CN109650609A - 一种电镀废水处理装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种电镀废水高效处理装置及方法，采用微波高温改性磁黄铁矿为滤层填料，高效去除废水中的多种重金属离子，磁黄铁矿产生铁离子进行电Fenton反应，辅以微孔曝气作为电Fenton气源，提高液相传质效率和氧化剂产生量，迅速氧化分解废水中的有机污染物，无需另加氧化剂和铁离子，处理出水混凝沉淀后进入清水池，水质满足国家《电镀污染物排放标准》（GB21900‑2008）。本发明装置为一体式便携装置，所需原料为废弃物资源化回收，且具有良好的环境友好属性，成本低的应用优势，本发明技术处理电镀废水可实现重金属与有机污染物协同高效去除，反应速度快，处理性能稳定，适用于各类电镀废水的处理。
Description
技术领域
本发明属于污水处理技术领域，具体涉及一种电镀污水处理装置及方法。
背景技术
电镀是对基体表面进行装饰、防护以及获得某些特殊性能的一种表面工程技术。电镀工业会对环境产生高污染，随着科技的发展，电镀工业的规模也随之发展，排放废水量也越来越大。电镀废水不仅污染物浓度高且成分复杂，水质变化较大，含有铬、铜、镍、镉、锌等重金属离子以及氰化物、石油类物质、动植物油、表面活性剂等污染物，均属于“三致”有毒性物质，对人类健康危害很大。由于电镀废水具有毒性积累作用，对生态环境的破坏作用远远超过其它废水的危害。如果电镀废水没有达到排放标准就排入自然水体中，并渗入地下，不但会危害环境，而且会污染饮用水源。因此，有必要对电镀废水进行有效处理，消除或减少其对环境的污染，达到保护环境、造福人民的目的。
目前电镀废水按工艺原理可以分为以下几种：化学法、物理法和生物法。化学法主要是通过向废水中投加药剂，使其中的有毒物质转化成为无毒物质或毒性大为降低的沉淀物。但化学法所需要的药剂量大且成本昂贵，以致中、小型企业无法负担，废水、废液的违规排放、造成严重污染的现象屡见不鲜。物理法主要是利用膜分离或吸附剂或离子交换等方法去除电镀废水所含的杂质。但采用物理法时具有仪器成本昂贵，且对技术要求较高，运行管理困难等缺点。生物法是利用微生物的代谢作用，将电镀废水中的呈溶解状态的有机污染物转化为小分子无毒害的物质，以实现净化的方法，但微生物难以培养成活、处理周期长的缺点极大限制了其在工业上的应用。此外，由于电镀废水中存在大量有机溶剂和重金属有毒物质，常规废水处理方法已无法满足处理要求，大多数电镀企业出水水质无法满足国家《电镀污染物排放标准》（GB21900-2008）。
发明内容
针对现有技术中存在的问题，本发明设计的目的在于提供一种电镀废水处理装置及方法。该一体式便携装置，占地面积小、成本低、原料廉价环保无二次污染，投资少。
本发明通过以下技术方案加以实现：
所述的一种电镀废水处理装置，其特征在于包括废水收集池、废水处理容器、沉淀池及清水池，所述废水收集池通过管道及进水泵与废水处理容器的底部相连，所述废水处理容器的顶部通过输送管道与沉淀池相连，沉淀池的另一端通过输送管道与清水池相连，所述废水处理容器的内部从下到上依次固定设置有滤网及过水滤板，所述滤网及过水滤板将废水处理容器内部分割为重金属分离去除区和电芬顿深度处理区，所述重金属分离去除区内填充有高温改性磁黄铁矿填料，所述电芬顿深度处理区内设置有铁棒阴极和石墨阳极，所述电芬顿深度处理区的顶部固定有支架，所述铁棒阴极和石墨阳极的一端均与支架固定设置，所述铁棒阴极和石墨阳极均通过导线与稳压直流电源相连。
所述的一种电镀废水处理装置，其特征在于所述电芬顿深度处理区底部设置有进气装置，所述进气装置包括设置在废水处理容器外的空气泵、进气管、微孔曝气头，所述进气管的一端连接空气泵，进气管的另一端伸入到电芬顿深度处理区的底部，微孔曝气头设置在电芬顿深度处理区底部位置上的进气管上。
所述的一种电镀废水处理装置，其特征在于所述重金属分离去除区的下部侧壁上设置有排空管，上部侧壁上设置有进料口，所述电芬顿深度处理区的顶部设置有排气口，所述沉淀池一侧的底部设置有排泥管。
所述的一种电镀废水处理装置，其特征在于所述高温改性磁黄铁矿填料按50-90g/L的比例投加，堆积密度为900-1800kg/m3，孔隙率为30-50%。
所述的一种电镀废水处理装置，其特征在于所述铁棒阴极设置有一根，位于支架的中心位置，所述石墨阳极设置有三根，围绕铁棒阴极设置，铁棒阴极通过导线与稳压直流电源的正极相连，所述石墨阳极通过导线与稳压直流电源的负极相连。
所述的一种电镀废水处理装置，其特征在于所述过水滤板上均布设置有导流孔，所述导流孔的孔径为1-3cm，开孔率30-40%。
所述的一种电镀废水处理装置，其特征在于所述沉淀池与废水处理容器之间还设置有碱药投加装置和聚丙烯酰胺投加装置，所述碱药投加装置与沉淀池和废水处理容器之间的输送管道连通，所述聚丙烯酰胺投加装置对应设置在沉淀池的上方。
所述的电镀废水处理装置的废水处理方法，其特征在于包括以下步骤：
1）通过废水处理容器的进料口装填高温改性的磁黄铁矿作为重金属分离去除区的填料，电芬顿深度处理区的底部设置微孔曝气头，利用导线将铁棒阴极和石墨阳极分别连接到稳压直流电源上，准备就绪；
2）开启进水泵及空气泵，将废水收集池内的废水输送到重金属分离去除区，废水中的重金属先与磁黄铁矿中的FeS发生沉淀置换反应，反应后的废水经滤网及过水滤板进入到电芬顿深度处理区，在曝气空气的带动下充分搅动，在此过程中，氧气在阴极生成过氧化氢，与废水中的Fe2+联合进行芬顿反应，废水中的有机杂质被迅速氧化分解，经检验口实时监控水质；
3）将步骤2）处理后的水经输送管道排入沉淀池，在沉淀池前段设置碱药投加装置与聚丙烯酰胺投加装置，碱药投加量以进入沉淀池内的污水pH值保持在8-9之间为准，聚丙烯酰胺投加量为20mg/L，沉淀池水力停水时间为2-3小时；
4）经步骤3）处理后的废水通过排水管进入到清水池，完成废水处理。
所述的一种电镀废水的处理方法，其特征在于所述高温改性磁黄铁矿采用以下方法进行：将废弃物磁黄铁矿，经压碎后用去离子水充分洗涤，在105℃下干燥12-24h，将粒径3-5mm的磁黄铁矿石筛出，在氮气保护条件下，于微波热解温度为400~700 ℃，微波时间为20~30分钟，微波功率为250~350 W下处理，即得高温改性磁黄铁矿，其中，氮气流速为150~300 mL/min。
本发明重金属分离去除区与电芬顿深度处理区是一体式的反应装置，重金属分离去除区装填微波高温改性磁黄铁矿作为滤层、磁黄铁矿主要成分为FeS，FeS与废水中的重金属离子发生反应，反应在FeS和废水的界面进行，生成难溶的金属硫化物沉淀，操作简单，例如Cr6+，S2-和Cu2+等重金属离子发生反应，废水中的胶粒和细微的悬浮物可以被重金属沉淀的形成时作为晶核和吸附质所网捕，在经过磁黄铁矿填料的时候被截留下来。同时反应产生Fe2+，再经滤网进入电芬顿深度处理区，电芬顿深度处理区底部设置微孔曝气头，电芬顿深度处理区内部设置铁棒阴极及石墨阳极，电压设置在6-10V之间，水力停留时间为2h，通过微孔曝气，对废水充分搅动，增强传质效能，使氧气在阴极表面充分反应生成过氧化氢，过氧化氢与水中的铁离子发生芬顿反应，对废水进行氧化深度处理，进一步净化水质。处理后的废水进入沉淀池，加入液碱，调节pH值为8-9，并投加聚丙烯酰胺混凝剂，投加量为15-25mg/L，沉淀池水力停留时间为2-3h，出水进入清水池收集。
与现有技术相比，本发明具有如下增益效果：
1.本发明以微波高温改性磁黄铁矿作为填料，微波高温增强磁黄铁矿处理重金属性能，具有良好的环境友好属性，制备工艺简单，能源消耗少，成本低的应用优势，FeS与重金属离子反应生成难溶的金属硫化物，这种沉淀不会返溶，造成二次污染。
2.本发明采用电芬顿处理技术对废水进行深度处理，氧气在阴极生成过氧化氢，与废水中自带的铁离子进行Fenton反应，迅速氧化分解废水中的有机杂质，且只需消耗电量，无需另加氧化剂与催化剂，能节省能耗，降低成本，绿色环保。
3.本发明设置底部微孔曝气装置，曝气孔径为10微米，不仅可加速水流搅动，还可增强液相传质性能，加速电极表面过氧化氢的产生速率，有效提高处理能力。
4.本发明装置及技术为一体式便携装置，所需原料为废弃物资源化回收，具有良好的环境友好属性，成本低等应用优势，处理电镀废水可实现重金属与有机污染物协同高效去除，反应速度快，处理性能稳定，适用于各类电镀废水的处理，具有良好的发展前景与推广价值。
附图说明
图1为发明处理装置的结构示意图；
图中，1-废水收集池，2-废水处理容器，3-沉淀池，4-清水池，6-进水泵，7-滤网，8-过水滤板，9-重金属分离去除区，10-电芬顿深度处理区，11-磁黄铁矿，12-铁棒阴极，13-石墨阳极，14-支架，15-稳压直流电源，16-空气泵，17-进气管，18-微孔曝气头，19-排空管，20-进料口，21-排气口，22-排泥管，23-碱药投加装置，24-聚丙烯酰胺投加装置，25-检验口。
具体实施方式
以下结合说明书附图对本发明做进一步详细描述，并给出具体实施方式。
如图1所示，一种电镀废水处理装置，包括废水收集池、废水处理容器、沉淀池及清水池，废水收集池通过管道及进水泵与废水处理容器的底部相连，废水处理容器的顶部通过输送管道与沉淀池相连，沉淀池的另一端通过输送管道与清水池相连，废水处理容器的内部从下到上依次固定设置有滤网及过水滤板，过水滤板上均布设置有导流孔，所述导流孔的孔径为2cm，开孔率40%，滤网及过水滤板将废水处理容器内部分割为重金属分离去除区和电芬顿深度处理区，重金属分离去除区内填充有高温改性磁黄铁矿填料，高温改性磁黄铁矿填料按80g/L的比例投加，堆积密度为1400kg/m3，孔隙率为40%。电芬顿深度处理区内设置有铁棒阴极和石墨阳极，电芬顿深度处理区的顶部固定有支架，铁棒阴极和石墨阳极的一端均与支架固定设置，铁棒阴极和石墨阳极均通过导线与稳压直流电源相连。其中，铁棒阴极设置有一根，位于支架的中心位置，所述石墨阳极设置有三根，围绕铁棒阴极设置，铁棒阴极通过导线与稳压直流电源的正极相连，所述石墨阳极通过导线与稳压直流电源的负极相连。
电芬顿深度处理区底部设置有进气装置，进气装置包括设置在废水处理容器外的空气泵、进气管、微孔曝气头，进气管的一端连接空气泵，进气管的另一端伸入到电芬顿深度处理区的底部，微孔曝气头设置在电芬顿深度处理区底部位置上的进气管上。重金属分离去除区的下部侧壁上设置有排空管，上部侧壁上设置有进料口，电芬顿深度处理区的上部设置有检验口及顶部设置有排气口，沉淀池一侧的底部设置有排泥管。
沉淀池与废水处理容器之间还设置有碱药投加装置和聚丙烯酰胺投加装置，碱药投加装置与沉淀池和废水处理容器之间的输送管道连通，聚丙烯酰胺投加装置对应设置在沉淀池的上方。
电镀废水处理装置的废水处理方法，包括以下步骤：1）通过废水处理容器的进料口装填高温改性的磁黄铁矿作为重金属分离去除区的填料，电芬顿深度处理区的底部设置微孔曝气头，利用导线将铁棒阴极和石墨阳极分别连接到稳压直流电源上，准备就绪；2）开启进水泵及空气泵，将废水收集池内的废水输送到重金属分离去除区，废水中的重金属先与磁黄铁矿中的FeS发生沉淀置换反应，反应后的废水经滤网及过水滤板进入到电芬顿深度处理区，在曝气空气的带动下充分搅动，在此过程中，氧气在阴极生成过氧化氢，与废水中的Fe2+联合进行芬顿反应，废水中的有机杂质被迅速氧化分解，经检验口实时监控水质；3）将步骤2）处理后的水经输送管道排入沉淀池，在沉淀池前段设置碱药投加装置与聚丙烯酰胺投加装置，碱药投加量以进入沉淀池23内的污水pH值保持在8-9之间为准，聚丙烯酰胺投加量为20mg/L，沉淀池23水利停水时间为2-3小时；4）经步骤3）处理后的废水通过排水管进入到清水池，完成废水处理。
其中高温改性磁黄铁矿采用以下方法进行：将废弃物磁黄铁矿，经压碎后用去离子水充分洗涤，在105℃下干燥20h，将粒径3-5mm的磁黄铁矿石筛出，在氮气保护条件下，于微波热解温度为600℃，微波时间为30分钟，微波功率为300 W下处理，即得高温改性磁黄铁矿，其中，氮气流速为250 mL/min。
重金属分离去除区装填高温改性磁黄铁矿、深度处理区底部设置曝气头，深度处理区内部设置铁棒阴极及石墨阳极。阴极以铁金属加工而成，数量为1根，安装在支架上，并用导线将铁棒阴极与稳压直流电源负极相连，置于装置正中心。阳极材质为石墨，数量可设置3个，直径8cm，围绕铁棒阴极，设置于支架上，其中支架固定设置在废水处理容器顶部的盖子上，与稳压直流电源阳极相连。稳压直流电源电压设置为6-10V之间，过大则会造成成本提高，且废水处理效果在6-10V之间最为合适，继续增大电压处理水质无明显提高,反应时间以2h为宜。
本发明工作时，废水经进水泵从废水收集池经管道进入重金属分离去除区。此时废水经过磁黄铁矿填料层，磁黄铁矿从进料口进入装置，水中重金属离子在矿石与水界面之间与FeS发生沉淀置换反应，同时FeS与重金属离子反应生成的Fe2+易发生氧化沉降,能起到絮凝剂的作用，加快金属硫化物的沉淀。此后废水经过滤网的筛除后经过水滤板均匀进入电芬顿深度处理区，污水在曝气空气的带动下充分搅动，在此过程中，氧气在阴极生成过氧化氢，与废水中的Fe2+联合进行Fenton反应，废水中的有机杂质被迅速氧化分解，经检验口实时监控水质，处理后的水经排水管排入清水池。深度处理过程产生的气体经排气口排出。沉淀池前段设置碱药投加装置与聚丙烯酰胺投加装置，碱药投加量视实际水量而定，保证进入沉淀池内的污水pH值保持在8-9之间，聚丙烯酰胺投加量为20mg/L，沉淀池水力停水时间为2-3小时。反应装置检修时经排空管放水和更换填料。
利用本发明处理相关电镀综合废水处理前后废水对比：
电镀废水水质约为：COD6500mg/L，SS348 mg/L，总镍18 mg/L，总铬23.5mg/L，总铜16mg/L，总锌11.2 mg/L，氰化物7mg/L。
采用本发明的装置及技术进行处理时，重金属去除区废水停留时间2小时，深度处理区电机电压调至10V，电Fenton深度处理时间为2h，沉淀池进水pH通过投加碱液调至9，聚丙烯酰胺投加量20mg/L，沉淀时间2.5h，处理后各项指标为：COD 75mg/L，SS 48 mg/L，总镍0.4mg/L，总铬0.8mg/L，总铜0.3mg/L，总锌未和氰化物未检出，出水水质满足国家排放标准《电镀污染物排放标准》（GB21900-2008）。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明的范围内。本发明要求的保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。
Claims (9)
1.一种电镀废水处理装置，其特征在于包括废水收集池（1）、废水处理容器（2）、沉淀池（3）及清水池（4），所述废水收集池（1）通过管道及进水泵（6）与废水处理容器（2）的底部相连，所述废水处理容器（2）的顶部通过输送管道与沉淀池（3）相连，沉淀池（3）的另一端通过输送管道与清水池（4）相连，所述废水处理容器（2）的内部从下到上依次固定设置有滤网（7）及过水滤板（8），所述滤网（7）及过水滤板（8）将废水处理容器（2）内部分割为重金属分离去除区（9）和电芬顿深度处理区（10），所述重金属分离去除区（9）内填充有高温改性磁黄铁矿（11）填料，所述电芬顿深度处理区（10）内设置有铁棒阴极（12）和石墨阳极（13），所述电芬顿深度处理区（10）的顶部固定有支架（14），所述铁棒阴极（12）和石墨阳极（13）的一端均与支架（14）固定设置，所述铁棒阴极（12）和石墨阳极（13）均通过导线与稳压直流电源（15）相连。
2.如权利要求1所述的一种电镀废水处理装置，其特征在于所述电芬顿深度处理区（10）底部设置有进气装置，所述进气装置包括设置在废水处理容器（2）外的空气泵（16）、进气管（17）、微孔曝气头（18），所述进气管（17）的一端连接空气泵（16），进气管（17）的另一端伸入到电芬顿深度处理区（10）的底部，微孔曝气头（18）设置在电芬顿深度处理区（10）底部位置上的进气管（17）上。
3.如权利要求1所述的一种电镀废水处理装置，其特征在于所述重金属分离去除区（9）的下部侧壁上设置有排空管（19），上部侧壁上设置有进料口（20），所述电芬顿深度处理区（10）的顶部设置有排气口（21），所述沉淀池（3）一侧的底部设置有排泥管（22）。
4.如权利要求1所述的一种电镀废水处理装置，其特征在于所述高温改性磁黄铁矿（11）填料按50-90g/L的比例投加，堆积密度为900-1800kg/m3，孔隙率为30-50%。
5.如权利要求1所述的一种电镀废水处理装置，其特征在于所述铁棒阴极（12）设置有一根，位于支架的中心位置，所述石墨阳极（13）设置有三根，围绕铁棒阴极（12）设置，铁棒阴极（12）通过导线与稳压直流电源（15）的正极相连，所述石墨阳极（13）通过导线与稳压直流电源（15）的负极相连。
6.如权利要求1所述的一种电镀废水处理装置，其特征在于所述过水滤板（8）上均布设置有导流孔，所述导流孔的孔径为1-3cm，开孔率30-40%。
7.如权利要求1所述的一种电镀废水处理装置，其特征在于所述沉淀池（3）与废水处理容器（2）之间还设置有碱药投加装置（23）和聚丙烯酰胺投加装置（24），所述碱药投加装置（23）与沉淀池（3）和废水处理容器（2）之间的输送管道连通，所述聚丙烯酰胺投加装置（24）对应设置在沉淀池（3）的上方。
8.权利要求1-7任一所述的电镀废水处理装置的废水处理方法，其特征在于包括以下步骤：
1）通过废水处理容器（2）的进料口（20）装填高温改性的磁黄铁矿（11）作为重金属分离去除区（9）的填料，电芬顿深度处理区（10）的底部设置微孔曝气头（18），利用导线将铁棒阴极（12）和石墨阳极（13）分别连接到稳压直流电源（15）上，准备就绪；
2）开启进水泵（6）及空气泵（16），将废水收集池（1）内的废水输送到重金属分离去除区（9），废水中的重金属先与高温改性磁黄铁矿（11）中的FeS发生沉淀置换反应，废水停留时间1-3小时，反应后的废水富含磁黄铁矿溢出的铁离子，经滤网（7）及过水滤板（8）进入到电芬顿深度处理区（10），电压设置在6-10V之间，在曝气空气的带动下充分搅动，在此过程中，氧气在阴极生成过氧化氢，与废水中的Fe2+联合进行芬顿反应，废水中的有机杂质被迅速氧化分解，反应时间1-2小时，经检验口（25）实时监控水质；
3）将步骤2）处理后的水经输送管道排入沉淀池（3），在沉淀池（3）前段设置碱药投加装置（23）与聚丙烯酰胺投加装置（24），碱药投加量以进入沉淀池（3）内的污水pH值保持在8-9之间为准，聚丙烯酰胺投加量为20mg/L，沉淀池（3）水力停水时间为2-3小时；
4）经步骤3）处理后的废水通过排水管进入到清水池（4），完成废水处理。
9.如权利要求8所述的一种电镀废水的处理方法，其特征在于所述高温改性的磁黄铁矿（11）采用以下方法进行：将废弃物磁黄铁矿，经压碎后用去离子水充分洗涤，在105℃下干燥12-24h，将粒径3-5mm的磁黄铁矿石筛出，在氮气保护条件下，于微波热解温度为400~700 ℃，微波时间为20~30分钟，微波功率为250~350 W下处理，即得高温改性磁黄铁矿，其中，氮气流速为150~300 mL/min。
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