[发明专利]操作废水处理系统的方法

说明书

公开了一种用于操作废水处理系统的方法，其中废水处理系统包括至少一个电化学电池，该电化学电池包括具有相同催化剂组成的尺寸稳定的电极，电极被浸没在废水中并且被连接至电源，并且其中监控电源处的电压，并且当记录的电压增加预定的电压差时，反转电化学电池的极性。废水处理系统可以包括至少一个电化学电池，该至少一个电化学电池当活性电化学电池操作时保持非活性。当活性电池的所有电极都被消耗时，非活性电池可以被激活，如由活性电池的极性一旦已经被反转之后电源处的电压的另一次增加所指示的。

技术领域

本发明涉及一种操作废水处理系统以增加系统的操作时间而无需更换电极的方法。

背景

由于人口增长和所产生的废水的增加的体积、更严格的废水质量法规、清洁水的增加的成本和水短缺、对保护清洁水源的意识以及更换老化的废水处理基础设施，对新型废水处理系统存在大量需求。工业特别地受更严格的排放标准和成本压力所迫，以在排放之前消除其顽固的废水污染物，并且采用现场水再利用和再循环系统来避免升高的水供应和流出物排放成本。要求的是不需要添加化学品并且不产生二次污染的成本有效的、可持续的水处理系统，所述水处理系统符合严格的水质标准并且具有最低的操作和维护要求。

工业废水可以包含有机化合物，其中许多是有毒的、持久性的并且抵抗常规的生物的和化学的废水处理。处理顽固的废水的优选的方法是通过非化学氧化技术，诸如电化学氧化，该非化学氧化技术可以使污染物矿化并降低废物的有机负荷和毒性。电化学氧化是可持续的、安全的并且具有高的处理效力，消除各种各样的污染物诸如持久性有机污染物、二噁英、氮物质(例如氨)、药物、病原体、微生物、大多数优先污染物和农药。在废水的电化学处理的领域中，存在两种主要的用于氧化废水中的污染物的方法。第一种方法是直接在阳极表面上直接电化学氧化有机污染物和/或无机污染物。第二种方法是通过原位生成化学氧化物质(诸如羟基、氯、氧或高氯酸根基团(perchlorate radical)或化合物诸如次氯酸盐、臭氧、或过氧化氢)间接电化学氧化有机污染物和/或无机污染物。这些化学氧化物质直接在阳极表面上生成并且随后氧化废水溶液中的污染物。

已经开发了多种电池配置用于废水的直接和间接电化学氧化，该电池配置包括由间隙(gap)或由膜分隔开的流通式平行板、堆叠式盘、同心圆筒、移动床电极和压滤机。电化学电池也已经被用于处理废水，所述电化学电池具有由膜分隔开的阳极和阴极以及两个流场板，其中一个流场板将废水进料至阳极。然而，所有这些电化学电池配置的共同点是相对短的电极寿命和由于需要更换所消耗的电极而导致的系统的增加的成本。

在采用电化学氧化用于处理废水的系统中，阳极催化剂可以是铂、氧化钌(RuOx)、氧化铱(IrOx)、金刚石、硼掺杂的金刚石等，并且如果阳极和阴极两者都被浸没在其中使它们暴露于待处理的废水的罐中，则阴极催化剂可以与阳极催化剂相同。在其他系统中，例如在具有其中阳极和阴极被膜分隔开并且流场板将废水进料至阳极的电化学电池的系统中，阴极催化剂可以不同于上文提到的阳极催化剂，例如阴极可以是Ni、不锈钢、Ti、NiCoLaOx等。

在采用电化学氧化用于处理废水的系统中，阳极不被物理地消耗，并且因此它是尺寸稳定的阳极(DSA)。这不同于其他水处理方法(例如，电凝聚、絮凝)，在其他水处理方法中阳极材料的离子从阳极释放并且因此电极在电池操作期间被物理地消耗。在这样的情况下，在一段时间之后，必须在消耗掉的电极所留下的空位置中安装新电极。这样的电极被称为“牺牲”电极。在这样的系统中，电极的极性可以被周期性地反转，以提供期望的阳极/阴极表面比率和电极上的均匀磨损，如例如在美国专利第9,540,258号中或在美国专利申请第2009/0008269号中所描述的。这例如通过使阴极在确定量的时间内发挥阳极的作用，并且然后在阳极/阴极表面比率被重新建立后使其再次切换回阴极来实现，如在美国专利第9,540,258号中所描述的。这导致阳极和阴极以基本相同的速度被物理地消耗。