CN113480059A - 一种自调质预处理电化学氧化系统及处理工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种自调质预处理电化学氧化系统，包括：过流式电化学氧化系统，过流式电化学氧化系统由过滤器和电化学氧化反应器组成；还增设自调质预处理系统，用于自动调控来水水质，使之适应后续电化学氧化反应器的连续处理；自调质预处理系统包括：废水调质池、盐水箱、稀释水箱、储酸罐、调质控制器和配套的管道阀门。本发明的有益效果是：本发明在过流式电化学氧化系统的基础上增设自调质预处理系统，用于自动调控来水水质，使之适应后续电化学氧化反应器的连续处理；废水调质池的容积可根据场地实际情况设置；调质控制器作为电化学氧化控制系统的一部分，设置了连锁保护。
Description
技术领域
本发明属于环保水处理技术领域，具体涉及一种自调质预处理的电化学氧化系统及处理工艺。
背景技术
电化学氧化技术是一种环境友好的污染物降解技术，能够完全矿化生物反应不能降解的有机物和氧化含氮化合物，目前已成为被工业化应用最广泛的高级氧化技术。电化学氧化技术具有二次污染小、反应条件温和、易操作等优点，被成功应用于皮革废水、生活污水、电厂废水和垃圾渗滤液等重度污染废水的处理。在电化学氧化处理过程中，来水水质对污染物去除效果、电极寿命、结垢速率、副反应发生等都有显著影响，对来水进行有针对性的调质预处理成为了电化学氧化工业应用上亟需解决的难题之一。
来水水质对电化学氧化废水处理的影响较为复杂，在过流式电化学氧化废水处理工艺中最值得关注的三个因素分别为污染物总量控制、污染物去除速率控制、结垢速率控制。当电化学氧化反应器规模固定时，单位时间内能够去除的污染物总量有上限，当来水中污染物总量超过额定最大处理量时将发生不完全反应，部分污染物无法被有效降解，因此需要通过调质预处理控制来水中的污染物总量。电化学氧化反应分为直接电化学氧化和间接电化学氧化，大部分污染物通过间接电化学氧化反应去除，其反应速率与来水中氯离子浓度直接相关。与此同时，增大来水中的电解质也有利于提高极板电流密度，从而提高反应器对污染物的去除速率。电化学氧化反应过程中，阴极极板表面将生成大量OH-形成局部高pH溶液，来水中的钙离子镁离子等二价离子浓度将在阴极极板表面结垢，引起反应器堵塞、电极腐蚀、电极电阻增大、电极表面涂层破坏、电化学氧化效率下降、额外能耗增加等问题。因此，控制来水中钙镁离子浓度，能够有效降低极板酸洗频率，使电化学氧化反应高效持续进行。以上三点原因，都要求对来水进行调质预处理，确保来水中污染物浓度、pH、氯离子浓度、电导率保持在合理范围内。
针对电化学氧化系统来水调质预处理的需求，目前在工业应用中都采用经验法调质。设置一个调质水池，待处理的废水进入水池后通过稀释、加药、搅拌等方式使水质达标，再进入电化学氧化反应器处理。该方法在来水水质波动较小时有一定的可行性，但当来水水质恶劣程度增大时则存在污染物不能完全去除和快速结垢的风险，当来水水质比设计值更优时则存在加药浪费的情况。不仅如此，来水调质预处理自动化程度不高，造成调质盲目性高、准确性差、人力成本浪费，不适用于现代化的工业水处理系统。因此有必要开发一种新型自调质预处理电化学氧化系统及处理工艺。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术中的不足，提供一种自调质预处理电化学氧化系统及处理工艺。
这种自调质预处理电化学氧化系统，包括过流式电化学氧化系统，过流式电化学氧化系统由过滤器和电化学氧化反应器组成；还增设自调质预处理系统，用于自动调控来水水质，使之适应后续电化学氧化反应器的连续处理；自调质预处理系统包括：废水调质池、盐水箱、稀释水箱、储酸罐、调质控制器和配套的管道阀门；自调质预处理系统通过进水泵(泵2)连接过流式电化学氧化系统；自调质预处理系统内，废水进水管连接废水提升泵(泵1)一端，废水提升泵另一端接入废水调质池；盐水箱通过盐水泵(泵3)接入废水调质池；稀释水箱通过稀释水泵(泵4)接入废水调质池；储酸罐通过加酸泵(泵5)接入废水调质池；自调质预处理系统内还设有混匀装置；废水调质池内设有电导率仪、氨氮浓度计、液位计、污染物表计、氯离子浓度表计、总硬度表计和pH计；电导率仪、氨氮浓度计、液位计、污染物表计、氯离子浓度表计、总硬度表计、pH计、废水提升泵(泵1)、盐水泵(泵3)、稀释水泵(泵4)和加酸泵(泵5)均电连接调质控制器；所有的表计均为实时在线表计，可在就地或远端读取，能够准确反应废水调质池内的水质情况，所有的泵均可在就地或远端启停；污染物表计能够实时反馈水中的COD、氨氮或其他类型污染物浓度。
作为优选，混匀装置为搅拌装置或曝气装置；废水调质池的容积可根据场地实际情况设置(例如800立方米)。
作为优选，将盐水箱、稀释水箱替换为盐水池、稀释水池。
作为优选，盐水箱内储存固定质量分数的氯化钠溶液或已知氯离子浓度的海水，例如氯化钠质量分数10％；稀释水箱内储存自来水或低污染物浓度、低硬度的工业废水；储酸罐内储存浓盐酸。
这种自调质预处理电化学氧化系统的工作方法，包括以下步骤：
步骤1、通过调质控制器开启废水提升泵，待处理溶液进入废水调质池；
步骤2、开启混匀装置，将废水调质池内废水均匀混合；
步骤3、待废水调质池中电导率仪、氨氮浓度计、液位计、污染物表计、氯离子浓度表计、总硬度表计和pH计的示数稳定后，读取待处理溶液的污染物浓度C1、待处理溶液的总硬度T1、待处理溶液的氯离子浓度Cl1和pH；
步骤4、根据废水调质池的有效容积V0、最高污染物浓度设定值C0、最低氯离子浓度设定值Cl0、补充盐水氯离子浓度Cl2和最高总硬度设定值T0，来计算初始废水最大加入体积V1；控制废水调质池内的实际进水体积为最大加入体积；
步骤5、若此时废水调质池内待处理溶液的氯离子浓度Cl1＜最低氯离子浓度设定值Cl0，根据废水调质池内的废水最大加入体积V1、待处理溶液的氯离子浓度Cl1和补充盐水氯离子浓度Cl2计算得到盐水补水量V2，盐水泵根据盐水补水量V2来控制盐水从盐水箱补入废水调质池中；通过投加高浓度NaCl溶液提升废水的氯离子浓度和电导率，提高电化学氧化反应效率，加快污染物的降解；
步骤6、若废水调质池内溶液体积未达废水调质池的有效容积，开启稀释水泵(泵4)，并根据废水调质池内液位计的实时反馈，稀释水箱用稀释水将废水调质池内溶液体积补至废水调质池的有效容积V0；通过投加稀释用水，降低污染物浓度和总硬度，使之符合电化学反应器的额定处理能力并降低结垢速率；
步骤7、若此时废水调质池内溶液pH超过最高pH设定值，开启加酸泵(泵5)，根据废水调质池内液位计的实时反馈，储酸罐用浓盐酸将废水调质池内的溶液pH调节至设定值以下；通过加浓酸溶液调节pH，抑制极板表面结垢；
步骤8、调质预处理结束后，暂时停止电化学氧化反应器，开始新一轮的废水调质预处理；待所有废水调质预处理进行完后，开启进水泵(泵2)，电化学氧化反应器开始对废水进行电化学氧化反应处理。
作为优选，步骤4具体包括如下步骤：
步骤4.1、当待处理溶液的污染物浓度C1>最高污染物浓度设定值C0时，令V11＝(C1/C0)*V0，其中，C1为待处理溶液的污染物浓度，C0为最高污染物浓度设定值，V0为废水调质池的有效容积；当待处理溶液的污染物浓度C1≤最高污染物浓度设定值C0时，令V11＝V0；
步骤4.2、当待处理溶液的总硬度T1>最高总硬度设定值T0时，令V12＝(T1/T0)*V0，其中V0为废水调质池的有效容积；当T1≤T0时，令V12＝V0；
步骤4.3、当待处理溶液的氯离子浓度Cl1>最低氯离子浓度设定值Cl0时,令V13＝V0，其中V0为废水调质池的有效容积；当待处理溶液的氯离子浓度Cl1≤最低氯离子浓度设定值Cl0时，令V13＝(Cl0-Cl2)*V0/(Cl1-Cl2)；
步骤4.4、取步骤4.1至步骤4.3中V11、V12、V13中最小的值作为初始废水最大加入体积V1；
步骤4.5、根据废水调质池内液位计的实时反馈，控制废水调质池内的实际进水体积为最大加入体积V1。
作为优选，步骤5具体包括如下步骤：
步骤5.1、当废水调质池内废水最大加入体积V1＝废水调质池的有效容积V0时，盐水补水量V2＝0；
步骤5.2、当步骤4.1至步骤4.3中的V13≤V12且V13≤V11时，盐水补水量V2＝V0-V1；
步骤5.3、其他情况下，盐水补水量V2＝(Cl0*V0-Cl1*V1)/Cl2；
步骤5.4、开启盐水泵(泵3)，并根据废水调质池内液位计的实时反馈，盐水泵根据盐水补水量V2来控制盐水从盐水箱补入废水调质池中。
作为优选，步骤1中调质控制器作为电化学氧化控制系统的一部分，设置了连锁保护。
作为优选，步骤4中有效容积V0为600立方米，最高污染物浓度设定值C0为200mg/L；最低氯离子浓度设定值Cl0为6000mg/L；补充盐水氯离子浓度Cl2为20000mg/L，Cl2不小于待处理溶液的氯离子浓度Cl1；最高总硬度设定值T0为100mmol/L。
作为优选，步骤5中最低氯离子浓度设定值Cl0为6000mg/L；步骤7中废水调质池内溶液最高pH设定值为8.0。
作为优选，步骤5至步骤7的执行有触发条件，若实际水质情况不符合触发条件则不执行这些步骤。最高污染物浓度设定值、最低氯离子浓度设定值、最高总硬度设定值和最高pH设定值等参数可参考文献，亦可根据污染物的实际处理效果调整。该调质预处理过程可通过预设程序自动执行，也可按照操作规程分步手动执行。
本发明的有益效果是：
本发明能够针对实际来水水质自动调整水质，并提高了系统的自动化程度，在保证系统高效运行的前提下，最大程度减少了药剂的使用量，降低药剂成本的同时也具有显著的环境效益，降低了人力成本，减少了误操作风险，实现电化学氧化系统的高效安全运行；
本发明有效控制了废水中污染物浓度，确保了污染物能够被系统完全去除，避免了因不完全反应造成的产品水污染；有效控制了废水中的氯离子浓度及导电度，确保了电化学氧化反应器的高效稳定运行，提升了系统的污染物处理效果；
本发明有效控制了废水总硬度和pH，确保了电极极板结垢速率在可控范围内，保障了系统的安全稳定运行；根据实际来水水质进行调质。
附图说明
图1为自调质预处理电化学氧化系统处理工艺流程图。
附图标记说明：自调质预处理系统1、废水调质池2、盐水箱3、盐水泵4、稀释水箱5、稀释水泵6、储酸罐7、加酸泵8、液位计9、污染物表计10、氯离子浓度表计11、总硬度表计12、pH计13、废水提升泵14、调质控制器15、进水泵16、过滤器17、电化学氧化反应器18。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步描述。下述实施例的说明只是用于帮助理解本发明。应当指出，对于本技术领域的普通人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。
实施例一
本申请实施例一提供了一种如图1所示自调质预处理电化学氧化系统，包括过流式电化学氧化系统，过流式电化学氧化系统由过滤器17和电化学氧化反应器18组成；还增设自调质预处理系统1，用于自动调控来水水质，使之适应后续电化学氧化反应器的连续处理；自调质预处理系统1包括：废水调质池2、盐水箱3、稀释水箱5、储酸罐7、调质控制器15和配套的管道阀门；自调质预处理系统1通过进水泵16(泵2)连接过流式电化学氧化系统；
自调质预处理系统1内，废水进水管连接废水提升泵14(泵1)一端，废水提升泵14另一端接入废水调质池2；盐水箱3通过盐水泵4(泵3)接入废水调质池2；稀释水箱5通过稀释水泵6(泵4)接入废水调质池2；储酸罐7通过加酸泵8(泵5)接入废水调质池2；自调质预处理系统1内还设有混匀装置(搅拌装置或曝气装置)；
废水调质池2内设有电导率仪、氨氮浓度计、液位计9、污染物表计10、氯离子浓度表计11、总硬度表计12和pH计13；电导率仪、氨氮浓度计、液位计9、污染物表计10、氯离子浓度表计11、总硬度表计12、pH计13、废水提升泵14(泵1)、盐水泵4(泵3)、稀释水泵6(泵4)和加酸泵8(泵5)均电连接调质控制器15；所有的表计均为实时在线表计，可在就地或远端读取，能够准确反应废水调质池内的水质情况，所有的泵均可在就地或远端启停；污染物表计能够实时反馈水中的COD、氨氮或其他类型污染物浓度。
实施例二
在实施例一的基础上，本申请实施例二提供了实施例一中自调质预处理电化学氧化系统在某燃煤电厂内的处理工艺：
某燃煤电厂采用过流式电化学氧化系统降解废水中的氨氮污染物。其调质预处理过程为将高浓度氨氮废水、低浓度工业废水与附近海域的海水按照一定比例均匀混合，再进入电化学氧化系统集中处理。该燃煤电厂的混合废水水质与水量见下表1：
表1混合废水水质与水量表
电化学氧化系统连续运行期间，废水调质预处理均按照经验法固定比例混合，存在以下问题：(1)受水质波动影响，混合废水氨氮浓度有时超过120mg/L，最高达到200mg/L，超过了电化学氧化反应器的额定处理能力，导致系统产水氨氮浓度超标。(2)受水质波动影响，混合废水氯离子浓度有时低于5000mg/L，最低仅为3700mg/L，严重影响了电化学反应器的氨氮氧化效率，导致系统产水氨氮浓度超标。(3)混合废水总硬度不受监测，且溶液pH没有调节手段，导致反应器电极极板频繁结垢，酸洗周期约30天。需要一种新型废水调质预处理系统，能够保证进水水质达到与反应器设计匹配的理想指标。
之后该燃煤电厂在原有电化学氧化系统基础上进行了改造，增设了一套自调质预处理系统。新系统投运后，能够通过废水调质池内的pH计、电导率仪、氨氮浓度计、总硬度计和氯离子浓度计在线监测和自动调控池内水质。采用海水调整进水的氯离子浓度，采用低盐工业废水作为稀释用水，采用30％浓盐酸调控进水pH。设置最高氨氮浓度120mg/L、最低氯离子浓度5000mg/L、最高总硬度100mmol/L，最高pH为8.0。连续运行以来，自调质预处理系统运行正常，电化学氧化系统产水氨氮浓度始终保持在5.0mg/L以下，平均酸洗周期大幅延长至180天。高浓氨氮废水处理平均速率由之前的1.8t/h增大至2.3t/h，提高了系统的运行效率，减少了系统的运行时长，大幅降低了系统运行成本。
该电厂自调质预处理系统正常投运12个月以来，电化学氧化处理系统能够高效、安全、稳定地处理氨氮废水，氧化去除氨氮污染物。进水调质实现了自动化和合理化，提高了氨氮废水的处理效率，降低了污染物处理成本。以上结果表明，这种自调质预处理电化学氧化系统具有很好的适用性。
Claims (10)
1.一种自调质预处理电化学氧化系统，包括过流式电化学氧化系统，过流式电化学氧化系统由过滤器(17)和电化学氧化反应器(18)组成；其特征在于，还增设自调质预处理系统(1)，自调质预处理系统(1)包括：废水调质池(2)、盐水箱(3)、稀释水箱(5)、储酸罐(7)、调质控制器(15)和配套的管道阀门；自调质预处理系统(1)通过进水泵(16)连接过流式电化学氧化系统；
自调质预处理系统(1)内，废水进水管连接废水提升泵(14)一端，废水提升泵(14)另一端接入废水调质池(2)；盐水箱(3)通过盐水泵(4)接入废水调质池(2)；稀释水箱(5)通过稀释水泵(6)接入废水调质池(2)；储酸罐(7)通过加酸泵(8)接入废水调质池(2)；自调质预处理系统(1)内还设有混匀装置；
废水调质池(2)内设有电导率仪、氨氮浓度计、液位计(9)、污染物表计(10)、氯离子浓度表计(11)、总硬度表计(12)和pH计(13)；电导率仪、氨氮浓度计、液位计(9)、污染物表计(10)、氯离子浓度表计(11)、总硬度表计(12)、pH计(13)、废水提升泵(14)、盐水泵(4)、稀释水泵(6)和加酸泵(8)均电连接调质控制器(15)。
2.根据权利要求1所述自调质预处理电化学氧化系统，其特征在于：混匀装置为搅拌装置或曝气装置。
3.根据权利要求1所述自调质预处理电化学氧化系统，其特征在于：将盐水箱(3)、稀释水箱(5)替换为盐水池、稀释水池。
4.根据权利要求1所述自调质预处理电化学氧化系统，其特征在于：盐水箱(3)内储存固定质量分数的氯化钠溶液或已知氯离子浓度的海水；稀释水箱(5)内储存自来水或工业废水；储酸罐(7)内储存浓盐酸。
5.一种如权利要求1所述自调质预处理电化学氧化系统的工作方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1、通过调质控制器(15)开启废水提升泵(14)，待处理溶液进入废水调质池(2)；
步骤2、开启混匀装置，将废水调质池(2)内废水均匀混合；
步骤3、待废水调质池(2)中电导率仪、氨氮浓度计、液位计(9)、污染物表计(10)、氯离子浓度表计(11)、总硬度表计(12)和pH计(13)的示数稳定后，读取待处理溶液的污染物浓度C1、待处理溶液的总硬度T1、待处理溶液的氯离子浓度Cl1和pH；
步骤4、根据废水调质池(2)的有效容积V0、最高污染物浓度设定值C0、最低氯离子浓度设定值Cl0、补充盐水氯离子浓度Cl2和最高总硬度设定值T0，来计算初始废水最大加入体积V1；控制废水调质池(2)内的实际进水体积为最大加入体积；
步骤5、若此时废水调质池(2)内待处理溶液的氯离子浓度Cl1＜最低氯离子浓度设定值Cl0，根据废水调质池(2)内的废水最大加入体积V1、待处理溶液的氯离子浓度Cl1和补充盐水氯离子浓度Cl2计算得到盐水补水量V2，盐水泵(4)根据盐水补水量V2来控制盐水从盐水箱3补入废水调质池(2)中；
步骤6、若废水调质池(2)内溶液体积未达废水调质池的有效容积，开启稀释水泵(6)，并根据废水调质池(2)内液位计(9)的实时反馈，稀释水箱(5)用稀释水将废水调质池(2)内溶液体积补至废水调质池的有效容积V0；
步骤7、若此时废水调质池(2)内溶液pH超过最高pH设定值，开启加酸泵(8)，根据废水调质池(2)内液位计(9)的实时反馈，储酸罐(7)用浓盐酸将废水调质池(2)内的溶液pH调节至设定值以下；
步骤8、调质预处理结束后，暂时停止电化学氧化反应器(18)，开始新一轮的废水调质预处理；待所有废水调质预处理进行完后，开启进水泵(16)，电化学氧化反应器开始对废水进行电化学氧化反应处理。
6.根据权利要求5所述自调质预处理电化学氧化系统的工作方法，其特征在于，步骤4具体包括如下步骤：
步骤4.1、当待处理溶液的污染物浓度C1>最高污染物浓度设定值C0时，令V11＝(C1/C0)*V0，其中，C1为待处理溶液的污染物浓度，C0为最高污染物浓度设定值，V0为废水调质池的有效容积；当待处理溶液的污染物浓度C1≤最高污染物浓度设定值C0时，令V11＝V0；
步骤4.2、当待处理溶液的总硬度T1>最高总硬度设定值T0时，令V12＝(T1/T0)*V0，其中V0为废水调质池的有效容积；当T1≤T0时，令V12＝V0；
步骤4.3、当待处理溶液的氯离子浓度Cl1>最低氯离子浓度设定值Cl0时,令V13＝V0，其中V0为废水调质池的有效容积；当待处理溶液的氯离子浓度Cl1≤最低氯离子浓度设定值Cl0时，令V13＝(Cl0-Cl2)*V0/(Cl1-Cl2)；
步骤4.4、取步骤4.1至步骤4.3中V11、V12、V13中最小的值作为初始废水最大加入体积V1；
步骤4.5、根据废水调质池(2)内液位计(9)的实时反馈，控制废水调质池(2)内的实际进水体积为最大加入体积V1。
7.根据权利要求6所述自调质预处理电化学氧化系统的工作方法，其特征在于，步骤5具体包括如下步骤：
步骤5.1、当废水调质池(2)内废水最大加入体积V1＝废水调质池的有效容积V0时，盐水补水量V2＝0；
步骤5.2、当步骤4.1至步骤4.3中的V13≤V12且V13≤V11时，盐水补水量V2＝V0-V1；
步骤5.3、其他情况下，盐水补水量V2＝(Cl0*V0-Cl1*V1)/Cl2；
步骤5.4、开启盐水泵(4)，并根据废水调质池(2)内液位计(9)的实时反馈，盐水泵(4)根据盐水补水量V2来控制盐水从盐水箱(3)补入废水调质池(2)中。
8.根据权利要求5所述自调质预处理电化学氧化系统的工作方法，其特征在于：步骤1中调质控制器(15)设置了连锁保护。
9.根据权利要求5所述自调质预处理电化学氧化系统的工作方法，其特征在于：步骤4中有效容积V0为600立方米，最高污染物浓度设定值C0为200mg/L；最低氯离子浓度设定值Cl0为6000mg/L；补充盐水氯离子浓度Cl2为20000mg/L，Cl2不小于待处理溶液的氯离子浓度Cl1；最高总硬度设定值T0为100mmol/L。
10.根据权利要求5所述自调质预处理电化学氧化系统的工作方法，其特征在于：步骤5中最低氯离子浓度设定值Cl0为6000mg/L；步骤7中废水调质池(2)内溶液最高pH设定值为8.0。
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