CN106045141B

CN106045141B - 电化学处理医化废水的方法和装置

Info

Publication number: CN106045141B
Application number: CN201610504174.0A
Authority: CN
Inventors: 张海洋; 沈东升; 张诗颖; 冯华军; 田志国
Original assignee: Jiangsu Boerke Environmental Protection Technology Co ltd; Zhejiang Gongshang University; Suzhou Industrial Technology Research Institute of ZJU
Current assignee: Jiangsu Boerke Environmental Protection Technology Co ltd; Zhejiang Gongshang University; Suzhou Industrial Technology Research Institute of ZJU
Priority date: 2016-06-30
Filing date: 2016-06-30
Publication date: 2023-04-18
Anticipated expiration: 2036-06-30
Also published as: CN106045141A

Abstract

本发明公开了一种电化学处理医化废水的方法，包括：一级电解池中氧化、脱气形成气‑液混合体系、沉淀、二级电解池中进一步氧化，以及，吸附等步骤。该电化学处理医化废水的方法所具有的优点是：成本低廉、能耗较低、处理效果好。本发明还涉及一种电化学处理医化废水的装置。

Description

电化学处理医化废水的方法和装置

技术领域

本发明涉及废水处理技术领域，尤其是涉及一种电化学处理医化废水的方法。本发明还涉及一种电化学处理医化废水的装置。

背景技术

医疗、化工行业生产过程中产生的废水具有成分复杂、毒性大、COD和氨氮浓度高、可生化性差等特点，属于较难处理的工业废水之一。医化废水主要采用混凝沉淀法、化学氧化法、树脂吸附法等物理、化学方法进行处理，但是普遍存在着泥渣量大、需要投加大量药剂、易造成二次污染等问题。

随着电极材料等相关行业的发展，电化学氧化法作为一种环境友好的新型工艺，在处理难降解有机废水方面越来越受到重视。电化学氧化法去除有机污染物主要靠以下两种方式：①有机污染物在阳极上可被氧化为小分子物质；②电解过程中会产生大量OH·、Cl₂、NaClO、O₃等强氧化性物质，降解废水中的有机污染物。在电化学氧化法处理废水过程中，通常会发生电解析气。产生的氯气、氧气等氧化性气体一方面可以对有机物的去除起到促进作用，另一方面则会对电化学反应器的工作性能产生较大影响。由于电解析气产生的大量微气泡分散在电解液中，形成气-液混合体系，使得电解液真实电导率下降。如果直接送入二级电解池，会导致电解池所需电压升高、能耗增大的现象。

采用单一的电解方法处理高浓度医化废水需要较高的能耗，并且废水中的苯类难以完全被降解，导致废水处理效率降低。

发明内容

本发明的目的是提供一种电化学处理医化废水的方法，它具有成本低廉、能耗较低、处理效果好特点。本发明还公开了一种电化学处理医化废水的装置。

本发明所采用的第一个技术方案是：

电化学处理医化废水的方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤：

1)将医化废水在一个一级电解池中进行氧化，采用NaCl调节电导率在 1000μs/cm以上，且电流密度为20～100A/m²、pH值为4～6、电解时间为0.5～3h，医化废水在电极板以及电解产生含有Cl₂、ClO^-和OH·的强氧化剂的作用下实现废水中大分子物质分解，得到一级处理废水；

2)备一催化反应沉淀池，该催化反应沉淀池包括有脱气池和沉淀池，将步骤1)形成的一级处理废水引入该催化反应沉淀池的脱气池，对该一级处理废水进行脱气形成气-液混合体系；

3)将脱气后的气-液混合体系的出水引入前述催化反应沉淀池的沉淀池，且向该催化反应沉淀池的一级处理废水内投加Fe²⁺离子与前述一级电解池中产生的ClO^-发生类Fenton反应，Fe²⁺投加量为5～10mmol/L，pH值为3～4，反应1～3h，在ClO^-的氧化作用下有机物和氨氮被去除，反应完全后调节该催化反应沉淀池的后段中的pH值至9～10，静置沉淀30min～90min后，得到二级处理废水；

4)将二级处理废水送入一个二级电解池中，电解时间为1～3h，将二级处理废水中的污染物进一步氧化，得到三级处理废水；

5)通过集气罩分别收集并混合前述一级电解池、催化反应沉淀池及二级电解池中产生的气体，将该气体通过增压风机通入一催化反应池底部，并保持反应器内处于-10pa至-100pa的微负压状态，该催化反应池内设有活性炭填料，活性炭填充量为该催化反应池容积的50％～70％，停留时间为 30min～120min，经吸附、氧化处理后的废水澄清后将清水排放；

6)将前述催化反应池中残留的氧化性气体由集气罩收集后送入一废气处理系统，经无害化处理后排放。

本发明的电化学处理医化废水的方法所具有的优点是：

成本低廉、能耗较低、处理效果好。即，在处理过程中，含有大量苯类等难降解有机物的医化废水经过一级电解、类Fenton氧化、二级电解以及活性炭催化氧化等联合作用，大分子有机物被逐步降解为CO₂和H₂O，氨氮也被同时去除。同时，通过脱气将一级电解池中产生的氧化性气体脱除，解决了微气泡降低电解液有效电导率的问题，提高了二级电解池电流利用率，降低了能耗。以及，对电解过程中产生的氧化性气体在催化反应池中进行回收利用，提高了废水处理效果。

本发明采用的第二个技术方案是：

电化学处理医化废水的装置，用于处理医化废水，

所述装置包括：一级电解池、催化反应沉淀池、二级电解池和催化反应池；

其中：

该一级电解池底部连接用于通入医化废水的进水管，且该一级电解池上部设有第一溢流口；

该催化反应沉淀池通过隔板分割为脱气池和沉淀池，该脱气池上部连通一设置于该沉淀池上部的第二溢流口，该脱气池的下部通过一第一连接管和该第一溢流口相连，且该脱气池内设有搅拌桨；

该二级电解池底部通过一第二连接管连接该第二溢流口；

该催化反应池底部通过一第三连接管连通该二级电解池的上部，且该催化反应池内部填充有活性炭填料；

以及：

该一级电解池、催化反应沉淀池、二级电解池的顶部分别设有第一集气罩、第二集气罩、第三集气罩，该第一集气罩、第二集气罩、第三集气罩均连接至一集气管，该集气管的另一端连接至该催化反应池的底部；

该催化反应池的顶部设有第四集气罩，该第四集气罩连接有废气处理系统；

该集气管的出气端设置增压风机，该增压风机调节进出气量控制该一级电解池、催化反应沉淀池、二级电解池的气压状态，使该一级电解池、催化反应沉淀池、二级电解池处于-10pa至-100pa的微负压状态。

所述一级电解池、催化反应沉淀池、二级电解池均设有自动进气口。

所述活性炭填料的填充量为该催化反应池容积的50％～70％。

所述一级电解池内的极板倾斜放置，且极板与水平面夹角为50°～80°，极板间距与其高度之比为0.2～0.9。

所述一级电解池内液体上升流速为3～10m/h。

所述一级电解池采用脉冲布水系统，且布水口位于极板内侧。

本发明电化学处理医化废水的装置所具有的优点是：

操作简便、绿色环保、成本低廉、处理效果好。即，该装置主要包括一级电解池、催化反应沉淀池、二级电解池、催化反应池和集气罩。运行时，含有大量苯类等难降解有机物的医化废水经过一级电解、类Fenton氧化、二级电解以及活性炭催化氧化联合作用下，大分子有机物被逐步降解为CO₂和 H₂O，氨氮也被同时去除。催化反应沉淀池中的脱气装置将一级电解池中产生的氧化性气体脱除，解决了微气泡降低电解液有效电导率的问题，提高了二级电解池电流利用率。对电解过程中产生的氧化性气体在催化反应池中进行回收利用，提高了废水处理效果。充分利用了ClO^-、Cl₂等电解副产物，具有操作简便、绿色环保、成本低廉、处理效果好的优点。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明：

图1是本发明的实施例的连接示意图。

图中：

10、一级电解池，11、进水管，111、布水口，12、第一溢流口，13、极板；

20、催化反应沉淀池，21、脱气池，211、搅拌桨，22、沉淀池，221、第二溢流口，23、隔板，24、第一连接管；

30、二级电解池，31、第二连接管；

40、催化反应池，41、第三连接管，42、活性炭填料；

51、第一集气罩，52、第二集气罩，53、第三集气罩，54、第四集气罩， 55、集气管，551、增压风机；

60、废气处理系统。

具体实施方式

实施例1

见图1所示：电化学处理医化废水的装置，用于处理医化废水。具体的讲，该装置包括：一级电解池10、催化反应沉淀池20、二级电解池30和催化反应池40。

该一级电解池10底部连接用于通入医化废水的进水管11，且该一级电解池10上部设有第一溢流口12。即，医化废水经由该进水管11从下至上的进入该一级电解池10内，处理完成后，经该第一溢流口12流出。

该催化反应沉淀池20通过通常呈竖向的隔板23分割为脱气池21和沉淀池22。该脱气池21的下部通过一第一连接管24和该第一溢流口12相连，且该脱气池21内设有搅拌桨211。即，该搅拌桨211旋转后，对进入该脱气池 21内的气液混合物进行脱气。该脱气池21上部连通一设置于该沉淀池22上部的第二溢流口221。即，经过脱气处理的液体从该脱气池21的上部进入该第二溢流口221，然后进入该沉淀池22内。

该二级电解池30底部通过一第二连接管31连接该第二溢流口221。

该催化反应池40底部通过一第三连接管41连通该二级电解池30的上部，且该催化反应池40内部填充有活性炭填料42。较好的方式是，该活性炭填料 42的填充量为该催化反应池40容积的50％～70％。比如，活性炭填料42的填充量为该催化反应池40容积的50％、60％或70％。

该一级电解池10、催化反应沉淀池20、二级电解池30的顶部分别设有第一集气罩51、第二集气罩52、第三集气罩53。该第一集气罩51、第二集气罩52、第三集气罩53均连接至一集气管55，该集气管55的另一端连接至该催化反应池40的底部。即，该集气管55连通至该活性炭填料42的下方。

该催化反应池40的顶部设有第四集气罩54，该第四集气罩54连接有废气处理系统60。

优化的：

该集气管55的出气端设置增压风机551，该增压风机551调节进出气量控制该一级电解池10、催化反应沉淀池20、二级电解池30的气压状态，使该一级电解池10、催化反应沉淀池20、二级电解池30处于-10pa至-100pa的微负压状态。更好的方式是，该一级电解池10、催化反应沉淀池20、二级电解池30均设有自动进气口，当负压过大时，自动进气调整，使整个系统保持在稳定的微负压状态。

该一级电解池10内的极板13倾斜放置，且极板13与水平面夹角为 50°～80°，极板间距与其高度之比为0.2～0.9。比如，极板13与水平面夹角为 50°、60°、70°或80°，极板间距与其高度之比为0.2、0.4、0.6或0.9。

该一级电解池10内液体上升流速控制为3～10m/h。比如，控制为3、5、 8或10m/h。

该一级电解池10采用脉冲布水系统，且布水口111位于极板13内侧。所谓内侧，指的是布水口111位于极板13的向下投影范围内。

实施例2

电化学处理医化废水的方法，可以借助于实施例1所述的电化学处理医化废水的装置予以实现。具体包括以下步骤：

(1)将医化废水通过该进水管11被送入该一级电解池10进行氧化，采用NaCl调节电导率在1000μs/cm以上，且电流密度为20～100A/m²、pH值为 4～6、电解时间为0.5～3h，医化废水在电极板以及电解产生含有Cl₂、ClO^-和 OH·的强氧化剂的作用下实现废水中大分子物质分解，得到一级处理废水。比如，用NaCl调节电导率在1000、1200或1500μs/cm，电流密度为20、50、 80或100A/m²，pH值为4、5或6，电解时间为0.5、1、2或3h。该一级电解池10内极板13析气作用产生的气泡沿处于倾斜状态的极板13上升，在脉冲布水系统的作用下气泡迅速被水流带走，而反应器处于负压状态也有利于脱气，减少由于极板13上产生微气泡造成电解能耗增高的影响。

(2)该一级电解池10的出水，即一级处理废水，通过该第一连接管24 从该脱气池21底部进入，在该搅拌桨211的作用下一级电解出水中的微气泡被赶出。即，对一级处理废水进行了脱气。

(3)将脱气后的出水通过该第二溢流口221进入该沉淀池22，在Fe²⁺的催化作用下，该一级电解池10中产生的ClO^-将废水中的有机物和氨氮进一步氧化，反应1～3h后，调节催化反应沉淀池20的pH值至9～10，Fe²⁺絮凝沉淀，静置沉淀30min～90min。比如，反应1h后，调节催化反应沉淀池20的 pH值至9，Fe²⁺絮凝沉淀，静置沉淀30min；或者，反应2h后，调节催化反应沉淀池20的pH值至9.5，Fe²⁺絮凝沉淀，静置沉淀50min；或者，反应3h 后，调节催化反应沉淀池20的pH值至10，Fe²⁺絮凝沉淀，静置沉淀90min。如此，得到二级处理废水。

(4)该催化反应沉淀池20的出水，即二级处理废水，从该沉淀池22上部通过该第三连接管41管道送入该二级电解池30底部，电解时间为1～3h，进一步将污水中的有机物氧化为CO₂和H₂O。比如，电解时间为1、2或3h。即，对二级处理废水中的污染物进行了进一步氧化，得到三级处理废水。

(5)采用该第一集气罩51、第二集气罩52、第三集气罩53将该一级电解池10、催化反应沉淀池20以及二级电解池30中产生的氧化性气体收集并通过该集气管55送入该催化反应池40底部进行回收利用。该二级电解池30 出水从该沉淀池22上部通过该第三连接管41送入该催化反应池40底部，在氧化性气体的氧化作用和活性炭的吸附作用下，废水进一步得到净化，可实现达标排放。其中，保持反应器内处于微负压状态，气体在活性炭填料中停留时间为30min～120min。比如，停留时间为30、50或120min。如此，经吸附、氧化处理后的废水澄清后将清水排放。

(6)该催化反应池40中残留的氧化性气体被送入该废气处理系统60中进行无害化处理。

效果例

试验废水取自浙江台州某医药厂生产废水，其主要特征为： COD5000～6000mg/L，氨氮400～500mg/L，pH 2.3，应用实施例1所述的装置和实施例2所述的方法对医化废水进行深度处理。

原水调节pH至4，进入一级电解池，电流密度为50A/m²，电解2h，出水进入脱气池脱气后送入在催化反应沉淀池，Fe²⁺投加量在10mmol/L，反应 2h后调节pH至9～10进行絮凝沉淀，沉淀池上清液进入二级电解池进一步电解1h，最后废水通过活性炭催化氧化处理后排出，测试COD、NH₃-N值见表 1。

表1：医化废水处理效果

由表1可以看出，经过电化学处理医化废水的装置处理，COD去除率达 92.4％，氨氮去除率达95.1％，出水可达纳管排放标准，整个系统运行稳定。在催化氧化沉淀池只需投加少量Fe²⁺，利用电解出水中的ClO^-产生的类Fenton 反应对有机物降解有较好的效果；电解过程中产生的氧化性气体在催化氧化池中得到利用，进一步提高了废水处理效率。

采用实施例2中的其他参数对本效果例中的废水进行处理后，处理效果与表1所述接近，不再赘述。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims

1.电化学处理医化废水的方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤：

1)将医化废水在一个一级电解池中进行氧化，采用NaCl调节电导率在1000μS/cm以上，且电流密度为20～100A/m²、pH值为4～6、电解时间为0.5～3h，医化废水在电极板以及电解产生含有Cl₂、ClO^-和OH·的强氧化剂的作用下实现废水中大分子物质分解，得到一级处理废水；

2)备一催化反应沉淀池，该催化反应沉淀池包括有脱气池和沉淀池，将步骤1)形成的一级处理废水引入该催化反应沉淀池的脱气池，对该一级处理废水进行脱气；

3)将脱气后出水引入前述催化反应沉淀池的沉淀池，且向该催化反应沉淀池的一级处理废水内投加Fe²⁺离子与前述一级电解池中产生的ClO^-发生类Fenton反应，Fe²⁺投加量为5～10mmol/L，pH值为3～4，反应1～3h，在ClO^-的氧化作用下有机物和氨氮被去除，反应完全后调节该催化反应沉淀池后段中pH值至9～10，静置沉淀30min～90min后，得到二级处理废水；

5)通过集气罩分别收集并混合前述一级电解池、催化反应沉淀池及二级电解池中产生的气体，将该气体通过增压风机通入一催化反应池底部，并保持反应器内处于-10pa至-100pa的微负压状态，该催化反应池内设有活性炭填料，活性炭填充量为该催化反应池容积的50％～70％，停留时间为30min～120min，经吸附、氧化处理后的废水澄清后将清水排放；

2.电化学处理医化废水的装置，用于处理医化废水，其特征在于：

其中：

该二级电解池底部通过一第二连接管连接该第二溢流口；

以及：

3.根据权利要求2所述的电化学处理医化废水的装置，其特征在于：所述一级电解池、催化反应沉淀池、二级电解池均设有自动进气口。

4.根据权利要求2所述的电化学处理医化废水的装置，其特征在于：所述活性炭填料的填充量为该催化反应池容积的50％～70％。

5.根据权利要求2所述的电化学处理医化废水的装置，其特征在于：所述一级电解池内的极板倾斜放置，且极板与水平面夹角为50°～80°，极板间距与其高度之比为0.2～0.9。

6.根据权利要求2所述的电化学处理医化废水的装置，其特征在于：所述一级电解池内液体上升流速为3～10m/h。

7.根据权利要求2所述的电化学处理医化废水的装置，其特征在于：所述一级电解池采用脉冲布水系统，且布水口位于极板内侧。