CN110615562A - 一种含丙酮生产废水的电羟基氧化净化装置及方法 - Google Patents

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Abstract

一种含丙酮生产废水的电羟基氧化净化装置及方法，属于化学工程与技术领域，本发明设计制作了108L的反应器，对水中含丙酮量15000ppm/L的水进行处理研究，通过调节交流电压改变电流强度，分别测电流强度、反应时间、氧气通入量、溶液PH值、温度变化对丙酮去除的影响，获得最优去除率条件，解决现有技术中对含丙酮废水处理工艺长、处理时间长、处理池大、处理效率低，固废生成量大的技术缺陷。

Description

一种含丙酮生产废水的电羟基氧化净化装置及方法
技术领域
本发明属于化学工程与技术领域，特别是涉及到一种含丙酮生产废水的电羟基氧化净化方法。
背景技术
生产中由于工艺的需要，丙酮与水发生混合，后经精馏回收了其中的大部分丙酮，但当丙酮浓度较低时，水与丙酮蒸发时同时被蒸出。因此，经过蒸馏剩余水中仍含有上万ppm的丙酮。丙酮属于有机物，影响排出水中化学需氧量COD指标。
工业上脱除水中有机物方法很多，如絮凝沉降、化学沉降、羟基氧化、厌氧好氧等方法，这些方法各有其优缺点。
随着工业的发展，废水中有毒、难降解有机污染物的种类和数量不断增加，先进的氧化法(AOPS)即电芬顿法(Electro-Fenton process)得到深入研究。
在芬顿及相关工艺中，温度升高有机物去除量相对较小。温度过低和过高会对工艺效率产生负面影响。Guedes等人报道，用于软木的降解处理废水最佳温度为30℃。张等报道了Fenton工艺的COD去除效率随着温度从15℃升高到36℃略有提高。Wang报道了低温下染料降解率较低，100分钟前20℃～30℃的降解程度较高。而现有技术中，未见专门脱除水中丙酮，使其含量降至150PPM以下的方法。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：提供一种含丙酮生产废水的电羟基氧化净化装置及方法，用于解决现有技术中对含丙酮废水处理工艺长、处理时间长、处理池大、处理效率低，固废生成量大的技术缺陷。
一种含丙酮生产废水的电羟基氧化净化装置，其特征是：包括反应器、氧气源、流量计、直流功率调节器、直流电源、交流功率调节器、直流电压表以及直流电流表，所述反应器包括反应器外壳、反应器内壳、气体分布管、阴极极板以及阳极极板，所述反应器外壳和反应器内壳均为长方体结构；所述气体分布管设置在反应器内壳的中部；所述阳极极板为一个以上，并列设置在反应器内壳的长方向一侧内侧壁上，所述阴极极板为一个以上，并列设置在反应器内壳的长方向另一侧内侧壁上；所述氧气源与气体分布管通过橡胶软管连接，所述橡胶软管上依次设置有调节阀和流量计；所述阴极极板和阳极极板回路上依次设置有直流功率调节器、直流电源、交流功率调节器、直流电压表以及直流电流表。
所述反应器的容积大于108L。
一种含丙酮生产废水的电羟基氧化净化方法，其特征是：采用所述的一种含丙酮生产废水的电羟基氧化净化装置，取108L水加入反应器内，分别取1620g氯化钠和108ml丙酮加入水中，控制水位高于反应器内壳20mm，采用10％稀硫酸调节PH值为3，调节交流功率调节器，控制电流强度为0.06mA～10.8mA，电解反应时间为80min，氧气通入量为1L/min，温度为18℃，进行含丙酮废水处理。
通过上述设计方案，本发明可以带来如下有益效果：一种含丙酮生产废水的电羟基氧化净化装置及方法，设计制作了108L的反应器，对水中含丙酮量15000ppm/L的水进行处理研究，通过调节交流电压改变电流强度，分别测电流强度、反应时间、氧气通入量、溶液PH值、温度变化对丙酮去除的影响，获得最优去除率条件，解决现有技术中对含丙酮废水处理工艺长、处理时间长、处理池大、处理效率低，固废生成量大的技术缺陷。
附图说明
以下结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的说明：
图1为本发明一种含丙酮生产废水的电羟基氧化净化装置结构示意图。
图2为本发明一种含丙酮生产废水的电羟基氧化净化装置反应器结构示意图。
图3为本发明一种含丙酮生产废水的电羟基氧化净化方法反应时间对COD去除率的影响曲线图。
图4为本发明一种含丙酮生产废水的电羟基氧化净化方法电流密度对COD去除率的影响曲线图。
图5为本发明一种含丙酮生产废水的电羟基氧化净化方法PH值对COD去除率的影响曲线图。
图6为本发明一种含丙酮生产废水的电羟基氧化净化方法硫酸亚铁铵消耗量和COD值关系图。
图中1-反应器、2-氧气源、3-流量计、4-直流功率调节器、5-直流电源、6-交流功率调节器、7-直流电压表、8-直流电流表、9-反应器外壳、10-反应器内壳、11-气体分布管、12-阴极极板、13-阳极极板、14-橡胶软管、15-调节阀。
具体实施方式
一种含丙酮生产废水的电羟基氧化净化装置及方法，其装置如图1和图2所示，包括反应器1、氧气源2、流量计3、直流功率调节器4、直流电源5、交流功率调节器6、直流电压表7以及直流电流表8，所述反应器1包括反应器外壳9、反应器内壳10、气体分布管11、阴极极板12以及阳极极板13，所述反应器外壳9和反应器内壳10均为长方体结构；所述气体分布管11设置在反应器内壳10的中部；所述阳极极板12为一个以上，并列设置在反应器内壳10的长方向一侧内侧壁上，所述阴极极板13为一个以上，并列设置在反应器内壳10的长方向另一侧内侧壁上；所述氧气源2与气体分布管11通过橡胶软管14连接，所述橡胶软管14上依次设置有调节阀15和流量计3；所述阴极极板13和阳极极板12回路上依次设置有直流功率调节器4、直流电源5、交流功率调节器6、直流电压表7以及直流电流表8。
其方法通过下述试验进行验证，
1、反应时间对COD去除率的影响
初始PH值为6.01，通入电流强度为11.40mA,氯化钠的加入量为1620g，丙酮加入量为108ml,极板间间距为35.4cm,曝气量为1L/min，处理108L废水，验证处理时间对处理效果的影响。接通电源的反应初期,反应器内废水能闻到刺激性气味,随反应逐渐进行,可明显看到阴极极板出现气泡,随着反应的继续,反应剧烈,水变浑浊,水中出现红褐色沉淀。COD去除率随反应时间变化曲线可见图3。
从图3中可以看出，随着反应时间的增加，COD去除率呈不断上升的趋势，但在60min后，上升的幅度逐渐减小。这是因为在反应开始的时间内废水中·OH和H2O2迅速产生且浓度不断增大进而加速了电芬顿反应的进行。随着反应时间的加强，废水中丙酮的浓度不断被消耗减小，同时中间产物和副反应产物的浓度也随着反应时间的加强而逐渐升高，从而导致反应速率减小。考虑到去除率的影响，确定反应时间为80mim。
2、电流密度对COD去除率的影响
初始PH值为6.01，氯化钠的加入量为1620g，丙酮加入量为108ml,极板间间距为35.4cm,曝气量为1L/min，处理108L废水，改变通入的电流强度，验证电流密度对处理效果的影响。COD去除率随反应时间变化曲线由图4所示。
从图4可看出，伴随着电流密度的增大，反应的COD去除率也随之不断的加强，这是在处理废水时电流密度增大，对阴极极板的析氢反应起到促进的作用，从而导致阴极产生的·OH和H2O2的浓度也会随这通入电流密度的增大而变大，有利于电芬顿反应，进而电流密度的加强对COD的去除率有促进的作用。但是如果为了加大COD的去除率而增大电流密度的话，对阴极极板的消耗量也会增大，从而提高了成本，同时随着通入电流密度的增大，阴极极板处发生的析氢反应产生大量的H+，阳极产生氧气会增大废水的PH值，进而会使COD的去除率有所下降，因此为了节省成本，减小副反应，应选取合适的电流强度。
3、PH值对COD去除率的影响
10％的稀硫酸加入反应器内，搅拌溶解，使其改变废水的PH值，取少量加入稀硫酸的废水样用PH检测仪检测水样的PH值，用10％的稀硫酸调节废水，分别测的废水的PH分别为2.01、3、5.2，接通电源，使其通入电流强度为10.40毫安，调节调节阀使通入的氧气量为1L/min,开始计时，取反应80min后的处理废水作为样品装入容量瓶中，待检测样品水样的COD。反应过程中在废水PH值为5.2、3时，阴极极板反应有明显现象，且随着处理时间增加废水水样变浑浊，有红褐色沉淀生成。当废水水样PH值为2.01时，随着反应进行，阴极极板反应剧烈，废水水样变浑浊并主要成白色，有白色沉淀生成，随着时间增加废水呈现绿色，最后产生红褐色沉淀，阴极极板有所消耗。初始PH值为6.01，通入电流强度为10.40mA,氯化钠的加入量为1620g，丙酮加入量为108ml,极板间间距为35.4cm,曝气量为1L/min，处理108L废水,通过10％的稀硫酸调节废水的PH值，考察PH值对COD去除率的影响。实验结果如图5所示。
从图5可看出，当废水水样的PH的不断变大，COD的去除率呈现先增大后减小的趋势，当废水的PH为3时，COD去除率达到最大，后PH增大废水的COD去除率减小。当废水的PH值小于3时，H+的浓度较高，阴极极板上的析氢反应加强，抑制了·OH和H2O2的产生，减缓了电芬顿反应的进行，所以COD的去除率较小。当PH增大时，大于3时，Fe2+易被氧化为Fe3+从而与废水中OH-发生反应形成Fe(OH)3沉淀从而会降低·OH的产量，进而影响COD的去除率。此外如果废水的PH很高的情况下H2O2会分解为H20和O2,也会影响COD的去除率。从而由此图可看出当PH为3下，为最优解，反应的COD去除率最高。
4、已知COD值下硫酸亚铁铵标准溶液的消耗量
配置已知COD值的标准溶液用重铬酸钾法滴定，考察硫酸亚铁铵标准溶液的消耗量，如图6所示。
5、反应器内各处电势差对COD去除率的影响
采用传统的圆柱形反应器的实验证明，反应器中不同区域，不同深度以及电源引入极板的位置不同，水中相同距离点的电势降也不同，电源引入点对羟基产生量有一定影响，对水中有机物的氧化能力就不同。因此，对于负荷较大的污水处理，反应器做成图2的长方体、极板并列的形式，处理效率会更高。具体尺寸要依据水处理量、反应罐尺寸、处理时间进行设计。同极的极板间距取极板宽度为宜。
通过上述五组实验对含有机物的废水进行通氧气电解，电解产生·OH对有机物处理，然后对废水取样用重铬酸钾法测其COD等一系列实验操作最终得到去除到COD为150mg/L以下的水样，对本实验所需要的条件和处理工艺进行了研究，从而得到了以下结论：
本发明方法用于处理108L含丙酮为800mg/L的废水，以304钢板作为电极，温度为18℃，电流密度为10.8mA，氧气通入量为1L/min，反应电解时间为80min能达到COD处理要求；
本发明方法用于处理108L含丙酮800mg/L的废水，在上述电极、温度、电流密度以及氧气通入量不变的条件下，PH＝3时，对COD的去除效率最好；
本发明方法用于处理108L含丙酮为800mg/L的废水，在上述电极、温度、氧气通入量以及PH值不变的条件下，考虑到实验产生副反应和成本的影响，取电流密度为0.06～0.10mA为最好，COD去除率也为最优。

Claims (3)

1.一种含丙酮生产废水的电羟基氧化净化装置，其特征是：包括反应器(1)、氧气源(2)、流量计(3)、直流功率调节器(4)、直流电源(5)、交流功率调节器(6)、直流电压表(7)以及直流电流表(8)，所述反应器(1)包括反应器外壳(9)、反应器内壳(10)、气体分布管(11)、阴极极板(12)以及阳极极板(13)，所述反应器外壳(9)和反应器内壳(10)均为长方体结构；所述气体分布管(11)设置在反应器内壳(10)的中部；所述阳极极板(12)为一个以上，并列设置在反应器内壳(10)的长方向一侧内侧壁上，所述阴极极板(13)为一个以上，并列设置在反应器内壳(10)的长方向另一侧内侧壁上；所述氧气源(2)与气体分布管(11)通过橡胶软管(14)连接，所述橡胶软管(14)上依次设置有调节阀(15)和流量计(3)；所述阴极极板(13)和阳极极板(12)回路上依次设置有直流功率调节器(4)、直流电源(5)、交流功率调节器(6)、直流电压表(7)以及直流电流表(8)。
2.根据权利要求1所述的一种含丙酮生产废水的电羟基氧化净化装置，其特征是：所述反应器(1)的容积大于108L。
3.一种含丙酮生产废水的电羟基氧化净化方法，其特征是：采用权利要求1所述的一种含丙酮生产废水的电羟基氧化净化装置，取108L水加入反应器(1)内，分别取1620g氯化钠和108ml丙酮加入水中，控制水位高于反应器内壳(10)20mm，采用10％稀硫酸调节PH值为3，调节交流功率调节器(6)，控制电流强度为0.06mA～10.8mA，电解反应时间为80min，氧气通入量为1L/min，温度为18℃，进行废水处理。
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