CN105819549A

CN105819549A - 一种含盐废水的处理方法

Info

Publication number: CN105819549A
Application number: CN201510009430.4A
Authority: CN
Inventors: 郦和生; 魏新; 王岽; 冯婕; 张化冰; 吴颖
Original assignee: Sinopec Beijing Research Institute of Chemical Industry; China Petroleum and Chemical Corp
Current assignee: Sinopec Beijing Research Institute of Chemical Industry; China Petroleum and Chemical Corp
Priority date: 2015-01-08
Filing date: 2015-01-08
Publication date: 2016-08-03

Abstract

本发明公开了一种含盐废水的处理方法，该方法包括：在微波辐射和超声波的作用下，将含盐废水在电解装置中进行处理，其中，所述微波辐射的微波频率为900-2500MHz；所述超声波的频率为20-60KHz；所述电解装置包括阳极板和阴极板，所述阳极板为钛基金属氧化物涂层电极。本发明将微波辐射、超声波与电解联合起来用于处理含盐废水中的有机污染物，其协同作用显著，能够有效地降低含盐废水的COD和BOD₅，并且具有占地面积小、处理时间短、有机物降解彻底、能耗低、无二次污染等优点，具有广阔的应用前景。

Description

一种含盐废水的处理方法

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，例如二维电解装置，易与其他技术联合使用。

然而通常采用的二维电解装置对含盐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

本发明的目的是提供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。

此外，超声波可以使得废水中产生超声空化效应，即使得废水局部高温高压、自由基、冲击波和射流，从而能够有效地对废水中的有机污染物进行处理。超声波降解水中有机污染物的技术操作条件温和，降解速度快，适用范围广。

然而，本发明发明人首次发现，将微波技术、超声波技术和电解技术相结合以用于处理含盐废水。其中，含盐废水较高的电导率可以在无需额外地添加电解质的情况下，顺利地进行电解反应从而对含盐废水中的有机污染物进行电化学氧化降解；同时，微波辐射的作用可以使得氧化反应能够在更高的温度下进行，从而大大加快了有机物污染物的降解速度，并且阳极板表面的金属氧化物涂层对微波也有很强的吸收能力，能够提高其对废水中有机污染物的催化降解能力；并且，超声波的加入可有效防止电解阳极表面产生有机污染物的聚合物膜，强化反应传质过程，消除浓差极化。另外，特别是，微波辐射和超声波的联用可以有效地改善加热和能量转移，提高能量使用效率。本发明也是基于此完成的。

为了实现上述目的，本发明提供一种含盐废水的处理方法，该方法包括：在微波辐射和超声波的作用下，将含盐废水在电解装置中进行处理，其中，所述微波辐射的微波频率为900-2500MHz；所述超声波的频率为20-60KHz；所述电解装置包括阳极板和阴极板，所述阳极板为钛基金属氧化物涂层电极。

在本发明的含盐废水的处理方法中，将微波辐射、超声波与电解联合起来用于处理含盐废水中的有机污染物，其协同作用显著，能够有效地降低含盐废水的COD和BOD₅，并且具有占地面积小、处理时间短、有机物降解彻底、能耗低、无二次污染等优点，具有广阔的应用前景。

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是本发明的一种优选的实施方式中的含盐废水的处理装置的示意图。

附图标记说明

1微波反应器；

2电解装置；

3阳极板；

4阴极板；

5超声波发生器；

6超声探头；

7进水口；

8出水口；

9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，该方法包括：在微波辐射和超声波的作用下，将含盐废水在电解装置中进行处理，其中，所述微波辐射的微波频率为900-2500MHz；所述超声波的频率为20-60kHz；所述电解装置包括阳极板和阴极板，所述阳极板为钛基金属氧化物涂层电极。

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，可以是经反渗透单元后排放的浓盐水。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，由于微波辐射能够提供更高的反应温度，并且，阳极板上的金属氧化物涂层对微波辐射具有很强的吸收能力，这使得吸附在金属氧化物涂层表面的有机污染物能够更快地降解，从而能够提高金属氧化物涂层的催化活性，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，只要能够使得所述处理在微波辐射下进行且能够实现上述降解效果即可，例如，可以将电解装置置于微波辐射的环境中，如可以将所述电解装置置于微波反应器中。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。

此外，本发明对含盐废水的处理还在超声波的作用下进行。由于采用了超声波，使得所述阳极板的表面不会被有机污染物覆盖而形成聚合物膜，从而能够加强传质，消除浓差极化，从而更加有助于阳极板表面的金属氧化物涂层对微波辐射的吸收，以及对有机污染物的电解。

因此，本发明采用的频率为20-60kHz的超声波能够实现上述目的，为了获得更好的水处理效果，优选情况下，所述超声波的频率为20-40kHz，更优选为20-30kHz。

本发明对超声波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，可以通过将超声波发生器的超声探头配置在电解反应装置中，从而通过调节超声发生器的参数，来控制通过超声探头发生的超声波。如果在采用超声发生器的情况下，所述超声发生器的功率优选为30-100W。

根据本发明，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4-40nm，更优选为10-30nm。

在上述电解装置中，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电解装置的阴极板配合，并且在微波辐射和超声波的协同作用下，有效地且快速地降解含盐废水中的有机污染物。

另外，构成所述电解装置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，所述电解装置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，例如可以为塑料质地、玻璃质地等，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。

在上述电解装置中，所述阴极板和阳极板位于电解装置之中，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电解装置的体积选择，例如本发明的优选实施方式中所述阴极板和阳极板的面积为80-120cm²。

在上述电解装置中，为了更好地催化氧化所述含盐废水中的有机污染物，所述电解装置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，所述电解装置中的极板间距1-6cm，电导率≥1mS/cm。更优选情况下，所述电解装置中的运行参数为极板间距1-4cm，电导率为1-5mS/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。

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3-10，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10-40mA/cm²，温度为20-40℃，时间为3-10min。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15-30mA/cm²，温度为25-35℃，时间为3-8min(尤其是反应5-8min)。采用本发明的方法，可以最大程度上地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7送入到电解装置2中，且该电解装置2中配置有超声波发生器5的超声探头6，并将该电解装置2置于微波反应器1中，使得反应体系处于超声波和微波辐射的环境下。当电源9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在超声波、微波辐射下进行电解反应而降解。完成降解后，从出水口8排出。

通过本发明的方法，可以通过微波辐射、超声波与电解反应的协同作用，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。

如图1所示，将1L所述含盐废水加入到电解装置中，且该电解装置中配置有与超声波发生器连接的超声探头，并将该电解装置置于微波反应器中。在微波辐射和超声波作用下，在pH为4下在20℃进行3min的反应，其出水的COD和BOD₅如表1所示。

其中，电解装置：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)；极板间距为1cm，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；

超声波发生器：上海生析超声仪器有限公司型号为FS-600N；频率为20KHz，功率为30W。

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。

如图1所示，将1L所述含盐废水加入到电解装置中，且该电解装置中配置有与超声波发生器连接的超声探头，并将该电解装置置于微波反应器中。在微波辐射和超声波作用下，在pH为6下在30℃进行10min的反应，其出水的COD和BOD₅如表1所示。

其中，电解装置：阳极板为Ti/PbO₂电极(面积为80cm²，单面涂层厚度为20μm，PbO₂晶粒尺寸为20nm)；阴极板为钛金属板(面积为80cm²)；极板间距为4cm，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；

超声波发生器：上海生析超声仪器有限公司型号为FS-600N；频率为40KHz，功率为100W。

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。

如图1所示，将1L所述含盐废水加入到电解装置中，且该电解装置中配置有与超声波发生器连接的超声探头，并将该电解装置置于微波反应器中。在微波辐射和超声波作用下，在pH为9下在40℃进行6min的反应，其出水的COD和BOD₅如表1所示。

其中，电解装置：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30nm)；阴极板为钛金属板(面积为120cm²)；极板间距为3cm，电流密度为30mA/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；

超声波发生器：购自上海生析超声仪器有限公司型号为FS-600N；频率为30KHz，功率为60W。

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，在微波辐射和超声波作用下，在pH为3下在45℃进行12min的反应；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3所述的方法，所不同的是，电解装置的阳极板为Ti/IrO₂电极(面积为120cm²，单面涂层厚度为10μm，晶粒尺寸为5nm)，阴极板为石墨板(面积为120cm²)；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3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40W；其出水的COD和BOD₅如表1所示。

实施例7

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，超声波发生器的频率为60KHz，功率为80W；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，其中，所不同的是，不进行超声波作用，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，其中，所不同的是，不进行微波辐射处理，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，其中，所不同的是，未给电解装置通电，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

1.一种含盐废水的处理方法，其特征在于，该方法包括：在微波辐射和超声波的作用下，将含盐废水在电解装置中进行处理，其中，所述微波辐射的微波频率为900-2500MHz；所述超声波的频率为20-60KHz；所述电解装置包括阳极板和阴极板，所述阳极板为钛基金属氧化物涂层电极。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述微波辐射的微波频率为915-2450MHz。

3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述超声波的频率为20-40kHz。

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，所述阴极板为钛金属板、镍金属板、石墨板或钛镍合金板。

6.根据权利要求5所述的方法，其中，所述阴极板为钛金属板。

7.根据权利要求1-6中任意一项所述的方法，其中，所述处理的条件包括：pH为3-10，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7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10-40mA/cm²，温度为20-40℃，时间为3-10min。

9.根据权利要求1-8中任意一项所述的方法，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1-9中任意一项所述的方法，其中，所述含盐废水的氯离子浓度为200mg/L以上。