CN102101708A

CN102101708A - 光电化学处理含氰废水的方法及装置

Info

Publication number: CN102101708A
Application number: CN 201110005241
Authority: CN
Inventors: 曲久辉; 赵旭; 刘会娟
Original assignee: Research Center for Eco Environmental Sciences of CAS
Current assignee: Research Center for Eco Environmental Sciences of CAS
Priority date: 2011-01-12
Filing date: 2011-01-12
Publication date: 2011-06-22

Abstract

一种光电化学处理含氰废水的方法：将含氰废水的pH值调节至10以上，加入NaCl，于紫外线照射下电解处理，出水pH调节至7-9，氰化物即可以达标。用于实现上述方法的装置包括：一反应槽，其一侧的底部设有一进水口，另一侧的底部设有一出水口；该反应槽内间隔地插设有阳极板和阴极板，所有的阳极板相互串联，所有的阴极板相互串联；每个阳极板和阴极板之间安装有紫外灯。本发明通过电化学阳极直接氧化、光催化氧化、活性氯氧化以及紫外辐照活性氯产生氯自由基和羟基自由基等作用对水中的氰化物进行有效去除。同时含氰废水中的重金属离子在电化学反应过程中在阴极进行沉积，得到去除和回收；含氰废水中的有机物也得到有效降解和去除。

Description

光电化学处理含氰废水的方法及装置

技术领域

本发明属于电化学废水处理技术领域，具体地涉及一种采用光电化学处理含氰废水的方法。

本发明还涉及实现上述方法的装置。

背景技术

氰化物是剧毒物质，氰化物主要来自电镀污水、焦炉和高炉的煤气洗涤废水及冷却水、一些化工污水和选矿污水等，含氰废水不经过处理直接排放对外界水环境污染极严重。氰根中的碳氮三键具有一定的反应活性，容易与氧化剂发生反应而断裂。对于浓度低、无回收价值的含氰废水，一般都采用氧化破坏的方式去除氰根，常用的氧化剂包括氯气、次氯酸根、过氧化氢和臭氧等。

利用氯氧化氰化物，使其分解成低毒物或无毒物的方法，称为氯氧化法。常见的氯系氧化剂主要有液氯、氯气、漂白粉、次氯酸钠和二氧化氯。氯化法处理废水中氰化物适用于水量和浓度均可变的含氰废水处理，处理效果好，设备简单，既可间歇处理也可连续处理。其缺点是处理后有余氯，处理过程易产生CNCl污染操作环境，严重腐蚀设备，运行费用较高，同时自动化控制要求较高。

碱性氯化法处理含氰废水的基本原理：在碱性条件下，采用次氯酸钠作为氧化剂，使氰根氧化分解成氢气、氮气和碳酸盐，反应分两步进行：

第一步

CN^-+OCl^-+H₂O→CNCl+2OH^- (1)

CNCl+2OH^-→CNO+Cl^-+H₂O (2)

第二步

2CNO^-+3ClO^-+H₂O→2CO₂+N₂+3Cl^-+2OH^- (3)

2CNO^-+3Cl₂+4OH^-→2CO₂+N₂+6Cl^-+2H₂O (4)

电解氧化法通常以不溶性的石墨为阳极、铁板为阴极，在废水中投加一定量的食盐，接通直流电源，电解时废水中的氰根CN^-氧化成CNO^-、CO₂和N₂等物质，同时Cl^-被氧化成Cl₂，Cl₂进入溶液后生成HClO加强对氰的氧化作用，阴极上析出金属；反应过程如式5和式6所示：

2Cl^--2e→Cl₂ (5)

Cl₂+CN^-+2OH-→CNO^-+2Cl^-+H₂O (6)

传统的电解法采用铁板做阴极，石墨做阳极；有人采用氧化铅代替石墨做阳极，较大幅度提高了氰的去除效率，但电极缺乏稳定性，而且以钝化。

综上所述，电化学处理含氰废水存在反应槽效率低，电极不稳定易钝化等问题。

发明内容

本发明目的是提供一种光电化学处理含氰废水的方法。

本发明的又一目的在于提供一种实现上述方法的装置。

为实现上述目的，本发明提供的光电化学处理含氰废水的方法，主要步骤为：将含氰废水的pH值调节至10以上，加入NaCl，于紫外线照射下电解处理，出水pH调节至7-9，氰化物即可以达标。

所述的方法，其中NaCl的加入量为每升含氰废水加入1.5-3.0克NaCl。

所述的方法，其中紫外灯强度为10mW/cm²，主波长为254nm。

所述的方法，其中电流密度为1-5A/m²。

所述的方法，其中紫外线照射下电解处理时间为10-30分钟。

本发明提供的用于实现上述方法的装置，主要包括：

一反应槽，其一侧的底部设有一进水口，另一侧的底部设有一出水口；该反应槽内间隔地插设有阳极板和阴极板，所有的阳极板相互串联，所有的阴极板相互串联；每个阳极板和阴极板之间安装有紫外灯。

所述的装置，其中反应槽内一侧设有一溢流板。

所述的装置，其中反应槽底部进水口处设有布水板。

所述的装置，其中在反应槽上方设有盖板，盖板上设有排气管。

所述的装置，其中紫外灯外套设有石英管。

本发明所具有的效果是：

1)本发明处理的含氰废水的方法和装置，氰化物浓度适应范围广，处理效率高；

2)本发明处理含氰废水，不仅可以有效破除氰化物，还可以去除水中的金属离子，对水中的有机物也可以有效去除；

3)处理设备所需直流电源装机容量小；

4)本处理电镀废水的工艺占地面积小，处理工艺简单，运行成本低，操作和维护简单。

附图说明

图1是本发明处理含氰废水的光电氧化装置示意图；其中：(a)是主视图；(b)是俯视图；(c)是侧视图。

附图中主要组件符号说明：

1进水口；2布水板；3电极；4反应槽；5紫外灯；6密封盖板；7出气口；8溢流板；9出水口；10石英管槽。

具体实施方式

本发明实现含氰废水处理的原理和过程简述如下：

在外加电场作用下，催化阳极可以通过电化学直接氧化作用去除水中的氰化物及有机污染物。同时在紫外光的照射作用下，催化电极表面由于光催化的作用会产生羟基自由基，自由基可以有效氧化氰化物及有机污染物。

此外水中的氯离子通过阳极氧化作用生成氯气，氯气水解生成次氯酸根。次氯酸根可以与氰根离子发生氧化反应去除氰根离子。同时次氯酸在紫外光的强化照射下，生成羟基自由基和氯自由基，羟基自由基和氯自由基具有强氧化性，可以氧化去除氰根离子。这样通过多种作用实现氰根离子的去除。同时阳极表面会发生直接电解和光催化作用，氧化氰化物；反应过程如式7-式13所示：

2Cl^--2e→Cl₂ (7)

Cl₂+H₂O→HClO (8)

CN^-+OCl^-+H₂O→CNCl+2OH^- (9)

CNCl+2OH^-→CNO+Cl^-+H₂O (10)

HOCl+hγ→·OH+·Cl (11)

CN^-+HO·→N₂+CO₂ (12)

CN^-+Cl·→N₂+Cl^- (13)

在氰化物得到去除的同时，废水中的重金属离子通过还原反应沉积在阴极上，不仅得到去除而且得到回收利用；水中的有机污染物通过自由基的氧化作用得到降解和去除。

本发明的含氰废水处理方法，包括如下步骤：

1)将含氰废水的pH值调节至10以上，加入NaCl，加入量为1.5-3.0g/L。

2)调节电流至电流密度为1-5A/m²，开启紫外灯，紫外灯强度为5-30mW/cm²，主波长为254nm。进行紫外强化电解处理含氰废水，控制停留时间在10-30分钟；

3)本发明的光电催化氧化反应出水，调节pH至7-9范围内，氰化物即可以达标。

以下结合附图和实施例对本发明作具体说明。

请结合图1a、b、c，本发明用于含氰废水处理的装置其整体是一反应槽，在反应槽的底部设有进水口1、布水板2和出水口9。在反应槽内设立一溢流板8，出水口9设在溢流板8与反应槽壁之间。反应槽器的上方设有密封盖板6，在盖板上设有排气管7，以排除反应槽内产生的气体。

反应槽内平行地间隔设置有多个阳极板3和阴极板3’，每个阴极板和阳极极之间的间距为比如为3-5cm。多个阴极板3’之间相互串联，多个阳极板3也相互串联。每个阳极板3和阴极板3’间均放置有紫外灯5。为避免紫外灯5受潮，可以将紫外灯5放在石英槽10内，将石英槽10放置在反应槽内待处理的废水中。本发明的阳极板3均是采用涂覆二氧化钛的以钛为基底的钛钌网或者钛铱以及钌铱电极，阴极板3’为不锈钢板或者石墨电极。

由上述装置，含氰废水从进水口进入反应槽内，在反应槽中氰化物通过活性氯、羟基自由基和氯自由基氧化共同作用面目实现分解。

实施例1

采用本发明所描述的处理含氰废水的方法和装置处理某一含氰电镀综合废水。废水中氰化物浓度为15.8mg/L，Cu²⁺浓度10.1mg/L，Ni²⁺离子浓度为0.8mg/L，pH为0.8。首先将废水的pH值调节至10.5，然后进行光电氧化反应。反应槽的体积为15L，表观电流密度为4A/m²，紫外光强度为10mW/cm²。添加氯化钠浓度为2g/L，废水在光电反应系统中的停留时间为15分钟，处理后废水中氰化物浓度为0.33mg/L，Cu²⁺浓度为0.1mg/L，Ni²⁺离子浓度为0.15mg/L，pH为7.8。

实施例2

采用本发明所描述的处理含氰废水的方法和装置，处理某一电镀厂生产过程中产生的含氰含铜废水。废水中氰化物浓度为30.7mg/L，Cu²⁺浓度20.5mg/L，pH为1.2。首先将废水的pH值调节至10.3，然后进行光电氧化反应。反应槽的体积为15L，表观电流密度为5A/m²，紫外光强度为30mW/cm²。添加氯化钠浓度为2.5g/L，废水在光电反应系统中的停留时间为20分钟，处理后废水中氰化物浓度为0.21mg/L，Cu²⁺浓度为0.08mg/L，pH为7.8。

本发明通过电化学阳极直接氧化、光催化氧化、活性氯氧化以及紫外辐照活性氯产生氯自由基和羟基自由基等作用对水中的氰化物进行有效去除。同时含氰废水中的重金属离子在电化学反应过程中在阴极进行沉积，得到去除和回收；含氰废水中的有机物也得到有效降解和去除。

Claims

1.一种光电化学处理含氰废水的方法，主要步骤为：将含氰废水的pH值调节至10以上，加入NaCl，于紫外线照射下电解处理，出水pH调节至7-9，氰化物即可以达标。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，NaCl的加入量为每升含氰废水加入1.5-3.0克。

3.根据权利要求1所述的方法，其中，紫外灯强度为5-30mW/cm²，主波长为254nm。

4.根据权利要求1所述的方法，其中，电流密度为1-5A/m²。

5.根据权利要求1所述的方法，其中，紫外线照射下电解处理时间为10-30分钟。

6.一种用于实现权利要求1所述方法的装置，主要包括：

7.根据权利要求6所述的装置，其中，反应槽内一侧设有一溢流板。

8.根据权利要求6所述的装置，其中，反应槽底部进水口处设有布水板。

9.根据权利要求6所述的装置，其中，在反应槽上方设有盖板，盖板上设有排气管。

10.根据权利要求6所述的装置，其中，紫外灯外套设有石英管。