阅读说明：本技术 一种废水处理方法和装置及系统 (Wastewater treatment method, device and system ) 是由 张泽远 方晓萍 于 2019-09-23 设计创作，主要内容包括：本发明属于废水处理技术领域,具体涉及一种废水处理方法和装置及系统。本发明提供的废水处理方法包括将待处理的废水进行电化学处理,其中所用的阳极材料为贵金属或钛,阴极材料为碳。本发明采用上述阳极材料和阴极材料对废水进行电化学处理,可以更有效地降解废水中的有机污染物,从而能够达到安全排放的要求,因此通常不必配合生化法等后处理方法。本发明方法处理成本低,易于产业化,有明显的环境、社会及经济效益。(The invention belongs to the technical field of wastewater treatment, and particularly relates to a wastewater treatment method, a device and a system. The wastewater treatment method provided by the invention comprises the step of carrying out electrochemical treatment on wastewater to be treated, wherein the used anode material is noble metal or titanium, and the cathode material is carbon. The invention adopts the anode material and the cathode material to carry out electrochemical treatment on the wastewater, can more effectively degrade organic pollutants in the wastewater, thereby meeting the requirement of safe discharge, and generally needing no post-treatment methods such as a biochemical method and the like. The method has low treatment cost, is easy to industrialize, and has obvious environmental, social and economic benefits.)

一种废水处理方法和装置及系统

技术领域

本发明属于废水处理技术领域，尤其涉及含二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺、N－甲基－2－吡咯烷酮、聚乙烯吡咯烷酮、聚乙二醇废水的处理。本发明还涉及处理上述废水的装置及系统。

背景技术

二甲基甲酰胺(DMF)、二甲基乙酰胺(DMAC)、N－甲基－2－吡咯烷酮、聚乙烯吡咯烷酮、聚乙二醇或二甲基亚砜作为性能优良的有机溶剂和主要的精细化工原料，广泛应用于超滤微滤膜生产、染料、合成革工业等。DMF具有生物毒性，排入水体以后抑制微生物活性，严重污染水体；DMF可以经由呼吸道、消化道和皮肤进入体内，也具有一定毒性。因此对含有DMF、DMAC等的废水进行处理是十分必要的。由于废水中部分物质与水有共沸点，造成分离这些成分较为困难。目前国内外对DMF、DMAC、聚乙烯吡咯烷酮等废水处理方法有减压蒸馏法、萃取吸附法、生化法、光催化氧化法、化学法(碱化法)等。一般这些方法不能彻底将水中的有机污染物氧化降解，只能作为预处理方法，不能作为最终的处理方法。同时，这些方法处理成本高，难以推广应用。

此外，尽管现有技术中也报道了一些电化学处理水处理废水的方法，但其尚不能彻底降解水中的有机污染物已达到安全排放的要求，因此这些方法还需要配合生化法等处理方法。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种废水处理方法，包括将待处理的废水进行电化学处理，其中所述电化学处理所用阳极的材料为贵金属或钛(Ti)，所用阴极的材料为碳。

本发明的发明人在大量实践中发现，电极的阳极和阴极分别采用上述材料对废水进行电化学处理，可以更有效地降解废水中的有机污染物，从而能够达到安全排放的要求，因此通常不必配合生化法等后处理方法。

在本发明一些

具体实施方式

中，所述贵金属选自金(Au)、银(Ag)、铂(Pt)、钯(Pd)、锇(Os)、铱(Ir)、钌(Ru)、铑(Rh)中的一种或几种的合金。

在本发明一些具体实施方式中，选用铱或钌作为阳极材料。

本发明选用以上贵金属或钛作为阳极的材料的突出优点是抗氧化性强，钝化速度慢，且在电化学处理废水过程中提高了电化学处理废水的效率。

本发明所述的碳通常是指含有碳元素的物质。

在本发明一些具体实施方式中，作为所述阴极的材料选自炭、石墨、石墨烯、碳纤维、导电改性后或掺杂后金刚石中的一种或几种；或者所述阴极的材料为碳或炭基材料混合物。

在本发明一些具体实施方式中，选用石墨作为阴极材料。

在本发明一些具体实施方式中，所述阴极的表面光滑。

在本发明一些优选具体实施方式中，所述阴极为多层疏松片层结构、多孔结构或为表面粗糙的结构(非平面设计)，这样既增大了电极面积，又可使该阴极上的附着物成非对称沉积，从而有利于污染物的自清洁脱落及人工干预脱落。

本发明意外地发现，在对废水进行电化学处理时选用以上种类的碳作为阴极，并选用以上种类的贵金属或钛作为阳极，可以提高电极活性，提高电化学处理效率，并且能够降低处理成本。特别地，选用以上阳极和阴极可显著减缓电极钝化速度，保持电化学处理的连续性及稳定性。同时选用上述电极材料还便于电极的清洁保养。

通常，本发明在进行电化学处理时，可以在所述阴极与阳极间加载直流电压、交流电压，或可变占空比电压或波形脉冲电电压，以实现对废水的电化学处理。其中较佳的方式是采用直流开关恒流电源供电，这样输入功率稳定，更有利于提高废水处理效率。

为进一步地提高对于废水中有机污染物的处理效率，本发明一些具体实施方式还对电化学处理过程中所使用的电流强度及电压进行了优化，具体如下：每处理1立方米废水所用电流强度范围为：0.1安培(A)至10000安培(A)，电压范围为：0.1伏特(V)至380伏特(V)。在本发明一些具体实施方式中，每处理1立方米废水所用电流强度为150-200安培(例如150、160、190或200安培)，所用电压为30-40伏特(例如30、36或40伏特)。

在本发明一些具体实施方式中，废水处理时间为0.1小时至240小时。对于难处理的水质，其处理时间可以适当延长。

在本发明一些具体实施方式中，所述废水是指含有二甲基甲酰胺(DMF)、二甲基乙酰胺(DMAC)、N－甲基－2－吡咯烷酮、聚乙烯吡咯烷酮、聚乙二醇、二甲基亚砜中的一种或几种的废水(或污水)，例如具体包括超滤微滤膜生产废水、人造革及皮革加工废水、印染废水等。

实验结果表明，在本发明一些具体实施方式中的处理方法尤其对于含有二甲基甲酰胺(DMF)、二甲基乙酰胺(DMAC)、N－甲基－2－吡咯烷酮一种或记几种的废水处理效果更佳。

根据本发明所述方法，在电化学处理过程中，由于对有机污染物的氧化、还原作用，可高效降低被处理水的化学需氧值(COD)。

根据本发明所述方法，在一些具体实施方式的电化学处理过程中，由于对污染物的氧化、还原作用，污染物的氧化物或还原物或其化合物可以产生聚集，或漂浮、或沉淀，通过分离这些聚集物质可进一步降低被处理废水的化学需氧量(COD)。

实验中发现，在本发明一些具体实施方式的电化学处理过程中，污染物的氧化物或还原物或其化合物聚集后仍不可避免地附着在电极(主要是阴极)上，从而造成电极钝化，影响电化学处理效率。针对这一问题，本发明继续进行了深入研究。结果发现，在本发明一些具体实施方式的电化学处理过程中，采用间歇式电化学处理方式可以有效地降低污染物在电极上的附着量，延缓电极钝化。

其中，所述间歇式电化学处理方式是指在上述基本相同的条件下电化学处理(通电)一段时间，然后停止该电化学处理(例如断电)保持一段时间，(再进行在上述基本相同的条件下的电化学处理)，如此反复循环处理，直至将废水处理至所需要求或目标值(例如以COD为指标)。在本发明一些具体实施方式中，所述间歇式电化学处理方式为：在上述基本相同的条件下电化学处理10-100min，停止该电化学处理0.2-20min，如此反复循环处理，直至将废水处理至所需要求或目标值。

本发明还研究发现，在本发明一些具体实施方式的电化学处理过程中，采用上述间歇式电化学处理方式时，在所述电化学处理(通电)及停止该电化学处理(例如断电)的过程中增加将所述阳极、阴极与电源的正负极反接后再进行处理的步骤，即将电源正极切换至与所述阴极相连、将电源负极切换至与所述阳极相连，这样在反向电流的驱动下可以更有效地去除污染物在电极上的附着量，从而进一步延缓电极钝化。在本发明一些具体实施方式的电化学处理过程中，每次所述反接的处理时间为0.5-20min。

在本发明一些具体实施方式的电化学处理过程中，被处理的废水呈基本上静止或基本上稳流的状态。

本发明进一步研究发现，若被处理的废水呈湍流状态可以更有效地降低污染物(包括在电化学处理过程中聚集的颗粒污染物沉淀或漂浮物)在电极(尤其是阴极)上的附着量，延缓电极钝化，并且湍流状态下的废水更有利于提高对有机污染物的氧化效率。

在本发明一些具体实施方式中，待处理的废水呈湍流状态或稳流与湍流交替状态。

可采用现有技术已知技术手段使待处理的废水呈湍流状态，本发明不做特殊限制。

在本发明一些具体实施方式中，待处理的废水中二甲基甲酰胺(DMF)含量为0.01％-1％、二甲基乙酰胺(DMAC)含量为0.1％-8％、N－甲基－2－吡咯烷酮含量为0.01％-5％、聚乙烯吡咯烷酮含量为0.1％-3％、聚乙二醇含量为0.1％-20％，COD为5000-200000mg/L。本发明方法对于这种废水均能够达到优异的处理效果。

在符合本领域常识的基础上，上述各优选条件可以相互组合，即得本发明各较佳实例。

基于上述研究，本发明还提供一种电化学废水处理装置，包括阳极和阴极，其中所述阳极和阴极所用的材料与上文相同。

在本发明一些具体实施方式中，所述废水处理装置的阴极为表面光滑结构。在本发明一些优选具体实施方式中，所述废水处理装置的阴极为多层疏松片层结构、多孔结构或为表面粗糙的结构(非平面设计)，这样既增大了电极面积，又可使该阴极上的附着物成非对称沉积，从而有利于污染物的自清洁脱落及人工干预脱落。

在本发明一些具体实施方式中，所述废水处理装置还包括水流控制搅拌装置或推水器，用于使所述阴极和阳极之间的水流形成湍流。

可以理解，本发明电化学废水处理装置还包括电源，在本发明一些具体实施方式中该电源可提供直流电压、交流电压或可变占空比电压或波形脉冲电压，以实现对废水的电化学处理。在本发明一些优选实施方式中所用电源为直流恒流电源或直流恒压电源。

在本发明一些具体实施方式中，所述电化学废水处理装置还包括污泥刮板收集器，用于收集经电化学处理后上浮的污泥。

在本发明一些具体实施方式中，所述阳极、阴极为平行板电极、柱状电极或管状电极。

有益效果

本发明实施例所用电化学处理方法可彻底氧化分解或分离水中污染物。对于COD为5000-200000mg/L的废水(或污水)，经本发明一些实施例方法处理1-6小时后，其COD可降低为40mg/L或以下，可生化指标提升3倍以上。本发明实施例方法处理成本低，易于产业化，有明显的环境、社会及经济效益。

附图说明

图1表示本发明一具体实施例废水处理方法的流程示意图；

图2表示本发明一具体实施例废水处理流程及所用装置、系统。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例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作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。

在本发明一些具体实施例中，废水处理方法的流程如图1和图2所示，其废水处理过程简述如下：待处理的废水可暂时置于废水调节池中贮存；废水调节池中的待处理的废水经泵提升进入电化学处理池；在该电化学处理池中通过电极的阴极、阳极的电化学处理作用下，该废水中污物被氧化还原，同时聚集起来的颗粒污染物会产生污泥沉淀和/或漂浮物，其中所述污泥沉淀和/或聚集漂浮物分别通过管路排入污泥沉淀池，该污泥沉淀池经过沉淀后其中的上清液泵回到上述废水调节池，该污泥沉淀池的污泥定期排出后进行脱水及无害化处理；该电化学处理池中的被处理废水经一段时间的电化学处理及聚集物沉淀、漂浮物排除后，其COD降低到处理目标值，经设置于该电化学处理池的管道排入清水池，从而排放或回用。

在本发明一些具体实施例中，所提供的电化学废水处理装置如图2(箭头表示水流方向)所示。具体地说，该电化学废水处理装置包括电极，该电极包括阴极7(本实施例中为平行板电极)和阳极8(本实施例中为平行板电极)，所述阴极7和阳极8所用的材料与上文相同。所述阴极7、阳极8各自至少为一个。

其中在一些实施例中，阳极的材料为钌，阴极的材料为石墨；在一些实施例中，阳极的材料为钌，阴极的材料为多孔疏松片层结构石墨；在一些实施例中，阳极的材料为铱，阴极的材料为石墨。

进一步地，在一些实施例中，该阴极为多孔结构或为表面粗糙的结构(非平面设计)，这样既增大了电极面积，又可使该阴极上的附着物成非对称沉积，从而有利于污染物的自清洁脱落及人工干预脱落。

进一步地，在一些实施例中，该电化学废水处理装置还包括水流控制搅拌装置9或推水器9，用于使阴极和阳极之间的水流形成湍流。

进一步地，在一些实施例中，该电化学废水处理装置还包括电源27，该电源可提供直流电压、交流电压或可变占空比电压或波形脉冲电压，以实现对废水的电化学处理。

进一步地，在一些实施例中，该电化学废水处理装置还包括污泥刮板收集器24，用于收集经电化学处理后上浮的污泥。该污泥刮板收集器24可通过本领域所习知的方式进行设置，只要便于收集经电化学处理后上浮的污泥即可。

在本发明一具体实施例中，还提供电化学废水处理系统，其如图2所示。具体地说，该电化学废水处理系统包括上述电化学废水处理装置，其设置于电化学处理池5中，在该电化学处理池5中对废水进行电化学处理。

进一步地，该系统还包括废水调节池1，用于暂时贮存待处理废水2；第一泵3；第一管道4；经该第一泵3和第一管道4将待处理废水2从废水调节池1输送至电化学处理池5；在该电化学处理池5中对废水6进行电化学处理；电化学处理过程中产生的污泥沉淀10通常会自然沉降至电化学处理池5的底部。

进一步地，该系统还包括第二泵11；第二管道12；污泥沉淀池13；经该第二泵11和第二管道12将该电化学处理池5中电化学处理过程产生的污泥10输送至

污泥沉淀池13；该污泥沉淀池13底部为沉淀污泥14，上部为污泥池上清液15。

进一步地，该系统还包括第三泵16；第三管道17；经该第三泵16和第三管道17将该污泥沉淀池13中的上清液15输送至废水调节池1。

进一步地，该系统还包括清水池18，用于贮存电化学处理后的清水19；该清水池18设有排放口20，用于排放处理后的清水；第四管道21，用于将电化学处理池5中处理后的清水输送至清水池18；控制阀22，用于控制第四管道21的开关；污泥***管23，用于排放电化学处理池5的上浮污泥，例如可排放至污泥沉淀池13。

进一步地，该系统还包括阳极连接电线25；阴极连接电线26；电源27。在电处理过程中，所述阳极8通过阳极连接电线25与电源27的正极相连，所述阴极7通过阴极连接电线26与电源27的负极相连。

以下所用废水取自某工厂，该废水中二甲基甲酰胺(DMF)含量为0.1％、二甲基乙酰胺(DMAC)含量为1％、N－甲基－2－吡咯烷酮含量为0.1％、聚乙烯吡咯烷酮含量为0.1％、聚乙二醇含量为1％，COD为52000mg/L。

本发明所述COD可采用本领域常规方法检测。在下文实施例及对比例中，采用LC4-CNP型多参数水质分析仪(杭州陆程仪器有限公司生产)进行测定，其COD测定原理(铬法)：在强酸性溶液中和过量的重铬酸钾存在下，以硫酸银做催化剂，通过加热催化氧化水中的还原物质，通过六价铬或三价铬的吸光度值与水样COD值建立的关系，来测定水样COD值。

实施例1

本实施例待处理废水：1立方米。

本实施例采用如图2所示的电化学废水处理装置，其中，阳极材料为钌，阴极材料为石墨。

电化学处理条件：电压(直流)：36V，初始电流：200A，结束电流：190A；供电方式：间歇式，通电(即电化学处理)8分钟，断电(即停止电化学处理)2分钟；如此循环。

水流方式：湍流。

电化学处理总时间(含通电时间及断电时间)：60分钟。

结果：处理后的废水中COD降低至40mg/L。

对比例1

与实施例1的区别仅在于将阴极的材料替换为钛。

结果：电化学处理60分钟后的废水中，COD降低至16000mg/L。

实施例2

本实施例待处理废水：1立方米。

本实施例采用如图2所示的电化学废水处理装置，其中，阳极材料为钌，阴极材料为多孔疏松片层结构石墨。

电化学处理条件：电压(直流)：36V，初始电流：200A，结束电流：190A；供电方式：间歇式，通电(即电化学处理)8分钟，断电(即停止电化学处理)2分钟；如此循环。

水流方式：湍流

电化学处理总时间(含通电时间及断电时间)：48分钟(不包括最后一次循环的断电时间)。

结果：处理后的废水中COD降低至40mg/L。

本实施例与实施例1的区别仅在于，阴极石墨为多层疏松片层结构，结果COD达40mg/L需要更短的时间；由此证明：多孔疏松片层石墨结构可提升电化学处理效率。

实施例3

本实施例待处理废水：1立方米。

本实施例采用如图2所示的电化学废水处理装置，其中，阳极材料为铱，阴极材料为石墨。

电化学处理条件：电压(直流)：36V，初始电流：200A，结束电流：200A；

供电方式：间歇式，并在断电过程(即停止电化学处理)中将电极与电源反接(即将电源正极切换至与所述阴极相连、将电源负极切换至与所述阳极相连)，具体为：通电(电化学处理)8分钟，将电源反接后通电0.5分钟，断电1.5分钟；如此循环。

水流方式：湍流。

电处理总时间(含通电时间及断电时间)：60分钟。

结果：处理后的废水中COD降低至35mg/L。

实施例4

本实施例待处理废水：1立方米。

本实施例采用如图2所示的电化学废水处理装置，其中，阳极材料为铱，阴极材料为石墨。

电化学处理条件：电压(直流)：36V，初始电流：200A，结束电流：100A；

供电方式：连续通电；

水流方式：稳流；

电处理总时间：60分钟

结果：处理后的废水中COD降低至5200mg/L。

与实施例3相比较可见，采用非间歇(即连续通电)及稳流的水流方式，电极(主要是阴极)更容易钝化，电处理电流下降，处理功率降低，处理效果逊于实施例3。

实施例5

本实施例待处理废水：1立方米。

本实施例采用如图2所示的电化学废水处理装置，其中，阳极材料为铱，阴极材料为石墨。

电化学处理条件：恒流变压，初始电压(直流)：36V，结束电压(直流)：120V；初始电流：200A，结束电流：200A。

供电方式：连续通电。

水流方式：稳流。

电化学处理总时间：60分钟。

结果：处理后的废水中COD降低至800mg/L。

与实施例3相比较可见，采用非间歇(即连续通电)及稳流的水流方式，电极(主要是阴极)更容易钝化，

在维持电处理电流，处理功率不变的条件下，由于电极钝化，处理效果仍然逊于实施例3。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。

虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施方案对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。