CN102745779B

CN102745779B - 一种电催化氧化与气浮一体化处理废水的方法

Info

Publication number: CN102745779B
Application number: CN201110100380.2A
Authority: CN
Inventors: 高峰; 桑军强; 张莉
Original assignee: Sinopec Research Institute of Petroleum Processing; China Petroleum and Chemical Corp
Current assignee: Sinopec Research Institute of Petroleum Processing; China Petroleum and Chemical Corp
Priority date: 2011-04-21
Filing date: 2011-04-21
Publication date: 2014-10-01
Anticipated expiration: 2031-04-21
Also published as: CN102745779A

Abstract

本发明涉及一种电催化氧化与气浮一体化处理废水的方法，包括：废水进入底部设有气体分布器的电催化氧化反应器，在催化剂的存在下进行电催化氧化反应，在反应的同时，向气体分布器中通入空气或氧气，对废水进行气浮处理；其中，所述催化剂选自过渡金属离子Fe²⁺、Mn²⁺、Ni²⁺、Co²⁺、Cd²⁺、Cu²⁺、Ag⁺、Cr³⁺和Zn²⁺中的一种或几种。采用本发明的方法，不但可以提高废水的处理效果，而且还可以节约成本。

Description

一种电催化氧化与气浮一体化处理废水的方法

技术领域

本发明涉及一种电催化氧化与气浮一体化处理废水的方法。

背景技术

气浮法是在污水中进行固液分离和液液分离的技术，其在含油废水、造纸废水、印染废水的处理及生活污水的二级处理和深度处理中应用广泛。气浮法主要用于从废水中去除悬浮物、油类和脂肪等。气浮法的原理很简单，就是在废水中产生大量的微气泡，使水中的细小微粒粘附在气泡上，形成密度小于水的气浮体，上浮到水面形成浮渣与水分离。气浮法按微气泡产生方式的不同分为容气气浮法、电气浮法、生物及化学气浮法和散气气浮法。溶气气浮法是在一定压力下使空气溶解于水并达到饱和状态，然后减小压力，使空气析出形成微气泡的方法。生物及化学气浮法是利用生物的作用或在水中投加化学药剂来产生微气泡的方法。散气气浮法是利用机械剪切刀或气体分布器(如由微孔陶瓷制成的扩散板)产生微气泡的方法。电气浮法通过直流电电解废水，在阳极和阴极分别产生氢气和氧气微气泡的方法。电气浮法主要是通过气浮来分离水中的污染物，其也有较弱的氧化作用，可以在气浮的同时进行脱色和杀菌。

电化学氧化法是利用电极上发生的电化学反应，或者利用与电极表面产生的强氧化性活性物种发生的氧化还原反应，使污染物分解的方法。利用电催化氧化技术将废水中的大分子有机物分解为小分子有机物或直接降解为二氧化碳和水，可以有效地降低废水的COD，提高废水的可生化性。电催化氧化技术的反应条件温和、操作简单、运行费用低，因此具有广阔的应用前景。

将电催化氧化工艺与气浮工艺组合起来，能够更有效地去除废水中的油类等有机物，降低废水的COD并提高废水的可生化性，有利于进一步的生化处理。CN1410372A提出一种絮凝-电多相催化处理油田废水方法及絮凝专用装置，该方法首先对油田废水进行气浮-絮凝处理，然后再对废水进行电催化氧化处理，处理后的废水可达到排放标准。

发明内容

本发明提供了一种电催化氧化与气浮一体化处理废水的方法，该方法同时对废水进行电催化氧化和气浮处理，可以明显提高废水的处理效果。

一种电催化氧化与气浮一体化处理废水的方法，包括：废水进入底部设有气体分布器的电催化氧化反应器，在催化剂的存在下进行电催化氧化反应，在反应的同时，向气体分布器中通入空气或氧气，对废水进行气浮处理；其中，所述催化剂选自过渡金属离子Fe²⁺、Mn²⁺、Ni²⁺、Co²⁺、Cd²⁺、Cu²⁺、Ag⁺、Cr³⁺和Zn²⁺中的一种或几种。

所述的催化剂优选为Fe²⁺。

对于每立方米废水，催化剂的用量为0.05～50摩尔，优选为0.1～20摩尔。

废水在电催化氧化反应器中的停留时间为5～360min，优选为10～240min。

电催化氧化反应的反应温度一般为常温，反应压力一般为常压。

所述电催化氧化反应器为一个长方形的反应器，其中放置一组或几组电极板，每组电极板包括一个阳极板和一个阴极板，极板间的距离可以为5-50mm，优选10-25mm，阳极板和阴极板上外加直流稳压电源。

所述电催化氧化反应器中，阳极可以是SnO₂/Ti电极、PnO₂/Ti电极、石墨电极、活性碳纤维电极或Pt电极，优选是SnO₂/Ti电极或PnO₂/Ti电极；阴极可以是金属电极，优选不锈钢电极。

电催化氧化反应器中，阴阳电极之间的电流密度为0.1～1000A/m²，优选1～500A/m²。

气浮的操作条件中，通气量为处理水量的0.5％～10％(体积比)，优选1％～5％(体积比)。所述的气体分布器为现有技术，如采用粉末冶金、素烧陶瓷或塑料制成的微孔扩散板或微孔管。

本发明适用于各种废水，特别适用于含油和/或悬浮物的废水，如原油电脱盐废水、炼油混合废水、炼油碱渣废水，化工碱渣废水、造纸废水、印染废水或油田三采废水。优选的情况下，废水中的油含量≥10mg/L和/或悬浮物含量≥100mg/L。

与现有技术相比，本发明具有如下优点：

1.本发明对废水的处理效果更好。本发明同时对废水进行电催化氧化和气浮处理，由于电催化氧化和气浮之间的协同作用，明显提高了废水的处理效果。

2.本发明不需要使用浮选剂，因此节约了药剂成本。本发明的电催化氧化过程中，会产生高氧化态金属盐(如三价铁盐)，其可以作为浮选剂提高气浮效果。

3.本发明将电催化氧化与气浮集成到一个处理单元，不但降低了固定投资成本，并且减少了占地面积。

具体实施方式

本发明的一种优选实施方式是：待处理的废水进入到一个底部设置有气体分布器的电催化氧化反应器中，向气体分布器中通入空气，使之产生微气泡，微气泡的直径为1～10mm，通气量为处理水量的2％(体积比)同时在废水中加入亚铁盐，所述的亚铁盐可以为硫酸亚铁、氯化亚铁和硝酸亚铁中的一种或几种，优选为硫酸亚铁；接通反应器中的阴、阳电极上的直流电源，在外加电场和催化剂的作用下，水溶液中产生羟基自由基等物质来分解废水中的有机物，电催化氧化过程中产生的三价铁盐作为浮选剂，与水中的微气泡一起产生气浮作用，将水中的悬浮物、胶体等杂质带到水面上；反应完毕后的废水直接排放或进一步处理；水面上的浮渣排出后进行后续处理。

以下通过实施例进一步说明本发明。

实施例1

采用上述优选实施方式的方法处理某油田三采废水，废水的水质指标见表1。采用一组电极板，电极板间距为18mm，其中SnO₂/Ti为阳电极，不锈钢为阴电极，电流强度为200A/m²，催化剂Fe₂SO₄投加量为20mg/L，废水在反应器中的停留时间为150min，实验结果见表1。

对比例1

废水与实施例1相同。将两个与实施例1相同的反应器串联，第一个反应器不通入气体，其他条件与实施例1相同，只进行电催化处理；第二级反应器不通电，其他条件与实施例1相同，只进行气浮处理，实验结果见表1。

表1

水质指标	COD(mg/L)	油含量(mg/L)
			处理前	400	230
对比例1	65	7
			实施例1	40	5

从表1的结果可以看出，采用本发明的方法，同时对废水进行电催化氧化和气浮处理，电催化氧化和气浮之间存在明显的协同作用，废水的COD和油含量大为降低，与电催化-气浮组合工艺相比，明显提高了废水的处理效果。

实施例2

采用上述优选实施方式的方法处理某石化厂电脱盐废水，废水的水质指标见表2。采用5组电极板，电极板间距为15mm，采用PnO₂/Ti为阳电极，不锈钢为阴电极，电流强度为150A/m²，催化剂Fe₂SO₄投加量为25mg/L，废水在反应器中的停留时间为120min，实验结果见表2。

对比例2

废水与实施例2相同。将两个与实施例2相同的反应器串联，第一个反应器不通入气体，其他条件与实施例2相同，只进行电催化处理；第二级反应器不通电，其他条件与实施例2相同，只进行气浮处理，实验结果见表2。

表2

水质指标	COD(mg/L)	油含量(mg/L)
			处理前	600	80
对比例2	83	5
			实施例2	55	3

从表2的结果可以看出，采用本发明的方法，同时对废水进行电催化氧化和气浮处理，电催化氧化和气浮之间存在明显的协同作用，废水的COD和油含量大为降低，与电催化-气浮组合工艺相比，明显提高了废水的处理效果。

实施例3

采用上述优选实施方式的方法处理某造纸厂废水，废水的水质指标见表3。采用3组电极板，电极板间距为20mm，采用SnO₂/Ti为阳电极，不锈钢为阴电极，电流强度为180A/m²，Fe₂SO₄投加量为10mg/L，废水在反应器中的停留时间为90min，实验结果见表3。

对比例3

废水与实施例3相同。将两个与实施例3相同的反应器串联，第一个反应器不通入气体，其他条件与实施例3相同，只进行电催化处理；第二级反应器不通电，其他条件与实施例3相同，只进行气浮处理，实验结果见表3。

表3

水质指标	COD(mg/L)	悬浮物(mg/L)
			处理前	360	75
对比例3	68	8
			实施例3	43	4

从表3的结果可以看出，采用本发明的方法，同时对废水进行电催化氧化和气浮处理，电催化氧化和气浮之间存在明显的协同作用，废水的COD和悬浮物含量大为降低，与电催化-气浮组合工艺相比，明显提高了废水的处理效果。

实施例4

采用上述优选实施方式的方法处理某印染厂废水，废水的水质指标见表4。采用2组电极板，电极板间距为16mm，采用PnO₂/Ti为阳电极，不锈钢为阴电极，电流强度为120A/m²，催化剂Fe₂SO₄投加量为10mg/L，废水在反应器中的停留时间为100min，实验结果见表4。

对比例4

废水与实施例4相同。将两个与实施例4相同的反应器串联，第一个反应器不通入气体，其他条件与实施例4相同，只进行电催化处理；第二级反应器不通电，其他条件与实施例4相同，只进行气浮处理，实验结果见表4。

表4

水质指标	COD(mg/L)	色度(倍)
			处理前	250	1500
对比例4	45	23
			实施例4	38	16

从表4的结果可以看出，采用本发明的方法，同时对废水进行电催化氧化和气浮处理，废水的COD和色度均大为降低，且处理效果好于电催化-气浮组合工艺的处理效果。

Claims

1.一种电催化氧化与气浮一体化处理废水的方法，包括：废水进入底部设有气体分布器的电催化氧化反应器，在催化剂的存在下进行电催化氧化反应，在反应的同时，向气体分布器中通入空气或氧气，对废水进行气浮处理；其中，所述的催化剂为Fe²⁺；所述废水为原油电脱盐废水、炼油混合废水、炼油碱渣废水，化工碱渣废水、印染废水或油田三采废水；所述废水中，油含量≥10mg/L和/或悬浮物含量≥100mg/L；所述电催化氧化反应器为一个长方形的反应器，其中放置一组或几组电极板，每组电极板包括一个阳极板和一个阴极板，极板间的距离为5-50mm。

2.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，对于每立方米废水，催化剂的用量为0.05～50摩尔。

3.按照权利要求2所述的方法，其特征在于，对于每立方米废水，催化剂的用量为0.1～20摩尔。

4.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，废水在电催化氧化反应器中的停留时间为20～360min。

5.按照权利要求4所述的方法，其特征在于，废水在电催化氧化反应器中的停留时间为40～240min。

6.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，电催化氧化反应器中，阴阳电极之间的电流密度为0.1～1000A/m²。

7.按照权利要求6所述的方法，其特征在于，电催化氧化反应器中，阴阳电极之间的电流密度为1～500A/m²。

8.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，电催化氧化反应器中，阳极为SnO₂/Ti电极、PnO₂/Ti电极、石墨电极、活性碳纤维电极或Pt电极，阴极为金属电极。

9.按照权利要求8所述的方法，其特征在于，电催化氧化反应器中，阴极为不锈钢电极。