CN101863534A

CN101863534A - 一种黄姜废水的深度处理方法

Info

Publication number: CN101863534A
Application number: CN 201010222283
Authority: CN
Inventors: 朱秀萍; 倪晋仁; 程鹏
Original assignee: Peking University
Current assignee: Peking University
Priority date: 2010-07-09
Filing date: 2010-07-09
Publication date: 2010-10-20
Anticipated expiration: 2030-07-09
Also published as: CN101863534B

Abstract

本发明公开了一种黄姜废水的深度处理方法，该方法是以掺硼金刚石膜BDD电极为阳极，不锈钢为阴极，通过电化学氧化法深度处理黄姜废水生物出水。黄姜废水生物出水为“中和+水解酸化+脱硫+甲烷发酵+I-BAF-1+I-BAF-2”处理工艺后(专利公开号CN1789171A)的出水。在电流密度30mA cm^-2、pH7.75和加入0.1M Na₂SO₄支持电解质的运行条件下，黄姜废水生物出水中的难降解有机污染物能被有效去除，黄姜废水生物出水的COD从281.8mg L^-1降到97.4mg L^-1，满足国家一级排放标准，而能量消耗为13.44kWhm^-3。该方法优点是氧化能力强、处理效果好、能耗低、可控性好，工业化应用极具潜力。

Description

一种黄姜废水的深度处理方法

技术领域

本发明属于废水处理领域，具体涉及一种黄姜废水的掺硼金刚石膜BDD电极电化学氧化深度处理方法。

背景技术

黄姜(Dioscoreazingiberensis C.H.Wright，DZW)废水是以黄姜为原料的皂素生产过程中产生的一种高浓度有机废水，具有如下一些特点：(1)可生化性差，BOD/COD＝0.27；(2)糖份含量高，约含2％，主要为还原糖；(3)COD高，综合废水的COD值高达20000～30000mg L^-1；(4)酸度高，pH值1.0左右；(5)盐度高，SO₄ ^2-/COD值高达0.5。一般采用“厌氧+好氧”的生物方法处理这类废水，但是由于具有如上一些特点，很难将其处理达到国家排放标准。因此，深度处理黄姜废水尤为必要。

电化学氧化技术作为高级氧化技术的一种，以电子为氧化剂，不需另外添加氧化还原剂，产生的羟基等自由基无选择地与废水中的有机污染物反应，将其降解为二氧化碳、水或简单有机物，没有或很少产生二次污染，具有氧化能力强、反应条件温和、可控制性好、反应器设备及其操作比较简单、环境友好等优点，非常适合用于深度处理难降解的有机工业废水。

电极材料是电化学氧化技术的关键因素，它影响着电化学氧化过程的效果及效率。掺硼金刚石膜(BDD)电极是目前研究表明电化学性能最好且最为稳定的电极材料，它具有较高的析氧电势，有利于·OH等具有强氧化能力的活性中间体生成，从而具有较高的电流效率和较强的氧化能力，且化学性能稳定、耐腐蚀能力强、不易被污染、不会释放有毒有害物质。可见，BDD电极电化学氧化体系用于深度处理黄姜废水具有很好的应用前景，但目前还没有这方面的研究报道。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中存在的不足之处，提供一种可有效地深度处理黄姜废水生物出水的方法，使其达到国家一级排放标准(COD＜100mg L^-1)。

本发明目的是通过如下措施来实现：该处理方法是以掺硼金刚石膜BDD电极为阳极，不锈钢为阴极，固定好的电极插入装黄姜废水生物出水的单室反应器，通过电化学氧化法深度处理黄姜废水生物出水，运行条件通过在不同电流密度10～30mA cm^-2、pH3～11和支持电解质条件下进行处理得到。

所述的黄姜废水生物出水为“中和+水解酸化+脱硫+甲烷发酵+I-BAF-1+I-BAF-2”处理工艺后的出水。

所述的运行条件为电流密度30mA cm^-2、pH7.75和加入0.1M Na₂SO₄支持电解质。

所述的支持电解质是指Na₂SO₄或Na₃PO₄。

黄姜废水生物出水的COD值为281.8mg L^-1左右，调节pH值范围在3～11之间，同时考察了不加支持电解质及加入0.1M Na₂SO₄或0.1M Na₃PO₄的处理情况。阳极为20×20mm的BDD电极，阴极为相同大小的304型不锈钢片，电极间距固定为10mm。电化学氧化处理过程中，将固定好的电极浸入装有250mL黄姜废水生物出水的单室反应器，同时用磁力搅拌器搅拌溶液，通过恒流稳压电源向电极提供恒定的电流，电流密度为10～30mAcm^-2。每隔一段时间从反应器中取样分析COD的变化情况，并通过下式计算得到该过程的单位能量消耗：

E_sp＝UIt/V

其中，E_sp为能量消耗(kWh m^-3)，U为电压(V)，I为电流(A)，t为电解时间(h)，V为废水体积(L)。

在电流密度为30mAcm^-2、pH7.75和加0.1MNa₂SO₄支持电解质条件下，电解4h，可将黄姜废水生物出水的COD从281.8mg L^-1降到97.4mg L^-1，满足国家一级排放标准，能量消耗仅为13.44kWh m^-3。

电解过程中，在BDD阳极表面水分解产生羟基自由基(·OH)：

BDD+H₂O→BDD(·OH)+H⁺+e^-

硫酸根(SO₄ ^2-)氧化生成过硫酸根(S₂O₈ ^2-)：

2SO₄ ^2-→S₂O₈ ^2-+2e^-

氯离子氧化生成活性氯(Cl₂、HClO和ClO^-)：

2Cl^-→Cl₂+e^-

Cl₂+H₂O→HCl+HClO

HClO+OH^-→H₂O+ClO^-

这些生成的强氧化剂(·OH、S₂O₈ ^2-、Cl₂、HClO、ClO^-等)氧化废水中的有机污染物，将它们彻底矿化成CO₂和H₂O，或者氧化成简单的有机物。

本发明相比现有技术具有如下的优点：

(1)BDD电极具有较强的产羟基自由能力，因此该方法具有较强的氧化能力，处理效果好；

(2)BDD电极具有较高的析氧电势(高达2.8V左右)，大大抑制了析氧副反应的发生，因此该方法电流效率较高，能耗低；

(3)BDD电极性能稳定，耐腐蚀能力强，因此该方法可用于水质条件恶劣的各种有机工业废水的深度处理。

具体实施方式

下面列举3个实施例，对本发明加以进一步说明，但本发明不只限于这3个实施例。

实施例1

以20×20mm的BDD电极为阳极，相同大小的不锈钢为阴极，电极间距为10mm，电化学氧化深度处理黄姜废水生物出水，COD为281.8mg L^-1左右，pH为7.75，加入0.1MNa₂SO₄支持电解质，电流密度分别为10mA cm^-2、20mA cm^-2和30mA cm^-2。每隔一段时间从反应器中取样分析COD值，实验结果列于表1中。电解8h后，黄姜废水生物出水的COD值分别降到105.8mg L^-1、76.7mg L^-1和65.4mg L^-1。可以看到，电流密度为30mA cm^-2时，处理效果最好。

表1不同电流密度下BDD电极电化学氧化黄姜废水生物出水COD的变化情况

实施例2

以20×20mm的BDD电极为阳极，相同大小的不锈钢为阴极，电极间距为10mm，电化学氧化深度处理黄姜废水生物出水，COD为281.8mg L^-1左右，pH为7.75，不加支持电解质或分别加入0.1M Na₂SO₄和0.1M Na₃PO₄支持电解质，电流密度为20mA cm^-2。每隔一段时间从反应器中取样分析COD值，实验结果列于表2中。电解8h后，黄姜废水生物出水的COD值分别降到166.7mg L^-1、103.5mg L^-1和76.7mg L^-1。可以看到，加入0.1MNa₂SO₄支持电解质，处理效果最好。

表2不同支持电解质下BDD电极电化学氧化黄姜废水生物出水COD变化情况

实施例3

以20×20mm的BDD电极为阳极，相同大小的不锈钢为阴极，电极间距为10mm，电化学氧化深度处理黄姜废水生物出水，COD为281.8mg L^-1左右，pH分别为3、7.75和11，加入0.1M Na₂SO₄支持电解质，电流密度为20mA cm^-2。每隔一段时间从反应器中取样分析COD值，实验结果列于表3中。电解8h后，黄姜废水生物出水的COD值分别降到100.5mg L^-1、76.7mg L^-1和89.3mg L^-1。可以看到，在中性条件下处理效果最好。

表3不同pH值下BDD电极电化学氧化黄姜废水生物出水COD的变化情况

Claims

1.一种黄姜废水的深度处理方法，其特征在于以掺硼金刚石膜BDD电极为阳极，不锈钢为阴极，固定好的电极插入装黄姜废水生物出水的单室反应器，通过电化学氧化法深度处理黄姜废水生物出水，运行条件通过在不同电流密度10～30mAcm^-2、pH3～11和支持电解质条件下进行处理得到。

2.根据权利要求1所述的黄姜废水的深度处理方法，其特征在于所述的黄姜废水生物出水为“中和+水解酸化+脱硫+甲烷发酵+I-BAF-1+I-BAF-2”处理工艺后的出水。

3.根据权利要求1所述的黄姜废水的深度处理方法，其特征在于所述的运行条件为电流密度30mAcm^-2、pH7.75和加入0.1M Na₂SO₄支持电解质。

4.根据权利要求1所述的黄姜废水的深度处理方法，其特征在于所述的支持电解质是指Na₂SO₄或Na₃PO₄。