CN102211830A - 电催化氧化处理切削液废水的方法 - Google Patents
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Abstract
电催化氧化处理切削液废水的方法，将所述切削液废水通过电催化费吨氧化反应器进行预处理，反应器用铁阳极和不锈钢阴极，通过滴加H2O2和硫酸钠溶液进行预处理；预处理后的切削液废水用NaOH调节pH并加入PAM沉淀过滤；过滤后的切削液废水进入阳极采用钌铱钛锡材料、阴极采用不锈钢材料的电催化氧化反应器，该反应器内划分为6个隔离的反应区域；电极板间均填充附载铜、镍或锰活性成分的活性炭并分别滴加NaClO、H2O2或通臭氧；切削液废水依次从6个反应区域流过，在其中至少停留6小时，经过电催化氧化反应器处理后，再经常规手段处理后即可排放。本发明具有设备简单、成本低、废水中的低化学耗氧量COD去除率高的有益效果。
Description
技术领域 本发明涉及水、废水或污水的处理，尤其是涉及用电解法对切削液废水进行处理的方法。
背景技术 切削液是机械加工行业广泛应用的一种金属加工液，循环使用后容易变质、变性发臭，其失效后产生切削液废水。此类废水含有乳化剂、矿物油、防腐剂及金属屑，是一种高浓度、难降解的有机废水。
1894年，法国人Fenton发现采用Fe2+/H2O2体系能氧化多种有机物，后人为纪念他将亚铁盐Fe2+和过氧化氢H2O2的组合称为Fenton试剂，它能有效氧化去除传统废水处理技术无法去除的难降解有机物。Fenton(费吨)法在处理难降解的有机污染物时具有独特的优势，其采用Fenton试剂来氧化去除难降解的有机物，工作原理是H2O2在Fe2+的催化作用下生成具有高反应活性的羟基自由基·OH。·OH氧化电位达到2.8V，可与大多数有机物作用使其降解，是除氟元素外最强的无机氧化剂，它通过电子转移等途径将有机物氧化分解成小分子；同时，Fe2+被氧化成Fe3+产生混凝沉淀，去除大量有机物。Fenton试剂在水处理中具有氧化和混凝作用，且黑暗中就能降解有机物，能节省设备；不足之处在于H2O2的利用率不高，不能充分矿化有机物。研究表明，利用Fe3+、Mn2+等均相催化剂和铁粉、石墨，铁、锰的氧化矿物等非均相催化剂同样可使H2O2分解产生·OH，其基本反应过程与Fenton试剂类似而被称为类Fenton体系。如果用Fe3+代替Fe2+，由于Fe2+是即时产生的，减少了·OH被Fe2+还原的机会，还可提高·OH的利用效率。若在Fenton体系中加入某些络合剂(如草酸盐C2O2 -4、螯合剂乙二胺四乙酸EDTA等)，可增加对有机物的去除率。
现有技术处理切削液的方法一般采用絮凝剂沉淀后再进行生化处理，该方法存在工艺复杂、处理效率较低的缺点(通过此法处理切削液废水的实验结果如表1，其中待处理的切削液废水中COD＝23615mg/L，分别以质量比为0.6％的亚铁和质量比为0.4％的聚铁作为絮凝剂进行实验，经过处理后的切削液废水中COD去除率均低于85％)，并且所需要的设备复杂、占地面积大。而Fenton法处理切削液废水这种难降解的有机废水时，具有一般化学氧化法无法比拟的优点，但H2O2价格昂贵，单独使用成本太高。近年来，高级氧化技术或称深度氧化技术用于处理难降解有机废水的研究已获得很大进展，包括电化学氧化法、湿式氧化法、 超临界水氧化法、光催化氧化法和超声降解法等，但将高级氧化技术和Fenton法结合处理切削液废水的工艺则尚未被使用。
表1
| 絮凝剂 | 质量比为0.6％的亚铁 | 质量比为0.4％的聚铁 |
| COD | 3660mg/L | 4675mg/L |
| COD去除率 | 84.5％ | 80.2％ |
发明内容本发明要解决的技术问题在于避免上述现有技术的不足之处，而对现有技术做进一步的改进，提出一种使用设备简单、成本低且处理效率高的电催化氧化处理切削液废水的方法。
本发明为解决所述技术问题而提出的技术方案是，设计一种电催化氧化处理切削液废水的方法，包括如下步骤：
A.所述切削液废水均匀流过电催化费吨氧化反应器进行预处理；所述电催化费吨氧化反应器的阳极采用铁质材料、阴极采用不锈钢材料；电场中电极板间距为100mm，直流电压为20～30V，电流密度为15～25mA/cm2，按3～6g/h/L滴加质量比为50％的H2O2，30～50g/h/L滴加质量比为10％的硫酸钠溶液；
B.经过步骤A预处理后的切削液废水用质量比为10％的NaOH调节PH值为9，加入聚丙烯酰胺PAM后沉淀过滤；
C.经过步骤B过滤后的切削液废水均匀流过电催化氧化反应器，所述电催化氧化反应器阳极采用钌铱钛锡材料，阴极采用不锈钢材料，电场中电极板间距100mm，直流电压为20～30V，电流密度为15～25mA/cm2；所述电催化氧化反应器内划分为6个物理隔离的反应区域，分别为第一、二、三、四、五、六反应区；第一反应区内，电极板间填充催化剂——附载镍和锰活性成分的活性炭，该区域按1～3ml/h/L滴加NaClO；第二反应区内，电极板间填充活性炭，该区域按1～3ml/h/L滴加质量比为50％的H2O2；第三反应区内，电极板间填充有催化剂——附载铜活性成分的活性炭，该区域按1～3g/h/L通臭氧；第四、五、六反应区分别同第一、二、三反应区的处理方法相同；所述切削液废水依次从6个反应区域流过，在所述电催化氧化反应器中至少停留6小时，平均每个反应区至少停留1个小时，经过所述电催化氧化反应器处理后，再经常规手段处理后即可排放。
其中，步骤A的预处理过程中，切削液废水在所述电催化费吨氧化反应器中停留时间至少为1小时。
步骤B中NaOH用量为0.03～0.05％，PAM用量为0.03～0.05％。
步骤C中所述的常规手段为活性炭过滤。
与现有技术相比较，本发明具有设备简单、成本低、切削液废水中的低化学耗氧量COD去除率高的有益效果。本发明方法采用了电化学法和普通Fenton法联用的方法，降低了H2O2的使用量，并且该方法能够使处理设备一体化，也大大降低了成本。对切削液废水进行预处理后再进行正式处理也大大降低了废水中的COD。
附图说明 无
具体实施方式以下结合本发明之优选实施例作进一步详述。
本发明电催化氧化处理切削液废水的方法中的电催化费吨氧化反应器和电催化氧化反应器均采用聚氯乙烯PVC材料制成。本发明方法需要对切削液废水进行预处理步骤后再进行。经过预处理过程后，切削液废水中的低化学耗氧量COD去除率高达90％以上，然后经后续过程处理，使COD总去除率能到99％以上。
对切削液废水的预处理过程：在电催化费吨氧化反应器中，平行放置铁阳极板和不锈钢阴极板，电极板间距为100mm，极板间电压为20～30V，电流密度为15～25mA/cm2；使切削液废水均匀流过电催化费吨氧化反应器，对流过的切削液废水按照3～6克/小时/升滴加质量比为50％的H2O2、30～50克/小时/升滴加质量比为10％的硫酸钠溶液；切削液废水在电催化费吨氧化反应器中至少停留1小时，切削液废水从该反应器中出来后用质量比为10％的NaOH溶液调节PH值为9，并加入聚丙烯酰胺PAM搅拌沉淀。其中，NaOH溶液的用量为切削液废水重量的0.03～0.05％，PAM为0.03～0.05％。经过电催化费吨氧化预处理后对切削液废水进行COD测定，结果如表2(实验过程中切削液废水原水的COD＝23615mg/L)。
表2
| 取样时间 | 1小时后 | 2小时后 | 3小时后 |
| COD | 1964mg/L | 1901mg/L | 1955mg/L |
| COD去除率 | 91.7％ | 92.0％ | 91.7％ |
经过预处理后的切削液废水即开始进行下述电催化氧化处理过程：使经过预处理的切削液废水均匀流过电催化氧化反应器，电催化氧化反应器阳极采用钌铱钛锡材料，阴极采用不锈钢材料，电场中电极板间距100mm，直流电压为20～30V，电流密度为15～25mA/cm2； 电催化氧化反应器内划分为6个隔离的反应区域，分别为第一、二、三、四、五、六反应区，各反应区依次连通；第一反应区内，电极板间填充催化剂——附载镍和锰活性成分的活性炭，该区域对流过的切削液废水按1～3ml/h/L滴加NaClO；第二反应区内，电极板间填充活性炭，该区域对流过的切削液废水按1～3ml/h/L滴加质量比为50％的H2O2；第三反应区内，电极板间填充有催化剂——附载铜活性成分的活性炭，该区域对流过的切削液废水按1～3g/h/L通臭氧；第四、五、六反应区的设置及处理方法分别同第一、二、三反应区的设置及处理方法相同；切削液废水依次从电催化氧化反应器的这6个反应区域流过，在电催化氧化反应器中至少停留6小时，平均每个反应区至少停留1个小时。经过电催化氧化反应器处理后对切削液废水进行COD测定，处理结果见表3(此处采用预处理过程中切削液废水在电催化费吨氧化反应器中停留1小时后的切削液废水进行的实验结果，即切削液废水中COD＝1964mg/L)。
表3
| 取样时间 | 6小时后 | 7小时后 | 8小时后 | 平均值 |
| COD | 182mg/L | 188mg/L | 179mg/L | 183mg/L |
| COD去除率 | 90.7％ | 90.4％ | 90.9％ | 90.7％ |
以上实验数据表明，采用切削液废水在电催化费吨氧化反应器中停留1小时和在电催化氧化反应器中停留6小时的方案处理完切削液废水后，废水中的COD去除率为：
(23615mg-182mg)÷23615mg×100％＝99.2％
处理后的切削液废水再经常规手段处理后即可排放，此处的常规手段可采用活性炭过滤的方法，也可以采用本技术领域其他的公知手段进行，此处不赘述。
另外，上述附载金属活性成分的活性炭采用浸渍法制备，制作方法如下：将载体活性炭用质量比为10％的氢氧化钠溶液清洗，再用1∶1的盐酸清洗，用去离子水浸泡，除水后在120℃的烘箱中干燥2小时。将干燥后的活性炭浸渍在含有Cu、Ni或Mn金属离子的可溶性硝酸盐水溶液中，金属盐溶液的浓度为10％，在25～30℃下放置24h后，于110～130℃下烘干，最后，于550℃的温度下在氮气保护下焙烧2h，即制得目的催化剂。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明所提交的权利要求书确定的专利保护范围。
Claims (4)
1.一种电催化氧化处理切削液废水的方法，包括如下步骤：
A.所述切削液废水均匀流过电催化费吨氧化反应器进行预处理；所述电催化费吨氧化反应器的阳极采用铁质材料、阴极采用不锈钢材料；电场中电极板间距为100mm，直流电压为20～30V，电流密度为15～25mA/cm2，按3～6g/h/L滴加质量比为50％的H2O2，30～50g/h/L滴加质量比为10％的硫酸钠溶液；
B.经过步骤A预处理后的切削液废水用质量比为10％的NaOH调节PH值为9，加入聚丙烯酰胺PAM后沉淀过滤；
C.经过步骤B过滤后的切削液废水均匀流过电催化氧化反应器，所述电催化氧化反应器阳极采用钌铱钛锡材料，阴极采用不锈钢材料，电场中电极板间距100mm，直流电压为20～30V，电流密度为15～25mA/cm2；所述电催化氧化反应器内划分为6个隔离的反应区域，分别为第一、二、三、四、五、六反应区；第一反应区内，电极板间填充催化剂——附载镍和锰活性成分的活性炭，该区域按1～3ml/h/L滴加NaClO；第二反应区内，电极板间填充活性炭，该区域按1～3ml/h/L滴加质量比为50％的H2O2；第三反应区内，电极板间填充有催化剂——附载铜活性成分的活性炭，该区域按1～3g/h/L通臭氧；第四、五、六反应区分别同第一、二、三反应区的处理方法相同；所述切削液废水依次从6个反应区域流过，在所述电催化氧化反应器中至少停留6小时，平均每个反应区至少停留1个小时，经过所述电催化氧化反应器处理后，再经常规手段处理后即可排放。
2.根据权利要求1所述的电催化氧化处理切削液废水的方法，其特征在于：步骤A的预处理过程中，切削液废水在所述电催化费吨氧化反应器中停留时间至少为1小时。
3.根据权利要求1所述的电催化氧化处理切削液废水的方法，其特征在于：步骤B中NaOH用量为0.03～0.05％，PAM用量为0.03～0.05％。
4.根据权利要求1所述的电催化氧化处理切削液废水的方法，其特征在于：步骤C中所述的常规手段为活性炭过滤。
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