CN111517428A - 一种脱除pta废水中重金属离子的处理工艺及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种脱除PTA废水中重金属离子的处理工艺及系统。该处理工艺采用三维电极反应装置对PTA废水进行电化学处理，并在电化学处理之前进行预处理，在电化学处理之后进行后处理。预处理阶段，对污水pH值进行调节，并过滤除去污水中的固体杂质。电化学处理阶段，通过三维电极反应装置对污水进行处理，水中的污染物在三维电极反应装置的电解槽中发生氧化还原反应而被降解。后处理阶段，通过过滤除去电化学处理阶段产生的固体沉淀。本发明脱除PTA废水中重金属离子的工艺具有成本低、稳定可靠、净化效果显著的优点。

Description

一种脱除PTA废水中重金属离子的处理工艺及系统

技术领域

本发明涉及污水处理技术领域，具体而言，涉及一种脱除PTA废水中重金属离子的处理工艺及系统。

背景技术

在全球水资源匮乏的情况下，污水处理成了亟待攻克的重要难题。水体污染使生态系统遭到破坏，造成了巨大的经济损失，甚至威胁人类的生命安全。我国的水体污染现象十分严重，大量未达标的工业污水被直接排放。工业污水中包含种类繁多的有害成分，例如重金属离子。

对苯二甲酸(PTA)是一种重要的轻纺化工生产原料，在其生产过程中产生了大量的高浓度有机废水——PTA废水，该废水含有多种有机物，如醋酸、苯甲酸及醋酸甲酯等，其中除含有可生化性较好的链状化合物外，还含有可生化性较差的芳香族化合物，如对苯二甲酸、甲基苯等。PTA废水具有温度高、COD浓度大、可生化性低等特点，且水中还含有一定浓度的钴、锰、钙、镁等金属离子，锰是引起色度偏高的主要原因。这种废水排入环境中，将会对水中鱼类及微生物的生长代谢带来严重的危害。

目前，对PTA生产中产生的废水主要是冷却后采用活性污泥处理技术或采用厌氧UASB+活性接触氧化工艺进行处理，使废水水质满足排放要求。也有文献记载了采用膜分离和树脂吸附分离法处理PTA生产废水，但是上述工艺中采用的膜分离过滤为中空纤维膜分离或卷式膜分离，上述两种膜分离都普遍存在着浓差极化和膜污染现象，进而影响过滤速度和过滤效果，并且具有清洗困难，通量难以恢复等缺点，影响了该工艺的工业化。常规的污水处理方法处理PTA废水时，可以有效去除COD，但是对钴、锰等重金属的去除效果有待提升。如果不通过有效的污水处理系统进行无害化处理，将会对自然环境带来不可估量的危害，也影响人类自身的健康。

电化学方法治理废水具有无需添加氧化剂、设备简单体积小、污泥量少、操作简便灵活、后处理简单等优点，通常被称为“环境友好型”的清洁处理技术。电化学法通过阳极氧化降解有机物或产生活性基团氧化有机物，同时废水中的重金属离子在阴极还原沉积。传统的平板二维电极面体比小，单位槽体处理量小，电化学反应器内的空间得不到有效利用，其对污染物的降解效果不理想。此外，电流效率低、成本较高的缺陷，阻碍了传统的平板二维电极的发展。

针对传统二维电极的缺陷，三维电极技术应运而生。三维电极技术是一种在传统二维电极电化学法的基础上改进而来的新型电化学技术。通过在二维电解槽的电极板间装填粒子电极，粒子电极材料在阴、阳极板间电场的作用下表面带电而成为新的一极(第三极)，使电化学反应可以在粒子电极表面发生。粒子电极为导电性较好的物质，一般为金属导体、镀金属的玻璃球、石墨颗粒、活性炭等材料。与传统二维平板电极相比，三维电极具有很大的比表面，能够增加电解槽的面体比，粒子电极间距小使传质效果得到极大改善，时空转换效率高，因此电流效率高、处理效果好，相比于二维电极法节能可达70％以上。三维电极法可用于处理生活污水，农药、染料、制药、含酚废水等难降解有机废水，含金属离子废水，垃圾渗滤液等，在污水处理领域显示出良好的应用前景。但目前尚无采用三维电极技术来有效脱除PTA废水中的重金属离子的处理工艺及系统。

鉴于此，特提出本发明。

发明内容

本发明的目的是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种脱除PTA废水中重金属离子的处理工艺及系统。

本发明是这样实现的：

本发明提供一种脱除PTA废水中重金属离子的处理工艺，利用三维电极反应装置脱除PTA废水中的重金属离子。

本发明还提供一种脱除PTA废水中重金属离子的处理系统，处理系统包括三维电极反应装置。

本发明具有以下有益效果：

本发明提供一种脱除PTA废水中重金属离子的处理工艺及系统。通过三维电极反应装置对PTA废水进行处理，使PTA废水中的污染物在三维电极反应装置的电解槽中发生氧化还原反应而被降解。本发明成本低、稳定可靠、净化效果显著。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本发明中脱除PTA废水中重金属离子的工艺流程图。

图2为本发明中三维电极反应装置示意图。

附图编号：1－阴极板；2－进液口；3－粒子电极；4－绝缘颗粒；5－出液口；6－阳极板；7－电解槽；8－气体分布板；9－曝气口；10－直流电源。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。

为了攻克PTA废水中重金属离子脱除的难题，针对传统二维电极单位槽体处理量小、反应器空间利用效率不高、电流效率低等缺陷，本发明的目的在于提供一种三维电极法脱除PTA废水中重金属离子的处理工艺，利用三维电极反应器面体比大、传质效果好等特点，提升PTA废水中重金属离子的脱除率，实现PTA废水的高效处理。

本发明的目的可以采用以下技术方案来达到：

一种三维电极法脱除PTA废水中重金属离子的处理工艺，该工艺包括预处理、电化学处理、后处理三个过程。在预处理过程中，对污水pH值进行调节，并通过过滤除去废水中的固体杂质。随后，经过预处理的废水进入三维电极反应装置。在电化学处理过程中，通过三维电极反应装置对废水进行处理，水中的污染物在三维电极反应装置的电解槽中发生氧化还原反应。在电化学处理过程中，污水中的重金属离子因电解作用而生成固体沉淀。在后处理过程中，通过过滤的方法，除去在电化学处理过程中产生的固体沉淀。

一种三维电极法脱除PTA废水中重金属离子的处理系统，参阅图1，该处理系统由pH值调节系统、第一过滤装置、三维电极反应装置、第二过滤装置组成。

进一步参阅图1和图2，污水首先进入pH值调节系统，将pH值调节至适当，然后经过第一过滤装置除去固体污染物。随后，污水通过三维电极反应装置的进液口2流入电解槽7中。水中的污染物在三维电极反应装置的电解槽7中发生氧化还原反应。最后，污水流入第二过滤装置，除去在电解槽7中产生的固体沉淀。

三维电极反应装置包括：阴极板1、进液口2、粒子电极3、绝缘颗粒4、出液口5、阳极板6、电解槽7、气体分布板8、曝气口9、直流电源10。

三维电极反应装置的电解槽7采用长方体结构，污水中的污染物在电解槽7内发生氧化还原反应，在电解槽7的两侧分别设有阳极板6与阴极板1，阳极板6与阴极板1分别和直流电源10的正极与负极相连接。

电解槽7内填装有粒子电极3与绝缘颗粒4，粒子电极3为具有导电性的粒子，绝缘颗粒4为绝缘性良好的颗粒，粒子电极3与绝缘颗粒4混合均匀后，填充到电解槽7中。

本发明实施例中采用的三维电极反应装置中包括粒子电极3和绝缘粒子4，为防止形成短路电流，三维电极反应器中除填充导电粒子外，还应填装绝缘粒子。目前应用最多的是石英砂，绝缘性良好的石英砂将活性炭粒子之间分隔开，防止形成短路电流。然而在实际应用中，由于活性炭与石英砂的密度与粒径相差较大，在水流和气流的长期冲击作用下，使得活性炭和石英砂分层，从而导致短路电流增大，使电流效率下降。

作为本发明中优选的方式，粒子电极选用活性炭，绝缘颗粒选用聚四氟乙烯；

优选的，粒子电极选用直径为5mm、长度为10mm的柱状活性炭，绝缘颗粒选用直径为5mm、长度为10mm的柱状聚四氟乙烯；

更优选的，柱状活性炭与柱状聚四氟乙烯按质量比1：1均匀混合，填充体积为电解槽体积的50％。

本发明实施例中的绝缘颗粒采用聚四氟乙烯材料，是由于聚四氟乙烯是一种优异的耐腐蚀材料，具有良好的耐酸耐碱性，在PTA废水中不易被腐蚀，还具有良好的加工性能，可以将聚四氟乙烯材料加工成与活性炭形状和尺寸相同的产品，极大的减少两者之间的密度差，以克服由于活性炭与石英砂的密度与粒径相差较大，在水流和气流的长期冲击作用下，使得活性炭和石英砂分层，从而导致短路电流增大，使电流效率下降的缺陷。

电解槽7的上部设有进液口2，电解槽7的下部设有出液口5，出液口5处安装有过滤网，且过滤网的孔径小于粒子电极3与绝缘颗粒4的尺寸，可以防止粒子电极3与绝缘颗粒4流出。

电解槽7中，在底部安装有气体分布板8，在底部侧面开有曝气口9。通过曝气口9，利用气体分布板8，向电解槽7中均匀曝气，以增加污水中溶解氧含量、强化传质过程，从而提升污染物的降解效率。

从反应器底部鼓入的空气对提升三维电极法处理效果具有重要的作用。一方面，通过曝气可以持续对主电极板和粒子电极表面进行冲刷，能够有效地防止污染物与降解的产物以及中间产物在粒子电极表面沉积，保证了三维电极反应器长期稳定的运行；另一方面，通入空气强化了传质过程，减小了电极表面的浓差极化现象，加快了污染物扩散到电极表面的速率，提升了电化学反应速率。此外，通入适当的空气也有利于强氧化性中间物质(如H₂O₂、·OH)的生成，加快废水中污染物的去除，提高废水的处理效率。

本发明中三维电极反应装置中PTA废水的降解过程为：

经调节pH值和过滤后的污水由进液口2进入电解槽7，接通直流电源10，调节电压。在阳极板6与阴极板1之间的电场作用下，被绝缘颗粒4互相隔开的粒子电极3因感应带电而使粒子电极3两侧分别呈正、负两极，使每个粒子电极3成为独立的电极，形成微小的电解槽，污染物可在粒子电极3表面发生氧化还原反应而被降解。并通过曝气口9，利用气体分布板8，向电解槽7中均匀曝气，以增加污水中溶解氧含量、强化传质过程，从而提升污染物的降解效率。

以下结合实施例对本发明的特征和性能作进一步的详细描述。

实施例1：

污水取自某炼厂PTA装置产生的污水。预处理阶段，对污水进行pH值调节并过滤后，其主要特性为：钴含量199mg/L，锰含量108mg/L，pH＝3。

经预处理后的污水通过三维电极反应装置的进液口2流入电解槽7中。三维电极反应装置的电解槽7采用长方体结构，污水中的污染物在电解槽7内发生氧化还原反应，在电解槽7的两侧分别设有阳极板6与阴极板1，阳极板6与阴极板1分别和直流电源10的正极与负极相连接。阳极板6选用石墨板，阴极板1选用不锈钢板，阳极板6与阴极板1的间距为8cm，阳极板6与阴极板1之间的电压为20V。

电解槽7内填装有粒子电极3与绝缘颗粒4。粒子电极3选用直径为5mm、长度为10mm的柱状活性炭，绝缘颗粒4选用直径为5mm、长度为10mm的柱状聚四氟乙烯。柱状活性炭与柱状聚四氟乙烯按质量比1：1均匀混合，填充体积为电解槽体积的50％。

电解槽7的上部设有进液口2，电解槽7的下部设有出液口5，出液口5处安装有过滤网，且过滤网的孔径小于粒子电极3与绝缘颗粒4的尺寸，可以防止粒子电极3与绝缘颗粒4流出。

电解槽7中，在底部安装有气体分布板8，在底部侧面开有曝气口9。实施例1不考察曝气过程对污染物降解效率的影响，关闭曝气口9。

控制电解槽7内处理时间为30min。

从出液口5排出经电化学处理后的污水，再将其过滤后进行测试，钴去除率63.0％，锰去除率58.3％。

实施例2：

与实施例1中的步骤相同，不同之处仅在于：控制电解槽7内处理时间为60min。

从出液口5排出经电化学处理后的污水，再将其过滤后进行测试，钴去除率85.2％，锰去除率81.6％。

实施例3：

与实施例1中的步骤相同，不同之处仅在于：控制电解槽7内处理时间为90min。

从出液口5排出经电化学处理后的污水，再将其过滤后进行测试，钴去除率91.1％，锰去除率88.4％。

实施例4：

与实施例1中的步骤相同，不同之处仅在于：控制电解槽7内处理时间为120min。

从出液口5排出经电化学处理后的污水，再将其过滤后进行测试，钴去除率99.4％，锰去除率99.1％。

实施例5：

与实施例4中的步骤相同，不同之处仅在于：电解槽7内填装有粒子电极3与绝缘颗粒4。粒子电极3选用直径为6mm、长度为12mm的柱状活性炭，绝缘颗粒4选用直径为6mm、长度为12mm的柱状聚四氟乙烯。

从出液口5排出经电化学处理后的污水，再将其过滤后进行测试，钴去除率90.4％，锰去除率85.7％。

实施例6：

与实施例4中的步骤相同，不同之处仅在于：柱状活性炭与柱状聚四氟乙烯按质量比2：1均匀混合。

从出液口5排出经电化学处理后的污水，再将其过滤后进行测试，钴去除率95.5％，锰去除率92.1％。

实施例7：

与实施例4中的步骤相同，不同之处仅在于：柱状活性炭与柱状聚四氟乙烯按质量比1：2均匀混合。

从出液口5排出经电化学处理后的污水，再将其过滤后进行测试，钴去除率86.2％，锰去除率80.4％。

实施例8：

与实施例4中的步骤相同，不同之处仅在于：阳极板6与阴极板1的间距为4cm，阳极板6与阴极板1之间的电压为20V。

从出液口5排出经电化学处理后的污水，再将其过滤后进行测试，钴去除率92.9％，锰去除率89.5％。

实施例9：

与实施例4中的步骤相同，不同之处仅在于：阳极板6与阴极板1的间距为12cm，阳极板6与阴极板1之间的电压为20V。

从出液口5排出经电化学处理后的污水，再将其过滤后进行测试，钴去除率91.7％，锰去除率88.3％。

实施例10：

与实施例4中的步骤相同，不同之处仅在于：阳极板6与阴极板1的间距为8cm，阳极板6与阴极板1之间的电压为10V。

从出液口5排出经电化学处理后的污水，再将其过滤后进行测试，钴去除率83.1％，锰去除率79.7％。

实施例11：

与实施例4中的步骤相同，不同之处仅在于：阳极板6与阴极板1的间距为8cm，阳极板6与阴极板1之间的电压为30V。

从出液口5排出经电化学处理后的污水，再将其过滤后进行测试，钴去除率99.6％，锰去除率99.1％。

实施例12：

与实施例2中的步骤相同，不同之处仅在于：电解槽7中，在底部安装有气体分布板8，在底部侧面开有曝气口9。实施例12考察曝气过程对污染物降解效率的影响，从曝气口9向电解槽7中进行曝气。

从出液口5排出经电化学处理后的污水，再将其过滤后进行测试，钴去除率93.5％，锰去除率91.8％。

由实施例1－12可以看出，将PTA废水进行预处理、电化学处理、后处理三个过程的处理，尤其是在电化学处理时采用本发明实施例中的三维电极反应装置，利用三维电极反应器面体比大、传质效果好等特点，可以明显地去除PTA废水中的重金属离子，提升PTA废水中重金属离子的脱除率，实现PTA废水的高效处理，随着处理过程中参数的变化，处理的效率不同，可以根据处理要求及时调整处理过程中的试验参数以达到去除PTA废水中重金属离子的目的。

综上，本发明实施例提供一种脱除PTA废水中重金属离子的处理工艺及系统。为了攻克PTA废水中重金属离子脱除的难题，针对传统二维电极单位槽体处理量小、反应器空间利用效率不高、电流效率低等缺陷，本发明的目的在于提供一种三维电极法脱除PTA废水中重金属离子的处理工艺，利用三维电极反应器面体比大、传质效果好等特点，提升PTA废水中重金属离子的脱除率，实现PTA废水的高效处理。

以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种脱除PTA废水中重金属离子的处理工艺，其特征在于，采用三维电极反应装置脱除所述PTA废水中的重金属离子。

2.根据权利要求1所述的处理工艺，其特征在于，将所述PTA废水引入所述三维电极反应装置中进行电化学处理，所述PTA废水中的污染物在所述三维电极反应装置的电解槽中发生氧化还原反应，以使所述PTA废水中的重金属离子因电解作用而生成固体沉淀。

3.根据权利要求2所述的处理工艺，其特征在于，还包括：在所述电化学处理前进行预处理以及在电化学处理后进行后处理；

优选的，所述预处理为：所述PTA废水进行电化学处理前，对所述PTA废水的pH值进行调节，并通过过滤除去PTA废水中的固体杂质；

优选的，所述后处理为：所述PTA废水进行电化学处理后，通过过滤的方法，除去在电化学处理过程中产生的固体沉淀。

4.一种利用权利要求1－3中任一项所述的处理工艺脱除PTA废水中重金属离子的处理系统，其特征在于，所述处理系统包括三维电极反应装置。

5.根据权利要求4所述的处理系统，其特征在于，所述三维电极反应装置包括电解槽，所述电解槽的两侧分别设有阳极板与阴极板，所述阳极板与阴极板分别和直流电源的正极与负极相连接；

优选的，所述电解槽采用长方体结构。

6.根据权利要求5所述的处理系统，其特征在于，所述三维电极反应装置还包括粒子电极和绝缘颗粒，所述粒子电极为具有导电性的粒子，所述绝缘颗粒为绝缘性良好的颗粒，所述粒子电极与所述绝缘颗粒混合均匀后，填充到所述电解槽中；

优选的，所述粒子电极选用活性炭，所述绝缘颗粒选用聚四氟乙烯；

优选的，所述粒子电极选用直径为5mm、长度为10mm的柱状活性炭，所述绝缘颗粒选用直径为5mm、长度为10mm的柱状聚四氟乙烯；

更优选的，所述柱状活性炭与所述柱状聚四氟乙烯按质量比1：1均匀混合，填充体积为电解槽体积的50％。

7.根据权利要求5所述的处理系统，其特征在于，所述电解槽的上部设有进液口，所述电解槽的下部设有出液口，在所述出液口处安装有过滤网，且所述过滤网的孔径小于粒子电极与绝缘颗粒的尺寸。

8.根据权利要求5所述的处理系统，其特征在于，所述电解槽的底部安装有气体分布板，在底部侧面开有曝气口。

9.根据权利要求4－8任一项所述的处理系统，其特征在于，所述处理系统还包括：pH值调节装置、第一过滤装置和第二过滤装置。

10.根据权利要求9所述的处理系统，其特征在于，所述处理系统由依次连接的pH值调节装置、第一过滤装置、三维电极反应装置和第二过滤装置组成。

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