CN104944657B - 一种治理废水的声波电氧化工艺 - Google Patents
一种治理废水的声波电氧化工艺 Download PDFInfo
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Abstract
本发明的治理废水的声波电氧化工艺，包括絮凝处理、超声波处理、氧化剂处理与电化学处理等多种方法，各种方法相互配合，处理条件与药剂相适应。本发明的声波电氧化工艺，有效降解水中各种杂质，废水中的重金属、COD、总磷和总氮得到了有效的去除。
Description
技术领域
本发明属于废水治理领域，具体涉及一种治理废水的声波电氧化工艺。
背景技术
随着我国工业的高速发展和国家日的发展规划，对我国环保事业的要求，我国工业污水排放面临着巨大的发展机遇。当前发展循环经济，对提高资源利用率和建设资源节约型、环境友好型社会具有重要意义。资源减量化、再利用、再循环是贯彻实施循环经济，资源综合利用和清洁生产的三大基本原则，也是环境污染防治从末端治理转向前端控制，实现社会经济可持续发展战略的必然要求。
目前，有机废水处理技术多种多样，就针对我国目前工业废水的处理现状的统计和调查，采用的主要有多种不同分类的方法：（1）化学氧化法；（2）化学催化氧化法；（3）湿式氧化法；（4）超临界水氧化法；（5）光化学氧化法和光化学催化氧化法；（6）电化学氧化还原法。（7）化学沉淀法，又分为中和沉淀法和硫化物沉淀法。（8）氧化还原处理，分为化学还原法、铁氧化法和电解法；（9）溶剂萃取分离法；（10）吸附法；（11）生物处理技术，包括生物絮凝法、生物吸附法、生物化学法、植物修复法。近年来，电解法迅速发展，并对铁屑内电解进行了深入研究，利用铁屑内电解原理研制的动态废水处理装置对重金属离子有很好的去除效果。
超声波是一种频率高于20000赫兹的声波，它的方向性好，穿透能力强，易于获得较集中的声能。当超声波在介质中传播时，由于超声波与介质的相互作用，使介质发生物理的和化学的变化，从而产生一系列力学的、热学的、电磁学的和化学的超声效应，包括以下4种效应：（1）机械效应，超声波的机械作用可促成液体的乳化、凝胶的液化和固体的分散。（2）空化作用，超声波作用于液体时可产生大量小气泡。一个原因是液体内局部出现拉应力而形成负压，压强的降低使原来溶于液体的气体过饱和，而从液体逸出，成为小气泡。（3）热效应，由于超声波频率高，能量大，被介质吸收时能产生显著的热效应。（4）化学效应，超声波的作用可促使发生或加速某些化学反应。利用超声波处理废水可将水中溶解的有机物氧化或还原分解，甚至完全矿化，但超声波的效率低一直是限制其应用的难题。
化学氧化法是利用化学氧化剂的强氧化性，将废水中的无机物和有机物彻底氧化成无毒的小分子物质或气体，从而达到处理的目的，在酸性和碱性溶液中可以氧化多种有机污染物。特别是可溶性Fe2+和H2O2按一定的比例混合所组成的芬顿（Fenton）试剂，能氧化许多有机物，且操作不需要高温高压，处理效果好，但存在一些难以克服的弱点。目前，化学氧化法所需的费用还较高。
利用电化学反应使金属离子及其水解聚合物的混凝作用，去除水中羽毛和悬浮物，同时水的电解产生的氢离子和氢氧根离子对水中的离子进行氧化、还原，且极板在电解时产生铁离子与水中金属离子混凝沉淀，电解过程中的羟基自由基具有限强的氧化能力，能有效的降低COD，对直流电源要求小，减小占地面积，增大处理水量。另外，废水经过两次或多次电解，提高了污染物的处理效果。但很多生产过程中产生的有机废水很难被氧化，大环长链很难处理，给生物处理带来很大的困扰。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种复合声波电氧化工艺。
本发明的治理废水的声波电氧化工艺，包含以下步骤：
（1）调节废水的pH至3.8-4.5，加入氧化剂，搅拌反应20-25min，搅拌速度为80-100转/分；
（2）上一步骤的出水引入超声波反应器，声波频率为20-28kHz，超声波作用时间12-15min；
（3）调节步骤（2）的出水pH至2.5-3.5，然后进行电氧化处理，极板间距为1.5cm-2.5cm，调节电流密度为12-15mA/cm2，投加H2O2，与阳极产生的Fe2+构成芬顿试剂，分解废水中的络合物等各种有机物，废水停留时间为10-15min，经沉淀后进行固液分离；
（4）向废水中加入絮凝剂，混合20-30min，经沉淀后出水。
优选的，所述氧化剂由NaClO3、H2O2和FeCl3组成，其比值为2：1：1-3。
优选的，所述氧化剂的加入量为废水的1-3wt%。
优选的，步骤（3）中阳极的基材为钛，涂层材料为铁和铝，阴极为多孔性石墨电极。
优选的，步骤（3）中H2O2的投加量，为每升废水投加3-5ml。
优选的，步骤（4）中絮凝剂加入前，将废水的pH调至8-9。
优选的，步骤（4）中的的絮凝剂为有机膨润土、活性炭和氯化钠组成的絮凝剂，其比值为20：15：1-2，使用前将其混合均匀。
优选的，步骤（4）所述絮凝剂的添加量为废水的1.5-5.5wt%。
优选的，所述有机膨润土、活性炭和氯化钠的的粒度为50-90目。
本发明的有益效果是：本发明首先采用絮凝剂对废水进行处理，所采用的絮凝剂为复合絮凝剂，相比单一的絮凝剂可使水与杂质快速分离，更有效去除废水中的杂质。随后采用的超声波处理，对污水起到空化、混合、裂解、氧化、推流、杀菌、灭藻、清洗、除垢，超声波空化对辅助杀菌和有机物降解。然后结合氧化剂，进一步进行广谱杀菌，降解有机物，所采用的氧化剂由NaClO3、H2O2和FeCl3组成，重金属去除率高。第四步进一步对废水进行超声波处理，使废水中产生大量的氢氧基和氢基，提高反应效率。最后借助外加电压产生的电化学反应，进一步去除废水中的污染物。
本发明的治理废水的声波电氧化工艺的各种方法相互配合，处理条件与药剂相适应，可有效降解水中各种杂质，废水中的重金属、COD、总磷和总氮得到了有效的去除。
具体实施方式
实施例1
（1）调节废水的pH至3.8-4.5，加入由NaClO3、H2O2和FeCl3组成的氧化剂，其比值为2：1：1，加入量为废水的1wt%，搅拌反应20-25min，搅拌速度为80-100转/分；
（2）上一步骤的出水引入超声波反应器，声波频率为20-28kHz，超声波作用时间12-15min；
（3）调节步骤（2）的出水pH至2.5-3.5，然后进行电氧化处理，阳极的基材为钛，涂层材料为铁和铝，阴极为多孔性石墨电极，极板间距为1.5cm，调节电流密度为12mA/cm2，每升废水投加3mlH2O2，与阳极产生的Fe2+构成芬顿试剂，分解废水中的络合物等各种有机物，废水停留时间为10-15min，经沉淀后进行固液分离；
（4）调节废水的pH至8-9，向废水中加入由有机膨润土、活性炭和氯化钠组成的絮凝剂，添加量为废水的1.5wt%，混合20-30min，经沉淀后出水；其中，有机膨润土、活性炭和氯化钠的比值为20：15：1，有机膨润土、活性炭和氯化钠的的粒度为50目，使用前将其混合均匀。
实施例2
（1）调节废水的pH至3.8-4.5，加入由NaClO3、H2O2和FeCl3组成的氧化剂，其比值为2：1：2，加入量为废水的2wt%，搅拌反应20-25min，搅拌速度为80-100转/分；
（2）上一步骤的出水引入超声波反应器，声波频率为20-28kHz，超声波作用时间12-15min；
（3）调节步骤（2）的出水pH至2.5-3.5，然后进行电氧化处理，阳极的基材为钛，涂层材料为铁和铝，阴极为多孔性石墨电极，极板间距为2.0cm，调节电流密度为13.5mA/cm2，每升废水投加4mlH2O2，与阳极产生的Fe2+构成芬顿试剂，分解废水中的络合物等各种有机物，废水停留时间为10-15min，经沉淀后进行固液分离；
（4）调节废水的pH至8-9，向废水中加入由有机膨润土、活性炭和氯化钠组成的絮凝剂，添加量为废水的4.0wt%，混合20-30min，经沉淀后出水；其中，有机膨润土、活性炭和氯化钠的比值为20：15：1.5，有机膨润土、活性炭和氯化钠的的粒度为75目，使用前将其混合均匀。
实施例3
（1）调节废水的pH至3.8-4.5，加入由NaClO3、H2O2和FeCl3组成的氧化剂，其比值为2：1：3，加入量为废水的3wt%，搅拌反应20-25min，搅拌速度为80-100转/分；
（2）上一步骤的出水引入超声波反应器，声波频率为20-28kHz，超声波作用时间12-15min；
（3）调节步骤（2）的出水pH至2.5-3.5，然后进行电氧化处理，阳极的基材为钛，涂层材料为铁和铝，阴极为多孔性石墨电极，极板间距为2.5cm，调节电流密度为15mA/cm2，每升废水投加5mlH2O2，与阳极产生的Fe2+构成芬顿试剂，分解废水中的络合物等各种有机物，废水停留时间为10-15min，经沉淀后进行固液分离；
（4）调节废水的pH至8-9，向废水中加入由有机膨润土、活性炭和氯化钠组成的絮凝剂，添加量为废水的5.5wt%，混合20-30min，经沉淀后出水；其中，有机膨润土、活性炭和氯化钠的比值为20：15：2，有机膨润土、活性炭和氯化钠的的粒度为90目，使用前将其混合均匀。
实施例4
（1）调节废水的pH至3.8-4.5，加入由NaClO3、H2O2和FeCl3组成的氧化剂，其比值为2：1：2，加入量为废水的2wt%，搅拌反应20-25min，搅拌速度为80-100转/分；
（2）上一步骤的出水引入超声波反应器，声波频率为20-28kHz，超声波作用时间12-15min；
（3）调节步骤（2）的出水pH至2.5-3.5，然后进行电氧化处理，阳极的基材为钛，涂层材料为铁和铝，阴极为多孔性石墨电极，极板间距为2.0cm，调节电流密度为13.5mA/cm2，每升废水投加4mlH2O2，与阳极产生的Fe2+构成芬顿试剂，分解废水中的络合物等各种有机物，废水停留时间为10-15min，经沉淀后进行固液分离；
（4）调节废水的pH至8-9，向废水中加入由有机膨润土、活性炭和氯化钠组成的絮凝剂，添加量为废水的4.0wt%，混合20-30min，经沉淀后出水；其中，有机膨润土、活性炭和氯化钠的比值为20：15：4，有机膨润土、活性炭和氯化钠的的粒度为75目，使用前将其混合均匀。
实施例5
（1）调节废水的pH至3.8-4.5，加入由NaClO3、H2O2和FeCl3组成的氧化剂，其比值为2：1：2，加入量为废水的2wt%，搅拌反应20-25min，搅拌速度为80-100转/分；
（2）上一步骤的出水引入超声波反应器，声波频率为20-28kHz，超声波作用时间12-15min；
（3）调节步骤（2）的出水pH至2.5-3.5，然后进行电氧化处理，阳极的基材为钛，涂层材料为铁和铝，阴极为多孔性石墨电极，极板间距为2.0cm，调节电流密度为13.5mA/cm2，每升废水投加4mlH2O2，与阳极产生的Fe2+构成芬顿试剂，分解废水中的络合物等各种有机物，废水停留时间为10-15min，经沉淀后进行固液分离；
（4）调节废水的pH至8-9，向废水中加入由有机膨润土、活性炭和氯化钠组成的絮凝剂，添加量为废水的4.0wt%，混合20-30min，经沉淀后出水；其中，有机膨润土和活性炭的比值为20：15，有机膨润土、活性炭和氯化钠的的粒度为75目，使用前将其混合均匀。
实施例6
（1）调节废水的pH至3.8-4.5，加入由NaClO3、H2O2和FeCl3组成的氧化剂，其比值为2：1：4，加入量为废水的2wt%，搅拌反应20-25min，搅拌速度为80-100转/分；
（2）上一步骤的出水引入超声波反应器，声波频率为20-28kHz，超声波作用时间12-15min；
（3）调节步骤（2）的出水pH至2.5-3.5，然后进行电氧化处理，阳极的基材为钛，涂层材料为铁和铝，阴极为多孔性石墨电极，极板间距为2.0cm，调节电流密度为13.5mA/cm2，每升废水投加4mlH2O2，与阳极产生的Fe2+构成芬顿试剂，分解废水中的络合物等各种有机物，废水停留时间为10-15min，经沉淀后进行固液分离；
（4）调节废水的pH至8-9，向废水中加入由有机膨润土、活性炭和氯化钠组成的絮凝剂，添加量为废水的4.0wt%，混合20-30min，经沉淀后出水；其中，有机膨润土、活性炭和氯化钠的比值为20：15：1.5，有机膨润土、活性炭和氯化钠的的粒度为75目，使用前将其混合均匀。
实施例7
（1）调节废水的pH至3.8-4.5，加入由NaClO3和H2O2组成的氧化剂，其比值为2：1，加入量为废水的2wt%，搅拌反应20-25min，搅拌速度为80-100转/分；
（2）上一步骤的出水引入超声波反应器，声波频率为20-28kHz，超声波作用时间12-15min；
（3）调节步骤（2）的出水pH至2.5-3.5，然后进行电氧化处理，阳极的基材为钛，涂层材料为铁和铝，阴极为多孔性石墨电极，极板间距为2.0cm，调节电流密度为13.5mA/cm2，每升废水投加4mlH2O2，与阳极产生的Fe2+构成芬顿试剂，分解废水中的络合物等各种有机物，废水停留时间为10-15min，经沉淀后进行固液分离；
（4）调节废水的pH至8-9，向废水中加入由有机膨润土、活性炭和氯化钠组成的絮凝剂，添加量为废水的4.0wt%，混合20-30min，经沉淀后出水；其中，有机膨润土、活性炭和氯化钠的比值为20：15：1.5，有机膨润土、活性炭和氯化钠的的粒度为75目，使用前将其混合均匀。
对实施例1-7的最终出水水质进行检测，出水检测结果见表1。
表1 出水水质检测结果
| 项目 | COD去除率（%） | 总氮去除率（%） | 总磷去除率（%） | 有机物去除率（%） |
| 实施例1 | 99.1 | 98.4 | 99.2 | 96.6 |
| 实施例2 | 99.3 | 99.1 | 99.5 | 97.3 |
| 实施例3 | 98.4 | 99.5 | 99.0 | 96.8 |
| 实施例4 | 80.9 | 84.9. | 88.9 | 86.1 |
| 实施例5 | 78.3 | 80.7 | 84.0 | 81.7 |
| 实施例6 | 87.8 | 85.8 | 89.5 | 88.4 |
| 实施例7 | 82.7 | 77.6 | 83.4 | 83.0 |
从表1可以看出，实施例1-3中絮凝剂采用有机膨润土、活性炭和氯化钠的混合物，比值为20：15：1-2，比实施例5中絮凝剂仅采用有机膨润土和活性炭的处理效果好；而实施例4采用有机膨润土、活性炭和氯化钠的比值改变时，废水的COD、氮、磷及有机物的去除率下降也较为明显。实施例1-3中氧化剂采用NaClO3、H2O2和FeCl3，其比值为2：1：1-3，当NaClO3、H2O2和FeCl3的比值改变时如实施例6，废水中各种杂质的去除率有所下降；而当氧化剂仅采用NaClO3和H2O2时，废水中各种杂质的去除率下降较为明显。
以上对本发明实施例所提供的一种治理废水的声波电氧化工艺，进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
Claims (7)
1.一种治理废水的声波电氧化工艺，其特征在于，包含以下步骤：（1）调节废水的pH至3.8-4.5，加入氧化剂，搅拌反应20-25min，搅拌速度为80-100转/分；
（2）上一步骤的出水引入超声波反应器，声波频率为20-28kHz，超声波作用时间12-15min；
（3）调节步骤（2）的出水pH至2.5-3.5，然后进行电氧化处理，极板间距为1.5cm-2.5cm，调节电流密度为12-15mA/cm2，投加H2O2，与阳极产生的Fe2+构成芬顿试剂，分解废水中的各种有机物，废水停留时间为10-15min，经沉淀后进行固液分离；
（4）向废水中加入絮凝剂，混合20-30min，经沉淀后出水；
所述氧化剂由NaClO3、H2O2和FeCl3组成，其比值为2：1：1-3；
所述氧化剂的加入量为废水的1-3wt%。
2.根据权利要求1所述的治理废水的声波电氧化工艺，其特征在于，步骤（3）中阳极的基材为钛，涂层材料为铁和铝，阴极为多孔性石墨电极。
3.根据权利要求1所述的治理废水的声波电氧化工艺，其特征在于，所述步骤（3）中H2O2的投加量，为每升废水投加3-5ml。
4.根据权利要求1所述的治理废水的声波电氧化工艺，其特征在于，絮凝剂加入前，将废水的pH调至8-9。
5.根据权利要求1所述的治理废水的声波电氧化工艺，其特征在于，所述絮凝剂为有机膨润土、活性炭和氯化钠组成的絮凝剂，其比值为20：15：1-2，使用前将其混合均匀。
6.根据权利要求1所述的治理废水的声波电氧化工艺，其特征在于，所述絮凝剂的添加量为废水的1.5-5.5wt%。
7.根据权利要求5所述的治理废水的声波电氧化工艺，其特征在于，所述有机膨润土、活性炭和氯化钠的的粒度为50-90目。
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