應用于高濃疑難廢水預處理的電化-學技術(shù)及設(shè)備-2

1、高濃疑難廢水電化學預處理技術(shù)及設(shè)備,上海捷清環(huán)?？萍加邢薰?技術(shù)總監(jiān) 劉志平 12 September 2020,一、技術(shù)背景,水處理與水凈化技術(shù)； 廢水處理 物理法 化學氧化還原法 生物氧化還原法 活性污泥法 生物膜法 膜生物反應器法 內(nèi)置式 外置式 電化學氧化還原法 等離子體氧化法 光氧化法 光電一體、磁電一體、波電一體。,水凈化 微濾法 超濾法 納濾法 反滲透法 電滲析法 電吸附法 離子交換樹脂法,一、技術(shù)背景,水處理技術(shù)比較 生化法中以膜生反應器法最先進，其中外置式是最佳方法，但對高濃有機、高氨氮、高鹽、高生物毒性、難生化廢水仍力有不及。 電化學氧化還原法是高濃、高氨氮、高毒、高鹽廢

2、水生化前預處理的最佳、也是唯一有工程價值的方法。 電化學氧化法處理高濃廢水具有清潔、快速、安全、條件可調(diào)、適應面廣等特點。但產(chǎn)業(yè)化應用存在的問題是： 處理有機物是在弱酸性條件，處理氨氮是在中性或弱堿性，現(xiàn)有研究技術(shù)是分段處理； 電極選擇至關(guān)重要，而電極的活性、污染、鈍化、壽命、成本是影響電化學產(chǎn)業(yè)化應用的關(guān)鍵，適于工程應用處理有機物的電極及電極組合處理有待研究； 電解槽的設(shè)計也是對處理速度至關(guān)重要的技術(shù)，三維電極具有更優(yōu)的處理能力，粒子電極無商品。,水凈化技術(shù)比較 微濾與超濾只有分離固體物質(zhì)的功能； 納濾有攔截部分有機物和鹽的作用。 反滲透法對有機物有校好的攔截功能，因而對高質(zhì)量水回收再生具有

3、優(yōu)勢。但對高鹽處理受限或成本很高。 電滲析法適合常量脫鹽，結(jié)合其它技術(shù)并有同時分離酸、堿的作用，對資源回收再利用和中水回用具有特長。但現(xiàn)有的電滲析設(shè)備設(shè)計上存在水況要求高，水流不暢使電壓升高，實際使用易堵塞等問題； 電吸附法適合濃度小于1%的鹽的處理與深度脫鹽，但對酸、堿的分離效果不佳； 離子交換法：屬微量深度處理范圍。,二、行業(yè)現(xiàn)狀,廢水處理與凈化的國內(nèi)現(xiàn)狀； 廢水處理 基本為生物法一統(tǒng)天的局面，其中主要還是傳統(tǒng)的活性污泥法。 預處理主要是凝絮、沉降、化學氧化還原、沉淀等傳統(tǒng)方法。 對氨氮多采用有二次污染的吹脫法，該法脫氨成本高，效果差。 受水況限制，脫鹽的預處理基本束手無策。 資源的回收利

4、用做得較差，廢水處理沒有從單純投入型向降低成本增效的思路轉(zhuǎn)化。 水凈化 主要是反滲透推廣較多。 電滲析、電吸附在凈化市場占比較小。 中水回用缺乏分段回收的理念。 新技術(shù)產(chǎn)業(yè)化應用速度緩慢，廢水處理創(chuàng)新型人才缺乏。,二、行業(yè)現(xiàn)狀,新建項目的廢水處理工藝面臨的困難； 高濃有機物、氨氮廢水：包括高生物毒性、難生物氧化廢水； C/N比低的困難：高氨氮廢水； 鹽分高的問題； 酸、堿水的中和成本問題； 水質(zhì)瞬間成分與濃度變化大的問題。 已建項目的廢水處理運行的困難； 90%的工業(yè)廢水建有處理裝置； 相當一部分處理裝置處于半運行或不運行狀態(tài)。 已建項目的技術(shù)升級改造是一個廣大的市場。 生物法的活性污泥是個嚴

5、重的二次污染。,三、解決現(xiàn)存問題的對策,開發(fā)技術(shù)或設(shè)備的定位： 電化學氧化與電分離聯(lián)用法解決高有機物、高氨氮、高鹽、高生物毒性廢水的預處理，使四高廢水相對變?yōu)槿壟欧艠藴实乃牡蛷U水。 酸、堿廢水采用電擴散分離富集法回收酸堿后直接變?yōu)橹行詮U水。 技術(shù)優(yōu)勢： 電化學氧化與電分離脫碳除氨，脫除率在90%以上，如此生化負荷很小，可生化性提高，生化投資大幅減??； 脫碳除氨的同時必然有脫色、除臭、電凝絮的功能，沉淀易于用過濾，從而優(yōu)化了水況，使水體可以適用電分離技術(shù)； 由于避開了采用酸或堿中和，藥劑成本基本可以忽略不計； 電擴散分離濃縮法也可用于酸、堿、鹽的回收再利，從而變廢為寶，新增企業(yè)效益。,四、二類

6、電化學設(shè)備及聯(lián)用意義,電化學氧化設(shè)備： 電化學脫氨氮設(shè)備； 電化學脫有機物設(shè)備； 電化學脫碳除氨一體機；,電化學分離設(shè)備： 電擴散脫鹽設(shè)備 電擴散脫酸設(shè)備 電擴散脫堿(含脫氨)設(shè)備 電擴散酸-堿分離一體機。,二類設(shè)備聯(lián)用的意義與優(yōu)勢： 電化學氧化預處理的作用：脫色、脫臭、電凝絮、脫碳、降氨，同時使水質(zhì)易于過濾，為電分離實施提供了工程應用的水質(zhì)前提； 第一次電氧化時間為20-30分鐘，CODcr的脫除率在66-75%之間，氨氮脫除率在70-80%。臺設(shè)備處理量7-10t/h，噸水的直接電耗費0.15-0.25元/噸水； 電分離可將電氧化液中的酸(或堿)、鹽、有機物、氨氮進行分離富集，濃縮倍數(shù)為8

7、-10倍，因此第二次電氧化的高濃廢水量約為總水量的十分之一。而主體廢水中CODcr和氨氮降為三級標準左右，生化負荷較小易行、低成本。 富集的濃水有利于采用電氧化處理，由于水量減少，對有機物和氨氮的電氧化處理的總脫除率得以大幅提高。,五、設(shè)備處理能力,電化學氧化設(shè)備 高濃氨氮預處理：可以從數(shù)萬、或數(shù)千ppm下降到數(shù)百ppm，或更低。 高濃有機物的預處理：可以從數(shù)千、數(shù)萬ppm預處理掉90%以上或更高。 殺菌、抗菌、有毒物質(zhì)的電氧化降除生物毒性，提高可生化性。 有色廢水的脫色：速度快，通常脫色時間為5-20分鐘。 惡臭廢水的脫臭：通常數(shù)秒至數(shù)分鐘。 生物活性污泥處理：減量50%以上，處理后不會發(fā)臭

8、，污泥更易脫水，減少污泥的含水率。,五、設(shè)備處理能力,電分離設(shè)備： 通常在電化學氧化后對粗濾、微濾或超濾后的水進行分離。 氨氮分離與富集： 原液可以從數(shù)千下降到50ppm或以下。 濃液富集到10%濃度或以上，必要時可考慮回收。 CODcr分離與富集： 可以原液可以從數(shù)千下降到500ppm左右或以下。 濃液可以富集到數(shù)萬、十數(shù)萬或數(shù)十萬ppm，富集液經(jīng)電氧化循環(huán)降解。 對有價值物質(zhì)可考慮回收再利用。,無機、有機酸或堿的分離與富集： 原水可以脫酸到0.05%以下； 富集濃度可以達到10-30%。 鹽的分離與富集： 原水可以脫鹽到50ppm以下。 富集鹽濃度可以達到10%。 鹽同時分離成酸、堿，用于

9、工業(yè)過程的循環(huán)再利用。酸堿濃度可以達到10%或以上。 廢水的pH值調(diào)節(jié)：可用設(shè)備直接調(diào)節(jié)到中性，避免了外加酸或堿調(diào)節(jié)溶液pH值的問題。,六、綜合處理方案, 富集水為酸性高濃高鹽廢水，電導率在2萬以上，氨氮約數(shù)千、或數(shù)萬ppm，CODcr約數(shù)萬ppm或以上，由于富集水的量較小，約為10%左右，可在45以上進行電氧化脫碳除氮，脫除率通常在90%以上。由于水量小，電氧化分攤到噸水的平均能耗不足0.8元； 二次電氧化后的廢水，經(jīng)粗濾、微濾后進行電分離酸，分酸過程具有富集有機物的功能，使分酸后的二次電氧化液中有機物濃度控制在1000-2000ppm，進入生化液，由于水量小，對總水CODcr的提高不大。

10、分酸液返回一次電氧化作調(diào)酸液，從而實現(xiàn)酸的循環(huán)利用和有機物的循環(huán)處理。,方案簡介： 高濃廢水經(jīng)管道調(diào)pH值弱酸性絲網(wǎng)粗濾，濾液常溫下(20-30)進行電氧化脫色、脫臭、電凝絮，此過程中噸水電氧化時間約為5-10分鐘，氨氮與有機物脫除率約在66%左右，噸水電耗約0.2元； 氧化液經(jīng)粗濾、微濾后，進行電分離富集。此步驟中，原水淡化至三級廢水標準，也即CODcr500ppm，氨氮60ppm，pH控制在6-8，此水為預處理水，可進行生化處理；,七、運行成本比較,成本核算： 有機物與氨氮的濃度不同，成本會有一些差別。以CODcr 20,000，氨氮1500ppm的垃圾滲透液估算，處理水量設(shè)為200噸/天

11、，出水按一級標準達標排放，計算處理成本如下： 二次電氧化預處理電耗成本：1.0-1.5元/噸水； 二次電分離電耗成本：2.5-3.0元/噸水； 電極消耗成本：1.36元/噸水 生化成本：3.50元/噸水（含人工)； 藥劑費用：可忽略不計 運行合計成本：8.16元/噸水 傳統(tǒng)生化法成本約為29-30元/噸水。 如果增加30萬投資，通過控制溶液的pH值，還可實現(xiàn)高濃氨氮的回收，如此則運行過程還可以實現(xiàn)創(chuàng)利。,八、對典型廢水處理的研究,電化學氧化處理實驗裝置圖：,電化學氧化實驗裝置,變頻電氧化,直流電氧化,脈沖電氧化,八、對典型廢水處理的研究,電化學分離實驗裝置圖：,電化學分離酸、堿、鹽、氨氮、有機

12、物實驗裝置,八、對典型廢水處理的研究,電化學氧化工業(yè)應用設(shè)備圖：,安裝在垃圾滲透液車間的設(shè)備,脫碳除氨機,八、對典型廢水處理的研究,浙江上虞垃圾滲透液的處理試驗：,浙江上虞春暉集團垃圾滲透液電氧化的效果圖,處理效果： 原液數(shù)據(jù)：黑色，惡臭。CODcr：55,000ppm，氨氮：2400ppm。 電化學氧化處理： 30分鐘變?yōu)榈S色，微臭。圖中、分別為電解30、60、90、120、180分鐘時的處理樣，最左邊為自來水樣。CODcr分別為：28832.08、19708.50、12164.00、6477.34、3120。氨氮含量在140-160ppm之間。 電氧化液經(jīng)過濾后電分離： 電分離至450u

13、s/cm時：CODcr：1357ppm，氨氮：42ppm。,八、對典型廢水處理的研究,長春垃圾滲透液的處理試驗：,長春市垃圾滲透液 電化學氧化處理效果圖,處理效果： 原液黑色、惡臭。CODcr：42,000ppm。氨氮1500-2800ppm 電化學氧化處理后： 5分鐘后微臭。 20分鐘后，廢水變?yōu)榈S色。CODcr：7600ppm左右，去除率81.91%；氨氮258ppm,去除率82.80%。 氧化液電分離后：CODcr：1360ppm，總?cè)コ?6.75%；氨氮56ppm，總?cè)コ?6.27%。,八、對典型廢水處理的研究,廣東養(yǎng)豬場廢水處理試驗：,廣東順德養(yǎng)場廢水電化學氧化處理效果圖,原液

14、數(shù)據(jù)：黑色，惡臭。數(shù)據(jù)見下表。 電化學氧化處理：20分鐘淡黃色，微臭。120分鐘后結(jié)果如下表：,八、對典型廢水處理的研究,養(yǎng)殖場廢水電分離氨氮與CODcr試驗：,右圖從左到右依次為：原液、濃縮液、一級分離處理液、二級分離處理液。分離后的檢測數(shù)據(jù)如下表：,八、對典型廢水處理的研究,丙烯酸廢水的電分離,浙江衛(wèi)星石化集團丙烯酸廢水電分離結(jié)果,鋼管擴徑廢水電氧化：,左圖從左到右依次為：原液、電氧化處理液。電氧化處理后乳濁液變清。原液提供：廣東番禺鋼管股份有限公司,八、對典型廢水處理的研究,金屬切削液處理,杭州立佳環(huán)境服務(wù)有限公司金屬切削液的電氧化處理：原液牛奶狀，表面浮有黑油，CODcr5,000，經(jīng)

15、電化學處理后變?yōu)槲ⅫS色，CODcr3123,脫除率93.75%，再經(jīng)電分離處理后，CODcr458，總脫除率99.08%。,八、對典型廢水處理的研究,寶石切削加工液處理,杭州立佳環(huán)境服務(wù)有限公司寶石切削加工液的電氧化處理：原液籃色乳狀液，表面有浮油，CODcr5600，經(jīng)電化學處理后變?yōu)闊o色透明液體，CODcr1056,脫除率81.14%，再經(jīng)電分離處理后，CODcr216，總脫除率96.14%。,2020/9/12,22,八、對典型廢水處理的研究 印染污水處理效果,圖10. 不同污電解處理后CODcr脫除率,圖11. 氨氮污水電解后脫除率,九、 用戶現(xiàn)場試驗報告,十、前景展望,電氧化、電分離

16、富集聯(lián)用技術(shù)，對“四高”廢水的預處理十分有效，必將對我國污水處理行業(yè)的技術(shù)進步和產(chǎn)業(yè)發(fā)展產(chǎn)生巨大的促進作用，為生態(tài)文明建設(shè)提供科學技術(shù)的支撐； 聯(lián)用技術(shù)將廢水中的有機物、氨氮二個關(guān)鍵指標物體進行分離富集，這一技術(shù)思路對低氨、碳廢水(如城鎮(zhèn)生活廢水、民用自來水等)預處理也非常有價值，其意義是降低生化進水有機物與氨氮的含量，提高生化的穩(wěn)定性、降低處理成本、提高出水質(zhì)量。 預處理關(guān)鍵的二個環(huán)節(jié)是富集與破壞，富集是為了更高效地破壞，破壞是再富集的前提。二者結(jié)合，形成持續(xù)循環(huán)。運用之廣，運用之妙，存乎一心。 隨著高活性電極的發(fā)展，開發(fā)一種更快速、更深度處理能力的設(shè)備，使之能避開生化處理直接達到排放標準，

17、適用于小水量的小型企業(yè)、醫(yī)院、科研院校、餐館、旅店等場所的小型成套設(shè)備，將具有十分重要的社會發(fā)展意義。 與吸附技術(shù)組合對自來水進行二次深度處理，以及純凈水制備的預處理等都是技術(shù)進一步拓展的為民造福的重要應用領(lǐng)域。,十一、公司簡介,上海捷清環(huán)?？萍加邢薰?以下簡稱“捷清環(huán)?！?是專業(yè)研究處理高有機物、高氨氮、高鹽及高生物毒性廢水(四高廢水)而創(chuàng)立的科技開發(fā)型公司。公司研究的電化學氧化與電分離設(shè)備及其聯(lián)用處理工藝，能將絕大多數(shù)四高廢水預處理到廢水排放的三級標準左右，為各類復雜廢水的生化深度處理提供了一種獨創(chuàng)的預處理的新技術(shù)、新方法、新設(shè)備，使生化處理變得簡單、方便、低成本。 上海捷清環(huán)保愿與各界仁人志士一道，為改善我國水環(huán)境、人民美好生活盡心盡力。歡迎洽談，合作共贏。,劉志平： 技術(shù)總監(jiān)，高級工程師，化學碩士。 企業(yè)主要創(chuàng)立人之一。負責技術(shù)及新設(shè)備開發(fā)。 獲科技部全國民營企業(yè)突出貢獻獎 “精細化工企業(yè)低成本污水處理技術(shù)”獲中華 全國總工會節(jié)能減排合理化建議獎；