CN102139980A

CN102139980A - 一种电芬顿-混凝组合处理焦化废水的方法和装置

Info

Publication number: CN102139980A
Application number: CN 201110114554
Authority: CN
Inventors: 曲久辉; 张宝峰; 赵旭; 刘会娟; 兰华春
Original assignee: Research Center for Eco Environmental Sciences of CAS
Current assignee: Research Center for Eco Environmental Sciences of CAS
Priority date: 2011-05-05
Filing date: 2011-05-05
Publication date: 2011-08-03

Abstract

一种电芬顿-混凝组合处理焦化废水的方法，其主要步骤为：调节生化单元出水pH至3-4；出水进入电化学反应单元，通过电化学阳极氧化、电芬顿氧化以及电混凝作用去除焦化废水中的有机污染物，反应过程中投加H₂O₂；处理后的出水调节pH为7-8，进入絮凝沉淀单元，经过絮凝沉淀处理后排出清水。本发明还提供了实现上述方法的电化学反应器。本发明不仅可以对焦化废水进行深度处理，也可用于其它工业行业废水的深度处理。

Description

一种电芬顿-混凝组合处理焦化废水的方法和装置

技术领域

本发明属于工业废水处理技术领域，具体地涉及一种电芬顿-混凝组合工艺处理焦化废水的方法。

本发明还涉及一种实现上述方法的电化学反应器。

背景技术

焦化废水主要来自钢铁企业中的焦化厂，化学成分十分复杂，含有多种难以被微生物降解或有生物毒性的有机物以及大量的氨盐、硫化物、氰化物等无机盐类，是一类很难净化处理的有机工业废水。目前，我国现有的焦化废水处理技术主要是采用A/O或A/A/O的生物处理法结合混凝沉淀法，即使生物处理最大限度地发挥作用，出水中的悬浮物、有机污染物、盐等含量仍然较高，很难实现焦化废水的再生利用。经过A/A/O工艺处理后的出水中COD值及色度分别大于150mg/L和60倍，这已远超过《污水综合排放标准》(GB 8978-1996)的一级标准。

目前许多焦化厂都面临着焦化废水深度处理回用的难题，对现有焦化废水深度处理工艺进行升级改造已非常迫切。各焦化厂都有将焦化废水回用于循环冷却水的需求，这样不仅可以减少企业环境的污染，又可以节省大量的水资源。冷却回用水水质最低标准为：COD≤60mg/L。

焦化废水深度回用处理既要去除水中的大量有机物、油、悬浮物，同时兼顾去除水中的盐分、硬度、碱度与氯化物等。处理手段大体为预处理与膜法相结合工艺。常见的预处理工艺有化学絮凝法、化学氧化法、活性炭吸附法、多介质过滤法、MBR法等；膜工艺一般采用超滤、纳滤、反渗透等膜技术。采用膜技术出水水质都能达到要求，但膜污染比较严重，化学清洗比较频繁；同时，膜滤浓缩液产量大，易造成二次污染等。电混凝沉淀法投资少，设备简单，对部分有机物处理效果良好并且处理速度快，但单独的电混凝工艺对焦化废水中的难生物降解有机物的去除能力有限，难以达到回用水标准。电化学氧化可以有效去除难降解有机污染物，但是投资成本和运行成本较高，难以大规模应用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种电芬顿-混凝组合处理焦化废水的方法。

本发明的又一目的在于提供一种用于实现上述方法的电化学反应器。

为实现上述目的，本发明提供的电芬顿-混凝组合处理焦化废水的方法，其主要步骤为：

1)调节生化出水pH至3-4；

2)将步骤1出水利用电化学阳极氧化、电芬顿氧化以及电混凝作用去除焦化废水中的有机污染物，反应过程中每升焦化废水投加0.2～0.5mL的H₂O₂；

3)步骤2处理后的出水调节pH为7-8，每升焦化废水投加0.5～2.5mg的絮凝剂沉淀后排出清水。

所述的方法，其中，步骤2中电化学阳极氧化、电芬顿氧化以及电混凝的电流为50A～300A/m²。

所述的方法，其中，步骤3中包括有使残余Fe²⁺氧化为Fe³⁺的曝气过程。

本发明提供的多阳极感应电芬顿-混凝处理焦化废水的电化学反应器，该反应器包括：

一底板，其侧壁或底部开有进水口，该底板的上方设有布水板；

反应器的上部开有溢流堰出水口；

反应器两侧侧壁设有卡槽，用于固定极板；

反应器以形稳电极为阳极，碳纤维电极为阴极，铁电极作为感应极板；各种极板相互平行排布为一个单元，排布方式为：

网状形稳电极-铁板电极-碳纤维电极-铁板电极-网状形稳电极-铁板电极-碳纤维电极-铁板电极-网状形稳电极；或

形稳电极-铁板电极-碳纤维电极-铁板电极-形稳电极；或

形稳电极-铁板电极-铁板电极-碳纤维电极-铁板电极-铁板电极-形稳电极。

所述的电化学反应器，其中，各单元之间进行并联排布。

所述的电化学反应器，其中，形稳电极为网状形稳电极。

所述的电化学反应器，其中，各电极之间的间距为1-2cm。

所述的电化学反应器，其中，极板的间距可调。

所述的电化学反应器，其中，形稳电极、铁板电极和碳纤维电极的面积之和与反应器的体积比例控制在30～160m²/m³。

本发明的特点在于：

1)本发明利用形稳电极作为阳极，碳纤维电极为阴极，通过感应电方式进行铁溶解；

2)形稳电极的阳极起电氧化作用，感应电解出的二价铁和双氧水发生芬顿反应，结合电氧化技术和电芬顿技术，高效氧化分解有机污染物；

3)本发明降低了铁板消耗量和产泥量；与单独电氧化反应器相比，缩短了反应时间和能耗。

附图说明

图1为电化学反应处理焦化废水工艺流程图。

图2为电化学反应器的结构示意图。

1槽体；2布水板；3底部固定槽；4电极；5固定卡槽；6溢流堰。

具体实施方式

本发明提出的多阳极感应电芬顿-混凝组合工艺深度处理焦化废水的方法，对焦化废水生化出水进行深度预处理，将废水中COD的浓度降低至60mg/L以下，解决生化处理存在的问题，达到膜分离深度处理进水要求。本发明是利用电化学技术可有效去除污水废水中有机污染物的特点，针对目前电化学反应器的单一性，确立了将电氧化、电芬顿、电混凝集合在单个反应器中的新思路，从而提供一种高效去除污水废水中污染物的多阳极感应电芬顿-混凝反应器及方法，以实现节约工程投资及运行成本的高效集约化深度处理焦化废水等污水废水的技术。

本发明是在多阳极感应电芬顿(Fenton)-混凝反应器内多种过程协同去除有机物：

(1)电极氧化过程：在电场作用下，使污染物直接断链或结构发生变化，利于混凝或氧化去除，或利用电极表面产生的强氧化性的自由基·OH，无选择地对有机物进行氧化处理。如果污水中含有Cl^-时，阳极有氧化性的Cl₂或者次氯酸生成，可以氧化有机物和无机物。

(2)电极还原过程：一类是直接还原，即污染物直接在阴极上得到电子而发生还原作用，部分有机物得到电子被还原成易氧化降解的物质；另一类是间接还原，污染溶液中的阳离子首先在阴极得到电子，然后再将电子转移给溶液中的污染物。

(3)电Fenton过程。本发明中H₂O₂既可以通过电还原产生又可以通过外部投加，电反应器的感应铁电极会在电场的作用下产生Fe²⁺，体系中的H₂O₂经Fe²⁺催化产生羟基自由基，Fe³⁺催化剂也能激发这个反应，这两个反应生成的·OH自由基能有效地氧化各种有毒的和难处理的有机化合物，对焦化废水生化出水中难生化降解的多环芳烃、含氮杂环类物质有很好的去除效果。

(4)混凝过程：阳极铁板通以直流电后，阳极失去电子，形成Fe²⁺和Fe³⁺，水解生成氢氧化铁胶体絮凝剂，将废水中的有机物等污染物质吸附去除。

基于上述原理，本发明提出采用多阳极感应电芬顿-混凝组合工艺对焦化废水生化出水进行深度处理，为焦化废水的治理提供新的技术途径和理论依据。

本发明提供的电化学反应器，见附图2。反应器槽体1为方形，下部通过布水板2进水，通过有法兰的底部固定槽3固定，电极4平行排布，通过固定卡槽5固定在槽体上，电化学反应出水通过上部溢流堰6溢出。其中，有两个或者数个形稳电极作为阳极；一个或者数个碳纤维电极作为阴极；两块或者数块铁电极作为感应极板。各种极板平行排布，间距可调。电化学反应过程中投加双氧水。

电极排布方式为：网状形稳电极、铁板电极、碳纤维电极、铁板电极、网状形稳电极、铁板电极、碳纤维电极、铁板电极、网状形稳电极；或者为网状形稳电极、铁板电极、碳纤维电极、铁板电极、网状形稳电极；或者为网状形稳电极、铁板电极、铁板电极、碳纤维电极、铁板电极、铁板电极、网状形稳电极。

当电化学反应器所需的电极数量较大时，可以任一种排布方式作为一个单元，各单元之间进行并联排布。

根据本发明所提供的电化学反应器，其形稳电极、铁板电极和碳纤维电极的面积之和与反应器的体积比例控制在20～160m²/m³。

本发明利用多阳极感应电芬顿-混凝组合工艺深度处理焦化废水方法，其主要步骤为：

1)调节生化出水pH至3-4；

2)将步骤1出水引入电化学反应器，投加H₂O₂，施加电流为50A～300A/m²，水力停留时间为3～20min，出水pH为6左右；H₂O₂为30％(w/v)，投加量为0.2～0.5mL(H₂O₂)/L(焦化废水)，也可以将H₂O₂稀释后再投加。

3)将步骤2出水引入混凝沉淀池，用碱液将pH调为7～8，前段曝气，使残余Fe²⁺氧化为Fe³⁺，同时起到搅拌作用；并投加0.5～3.0mg/L的絮凝剂PAM，水力停留时间为30min；

4)将步骤2出水引入中间水池，以进入回用处理单元。

下面两个实施例是用于说明本发明的技术方案和实施后的效果，不应理解为是对本发明的权利要求范围的限制。

实施例1

山西某焦化厂废水处理工艺，二生化出水COD为120～150mg/L，以及色度等都不达标，对后续的除盐工艺有较大的冲击压力，影响最终出水水质。

采用本发明的处理方法和电化学反应器，出水各项指标都达到国家一级排放要求，COD为54mg/L，优于一级标准且满足冷却回用水最低标准要求≤60mg/L。处理流程为焦化废水生化出水进入调节池，投加酸液调节pH为2.7，然后进入多阳极感应电芬顿反应器，H₂O₂由水射器在线投加，投量为0.2mL/L，施加电流密度为266.7A/m²，停留时间为3～10min。多阳极电芬顿反应器出水进入混凝沉淀池，投加碱液将pH调为7～8，絮凝剂PAM投量为1.0mg/L，停留时间为30min，出水COD降至54mg/L，已达到后续脱盐工艺的前处理要求。

实施例2

内蒙古某焦化厂废水，生化出水COD为100-110mg/L，需进行深度处理达标回用。

待处理的焦化废水的生化出水进入调节池，投加酸液调节pH为3.2，然后进入多阳极感应电芬顿反应器，H₂O₂由水射器在线投加，投量为0.7mL/L，施加电流密度为200.7A/m²，停留时间为10min。多阳极电芬顿反应器出水进入混凝沉淀池，投加碱液将pH调至7～8，PAM投量为1.5mg/L，停留时间为25min，出水COD降至45mg/L，达到其回用标准。

Claims

1.一种电芬顿-混凝组合处理焦化废水的方法，其主要步骤为：

1)调节生化池出水pH至3-4；

2)将步骤1出水进入电化学反应单元，利用电化学阳极氧化、电芬顿氧化以及电混凝作用去除焦化废水中的有机污染物，反应过程中投加H₂O₂；

3)步骤2处理后的出水调节pH为7-8，进入絮凝沉淀池，絮凝沉淀后排出清水。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，每升焦化废水投加0.2～0.5mL的H₂O₂；每升焦化废水投加0.5～2.5mg的絮凝剂。

3.根据权利要求1所述的方法，其中，步骤2中电化学阳极氧化、电芬顿氧化以及电混凝的电流为50A～300A/m²。

4.根据权利要求1所述的方法，其中，步骤3中包括有使残余Fe²⁺氧化为Fe³⁺的曝气过程。

5.一种多阳极感应电芬顿-混凝处理焦化废水的电化学反应器，该反应器包括：

反应器的上部开有溢流堰；

反应器两侧侧壁设有卡槽，用于固定极板；

形稳电极-铁板电极-碳纤维电极-铁板电极-形稳电极；或

6.根据权利要求5所述的电化学反应器，其中，各单元之间进行并联排布。

7.根据权利要求5所述的电化学反应器，其中，形稳电极为网状形稳电极。

8.根据权利要求5所述的电化学反应器，其中，各电极之间的间距为1-2cm。

9.根据权利要求5所述的电化学反应器，其中，极板的间距可调。

10.根据权利要求5所述的电化学反应器，其中，形稳电极、铁板电极和碳纤维电极的面积之和与反应器的体积比例控制在30～160m²/m³。