CN105819541B - 一种含盐废水的处理方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种含盐废水的处理方法，该方法包括：在微波辐射下，将含盐废水在三维电极反应器中进行处理，其中，所述微波辐射的微波频率为900‑2500MHz；所述三维电极反应器包括阴极板、阳极板和位于阴极板和阳极板之间的粒子电极；所述阳极板为钛基金属氧化物涂层电极；所述粒子电极为活性炭。本发明将微波与三维电极进行联合使用，从而协同地对含盐废水中的有机污染物进行降解，并且本发明的含盐废水的处理方法具有处理时间短，有机物降解彻底，能耗低，无二次污染等优点，具有良好的工业应用前景。
Description
技术领域
本发明涉及一种含盐废水的处理方法。
背景技术
目前，许多地区，特别是一些干旱地区和沿海地区，水资源短缺问题愈演愈烈，为了缓解淡水资源日益紧缺的局面，一些沿海地区已经推行将海水直接用于工业用水和生活用水，这却导致大量的高含盐量的废水的产生。工业排放的含盐废水还含有大量的有毒难降解有机污染物，如果将该含盐废水直接排放，将对环境带来十分严重影响。
电化学氧化去污是利用电解实现氧化降解有机污染物的方法，电化学氧化的设备简单，控制灵活，易与其他技术联合使用，其中，三维电极反应器是在传统的二维平板电极的基础上发展起来的，它是在传统的二维电解槽电极间装填粒状或其它碎屑状的工作电极材料，使装填工作材料表面带电，成为新的一级，在工作电极材料表面能发生电化学反应。与二维电极相比具有电极面积大、面体比高、传质速度快等优点，而成为研究的重点。
然而仅采用三维电极反应器对废水中的有机污染物进行处理，并不能够获得较好的处理效果，并且存在耗时长的缺陷。
发明内容
本发明的目的是克服现有的含盐废水的处理方法中存在的有机污染物难以除去且耗时长等缺陷，提供一种能够高效地除去含盐废水中的有机污染物且处理时间较短的含盐废水的处理方法。
本发明的发明人经过深入研究发现，与传统的加热方法相比，采用微波加热技术处理废水中有机污染物具有快速、高效、不污染环境等优点。目前，微波技术应用于废水处理的方式主要有三种：第一种是先将废水中的污染物吸附到吸波材料上，然后将吸波材料取出并置于微波场中辐射，使吸附的污染物降解；第二种是直接用微波辐射含有吸波材料的废水来进行降解；第三种是与其他技术的结合使用，包括与NaClO、Fenton、光催化等的联合。上述方法对于含盐废水的处理都存在有机污染物难以除去且耗时长等缺陷。
然而，本发明发明人首次发现，将微波技术与三维电极反应器的技术相结合，且使该三维电极反应器的粒子电极为活性炭时，可以更加有利于对含盐废水的电化学氧化处理，在无需外加电解质的情况下，能够意想不到地达到处理效率高、电能消耗少的目的。并且，在微波的作用下，可以对吸附在活性炭表面的有机污染物进行解吸和消解，使活性炭不断得到再生，从而更加有利于对废水中有机污染物的吸附降解。活性炭作为“敏化剂”，也能够吸收微波，从而对有机物进行微波辐射降解。由此完成了本发明。
为此，本发明提供一种含盐废水的处理方法，该方法包括：在微波辐射下，将含盐废水在三维电极反应器中进行处理，其中，所述微波辐射的微波频率为900-2500MHz；所述三维电极反应器包括阴极板、阳极板和位于阴极板和阳极板之间的粒子电极；所述阳极板为钛基金属氧化物涂层电极；所述粒子电极为活性炭。
通过采用本发明的含盐废水的处理方法，将微波与三维电极进行联合使用，从而协同地对含盐废水中的有机污染物进行降解，并且本发明的含盐废水的处理方法具有处理时间短，有机物降解彻底，能耗低，无二次污染等优点，具有良好的工业应用前景。
本发明的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1是本发明的含盐废水的处理方法所采用的装置的示意图。
附图标记说明
1 微波反应器；
2 三维电极反应器；
3 阳极板；
4 阴极板；
5 粒子电极；
6 进水口；
7 出水口；
8 电源。
具体实施方式
以下对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
本发明提供一种含盐废水的处理方法，其中，该方法包括：在微波辐射下，将含盐废水在三维电极反应器中进行处理，其中，所述微波辐射的微波频率为900-2500MHz；所述三维电极反应器包括阴极板、阳极板和位于阴极板和阳极板之间的粒子电极；所述阳极板为钛基金属氧化物涂层电极；所述粒子电极为活性炭。
根据本发明，对所述含盐废水的来源并没有特别的限定，可以为来自工业废水的含盐量较高的废水。例如，可以是直接将海水作为工业用水后产生的废水。其中，所述含盐废水中的氯离子浓度可以为200mg/L以上，本发明的方法特别适用于对氯离子浓度为500-2000mg/L的含盐废水的处理。上述氯离子是由含盐废水中的盐提供，主要是NaCl。
其中，由于所述含盐废水主要来源于工业废水含有难以除去的有机污染物，虽然本发明的含盐废水的处理方法可以对任何有机污染物含量的含盐废水进行处理，但是本发明的方法特别适用于处理COD为50-300mg/L，BOD5为5-30mg/L的含盐废水。更优选地，所述含盐废水的COD为60-250mg/L，BOD5为6-20mg/L。更进一步优选地，所述含盐废水的COD为100-205mg/L，BOD5为10-20mg/L。
根据本发明，所述微波辐射的微波频率为900-2500MHz，为了获得更好的有机污染物的降解效果，优选情况下，所述微波辐射的微波频率为915-2450MHz，特别优选采用微波频率为2450MHz的微波。
根据本发明，由于在三维电极反应器中的处理还处于微波辐射的环境中，这使得作为粒子电极的活性炭能够更快地降解其表面吸附的有机污染物，从而使得活性炭可以不断再生，恢复活性炭的活性，完成对含盐废水的有机污染物的短时处理。
因此，本发明对微波辐射的来源并没有特别的限定，只要能够实现上述降解效果即可，例如，可以将三维电极反应器置于微波反应器中。如果采用微波反应器，可以设定的功率为20-80W，且设定发射出微波的微波频率为900-2500MHz。
根据本发明，在所述三维电极反应器中，所述钛基金属氧化物涂层电极是指通过在钛金属板的一个或两个表面上涂覆金属氧化物形成的电极板。该钛基金属氧化物涂层电极所用的金属氧化物可以是本领域常规的用于涂布钛板等金属电极板的金属氧化物，优选情况下，该金属氧化物为SnO2、IrO2、TiO2、PbO2和RuO2中的一种或多种，更优选为SnO2、PbO2和RuO2中的一种或多种。
为了更好的达到对含盐废水的有机污染物的处理效果，本发明中的钛基金属氧化物涂层电极的金属氧化物涂层的厚度(相对于每个钛基电极板的表面)优选为5-20μm，金属氧化物的晶粒尺寸优选为4-30nm，更优选为5-20nm，更进一步优选为5-15nm。
在上述三维电极反应器中，当所述金属氧化物优选为SnO2、PbO2或RuO2时，即当所述阳极板为Ti/SnO2电极板、Ti/PbO2电极板或Ti/RuO2电极板时，该阳极板可以更好地与三维电极反应器中的阴极板和粒子电极以及配合微波辐射协同地除去含盐废水中的有机污染物。
另外，构成所述三维电极反应器的电极之一的阴极板可以为本领域常规的用作阴极的导电材料，然而为了兼顾获得较好的导电性能和耐腐蚀性能，所述阴极板优选为钛金属板、镍金属板、石墨板或钛镍合金板，更优选为钛金属板。
根据本发明，所述粒子电极为活性炭。虽然本发明对所述作为粒子电极的活性炭的形状并没有特别的限定，可以采用本领域常规用作粒子电极的任何形状的活性炭。但是为了更好地配合微波辐射和电化学反应的共同作用以实现对含盐废水中的有机污染物的降解，优选情况下，作为本发明的粒子电极的活性炭采用的是粒径为2-6mm的活性炭，更优选采用粒径为3-5mm的活性炭。
根据本发明，所述活性炭的用量可以在较宽的范围内变动，只要能够有效地完成对含盐废水的降解即可。优选情况下，以所述含盐废水的总重量为基准，所述活性炭的用量为0.5-5重量％。
根据本发明，所述三维电极反应器可以选用任何材料的反应容器，只要该反应容器难以被腐蚀且可透过微波辐射即可，例如可以为水泥池、塑料池、玻璃池等，另外，选用的反应容器的体积可以为任意大小，可以根据待处理的含盐废水的量进行选择，此处不再赘述。
在上述三维电极反应器中，所述阴极板和阳极板位于反应容器之中，优选情况下，所述阴极板和阳极板垂直插入含盐废水中且两面平行。而所述阴极板和阳极板的面积可以根据待处理的含盐废水的量和所用的反应容器的体积选择，例如本发明的优选实施方式中所述为阴极板和阳极板的面积为80-120cm2。
在上述三维电极反应器中，为了防止短路，需要添加绝缘粒子例如玻璃珠或在部分活性炭粒子表面涂布上聚氧乙烯醇凝胶形成绝缘粒子后混于粒子电极中，可以根据所需处理的含盐废水的水质情况对绝缘粒子的用量进行选择，例如相对于粒子电极的重量，所述绝缘粒子的用量可以为10-50重量％。
在上述三维电极反应器中，为了更好地催化氧化所述含盐废水中的有机污染物，所述三维电极反应器的运作参数可以根据含盐废水的水质情况进行调整，优选情况下，所述三维电极反应器的运行参数为极板间距2-8cm，电导率≥1mS/cm。更优选情况下，所述三维电极反应器的运行参数为极板间距2-7cm，电导率≥1mS/cm。其中，由于本发明处理的是含盐废水，通常可以保证其电导率≥1mS/cm，而当电导率<1mS/cm时，可向该含盐废水中加入氯化钠和/或硫酸钠进行调节。
根据本发明，虽然在微波辐射的条件下按照本发明在三维电极反应器中对所述含盐废水进行降解就可以使得其含有的有机污染物具有很高的降解率，然而，为了获得更好的降解效果，优选情况下，所述处理的条件包括：pH为3.5-10，电流密度为10-60mA/cm2，温度为15-50℃，时间为3-15min。更优选地，所述处理的条件包括：pH为4-9，电流密度为10-50mA/cm2，温度为20-40℃，时间为5-10min。更进一步优选地，所述处理的条件包括：pH为5-8，电流密度为15-40mA/cm2，温度为25-35℃，时间为5-8min。采用本发明的方法，可以最大程度上加快所述含盐废水的降解，在保证对含盐废水的有机污染物的降解率的同时大大地提高了其降解速率。
在本发明的一种优选的实施方式中，如图1所示的，将含盐废水从进水口6送入到三维电极反应器2中，而该三维电极反应器2置于微波反应器1中使得反应体系处于微波辐射的环境下。当电源8为阳极板3和阴极板4提供电压的时候，含盐废水中的有机污染物就开始进行电化学氧化反应而降解。作为粒子电极5的活性炭则在微波辐射和电化学的协同作用下，加快了吸附在其表面上的含盐废水中的有机污染物的降解。完成降解后，从出水口7排出。
通过本发明的方法，可以通过三维电极反应器和微波反应器的协同作用，将含盐废水的有机污染物降至较低值，特别地，COD降低至50mg/L以下，BOD5降低至10mg/L以下，可以达到GB18918-2002《城镇污水处理厂污染物排放标准》规定的污水回用标准。
以下将通过实施例对本发明进行详细描述。
以下实施例和对比例中，
所述含盐废水是取自燕山石化公司污水回用装置反渗透单元现场排放的浓盐水，其水质情况为：COD为205mg/L，BOD5为16mg/L，pH为7.2，氯离子浓度为1360mg/L，电导率为4.07ms/cm；
水质的COD值是通过采用GB11914-89中的重铬酸盐法进行测定的，BOD5值是通过采用GB7488-87中的方法进行测定的。
实施例1
本实施例用于说明本发明的含盐废水的处理方法。
将1L所述含盐废水加入到三维电极反应器中，并将该三维电极反应器置于微波反应器中，在微波辐射下，在pH为4下在20℃进行5min的反应，其出水的COD和BOD5如表1所示。
其中，三维电极反应：阳极板为Ti/SnO2电极(面积为100cm2，单面涂层厚度为10μm，SnO2晶粒尺寸为10nm)；阴极板为钛金属板(面积为100cm2)；活性炭的粒径为5mm，用量为0.5重量％；极板间距为3cm，电流密度为10mA/cm2；
微波反应器：购自巩义市科瑞仪器有限公司型号为MCR-3；微波频率为2450MHz；功率为20W。
实施例2
本实施例用于说明本发明的含盐废水的处理方法。
将1L所述含盐废水加入到三维电极反应其中，并将该三维电极反应器置于微波反应器中，在微波辐射下，在pH为7下在30℃进行10min的反应，其出水的COD和BOD5如表1所示。
其中，三维电极反应：阳极板为Ti/PbO2电极(面积为80cm2，单面涂层厚度为15μm，PbO2晶粒尺寸为20nm)；阴极板为钛金属板(面积为80cm2)；活性炭的粒径为3mm，用量为5重量％；极板间距为8cm，电流密度为40mA/cm2；
微波反应器：购自巩义市科瑞仪器有限公司型号为MCR-3；微波频率为2450MHz；功率为80W。
实施例3
本实施例用于说明本发明的含盐废水的处理方法。
将1L所述含盐废水加入到三维电极反应其中，并将该三维电极反应器置于微波反应器中，在微波辐射下，在pH为9下在40℃进行10min的反应，其出水的COD和BOD5如表1所示。
其中，三维电极反应：阳极板为Ti/RuO2电极(面积为120cm2，单面涂层厚度为5μm，RuO2晶粒尺寸为5nm)；阴极板为钛金属板(面积为120cm2)；活性炭的粒径为4mm，用量为3.5重量％；极板间距为5cm，电流密度为25mA/cm2；
微波反应器：购自巩义市科瑞仪器有限公司型号为MCR-3；微波频率为2450MHz；功率为50W。
实施例4
本实施例用于说明本发明的含盐废水的处理方法。
根据实施例1所述的方法，所不同的是，微波反应器：购自北京杰能达电子设备有限公司型号为FSQ；微波频率为915MHz；功率为20W；其出水的COD和BOD5如表1所示。
实施例5
本实施例用于说明本发明的含盐废水的处理方法。
根据实施例1所述的方法，所不同的是，在pH为10下在15℃进行4min的处理；其出水的COD和BOD5如表1所示。
实施例6
本实施例用于说明本发明的含盐废水的处理方法。
根据实施例1所述的方法，所不同的是，三维电极反应：阳极板为Ti/IrO2电极(面积为100cm2，单面涂层厚度为10μm，IrO2晶粒尺寸为25nm)；阴极板为石墨板(面积为100cm2)；其出水的COD和BOD5如表1所示。
对比例1
根据实施例2所述的方法，所不同的是，未使用微波辐射处理，其出水的COD和BOD5如表1所示。
对比例2
根据实施例2所述的方法，所不同的是，未向三维电极反应器中添加粒子电极，其出水的COD和BOD5如表1所示。
对比例3
根据实施例2所述的方法，所不同的是，未给三维电极反应器通电，其出水的COD和BOD5如表1所示。
表1
以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。
另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。
此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。
Claims (10)
1.一种含盐废水的处理方法，其特征在于，该方法包括：在微波辐射下，将含盐废水在三维电极反应器中进行处理，其中，所述微波辐射的微波频率为900-2500MHz；所述三维电极反应器包括阴极板、阳极板和位于阴极板和阳极板之间的粒子电极；所述阳极板为钛基金属氧化物涂层电极，所述金属氧化物涂层的厚度为5-20μm，所述金属氧化物的晶粒尺寸为4-30nm；所述粒子电极为活性炭，所述活性炭的粒径为2-6mm。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述微波频率为915-2450MHz。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述阴极板为钛金属板、镍金属板、石墨板或钛镍合金板。
4.根据权利要求1-3中任意一项所述的方法，其中，所述阳极板为Ti/SnO2电极板、Ti/PbO2电极板或Ti/RuO2电极板。
5.根据权利要求1所述的方法，其中，所述活性炭的粒径为3-5mm。
6.根据权利要求1所述的方法，其中，以所述含盐废水的总重量为基准，所述活性炭的用量为0.5-5重量％。
7.根据权利要求1所述的方法，其中，所述处理的条件包括：pH为3.5-10，电流密度为10-60mA/cm2，温度为15-50℃，时间为3-15min。
8.根据权利要求1所述的方法，其中，所述处理的条件包括：pH为4-9，电流密度为10-50mA/cm2，温度为20-40℃，时间为5-10min。
9.根据权利要求1所述的方法，其中，所述含盐废水的COD为50-300mg/L，BOD5为5-30mg/L。
10.根据权利要求1所述的方法，其中，所述含盐废水的氯离子浓度为200mg/L以上。
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