CN110342703A - 一种非生化法处理印染污水工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种非生化法处理印染废水工艺：步骤S1：渗滤液电絮凝气浮沉淀处理；步骤S2：步骤S1处理后的渗滤液经光解协同电化学反应处理；步骤S3：步骤S2处理后的渗滤液经电场协同光催化氧化反应处理，经检测达标后，完成渗滤液的非生化法处理，如果检测未达标，则进入步骤S4：步骤S3处理后的渗滤液经电化学还原反应处理，完成渗滤液的非生化法处理。本发明采用电‑光综合反应处理垃圾渗滤液的新技术和新工艺完全可取代目前使用的物化处理+生化处理法+反硝化，电絮凝取代了混凝，光解协同电化学和电场协同光催化氧化完全可取代生化处理，电化学还原取代了反硝化，更重要的是新的工艺处理后的排放指标都优于生活垃圾填埋污染控制标准(GB16889‑2008)。
Description
技术领域
本发明涉及一种污水处理方法，特别涉及一种非生化法处理印染污水工艺。
背景技术
纺织印染业作为我国重要的经济产业，在其退浆、煮练、丝光、染色、印花以及水洗等过程中会用到大量的油、酸、碱、纤维杂质、无机盐、表面活性剂、浆料、染料和化学助剂等，导致所产生的废水不但量大，平均每印染加工1吨纺织品耗水100～200吨，其中80～90％成为废水，而且废水水质变化大、有机物浓度高、色度高、pH高以及可生化性差，属于难降解的工业废水之一。
由于我国是一个严重缺乏水资源的国家，水资源紧缺已成为制约我国印染行业进一步发展的限制因素，有限的水资源也决定了印染行业必须走循环经济发展之路，因此，大力开展中废水再利用是立足长远的明智选择。要解决废水再利用，由于废水中含有一定的有机物和色度，需要对废水进行深度处理后才能回用。
目前大部分印染厂废水处理效果不理想，回用率很低，其原因大致有以下几种情况：
(1)印染厂未分析自身废水特质(水质、水量)，照搬他厂经验，结果往往不理想。即使生产工艺相近的废水，可采用相似的处理工艺，但也要根据水质、水量适当调整技术参数，保证处理水平。
(2)将城市污水处理的设计规范，用于印染废水处理，仅仅改变一些参数，特别是在早期，大型印染厂废水集中处理，都由大型设计院负责，而由于对印染废水性质不够深入了解，造成很大损失。
(3)新技术、新工艺未能融入印染行业的废水处理，随着环保事业的快速发展，大量污水处理的新技术、新工艺不断涌现，但印染行业污水处理虽然近几年来在工艺路线及技术上作了不少的改进，但始终跳不出生化处理的框框，这也是印染行业废水处理达标排放困难，再利用率低的重要原因。
长期以来印染污水采用生化处理法的几个主要问题：
1、投资大
2、占地面积大
3、控制能力差，包括对活性污泥细菌的培养和生存能力难以控制。
4、周围环境差，大面积污水池排放的大量臭味气体无法处理，造成对厂区和周围环境的污染
5、固废量大，特别是二沉产生的大量污泥，不但对单位是一个负担，对固废处理部门也是一个很大的压力，如焚烧因污泥中有氯和芳香烃，就会产生致癌物二噁英，如果深埋会污染地下水。综合生化处理中存在的问题，根据印染污水的特点和废水排放标准以及废水回用的要求，本申请提出一种完全非生化法的印染污水处理工艺路线。
发明内容
本发明的目的在于解决现有技术的不足，提供一种非生化法处理印染污水工艺。该工艺综合国内外在污水处理方面的新技术并与自主研发的电化学与光催化氧化、还原技术相结合，开发出一套新型的印染污水处理工艺路线，完全可以取代目前的生化处理工艺路线，其投入和运行成本都优于目前的生化处理，污泥量大大减少，周围环境可得到很大的改善，而且由于可控性强，完全可通过计算机系统(DCS)实施智能化全自动控制。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种非生化法处理印染污水工艺，所述工艺包括如下步骤：
步骤S1：渗滤液电絮凝气浮沉淀处理；
步骤S2：步骤S1处理后的渗滤液经光解协同电化学反应处理；
步骤S3：步骤S2处理后的渗滤液经电场协同光催化氧化反应处理，经检测达标后，完成渗滤液的非生化法处理，如果检测未达标，则进入步骤S4：步骤S3处理后的渗滤液经电化学还原反应处理，完成渗滤液的非生化法处理；
步骤S5：步骤S1、S2、S3产生的废气汇集后通过气相光催化氧化进行处理，或者当包含步骤S4处理时，步骤S1、S2、S3和S4产生的废气汇集后通过气相光催化氧化进行处理。
作为优选，步骤S2基于光解协同电化学处理装置，所述装置包括装置本体，其内设有多个阳极和多个阴极及参比电极构成三电极多通道电场，阳极采用负载有光催化剂的钛网，阴极为相同面积的钛网，阳、阴极板的面积根据装置本体的容积而定，阳极和阴极与直流电源电连接，直流电源采用脉冲电源，阳极电位根据极板要求的电流密度调整，极板间距根据导电率调整，电极周围还安装若干支紫外灯，用于光解。
优选的，步骤S3基于电场协同光催化氧化反应处理装置，所述装置包括装置本体，其内设有多排双波长紫外灯，紫外灯两侧安装有多个阳极板和多个阴极板构成多通道电场，双波长紫外灯外装有石英套管，石英套管中鼓入空气，阳极板采用负载有光催化剂的三维泡沫镍板，阴极为相同面积的泡沫镍板，极板面积根据装置本体的容积而定，阳极和阴极与直流电源电连接，直流电源采用脉冲电源，阳极板电位根据极板电流密度调整，极板间距根据导电率调整，加入电解质调节导电率。
优选的，步骤S4电化学还原反应基于负载有光催化剂的气相光催化氧化反应器，各步骤的废气汇集后由气相光催化氧化反应器的进气口进，处理后的废气经由出气口通过引风机和烟高空排除，所述气相光催化氧化反应器中以三维泡沫镍板为载体，光催化剂通过涂覆或者浸泡方式负载于载体上。
优选的，催化剂与钛网或者三维泡沫镍板的负载工艺，步骤如下：
S1：将钛网或者三维泡沫镍板充分涂覆或者浸泡于水性粘合剂中，取出后于无尘环境中自然风干；
S2：步骤S1风干后的钛网或者三维泡沫镍板涂覆或者浸泡光催化剂；
S3：涂覆或者浸泡光催化剂流程完成后，于250-600℃的中温烘箱中，烘干1-1.5h；
S4，重复步骤S2及S30-N次即可，N为大于等于1的自然数。
优选的，步骤S1中无尘环境的条件为：环境温度≤22℃，环境湿度≤RH55％。
优选的，步骤S1采用涂覆的方式，涂覆量为0.2-0.3g/平方厘米。
优选的，步骤S1采用浸泡的方式，浸泡时间为20-30s。
优选的，水性粘合剂由质量百分比的如下原料加工而成：28-38％正硅酸乙酯，21-31％无水乙醇，1-2％盐酸，余量为去离子水，原料总和为100％。
优选的，水性粘合剂的制备方法步骤如下：
步骤S1，首先称取配方量的各原料，分别放置在无尘的密闭容器内；
步骤S2，取配方量的正硅酸乙酯至带电磁搅拌的锥形瓶中，滴入一定量的无水乙醇，控制滴加速度0.05-0.1mL/min，搅拌速度100-500rpm，水解获得高纯度二氧化硅；
步骤S3，将步骤S2水解获得的高纯度二氧化硅、余量的无水乙醇和去离子水进行混合放置在一个无尘的容器腔内，通过洁净的300-400rpm高速搅拌器进行混合；
步骤S4，采用滴定法将盐酸渗透入步骤S3的混合液中，通过洁净的100-200rpm低速搅拌器进行充分混合，促进脱水，脱水完成后获得粘合剂成品。
优选的，光催化剂由如下质量百分比的原料加工而成：10-15％钛酸四丁酯，0.05-0.1％硝酸铂或氯铂酸钾，0.05-0.1％硝酸铁或氢氧化铁，0.05-0.1％硝酸银或氯化银，余量为无水乙醇，原料的总和为100％。
优选的，光催化剂的制备方法步骤如下：
步骤S1，首先将配方量的钛酸四丁酯与无水乙醇混合，形成A液；
步骤S2，配置0.05M氨水，加热至60-70℃，形成B液；
步骤S3，将步骤S1的A液加热至60-70℃，缓慢加入B液中，恒温维持10-20min，然后离心分离，获得胶状物C；
步骤S4，备置配方量的硝酸铂或氯铂酸钾、硝酸铁或氢氧化铁和硝酸银或氯化银，加入步骤S3获得的胶装物C中，脱水处理；
步骤S5，脱水处理后，离心分离；
步骤S6，在400-550℃烘干处理4-6h；
步骤S7，对步骤S6烘干的块状物料研磨后即得制成品。
优选的，步骤S2中分离采用离心分离，离心机的转速为1000-5000rpm，步骤S3中，步骤S3中，脱水处理的设备为负压釜，脱水处理的压力为-1000至-2000pa，脱水处理的温度为80-100℃，步骤S5中研磨采用纳米粉碎机进行粉碎研磨，获得的光催化剂90％的粒径为6-10nm。
本发明中电絮凝气浮处理其功能主要是：除颗粒物、悬浮物和有机胶体，除去重金属并降低部分COD、氨氮、总氮。电絮凝气浮结合了电化学法与絮凝气浮法的优点，电絮凝气浮可归纳为四种作用机理：电解絮凝、电解气浮、电解氧化、电解还原。
1)、电解絮凝
阳极采用铁或铝金属，在外电场作用下阳极(可溶性)发生氧化作用，产生的铁离子或铝离子在水中经过水解、聚合作用，生成一系列多核羟基络合物及氢氧化物，作为絮凝剂对水中悬浮物及有机物进行凝聚处理。
2)、电解气浮
电解时阳极有氧气产生，阴极上产生新生态的氢，与废水中污染物起还原反应后生成氢气，氢气和氧气是以微气泡的形式出现，与悬浮颗粒具有良好的粘附性能，而且具有强大的俘获、负载的能力，从而使悬浮颗粒上浮到水面。
3)、电解氧化
由于电解时水的离解和水中Cl-的存在，在电解时有产生具有强氧化能力的活性氧，羟基自由基和其他一些强氧化剂或自由基如Cl2、H2O2，与溶液中的可溶性有机物发生氧化反应使之降解。
4)、电解还原
阴极上产生新生态的氢，具有很强的还原功能，可与废水中氧化性的有机物起还原反应使有机物降解。并能把六价铬还原成三价铬，在絮凝时以氢氧化铬沉淀除去。
本发明中电絮凝气浮特点：
1)、由于产生的络合物具有链式结构，形成的大表面积无定型网捕絮凝体，起到了网捕、架桥作用。产生的络合离子及氢氧化物有很高的吸附活性，其吸附能力高于一般药剂水解法(PAC+PAM)得到的氢氧化物吸附能力，从而能快速有效的吸附印染污水中的悬浮物(包括重金属)及可溶性有机物。
2)、通过电解氧化，把大分子有机物(有机胶体)降解成小分子，甚至可氧化成CO2和H2O，因此电絮凝产生的沉淀物远少于药剂水解法产生的沉淀物，约减少1/3。
3)、通过电解氧化、电解还原反应，可降部分COD、氨氮及总氮。
4)、电絮凝气浮模块主要功能是以絮凝沉淀为主，氧化、还原为辅。
本发明的光解协同电化学反应处理方法，其功能主要是：降COD、脱色、除氨氮和总氮，其结合了电化学与光化学的特点。可归纳为四种作用机理：1)、直接氧化反应；2)、间接氧化反应；3)、UV/Fenton氧化反应；4)、阴极的电催化还原反应。
1)、阳极的直接氧化反应：利用阳极的高氧化电位，当有机污染物及銨离子与阳极接触时直接被氧化，具有氧化电位的有机物在阴极被还原降解。
2)、间接氧化反应：由于印染污水含Cl-离子(盐份)浓度高Cl-，既能作为理想的电解质，又能在电化学反应中作为产生氧化剂的介质。水中的OH-、Cl-、在阳极被氧化生成·OH、HClO、Cl2，而在阴极水中的氧被还原成[O]、H2O2等，通过这些氧化剂氧化水中的有机物和氨氮，特别是羟基自由基·OH具有极强的氧化势能。
3)、UV/Fenton氧化反应
在紫外光(254nm)照射下，把低氧化势能的氧化剂HClO、H2O2可转化为高氧化势能的自由基。
HClO+hv→·OH+Cl
H2O2+hv→2·OH
4)、阴极的电催化还原反应
阴极产生的新生态氢[H]可还原氧化性有机物使之降解，更重要的是可直接还原亚硝基氮(NO2 -)和硝酸基氮(NO3 -)，并能抑制氨氮在氧化过程中亚硝基氮和硝酸基氮的生成。
本发明中光解协同电化学反应的特点：
1)、采用光解协同电化学反应极大的提高了反应效率：由于光解的加入，把低氧化势能的氧化剂转化为高氧化势能的自由基，不但极大的提高了电化学反应的氧化功能，而且使反应时间缩短，能耗显著降低。
2)、由于新生态氢[H]的强还原作用，抑制了氨氮在氧化过程中生成亚硝基氮和硝酸基氮。使90％～100％以上的氨氮被氧化成氮气后除去。
3)、电极采用钛电极，耐酸、耐碱使用寿命长，阳极表面覆盖由贵金属组成的催化剂，增强了阳极的氧化功能。
4)、采用脉冲电源能耗降低1/3～1/2，并能减少阳极钝化现象的发生。
本发明中，电场协同光催化氧化反应其功能主要是：深度降COD、脱色、除异味及杀菌
本发明中，光催化氧化包括光直接氧化和光催化氧化。。
1)、光直接氧化反应：采用双波长紫外光，在185nm波长紫外光照射下，石英套管空气中的氧被分解产生臭氧后鼓入水中，同时在254nm波长紫外光的照射下，臭氧分解产生原子氧：
O3+hv→O+O2
原子氧与水进一步反应生成具有强氧化能力的羟基自由基(·OH)，
O+H2O→·OH+OH-
·OH能氧化几乎所有水中的有机物，使COD大幅度下降。
2)、光催化氧化反应机理
在水中安装有覆盖有光催化剂的三维泡沫镍板，在紫外光的照射下光催化剂表面产生电子-空穴对，具有强氧化能力的空穴与表面的水分子继续反应，生成羟基自由基(·OH)。
3)、电场与光催化氧化协同反应机理
当光照射到阳极TiO2光催化剂时，在表面产生的电子-空穴对，光生电子在外加电场的作用下移动到阴极，使电子和空穴在催化剂表面复合的几率大大降低，一方面使空穴量和由空穴生成的·OH量增加，另一方面移入阴极的电子还原水中氧生成H2O2。
电场协同光催化氧化反应分为直接反应和间接反应：
直接反应指污水中有机物和氨氮与覆盖有光催化剂的阳极接触，被阳极表面光照射产生的具有强氧化势能的空穴氧化后降解，而氧化性有机物则接触阴极后被电子还原后降解。
间接反应是指由阳极产生(空穴与水反应)的·OH、O3以及由阴极产生的H2O2(在紫外光照射下生成·OH)都具有很强的氧化能力，能快速氧化污水中有机物及氨氮。
阴极产生的新生态H+具有很强的还原性，能还原溶液中NO2-和NO3-并遏制在氧化氨氮时NO2-和NO3-的生成，具有降总氮的功能。
本发明中电场协同光催化氧化反应的特点
1)、利用反应中产生的臭氧，原子氧，空穴，羟基自由基(·OH)等具有强氧化能力的氧化剂，使水中的有机物处于这些氧化剂的包围之中，得以充分被氧化后降解。
2)、外加电场降低了电子和空穴的复合率，并使光生空穴和光生电子都得到充分的利用，极大的提高了催化剂的量子转化率。
3)、紫外灯夹套中鼓入空气，在185nm紫外灯照射下产生臭氧O3，从下部进入水中，既增加氧化剂量，也起到了冷却紫外灯作用。
4)、光催化剂采用在TiO2中掺杂贵金属及非金属，使光催化反应扩展至可见光区，紫外灯输出功率的利用率从30％上升至70％以上(紫外灯输出功率1/3是紫外光，2/3是可见光)。
5)、光催化剂产生的光生电子具有极强的还原势能，能把水中的重金属离子还原成单质后除去，而且能还原水中(NO2-)和(NO3-)，降总氮。
本发明中，电化学还原机理其功能主要是除去水中(NO2-)和(NO3-)，降总氮。本发明中的电化学还原与电化学氧化不同之处在于：
1)、电化学氧化是利用阳极产生的氧化功能，而电化学还原是利用阴极产生的还原功能。
2)、电化学氧化是阳极覆盖有催化剂，提高氧化能力，而电化学还原是阴极覆盖有催化剂，提高还原能力。二者选用完全不同的催化剂。
还原机理：通过阴极产生的新生态氢[H]直接还原水中的亚硝基氮(NO2-)和硝酸基氮(NO3-)。
8H+2NO2 -→N2+4H2O
12H+2NO3 -→N2+6H2O
前三级都有还原和抑制亚硝基氮(NO2-)和硝酸基氮(NO3-)生成的功能，如已达标这一级可作为备用。
优选的，为使步骤S1、S2、S3、S5以及备选的S4中涉及的硬件设备长期安全正常运行，排除各种外界因素(包括人为因素)的干扰，确保各项指标达标排放，采用先进的DCS集散控制系统，对各硬件设备实施智能化控制，DCS集散控制系统包括如下组成部分：
交互管理层，包括操作员工作站、工程师站和WEB服务器
控制层，包括若干DCS控制站，通过工业以太网交换机与交互管理层信息交互；
传感执行层，包括若干传感器和仪表，用于现场运行参数的监测与实施控制，与DCS控制器数据通信连接；
现场运行参数包括温度、流量、压力、液位、pH、紫外灯参数、电机参数、气体成分、水质分析，全部通过仪表及传感器信号进入计算机采样系统，并在屏幕上显示，重要参数实施全自动控制，包括液位、流量、pH，
进一步的说，DCS集散控制系统设置报警及连锁保护系统，参数出现异常会自动报警，一旦设备出现故障会自动切换至备用设备。工程师站主要用于程序编制和修改，也可作为操作员站，操作员站主要用于画面显示和手、自动操作
进一步的说，DCS集散控制系统现场安装实时监控系统(探头)，实施远距离监控。
本发明的有益效果是：
1、采用电-光综合反应处理印染污水的新技术和新工艺完全可取代目前使用的物化处理+生化处理法+反硝化，电絮凝取代了混凝，光解协同电化学和电场协同光催化氧化完全可取代生化处理，电化学还原取代了反硝化，更重要的是新的工艺处理后的排放指标都优于生活垃圾填埋污染控制标准(GB16889-2008)。
2、高效除重金属，新工艺除了电絮凝除去大部分重金属外，后三级(阴极)都有很强的还原功能，特别是电场协同光催化氧化反应产生的光生电子(具有3ev的强还原势能)，把水中的重金属离子还原成单质后除去。
3、固废量少，除了电絮凝产生一部分沉淀外，没有二次沉淀，因此固废量大大减少，从而极大的减轻了固废处理的压力。
4、高效降解COD(包括BOD)，由于光解协同电化学反应和电场协同光催化氧化反应，使电化学氧化和光催化氧化的氧化效率提高了50％以上，几乎能把99％以上的有机物氧化成H2O和CO2)。
5、高效除氨氮和总氮，在强氧化作用下水中的无机氮和有机氮被氧化成氮气，由于电场阴极的强还原作用，抑制了亚硝基氮(NO2 -)和硝酸基氮(NO3 -)生成率。最后的电化学还原模块通过覆盖有催化剂的阴极的强还原功能，深度除去NO2 -、NO3 -从而确保总氮达标。
6、可控性强，新工艺的所有关键参数都可通过仪表和传感器进入计算机系统，通过DCS系统强大的软件系统，实施全自动优化控制。
7、投资和运行成本低，占地面积小：新工艺的投资约为生化处理法的1/2，运行成本约为生化处理法的2/3，占地面积约为生化处理法的1/3。
附图说明
图1是本发明的工艺路线图；
图2是本发明DCS控制系统示意图。
具体实施方式
下面通过具体实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步的具体说明。
实施例1：
如图1所示的一种非生化法处理印染污水工艺，所述工艺包括如下步骤：
步骤S1：渗滤液电絮凝气浮沉淀处理；
步骤S2：步骤S1处理后的渗滤液经光解协同电化学反应处理；
步骤S3：步骤S2处理后的渗滤液经电场协同光催化氧化反应处理，经检测达标后，完成渗滤液的非生化法处理，如果检测未达标，则进入步骤S4：步骤S3处理后的渗滤液经电化学还原反应处理，完成渗滤液的非生化法处理；
步骤S5：步骤S1、S2、S3产生的废气汇集后通过气相光催化氧化进行处理，或者当包含步骤S4处理时，步骤S1、S2、S3和S4产生的废气汇集后通过气相光催化氧化进行处理。
具体的说，步骤S2基于光解协同电化学处理装置，所述装置包括装置本体，其内设有多个阳极和多个阴极及参比电极构成三电极多通道电场，阳极采用负载有光催化剂的载体，载体为钛网，阴极为相同面积的钛网，阳、阴极板的面积根据装置本体的容积而定，阳极和阴极与直流电源电连接，直流电源采用脉冲电源，阳极电位根据极板要求的电流密度调整，极板间距根据导电率调整，电极周围还安装若干支紫外灯，用于光解。
具体的说，步骤S3基于电场协同光催化氧化反应处理装置，所述装置包括装置本体，其内设有多排双波长紫外灯，紫外灯两侧安装有多个阳极板和多个阴极板构成多通道电场，双波长紫外灯外装有石英套管，石英套管中鼓入空气，阳极板采用负载有光催化剂的载体，载体为三维泡沫镍板，阴极为相同面积的泡沫镍板，极板面积根据装置本体的容积而定，阳极和阴极与直流电源电连接，直流电源采用脉冲电源，阳极板电位根据极板电流密度调整，极板间距根据导电率调整，加入电解质调节导电率。
具体的说，步骤S4电化学还原反应基于负载有光催化剂的气相光催化氧化反应器，各步骤的废气汇集后由气相光催化氧化反应器的进气口进，处理后的废气经由出气口通过引风机和烟高空排除，所述气相光催化氧化反应器中以三维泡沫镍板为载体，光催化剂通过涂覆或者浸泡方式负载于载体上。
本发明中，如图2所示，采用先进的DCS集散控制系统，对各步骤的硬件设备实施智能化控制，以使步骤S1、S2、S3、S5以及备选的S4中涉及的硬件设备长期安全正常运行，DCS集散控制系统包括如下组成部分：
交互管理层，包括操作员工作站、工程师站和WEB服务器
控制层，包括若干DCS控制站，通过工业以太网交换机与交互管理层信息交互；
传感执行层，包括若干传感器和仪表，用于现场运行参数的监测与实施控制，与DCS控制器数据通信连接；
现场运行参数包括温度、流量、压力、液位、pH、紫外灯参数、电机参数、气体成分、水质分析，全部通过仪表及传感器采集信号传送进入工程师站，并在操作员站的屏幕上显示；
更进一步的说，步骤S1、S2、S3、S5以及备选的S4中涉及的硬件设备均设有备用硬件设备，DCS集散控制系统还设置报警及连锁保护系统，参数出现异常时自动报警，一旦硬件设备出现故障会自动切换至备用硬件设备，DCS集散控制系统现场还安装实时监控系统，实施远距离监控。
本发明中催化剂与钛网或者三维泡沫镍板(载体/固定床基材)的负载工艺，步骤如下：
S1：将固定床基材充分涂覆水性粘合剂中，取出后于无尘环境中自然风干；
S2：步骤S1风干后的固定床基材涂覆光催化剂；固定床基材采用三维结构泡沫镍；
S3：涂覆光催化剂流程完成后，于250-300℃的中温烘箱中，烘干1.5h；
S4，重复步骤S2及S31次即可。
具体的说，步骤S1中无尘环境的条件为：环境温度≤22℃，环境湿度≤RH55％，涂覆量为0.2g/平方厘米，水性粘合剂由质量百分比的如下原料加工而成：28％正硅酸乙酯，21％无水乙醇，1％盐酸，余量为去离子水，原料总和为100％，水性粘合剂的制备方法步骤如下：
步骤S1，首先称取配方量的各原料，分别放置在无尘的密闭容器内；
步骤S2，取配方量的正硅酸乙酯至带电磁搅拌的锥形瓶中，滴入一定量的无水乙醇，控制滴加速度0.05mL/min，搅拌速度100rpm，水解获得高纯度二氧化硅；
步骤S3，将步骤S2水解获得的高纯度二氧化硅、余量的无水乙醇和去离子水进行混合放置在一个无尘的容器腔内，通过洁净的300rpm高速搅拌器进行混合；
步骤S4，采用滴定法将盐酸渗透入步骤S3的混合液中，通过洁净的100rpm低速搅拌器进行充分混合，促进脱水，脱水完成后获得粘合剂成品。
本实施例中，光催化剂由如下质量百分比的原料加工而成：10％钛酸四丁酯，0.05％硝酸铂，0.05％硝酸铁，0.05％硝酸银，余量为无水乙醇，原料的总和为100％，光催化剂的制备方法步骤如下：
步骤S1，首先将配方量的钛酸四丁酯与无水乙醇混合，形成A液；
步骤S2，配置0.05M氨水，加热至65℃，形成B液；
步骤S3，将步骤S1的A液加热至65℃，缓慢加入B液中，恒温维持10min，然后离心分离，获得胶状物C；
步骤S4，备置配方量的硝酸铂、硝酸铁和硝酸银，加入步骤S3获得的胶装物C中，脱水处理；
步骤S5，脱水处理后，离心分离；
步骤S6，在400℃烘干处理6h；
步骤S7，对步骤S6烘干的块状物料研磨后即得。
具体的说，步骤S3中分离采用离心分离，离心机的转速为1000rpm，步骤S4中，脱水处理的设备为负压釜，脱水处理的压力为-1000pa，脱水处理的温度为80℃，步骤S7中研磨采用纳米粉碎机进行粉碎研磨，获得的光催化剂90％的粒径为6-10nm。
实施例2
一种非生化法处理印染污水工艺，其特征在于，所述工艺包括如下步骤：
步骤S1：渗滤液电絮凝气浮沉淀处理；
步骤S2：步骤S1处理后的渗滤液经光解协同电化学反应处理；
步骤S3：步骤S2处理后的渗滤液经电场协同光催化氧化反应处理，经检测达标后，完成渗滤液的非生化法处理，如果检测未达标，则进入步骤S4：步骤S3处理后的渗滤液经电化学还原反应处理，完成渗滤液的非生化法处理；
步骤S5：步骤S1、S2、S3产生的废气汇集后通过气相光催化氧化进行处理，或者当包含步骤S4处理时，步骤S1、S2、S3和S4产生的废气汇集后通过气相光催化氧化进行处理。
具体的说，步骤S2基于光解协同电化学处理装置，所述装置包括装置本体，其内设有多个阳极和多个阴极及参比电极构成三电极多通道电场，阳极采用负载有光催化剂的钛网，阴极为相同面积的钛网，阳、阴极板的面积根据装置本体的容积而定，阳极和阴极与直流电源电连接，直流电源采用脉冲电源，阳极电位根据极板要求的电流密度调整，极板间距根据导电率调整，电极周围还安装若干支紫外灯，用于光解。
具体的说，步骤S3基于电场协同光催化氧化反应处理装置，所述装置包括装置本体，其内设有多排双波长紫外灯，紫外灯两侧安装有多个阳极板和多个阴极板构成多通道电场，双波长紫外灯外装有石英套管，石英套管中鼓入空气，阳极板采用负载有光催化剂的三维泡沫镍板，阴极为相同面积的泡沫镍板，极板面积根据装置本体的容积而定，阳极和阴极与直流电源电连接，直流电源采用脉冲电源，阳极板电位根据极板电流密度调整，极板间距根据导电率调整，加入电解质调节导电率。
具体的说，步骤S4电化学还原反应基于负载有光催化剂的气相光催化氧化反应器，各步骤的废气汇集后由气相光催化氧化反应器的进气口进，处理后的废气经由出气口通过引风机和烟高空排除，所述气相光催化氧化反应器中以三维泡沫镍板为载体，光催化剂通过涂覆或者浸泡方式负载于载体上。
本发明中，如图2所示，采用先进的DCS集散控制系统，对各步骤的硬件设备实施智能化控制，以使步骤S1、S2、S3、S5以及备选的S4中涉及的硬件设备长期安全正常运行，DCS集散控制系统包括如下组成部分：
交互管理层，包括操作员工作站、工程师站和WEB服务器
控制层，包括若干DCS控制站，通过工业以太网交换机与交互管理层信息交互；
传感执行层，包括若干传感器和仪表，用于现场运行参数的监测与实施控制，与DCS控制器数据通信连接；
现场运行参数包括温度、流量、压力、液位、pH、紫外灯参数、电机参数、气体成分、水质分析，全部通过仪表及传感器采集信号传送进入工程师站，并在操作员站的屏幕上显示；
更进一步的说，步骤S1、S2、S3、S5以及备选的S4中涉及的硬件设备均设有备用硬件设备，DCS集散控制系统还设置报警及连锁保护系统，参数出现异常时自动报警，一旦硬件设备出现故障会自动切换至备用硬件设备，DCS集散控制系统现场还安装实时监控系统，实施远距离监控。
本发明中光催化剂与固定床基材的粘合涂覆工艺，粘合涂覆工艺的步骤如下：
S1：将固定床基材充分浸泡于水性粘合剂中，取出后于无尘环境中自然风干；
S2：步骤S1风干后的固定床基材浸泡光催化剂；固定床基材采用泡沫铝；
S3：涂覆或者浸泡光催化剂流程完成后，于550-600℃的中温烘箱中，烘干1h；
S4，重复步骤S2及S30 2次即可。
具体的说，步骤S1中无尘环境的条件为：环境温度≤22℃，环境湿度≤RH55％，步骤S1采用浸泡的方式，浸泡时间为20S，水性粘合剂由质量百分比的如下原料加工而成：38％正硅酸乙酯，31％无水乙醇，2％盐酸，余量为去离子水，原料总和为100％，水性粘合剂的制备方法步骤如下：
步骤S1，首先称取配方量的各原料，分别放置在无尘的密闭容器内；
步骤S2，取配方量的正硅酸乙酯至带电磁搅拌的锥形瓶中，滴入一定量的无水乙醇，控制滴加速度0.1mL/min，搅拌速度500rpm，水解获得高纯度二氧化硅：
步骤S3，将步骤S2水解获得的高纯度二氧化硅、余量的无水乙醇和去离子水进行混合放置在一个无尘的容器腔内，通过洁净的400rpm高速搅拌器进行混合；
步骤S4，采用滴定法将盐酸渗透入步骤S3的混合液中，通过洁净的200rpm低速搅拌器进行充分混合，促进脱水，脱水完成后获得粘合剂成品。
本实施例中，光催化剂由如下质量百分比的原料加工而成：15％钛酸四丁酯，氨水25％，0.1％氯铂酸钾，0.1％氢氧化铁，0.1％氯化银，余量为无水乙醇，原料的总和为100％，光催化剂的制备方法步骤如下：
步骤S1，首先将配方量的钛酸正丁酯与无水乙醇混合，形成A液；
步骤S2，配置0.05M氨水，加热至70℃，形成B液；
步骤S3，将步骤S1的A液加热至70℃，缓慢加入B液中，恒温维持15min，然后离心分离，获得胶状物C；
步骤S4，备置配方量的氯铂酸钾、氢氧化铁和氯化银，加入步骤S3获得的胶装物C中，脱水处理；
步骤S5，脱水处理后，离心分离；
步骤S6，在450℃烘干处理5h；
步骤S7，对步骤S6烘干的块状物料研磨后即得。
本实施例中，步骤S3中分离采用离心分离，离心机的转速为5000rpm，步骤S4中，脱水处理的设备为负压釜，脱水处理的压力为-1500pa，脱水处理的温度为90℃，步骤S7中研磨采用纳米粉碎机进行粉碎研磨，获得的光催化剂90％的粒径为6-10nm。
实施例3
一种非生化法处理印染污水工艺，其特征在于，所述工艺包括如下步骤：
步骤S1：渗滤液电絮凝气浮沉淀处理；
步骤S2：步骤S1处理后的渗滤液经光解协同电化学反应处理；
步骤S3：步骤S2处理后的渗滤液经电场协同光催化氧化反应处理，经检测达标后，完成渗滤液的非生化法处理，如果检测未达标，则进入步骤S4：步骤S3处理后的渗滤液经电化学还原反应处理，完成渗滤液的非生化法处理；
步骤S5：步骤S1、S2、S3产生的废气汇集后通过气相光催化氧化进行处理，或者当包含步骤S4处理时，步骤S1、S2、S3和S4产生的废气汇集后通过气相光催化氧化进行处理。
具体的说，步骤S2基于光解协同电化学处理装置，所述装置包括装置本体，其内设有多个阳极和多个阴极及参比电极构成三电极多通道电场，阳极采用负载有光催化剂的钛网，阴极为相同面积的钛网，阳、阴极板的面积根据装置本体的容积而定，阳极和阴极与直流电源电连接，直流电源采用脉冲电源，阳极电位根据极板要求的电流密度调整，极板间距根据导电率调整，电极周围还安装若干支紫外灯，用于光解。
具体的说，步骤S3基于电场协同光催化氧化反应处理装置，所述装置包括装置本体，其内设有多排双波长紫外灯，紫外灯两侧安装有多个阳极板和多个阴极板构成多通道电场，双波长紫外灯外装有石英套管，石英套管中鼓入空气，阳极板采用负载有光催化剂的三维泡沫镍板，阴极为相同面积的泡沫镍板，极板面积根据装置本体的容积而定，阳极和阴极与直流电源电连接，直流电源采用脉冲电源，阳极板电位根据极板电流密度调整，极板间距根据导电率调整，加入电解质调节导电率。
具体的说，步骤S4电化学还原反应基于负载有光催化剂的气相光催化氧化反应器，各步骤的废气汇集后由气相光催化氧化反应器的进气口进，处理后的废气经由出气口通过引风机和烟高空排除，所述气相光催化氧化反应器中以三维泡沫镍板为载体，光催化剂通过涂覆或者浸泡方式负载于载体上。
本发明中，如图2所示，采用先进的DCS集散控制系统，对各步骤的硬件设备实施智能化控制，以使步骤S1、S2、S3、S5以及备选的S4中涉及的硬件设备长期安全正常运行，DCS集散控制系统包括如下组成部分：
交互管理层，包括操作员工作站、工程师站和WEB服务器
控制层，包括若干DCS控制站，通过工业以太网交换机与交互管理层信息交互：
传感执行层，包括若干传感器和仪表，用于现场运行参数的监测与实施控制，与DCS控制器数据通信连接；
现场运行参数包括温度、流量、压力、液位、pH、紫外灯参数、电机参数、气体成分、水质分析，全部通过仪表及传感器采集信号传送进入工程师站，并在操作员站的屏幕上显示；
更进一步的说，步骤S1、S2、S3、S5以及备选的S4中涉及的硬件设备均设有备用硬件设备，DCS集散控制系统还设置报警及连锁保护系统，参数出现异常时自动报警，一旦硬件设备出现故障会自动切换至备用硬件设备，DCS集散控制系统现场还安装实时监控系统，实施远距离监控。
本发明中光催化剂与固定床基材的粘合涂覆工艺，粘合涂覆工艺的步骤如下：
S1：将固定床基材充分浸泡于水性粘合剂中，取出后于无尘环境中自然风干；
S2：步骤S1风干后的固定床基材浸泡光催化剂；固定床基材为多孔陶瓷材料；
S3：浸泡光催化剂流程完成后，于400-450℃的中温烘箱中，烘干1.2h；
S4，重复步骤S2及S3 2次即可。
具体的说，步骤S1中无尘环境的条件为：环境温度≤22℃，环境湿度≤RH55％，步骤S1采用浸泡的方式，浸泡时间为30S，水性粘合剂的组成为：33％正硅酸乙酯，26％无水乙醇，1.5％盐酸，余量为去离子水，原料总和为100％，水性粘合剂的制备方法步骤如下：
步骤S1，首先称取配方量的各原料，分别放置在无尘的密闭容器内；
步骤S2，取配方量的正硅酸乙酯至带电磁搅拌的锥形瓶中，滴入一定量的无水乙醇，控制滴加速度0.075mL/min，搅拌速度400rpm，水解获得高纯度二氧化硅；
步骤S3，将步骤S2水解获得的高纯度二氧化硅、余量的无水乙醇和去离子水进行混合放置在一个无尘的容器腔内，通过洁净的350rpm高速搅拌器进行混合；
步骤S4，采用滴定法将盐酸渗透入步骤S3的混合液中，通过洁净的150rpm低速搅拌器进行充分混合，促进脱水，脱水完成后获得粘合剂成品。
本实施例中，光催化剂由如下质量百分比的原料加工而成：12％钛酸四丁酯，0.075％硝酸铂，0.075％硝酸铁，0.075％硝酸银，余量为无水乙醇，原料的总和为100％，光催化剂的制备方法步骤如下：
步骤S1，首先将配方量的钛酸正丁酯与无水乙醇混合，形成A液；
步骤S2，配置0.05M氨水，加热至60℃，形成B液；
步骤S3，将步骤S1的A液加热至60℃，缓慢加入B液中，恒温维持20min，然后离心分离，获得胶状物C；
步骤S4，配方量的硝酸铂、硝酸铁和硝酸银，加入步骤S3获得的胶装物C中，脱水处理；
步骤S5，脱水处理后，离心分离；
步骤S6，在550℃烘干处理4h；
步骤S7，对步骤S6烘干的块状物料研磨后即得。
本实施例中，步骤S3中分离采用离心分离，离心机的转速为3000rpm，步骤S4中，脱水处理的设备为负压釜，脱水处理的压力为-2000pa，脱水处理的温度为100℃，步骤S7中研磨采用纳米粉碎机进行粉碎研磨，获得的光催化剂90％的粒径为6-10nm。
以上所述的实施例只是本发明的一种较佳的方案，并非对本发明作任何形式上的限制，在不超出权利要求所记载的技术方案的前提下还有其它的变体及改型。
Claims (10)
1.一种非生化法处理印染污水工艺，其特征在于，所述工艺包括如下步骤：
步骤S1：渗滤液电絮凝气浮沉淀处理；
步骤S2：步骤S1处理后的渗滤液经光解协同电化学反应处理；
步骤S3：步骤S2处理后的渗滤液经电场协同光催化氧化反应处理，经检测达标后，完成渗滤液的非生化法处理，如果检测未达标，则进入步骤S4：步骤S3处理后的渗滤液经电化学还原反应处理，完成渗滤液的非生化法处理；
步骤S5：步骤S1、S2、S3产生的废气汇集后通过气相光催化氧化进行处理，或者当包含步骤S4处理时，步骤S1、S2、S3和S4产生的废气汇集后通过气相光催化氧化进行处理。
2.根据权利要求1所述非生化法处理印染污水工艺，其特征在于，步骤S2基于光解协同电化学处理装置，所述装置包括装置本体，其内设有多个阳极和多个阴极及参比电极构成三电极多通道电场，阳极采用负载有光催化剂的载体，载体为钛网，阴极为相同面积的钛网，阳、阴极板的面积根据装置本体的容积而定，阳极和阴极与直流电源电连接，直流电源采用脉冲电源，阳极电位根据极板要求的电流密度调整，极板间距根据导电率调整，电极周围还安装若干支紫外灯，用于光解。
3.根据权利要求1所述非生化法处理印染污水工艺，其特征在于，步骤S3基于电场协同光催化氧化反应处理装置，所述装置包括装置本体，其内设有多排双波长紫外灯，紫外灯两侧安装有多个阳极板和多个阴极板构成多通道电场，双波长紫外灯外装有石英套管，石英套管中鼓入空气，阳极板采用负载有光催化剂的载体，载体为三维泡沫镍板，阴极为相同面积的泡沫镍板，极板面积根据装置本体的容积而定，阳极和阴极与直流电源电连接，直流电源采用脉冲电源，阳极板电位根据极板电流密度调整，极板间距根据导电率调整，加入电解质调节导电率。
4.根据权利要求1所述非生化法处理印染污水工艺，其特征在于，步骤S4电化学还原反应基于负载有光催化剂的气相光催化氧化反应器，各步骤的废气汇集后由气相光催化氧化反应器的进气口进，处理后的废气经由出气口通过引风机和烟高空排除，所述气相光催化氧化反应器中以三维泡沫镍板为载体，光催化剂通过涂覆或者浸泡方式负载于载体上。
5.根据权利要求2或3所述非生化法处理印染污水工艺，其特征在于，催化剂与载体的负载工艺，步骤如下：
S1：将钛网或者三维泡沫镍板充分涂覆或者浸泡于水性粘合剂中，取出后于无尘环境中自然风干；步骤S1中无尘环境的条件为：环境温度≤22℃，环境湿度≤RH55％，步骤S1采用涂覆的方式，涂覆量为0.2-0.3g/平方厘米，步骤S1采用浸泡的方式，浸泡时间为20-30s；
S2：步骤S1风干后的钛网或者三维泡沫镍板涂覆或者浸泡光催化剂；
S3：涂覆或者浸泡光催化剂流程完成后，于250-600℃的中温烘箱中，烘干1-1.5h；
S4，重复步骤S2及S30-N次即可，N为大于等于1的自然数。
6.根据权利要求5所述非生化法处理印染污水工艺，其特征在于，水性粘合剂由质量百分比的如下原料加工而成：28-38％正硅酸乙酯，21-31％无水乙醇，1-2％盐酸，余量为去离子水，原料总和为100％。
7.根据权利要求6所述非生化法处理印染污水工艺，其特征在于，水性粘合剂的制备方法步骤如下：
步骤S1，首先称取配方量的各原料，分别放置在无尘的密闭容器内；
步骤S2，取配方量的正硅酸乙酯至带电磁搅拌的锥形瓶中，滴入一定量的无水乙醇，控制滴加速度0.05-0.1mL/min，搅拌速度100-500rpm，水解获得高纯度二氧化硅；
步骤S3，将步骤S2水解获得的高纯度二氧化硅、余量的无水乙醇和去离子水进行混合放置在一个无尘的容器腔内，通过洁净的300-400rpm高速搅拌器进行混合；
步骤S4，采用滴定法将盐酸渗透入步骤S3的混合液中，通过洁净的100-200rpm低速搅拌器进行充分混合，促进脱水，脱水完成后获得粘合剂成品。
8.根据权利要求4所述非生化法处理印染污水工艺，其特征在于，光催化剂由如下质量百分比的原料加工而成：10-15％钛酸四丁酯，0.05-0.1％硝酸铂或氯铂酸钾，0.05-0.1％硝酸铁或氢氧化铁，0.05-0.1％硝酸银或氯化银，余量为无水乙醇，原料的总和为100％，光催化剂的制备方法步骤如下：
步骤S1，首先将配方量的钛酸四丁酯与无水乙醇混合，形成A液；
步骤S2，配置0.05M氨水，加热至60-70℃，形成B液；
步骤S3，将步骤S1的A液加热至60-70℃，缓慢加入B液中，恒温维持10-20min，然后离心分离，获得胶状物C，离心机的转速为1000-5000rpm；
步骤S4，备置配方量的硝酸铂或氯铂酸钾、硝酸铁或氢氧化铁和硝酸银或氯化银，加入步骤S3获得的胶装物C中，脱水处理，脱水处理的设备为负压釜，脱水处理的压力为-1000至-2000pa，脱水处理的温度为80-100℃；
步骤S5，脱水处理后，离心分离，离心机的转速为1000-5000rpm；
步骤S6，在400-550℃烘干处理4-6h；
步骤S7，对步骤S6烘干的块状物料研磨后即得制成品，研磨采用纳米粉碎机进行粉碎研磨，获得的光催化剂90％的粒径为6-10nm。
9.根据权利要求1所述非生化法处理印染污水工艺，其特征在于，采用先进的DCS集散控制系统，对各步骤的硬件设备实施智能化控制，以使步骤S1、S2、S3、S5以及备选的S4中涉及的硬件设备长期安全正常运行，DCS集散控制系统包括如下组成部分：
交互管理层，包括操作员工作站、工程师站和WEB服务器
控制层，包括若干DCS控制站，通过工业以太网交换机与交互管理层信息交互；
传感执行层，包括若干传感器和仪表，用于现场运行参数的监测与实施控制，与DCS控制器数据通信连接；
现场运行参数包括温度、流量、压力、液位、pH、紫外灯参数、电机参数、气体成分、水质分析，全部通过仪表及传感器采集信号传送进入工程师站，并在操作员站的屏幕上显示。
10.根据权利要求9所述非生化法处理印染污水工艺，其特征在于，步骤S1、S2、S3、S5以及备选的S4中涉及的硬件设备均设有备用硬件设备，DCS集散控制系统还设置报警及连锁保护系统，参数出现异常时自动报警，一旦硬件设备出现故障会自动切换至备用硬件设备，DCS集散控制系统现场还安装实时监控系统，实施远距离监控。
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| CN201910566276.9A CN110342703A (zh) | 2019-06-27 | 2019-06-27 | 一种非生化法处理印染污水工艺 |
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