专利名称：难降解有机废水处理的一体式电化学反应装置及处理方法

专利号：ZL 201710234982.4

专利类型：发明专利

授权日期：2020年3月10日

专利权人：哈尔滨工业大学

发明人：丁晶　赵庆良　王思宁　黄慧彬

（一）发明创新点

本发明具体涉及一种难降解有机废水处理的一体式电化学反应装置及处理方法。创新点主要体现在：

1） 通过半弧形双阳极的设计，在一体化反应装置内同时实现电氧化、电絮凝、类芬顿等处理过程，可同步去除难降解有机物、氮、磷等污染物。

2） 半弧形的极板中的绝缘体设计可以使双阳极始终保持并联作用，阴极的转动设计不仅可以保证反应能够持续进行，同时强化传质过程，提高污染物处理效率；

3）一体化设备中增设有沉淀区，废水在流经反应器时通过电絮凝沉淀下来的沉淀物可通过排泥管排出，无需再设沉淀装置，减少了另设沉淀池所产生的基建费用。

（二）应用领域和范围

本发明属于污水处理技术领域，适合处理有机物浓度高，含盐量较高的有机废水的处理，包括垃圾渗滤液、煤化工废水、焦化废水、养殖废水等工业废水的预处理或深度处理过程。

（三）实施效果

某垃圾填埋场渗滤液，水质波动时间较大且可生化性较差，进水COD、氨氮和TP浓度分别为3000 mg/L、240 mg/L和30 mg/L左右，该专利技术用做废水预处理处理方法，去除废水中的部分污染物，提高废水的可生化性，方便后续生化处理。反应装置的电流为5A，停留时间为5h，在多种机制作用下，平均出水 COD、氨氮和TP浓度分别为468 mg/L、47 mg/L和3.2 mg/L，反应器对COD、氨氮和TP的去除率分别为84%、80%和89%，出水可进一步生化处理，反应过程中所产生的沉淀由排泥管排出。

专利技术方法操作简单、即开即止、效果和成本可控，不仅可用于预处理过程，参数调整后，也可用于难降解废水的深度处理过程。

（四）产业化及市场应用情况

本专利技术，已经完成了小试开发、中试实验及工程项目，应用在广东东莞某垃圾渗滤液工程项目中，取得了理想的处理效果。目前处于技术向其他废水领域推广阶段。

（五）技术优势

与传统电化学装置相比，该技术的优势主要体现在：

1）一体化电化学装置同时包含电氧化、电絮凝、类芬顿等过程，可以通过多种电化学反应联合去除废水中的有机物、氮、磷、色度等多种污染物，实现废水最终的达标排放。可以广泛应用于难降解有机废水，处理效果良好，不存在二次污染；

2）双阳极的设计分别选择钌铱材料和多孔铁网，通电后，在含氯的废水中可以发生电氧化过程，有效的去除废水中氨氮，产生的次氯酸氧化剂对废水兼具消毒作用。同时，产生的产物氮气无二次污染；同时在电场作用下铁网溶解溶出铁离子，并与阴极产生的氢氧根离子发生絮凝反应生成氢氧化物，使其发挥电絮凝的作用，从而达到去除部分有机物、悬浮物及磷的目的；

3）使用电动机带动阴极转动，阴极在转动过程中起到搅拌的作用，加强过程传质，加剧污染物分子间的碰撞，增加絮凝沉淀部分的絮凝物的形成，加快反应进程，能够更好地去除废水中的污染物；同时铁网上产生的亚铁离子和钌铱阳极上产生的次氯酸充分接触，并发生类芬顿反应生成羟基自由基。

（六）专利运用及保护

本发明保护工艺理念与技术原理、反应器构型配置、工艺参数及控制方法。本发明专利目前已经应用于垃圾渗滤液的污染控制领域，并取得了理想的处理效果。对于其他领域，如煤化工、养殖废水等高浓度有机废水处理项目正在推广中。

（七）效益分析

1）环境效益。本专利技术运行高效稳定，运行成本可控，工程应用上出水水质可大幅削减渗滤液污染物总量，保障下一步生化处理单元的稳定运行，有效降低垃圾渗滤液污染风险。

2）经济效益。目前渗滤液达标处理技术主要为含反渗透RO的膜组合技术，其处理费用为 40~70 元/吨（不含设备折旧、利息），如果第三方运营，考虑设施折旧、利息等，加上后续浓缩液、污泥处理成本，其运营管理费用超过 100 元/吨，本技术的应用可大幅度降低吨水处理成本至50元以下，经济效益明显。同时RO浓缩液妥善处理难，目前浓缩液多采用回灌生活垃圾填埋场、送往污水处理厂等方式进行处理。从经济和技术角度分析，这些处理方式也将造成了经济损失。本专利技术是将污染物进行矿化，同时产生部分污泥，二次污染风险和处理代价小。

3）社会效益。该技术工艺基于电化学和高级氧化原理，技术的利用可推动垃圾渗滤液处理技术的进步与创新，同时对其他行业难降解废水的处理也具有推广作用。

（八）应用前景

据估算，我国生活垃圾填埋场日产生渗滤液约 11万吨，年产总量近 4000 万吨。同时，其他重污染行业，如煤化工、焦化和畜禽养殖等每年也排放数千万吨高浓度难降解废水，传统电化学工艺常因为处理污染物单一，电流效率利用率不高，能耗较高等原因，其使用受到限制。本专利创新性地将半弧形双阳极和旋转式阴极结合在一个处理装置中，在成本可控的情况下能够满足垃圾渗滤液等难降解有机废水的预处理或深度处理过程。

本发明专利操作简单、停留时间短、结构紧凑、占地面积比较小、操作维护方便等优点，且不受难降解有机物的影响，在处理难降解废水过程中更有优势，可为国内其他行业废水污染控制设备的发展提供技术支撑，具有广阔的产业化前景和推广应用价值。

（九）获奖情况
[1] 获得第十一届全国环境化学大会未来水科学新星奖
[2] 获得2021年度水循环利用优秀论文奖

本专利2017年申请，2020年授权。期间相关成果已发表一区SCI论文4篇：
[1] Jing Ding, Lingjun Bu, Qingliang Zhao*, Felix Tetteh Kabutey, Liangliang Wei, Dionysios D. Dionysiou*. Electrochemical activation of persulfate on BDD and DSA anodes: electrolyte influence, kinetics and mechanisms in the degradation of bisphenol A. Journal of Hazardous Materials, 2020, 388,121789.
[2] Jing Ding*, Lingjun Bu, Bingxin Cui, Guanshu Zhao, Qingwei Gao, Liangliang Wei, Qingliang Zhao**, Dionysios D. Dionysiou. Assessment of solar-assisted electrooxidation of bisphenol AF and bisphenol A on boron-doped diamond electrodes, Environmental Science and Ecotechnology, 2020, 100036（封面论文）
[3] Jing Ding, Kun Wang, Sining Wang, Qingliang Zhao*, Liangliang Wei*, Huibin Huang,Yixing Yuan, Dionysios D. Dionysiou. Electrochemical treatment of bio-treated landfill leachate: Influence of electrode arrangement, potential, and characteristics. Chemical Engineering Journal, 2018,344:34-41.
[4] Jing Ding, Liangliang Wei, Huibin Huang, Qingliang Zhao*, Weizhu Hou, Felix Tetteh Kabutey, Yixing Yuan, Dionysios D. Dionysiou. Tertiary treatment of landfill leachate by an integrated Electro-Oxidation/ Electro-Coagulation/ Electro-Reduction process: performance and mechanism. Journal of Hazardous Materials, 2018, 351:90-97.