线圈，所述混频线圈为缠绕在一级管道外侧的电磁感应线圈，所述电磁感应线圈施加频率为20hz～60khz，扫描周期1.2s，实现杀菌效果；采用单根电线电缆≥2mm2，缠绕数量为≥100圈。
53.在本发明的一实施例中：
54.所述二级混频单元4包括二级管道与混频线圈，所述混频线圈为缠绕在二级管道外侧的电磁感应线圈，设置为施加以阻垢为主的频率：400hz～60khz，扫描周期1.0s达到阻垢效果；采用单根电线电缆≥2mm2，缠绕数量为≥100圈。
55.在本发明的一实施例中：
56.所述电子水处理单元5的具体参数设计为在中心电子棒11施加脉冲高压，使其瞬时电压高达10000～20000v的条件，阴极内壁12接零线。
57.多效电化学高级氧化水处理方法，包括以下步骤：
58.(1)将废水引入高级氧化单元1，无需调节废水情况；
59.(2)在高级氧化单元1的设备壳体前后端分别设置成对电氧化预处理单元13、电芬顿与紫外光耦合高效水处理单元15；所述成对电氧化预处理单元13包括间隔分布的第一阴极板6、第一阳极板7，第一阳极板7与第一阴极板6的间距为80-120mm；所述电芬顿与紫外光耦合高效水处理单元15包括紫外光灯管14、第二阳极板与感应阳极板8，第二阳极板与感应阳极板8间距为80～120mm；
60.(3)废水经成对电氧化预处理单元13、电芬顿与紫外光耦合高效水处理单元15，在第一阳极板7端施加电压dc 6～36v，电流密度为15～20a/m2，在第一阴极板6端接零线；在第二阳极板端施加电压dc 10～30v，电流密度为30～70a/m2，紫外灯光波长为260～280nm；进行电氧化、光电芬顿氧化反应处理，处理后的废水经溢流口进入一级混频单元2；
61.(4)一级混频单元2，施加的频率为：20hz～60khz，扫描周期1.2s，在一级混频线圈16两端产生反冲高压，实现对废水的杀菌处理，处理后的废水进入生化处理单元3；
62.(5)生化处理单元3的设备壳体内设置曝气器10、生物固定床9，不间断曝气，且曝气量为(12～18*进水流量)m3/h，经生化处理后的废水经溢流口进入二级混频单元4；
63.(6)二级混频单元4，施加的频率为：400hz～60khz，扫描周期1.0s，利用电磁场能量进行水处理，降低结垢倾向，处理后的废水进入电子水处理单元5；
64.(7)所述电子水处理单元5包括电子水处理壳体19、电子棒11与阴极内壁12，阴极内壁12接零线，在中心电子棒11施加脉冲高压，使其瞬时电压高达10000～20000v的条件，对废水进行高效灭菌，废水处理完成后，上清液经溢流口流出。
65.实施例1
66.针对cod≥2000mg/l，bod5/cod
cr
≤0.3，钙硬度≥400mg/l，总碱度≥300mg/l等水质指标下的有机污染物水体，利用多效电化学高级氧化水处理技术进行处理，污水进入依次连接的五大单元。
67.首先进入高级氧化单元的成对电氧化预处理单元，在施加电压dc6～36v(根据水质自动控制)，电流密度为15～20a/m2的条件下，水流在单元中的流速为5mm/s，利用第一阳极直接氧化及产生的强氧化性物质的间接氧化，对有机污染物进行一定程度的降解，同时去除水中的钙硬度、总碱度等离子；然后经过高级氧化单元的电芬顿与紫外光耦合高效水处理单元施加电压dc30v，电流密度为30～70a/m2(根据水质自动控制)的条件下，紫外灯光波长为260～280nm，水流在单元中的流速为5mm/s，利用清洁高效的电芬顿氧化与紫外光耦合，在阳极表面快速降解有机污染物及前一单元预氧化过程中的有机中间体，在紫外光催化作用下的感应阳极与电化学形成的芬顿体系中，进一步降解有机污染物及矿化小分子有机污染物；最终，高级氧化单元1的出水水质达到cod≤1200mg/l，bod5/cod
cr
≥0.5，钙硬度
≤250mg/l，总碱度≤200mg/l。
68.然后进入一级混频单元2，在施加以杀菌灭藻为主的频率：20hz～60khz，扫描周期1.2s，在高电平转入低电平的瞬间，积聚在感应线圈中的能量，在线圈两端产生反冲高压，使水管中感应的电压瞬间猛增，产生一个很大的瞬间电流，从而进行以杀菌。
69.然后进入生化处理单元3，底部曝气装置不间断曝气，曝气量为(15*进水流量)m3/h，好氧细菌在生物固定床利用有机物生长繁殖，在污水可生化性提高的条件下，进一步生化降解有机污染物，最终生化处理单元3的出水，cod≤200mg/l。
70.然后进入二级混频单元4，在施加以阻垢为主的频率：400hz～60khz，扫描周期1.0s；从而改变水分子结构产生极性水分子，显著提高过饱和度，从而能够降低结垢倾向，最终，二级混频单元2的出水在电场作用下水垢的晶型由方解石型向疏松型的文石型。
71.然后进入电子水处理单元5，施加电压10000～20000v的条件下，改变细菌的生物场，使其丧失生存条件，从而可以高效灭菌，大幅去除出水中细菌种类及数量，细菌总数量≤1
×
105cfu/ml。
72.污染物水体在经过上述多效电化学高级氧化水处理系统的五大单元的出水水质指标达到cod≤200mg/l，钙硬度≤250mg/l，总碱度≤200mg/l，细菌总数量≤1
×
105cfu/ml。
73.本发明中集成对电氧化预处理技术、电芬顿与紫外光耦合高效水处理技术、生化水处理技术、多级混频水处理技术、电子水处理技术为一体。成对电氧化预处理技术，主要是去除污水中硬度、碱度、氯化物等物质，同时对高毒性有机物进行预氧化处理，提高污水的可降解性和可生化性；电芬顿与紫外光耦合高效水处理技术，主要是高效去除水中有机污染物及有机污染物被氧化后的中间体，并进一步提高污水的可生化性；生化水处理技术，主要是去除水中残留的有机污染物中间体及其他可生物降解物质；多级混频水处理技术，主要是有效控制污水中的极性水分子及硬度，减少因暂时硬度及设备结垢问题对水处理效率的影响，同时减少污水中引入的菌种对生化水处理技术的影响；电子水处理技术，主要是高效灭菌，大幅去除出水中细菌种类及数量，也可减少出水残留的有机污染物及中间产物，进一步提高出水品质。
74.以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明的范围内。本发明要求的保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。