CN1935681A

CN1935681A - 缺氧/好氧两段式内电解处理有机废水的方法

Info

Publication number: CN1935681A
Application number: CN 200610117284
Authority: CN
Inventors: 贾金平; 徐新燕; 吕洲; 王亚林
Original assignee: Shanghai Jiaotong University
Current assignee: Shanghai Jiaotong University
Priority date: 2006-10-19
Filing date: 2006-10-19
Publication date: 2007-03-28
Anticipated expiration: 2026-10-19
Also published as: CN100391871C

Abstract

本发明涉及一种缺氧/好氧两段式内电解处理有机废水的方法，将铁屑和活性炭或铁屑和铜屑按一定质量比充分混合后置入反应装置中，调节废水pH值并按设定固液比添加到反应装置中，先缺氧内电解反应一定时间后再好氧反应一定时间，出水经加碱混凝沉降后上清液排放。处理方式可采用单槽静态流方式或双槽连续流方式。本发明在缺氧条件下利用阴极产生的具有很强还原能力的[H]还原水中的难降解有机物，好氧条件下利用阴极氧气产生的强氧化性的中间产物(如[O₂ ^－]、[H₂O₂]、[·OH]等)氧化难降解物质，充分利用氧化还原反应降解有机物，比单独利用缺氧还原作用或好氧氧化作用处理难降解有机物的能力更强，脱色效果更显著。

Description

缺氧/好氧两段式内电解处理有机废水的方法

技术领域

本发明涉及一种缺氧/好氧两段式内电解处理有机废水的方法，将内电解缺氧和好氧两种工艺条件相结合，通过先还原后氧化的方式，处理有机废水中的难降解有机物。属于水处理技术领域。

背景技术

目前，随着生活污水和工业废水的种类日益增多，成分也更加复杂，废水处理也日趋困难。废水处理技术发展至今，一些成分简单、生物降解性能好、浓度较低的废水可通过组合传统工艺处理，如生物处理法、混凝、化学沉淀等。但很多废水含有许多难降解有机物，如酚、烷基苯磺酸、氯苯酚、农药、多氯联苯、多环芳烃、硝基芳烃化合物、染料及腐殖酸等，导致废水毒性大、被微生物降解速度慢，处理难度大。随着人类环保意识的增强，对水环境的重视及对有毒物在生物体内富集的认识，对排放到水体中的有毒物控制越来越严。如何有效地处理这些有机废水成为我国环境保护领域的重要研究课题。近二十多年来国内外研究表明，高级氧化技术可以比较有效的处理大部分难降解有机废水。

内电解方法作为一种电化学高级氧化技术处理废水，投资省、运行成本低、效果好，同济大学的王锋、周恭明等将其应用于桃浦工业区混合污水的处理(环境污染治理技术与设备，2004年10月第5卷，第10期)，结果表明：其COD、TP、NH₃一N的去除率分别能达到61.8％、93.3％、41.6％，效果良好，且工艺设备简单、无电耗、费用低，以废治废，处理效果好，是一种比较有效的预处理方法。但同时发现内电解在实际运用中也有一些问题：填料容易板结，产泥量比较大，阳极消耗后更换比较麻烦，处理大流量废水时装置占地面积大，投资高等。内电解技术作为一种有效的处理废水的技术，处理工艺存在着缺氧和曝气条件的差别。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种缺氧/好氧两段式内电解处理有机废水的方法，能有效处理难降解有机废水，反应速率快，运行成本低。

为实现这样的目的，本发明采用的新型组合式内电解工艺中，将铁屑和活性炭或铁屑和铜屑按一定质量比充分混合，置入反应装置中。将废水pH调到一定值，按照设定的固液比添加到反应装置中，先缺氧内电解反应一定时间后再好氧反应一定时间，出水经加碱混凝沉降后上清液排放。

本发明方法中先采用缺氧内电解，即在不曝气的条件下，电解溶液中水化的H⁺在阴极上被还原成H₂而析出，反应过程中会生成新生态的具有很强还原能力的[H]，它可使难降解有机物中的某些氧化性基团被还原。在反应受到抑制后采用好氧条件，增大电化学腐蚀动力，在内电解阴极上溶解于溶液中的O₂分子比H⁺更容易被还原，O₂在活性炭的催化作用下，会产生一系列的强氧化性的中间产物(如[O₂ ^-]、[H₂O₂]、[·OH]等)氧化难降解物质。本发明充分利用氧化和还原反应处理难降解有机废水中的有机物，可提高处理效果。

本发明可采用单槽静态流方式和双槽连续流方式两种处理工艺。

单槽静态流方式：反应槽底设承托层和穿孔管，将铁屑和活性炭或铁屑和铜屑按质量比1∶0.5～2充分混合作为填料，填充于反应槽中，将待处理废水的pH值调到3～8.5，按照废水与填料的固液比为1∶1～4添加到反应槽中，废水线速度为10～18mm·min^-1，使废水与填料充分接触进行缺氧内电解反应，反应30～60min后，关闭出水口阀门，开启曝气口阀门，使废水在好氧条件下反应，曝气量为50～100L·h^-1，30～60min后，将排出的废水经加碱混凝沉降后，上清液排放或者进一步进行生化处理。

双槽连续流方式：处理工艺分双槽进行，缺氧反应槽底部设承托层，好氧槽反应底部设承托层和穿孔管。将铁屑与活性炭或铁屑与铜屑按质量比1∶0.5～2充分混合作为填料，填充于缺氧反应槽和好氧反应槽中，将待处理废水的pH值调到3～8.5，按照废水与填料的固液比为1∶1～4添加到缺氧反应槽中，废水线速度为10～18mm·min^-1，使废水与填料充分接触进行缺氧内电解反应，流出的水引入好氧反应槽中，采用曝气手段使废水在好氧条件下反应，曝气量为50～100L·h^-1，30～60min后，将排出的废水经加碱混凝沉降后，上清液排放或者进一步进行生化处理。

本发明所述的铁屑也可以为铁片、铁丝或者铁的边角废料；所述的铜屑也可以为铜片、铜丝或者铜的边角废料。

本发明的优点如下：

1.本发明交替使用内电解缺氧、好氧条件。在降解有机物时不仅采用还原作用，降低了难降解有机物如卤代烃的浓度，降低了其产生的毒性，还采用强氧化基团氧化有机物，且产物疏水性更强，有利于被活性炭吸附或后续的絮凝去除。本发明要比单独利用缺氧还原作用或者好氧氧化作用处理难降解有机物的能力更强，脱色效果更显著。

2.在缺氧条件下停留一定时间，反应速度减缓之后，立即改为好氧方式，加快反应速度，节省了内电解反应的时间，使整个过程中生成的铁渣减少，减少了二次污染。

3.反应过程中前段反应处于缺氧条件下，不需要曝气的动力，因此比单独好氧工艺处理费用明显降低。

4.在反应过程中的曝气方式，一方面氧气的存在可以在内电解阴极产生大量强氧化性的中间物质，另一方面，还起到搅拌作用，防止了填料结块，加速了废水中有机物与铁炭(铜)床之间的传质，消除催化内电解反应中的浓化极差，加快了反应速度。

5.处理工艺分为两种，其中单槽静态流工艺可减少占地面积，双槽连续流工艺占地面积较静态流工艺大，但处理能力同时增大。

附图说明

图1为本发明采用单槽静态流处理装置的结构示意图。

图1中，1为回流出水口阀门，2为提升泵，3为液体流量计，4为反应槽，5为填料，6为承托层，7为穿孔管，8为曝气口阀门，9为气体流量计，10为曝气泵。

图2为本发明采用双槽连续流处理装置的结构示意图。

图2中，1为出水口阀门，2为提升泵，3为液体流量计，4为作为缺氧槽使用的反应槽，5为填料，6为承托层，7为穿孔管，8为曝气口阀门，9为气体流量计，10为曝气泵，11为好氧反应槽，12为好氧槽出水口。

具体实施方式

以下结合附图和实施例对本发明的技术方案作进一步描述。

本发明采用单槽静态流方式和双槽连续流方式两种处理工艺。

采用单槽静态流方式时装置结构如图1所示，反应槽4由PVC管制成，内径10cm，高65cm，底部安装承托层6和穿孔管7，可通过气体流量计9调节流量进行通气。将粒径为0.3～0.5cm的废铁屑和活性炭(或铜屑)按质量比1∶0.5～2称量充分混合后作为填料5，装入反应槽4中，填料高10cm。反应槽不宜设计过高，以免影响曝气阶段的充氧效率。待处理废水的pH值调到3～8.5，按照废水与填料的固液比为1∶1～4添加到反应槽中，关闭曝气口阀门8，开启出水口阀门1，废水线速度为10～18mm·min^-1，使废水与填料充分接触进行缺氧内电解反应，废水由出水口流出后经水泵2回流到装置内再反应。反应30～60min后，关闭出水口阀门1，开启曝气口阀门8，使废水处于好氧的条件下再反应，曝气量为50～100L·h^-1，30～60min后，废水由出水口排出后不再经水泵2回流，排出的废水经加碱混凝沉降后，上清液排放或者进一步进行生化处理。

采用双槽连续流方式时装置结构如图2所示，此时反应槽4作为缺氧反应槽4使用。缺氧反应槽4和好氧反应槽11均由有机玻璃加工制成，缺氧反应槽4的直径10cm，高为40cm，好氧反应槽11的尺寸为15×10×25cm³，缺氧反应槽4底部设有承托层6，填有Fe/C填料或Fe/Cu填料，好氧反应槽11底部设有承托层6和穿孔管7，可通过气体流量计9调节流量进行通气。将铁屑与活性炭或铁屑与铜屑按质量比1∶0.5～2充分混合后作为填料，填充于缺氧反应槽4和好氧反应槽11中，所有填料粒径在0.3～0.5cm之间。将待处理废水的pH值调到3～8.5，按照废水与填料的固液比为1∶1～4添加到缺氧反应槽中。废水经水泵2提升到缺氧反应槽4的顶部，以线速度为10～18mm·min^-1进入缺氧反应槽4，使废水与填料充分接触进行缺氧内电解反应，可通过液体流量计3调节进水流速。为增加废水与填料的接触时间，缺氧反应槽4多设计为塔状，根据废水在缺氧反应槽内的停留时间设计塔高，不回流，以减少处理费用。将废水由缺氧反应槽4的底部引入好氧反应槽11中，槽内通过曝气泵10曝气，使废水在好氧条件下反应，曝气量为50～100L·h^-1，30～60min后，废水由好氧槽出水口12流出，排出的废水经加碱混凝沉降后，上清液排放或者进一步进行生化处理。

下列实施例1-13为用本发明的单槽静态流工艺深度处理垃圾渗滤液

废水取自上海市废弃物老港填埋场经矿化垃圾床处理后的垃圾渗滤液，COD为538mg·L^-1。废水在内电解装置中分别缺氧和曝气状态各停留30min，出水经加碱沉降后测定上清液的COD值。

实施例1-4不同初始pH值对COD去除率的影响

用酸调节垃圾渗滤液初始pH至3.0(实施例1)、5.0(实施例2)、7.0(实施例3)、8.5(实施例4)，以固液比为1∶2，曝气量为100L·h^-1进行试验，去除率如表1所示：

表1 不同初始pH值对垃圾渗滤液COD去除率(％)的影响

t/min	初始pH
	初始pH				3.0	5.0	7.0	8.5
	60	78.7	70.6	67.5	3.0	5.0	7.0	8.5	51.6

随着废水pH的减小，COD去除率增加。研究中还发现，当进水pH为5.0时，处理效果较好，且出水pH一般为8.0左右，这将大大减少了加碱调节时碱的用量，这是一个较为经济的进水pH初始值。

实施例5-8：不同固液比对COD去除效果的影响

对初始pH为5.0的废水，曝气量为100L·h^-1，以固液比分别为：1∶1(实施例5)、1∶2(实施例6)、1∶3(实施例7)、1∶4(实施例8)进行试验。结果如表2所示：

表2 不同固液比对垃圾渗滤液COD去除率(％)的影响

t/min	固液比
	固液比				1∶1	1∶2	1∶3	1∶4
	30	52.2	50.5	46.0	1∶1	1∶2	1∶3	1∶4	38.1
60	30	52.2	50.5	46.0	80.1	78.4	66.0	54.3	38.1

固液比减小，去除效果下降，这是由于随着固液比的减小，铁屑活性炭和废水的接触面积减少，单位废水中的微电解反应减少，使出水水质下降。且在试验中，固液比为1∶1与1∶2的COD去除效果相差不大，所以采用固液比为1∶2是经济合理的。

实施例9-12：不同曝气量对去除效果的影响

调节进水pH为5.0，以固液比为1∶2，调节曝气量分别为0L·h^-1(实施例9)、50L·h^-1(实施例10)、100L·h^-1(实施例11)、150L·h^-1(实施例12)进行试验。

试验结果如表3所示：

表3 不同曝气量对垃圾渗滤液COD去除率(％)的影响

t/min	曝气量/L·h^-1
	曝气量/L·h^-1				0	50	100	150
	60	51.9	71.2	83.1	0	50	100	150	80.1

研究结果表明，在酸性、充氧条件下，可以提高内电解反应速率，增加废水处理效果。

实施例13：本发明方法的单槽静态流工艺与现有两种内电解工艺深度处理垃圾渗滤液的比较。

现有内电解工艺有两种：(1)内电解过程一直处于缺氧条件下。采用图1反应装置，整个过程中不曝气，调节进水pH为5.0，固液比为1∶2，缺氧停留反应60min后，测定垃圾渗滤液COD和渗滤液中的可吸附有机物卤素(AOX)以代表其中有毒有机物质的浓度。(2)内电解过程一直处于好氧条件下。采用图1反应装置，进水pH为5.0，固液比为1∶2，一直曝气，曝气流量为100L·h^-1，好氧停留反应60min后，测定COD和AOX。处理结果与本发明的方法(3)的最佳条件下，即进水pH为5.0，固液比为1∶2，曝气流量为100L·h^-1的结果比较。渗滤液进水COD为538mg·L^-1，可吸附有机卤素为9.98ppm。结果显示，本发明方法对COD去除率是最高的，对AOX去除率与方法(1)相近，见表4：

表4 不同内电解方法对垃圾渗滤液COD和AOX去除率(％)的影响

指标	方法(1)	方法(2)	本发明方法(3)
指标	方法(1)	方法(2)	本发明方法(3)	COD	69	74	83.1
AOX	73.1	54.2	71	COD	69	74	83.1

实施例14：用本发明的单槽静态流工艺处理亚甲蓝废水

采用图1的反应装置，承托层上填料由铁屑与铜屑质量比分别为1∶1、1∶2、2∶1、1∶0混合而成，铁屑和铜屑在实验前均已饱和，实验室配制亚甲蓝浓度为100mg·L^-1，调节废水初始pH为3.0，曝气流量为100L·h^-1，以固液比为1∶2将废水添加到反应装置中。在内电解装置中分别缺氧和曝气状态各停留30min，出水经加碱混凝沉降后取上清液待用。通过亚甲蓝在可见光区最大吸收波长(λ＝664nm)处测定亚甲蓝废水的色度，色度去除率见表5所示：

表5 不同Fe-Cu质量比对亚甲蓝色度去除率(％)的影响

t/min	Fe-Cu质量比
	Fe-Cu质量比				1∶2	1∶1	2∶1	1∶0
	20	88.6	84.5	81.2	1∶2	1∶1	2∶1	1∶0	74.1

实施例15-16：用本发明的双槽连续流工艺处理含氰废水

废水取自上海市闵行区某化工厂车间生产废水，废水初始COD为2937mg·L^-1，pH为8.5，未调节。废水以线速度为15mm·min^-1进入缺氧槽，经缺氧槽流出后进入好氧槽，槽内曝气量为50L·h^-1，废水由好氧槽以线速度为15mm·min^-1流出，经加碱混凝沉降后排放。

缺氧槽承托层上放置铁屑和活性炭，质量比为2∶1，好氧槽承托层放置铁屑和活性炭，质量比为2∶1(实施例15)，滤料在实验前均已饱和。经连续流工艺后测得排放出水COD为446mg·L^-1，COD去除率为84.8％。

缺氧槽承托层上放置铁屑和活性炭，质量比为2∶1，好氧槽承托层放置铁屑和铜屑，质量比为2∶1(实施例16)，滤料在实验前均已饱和。经连续流工艺后测得排放水COD为589mg·L^-1，COD去除率为79.9％。

Claims

1、一种缺氧/好氧两段式内电解处理有机废水的方法，其特征在于采用双槽连续流方式，缺氧反应槽底部设承托层，好氧反应槽底部设承托层和穿孔管，将铁屑与活性炭或铁屑与铜屑按质量比1∶0.5～2充分混合作为填料，填充于缺氧反应槽和好氧反应槽中，将待处理废水的pH值调到3～8.5，按照废水与填料的固液比为1∶1～4添加到缺氧反应槽中，废水线速度为10～18mm·min^-1，使废水与填料充分接触进行缺氧内电解反应，反应30～60min后，将废水引入好氧反应槽中，采用曝气手段使废水在好氧条件下反应，曝气量为50～100L·h^-1，30～60min后，将排出的废水经加碱混凝沉降后，上清液排放或者进一步进行生化处理。

2、一种缺氧/好氧两段式内电解处理有机废水的方法，其特征在于采用单槽静态流方式，将铁屑和活性炭或铁屑和铜屑按质量比1∶0.5～2充分混合作为填料，填充于底部设置承托层和穿孔管的反应槽中，将待处理废水的pH值调到3～8.5，按照废水与填料的固液比为1∶1～4添加到反应槽中，废水线速度为10～18mm·min^-1，使废水与填料充分接触进行缺氧内电解反应，反应30～60min后，关闭出水口阀门，开启曝气口阀门，使废水在好氧条件下反应，曝气量为50～100L·h^-1，30～60min后，将排出的废水经加碱混凝沉降后，上清液排放或者进一步进行生化处理。