CN207958009U - 一种用于处理高盐工业废水的系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种用于处理高盐工业废水的系统。其包括：电芬顿处理单元，电芬顿处理单元包括电芬顿处理室、第一储罐和电源，所述电芬顿处理室采用离子交换膜分隔为阴极室和阳极室，阴极室和阳极室内分别设有阴电极和阳电极，第一储罐与所述阴极室相连；中间处理单元，中间处理单元与阴极室相连；臭氧处理单元，臭氧处理单元包括用于制备臭氧的臭氧发生器和臭氧处理室，臭氧处理室分别与臭氧发生器的出口、中间处理单元和阴极室相连，臭氧发生器的入口与阳极室相连。本实用新型提供的系统可以将臭氧氧化处理工艺同电芬顿处理工艺结合起来，共同去除高盐工业废水中的有机物。

Description

一种用于处理高盐工业废水的系统

技术领域

本说明书涉及一种用于处理高盐工业废水的系统。

背景技术

在印染、化工、制药等行业中，容易产生大量难以生化降解的高盐废水。所述高盐废水产生的途径非常广泛，其中盐的质量分数至少为1％(有的甚至大于等于3.5％)。

高盐废水中除了含有有机污染物之外，还含有大量的无机盐，如Cl^-、SO₄ ^2-、Na⁺、Ca^{2 +}等离子。因此，高盐废水如果不经处理直接排放，势必会对水体生物、生物饮用水和工农业生产用水产生极大危害。

目前高盐废水的处理工艺主要包括高级氧化法、蒸发结晶法和焚烧法，由于蒸发结晶法和焚烧法的运行成本较高，因此，目前高盐废水的主要处理工艺为高级氧化法。

实用新型内容

本说明书提供一种用于处理高盐工业废水的系统，其可以将臭氧氧化处理工艺同电芬顿处理工艺结合起来，共同去除高盐工业废水中的有机物。同时可以回收臭氧尾气作为电芬顿阴极氧源，而电芬顿产生的高纯氧又可以作为臭氧反应器的氧源，可以实现氧气的循环利用，减少运行成本。

为实现上述目的，本说明书提供了一种用于处理高盐工业废水的系统，包括：电芬顿处理单元，所述电芬顿处理单元包括电芬顿处理室、第一储罐和电源，所述电芬顿处理室采用离子交换膜分隔为阴极室和阳极室，所述阴极室内设有阴电极，所述阳极室内设有阳电极，所述阴电极和所述阳电极分别与所述电源相连，所述第一储罐用于放置含亚铁离子的溶液，所述第一储罐与所述阴极室相连；中间处理单元，所述中间处理单元用于对所述高盐工业废水进行中和、混凝和沉淀中的至少一种处理，所述中间处理单元与所述阴极室相连；

臭氧处理单元，所述臭氧处理单元包括用于制备臭氧的臭氧发生器和臭氧处理室，所述臭氧处理室分别与所述臭氧发生器的出口、所述中间处理单元和所述阴极室相连，所述臭氧发生器的入口与所述阳极室相连。

在上述用于处理高盐工业废水的系统中，优选的，所述阴极室上分别设有第一入口、第一出口和第二出口，所述第一入口位于所述阴极室的底部，所述第一出口和所述第二出口均位于所述阴极室的顶部；其中，

所述第一入口与所述臭氧处理室相连，以能使所述臭氧处理室内的臭氧尾气进入所述阴极室内；且，所述第一入口与所述第二出口相连，以能使所述阴极室内未利用完全的氧气重新进入所述阴极室内实现循环利用；

所述第一出口与所述中间处理单元相连，以能使所述高盐工业废水从所述阴极室内流入所述中间处理单元内。

在上述用于处理高盐工业废水的系统中，优选的，所述阴极室的底部还设有第二入口，所述第二入口位于所述第一入口的上方，所述高盐工业废水可以通过所述第二入口流入所述阴极室内。

在上述用于处理高盐工业废水的系统中，优选的，所述阴极室内设有曝气装置，所述曝气装置位于所述阴极室的底部，并与所述第一入口相连。

在上述用于处理高盐工业废水的系统中，优选的，所述中间处理单元包括中和室、混凝室和沉淀室，所述中和室、混凝室和沉淀室依次相连；且，所述中和室与所述阴极室相连，所述沉淀室与所述臭氧处理室相连。

在上述用于处理高盐工业废水的系统中，优选的，所述中间处理单元还包括用于放置碱性溶液的第二储罐，以及用于放置助凝剂的第三储罐，所述第二储罐与所述中和室相连，所述第三储罐与所述混凝室相连。

在上述用于处理高盐工业废水的系统中，优选的，所述阴电极为气体扩散电极，所述阳电极为形稳阳极。

在上述用于处理高盐工业废水的系统中，优选的，所述中和室和所述混凝室内均设有搅拌装置。

在上述用于处理高盐工业废水的系统中，优选的，所述阳极室和所述臭氧发生器之间连有气体干燥器。

在上述用于处理高盐工业废水的系统中，优选的，所述用于处理高盐工业废水的系统还包括文丘里混合器，所述文丘里混合器包括第一连接端、第二连接端和第三连接端，所述第一连接端与所述中间处理单元相连，所述第二连接端与所述臭氧发生器的出口相连，所述第三连接端与所述臭氧处理室相连。

在上述用于处理高盐工业废水的系统中，优选的，所述用于处理高盐工业废水的系统还包括循环装置，所述循环装置的出口端与所述第一入口相连，所述循环装置的入口端则分别与所述第二出口和所述臭氧处理室相连。

在上述用于处理高盐工业废水的系统中，优选的，所述第一储罐与所述阴极室之间连有第一输送泵，所述第二储罐与所述中和室之间连有第二输送泵，所述第三储罐与所述混凝室之间连有第三输送泵。

在上述用于处理高盐工业废水的系统中，优选的，所述文丘里混合器的第一连接端与所述沉淀室之间连有第四输送泵。

本说明书实施方式的处理高盐工业废水的系统，可以将臭氧氧化处理工艺同电芬顿处理工艺结合起来，共同去除高盐工业废水中的有机物。同时可以回收臭氧尾气作为电芬顿阴极氧源，而电芬顿产生的高纯氧又可以作为臭氧反应器的氧源，可以实现氧气的循环利用，减少运行成本。

附图说明

在此描述的附图仅用于解释目的，而不意图以任何方式来限制本说明书公开的范围。另外，图中的各部件的形状和比例尺寸等仅为示意性的，用于帮助对本说明书的理解，并不是具体限定本说明书各部件的形状和比例尺寸。本领域的技术人员在本说明书的教导下，可以根据具体情况选择各种可能的形状和比例尺寸来实施本说明书。在附图中：

图1为本说明书实施方式的用于处理高盐工业废水的系统的结构示意图；

主要附图标号说明：

1：阴极室；2：阴电极；3：第一入口；4：第二入口；5：曝气装置；6：离子交换膜；7：阳极室；8：阳电极；9：电源；10：第一储罐；11：第一输送泵；12：中和室；13：混凝室；14：沉淀室；15：第二储罐；16：第二输送泵；17：第三储罐；18：第三输送泵；19：干燥器；20：臭氧发生器；21：第四输送泵；22：文丘里混合器；23：臭氧处理室；24：第四出口；25：循环装置。

具体实施方式

需要说明的是，当一个零部件被称为“设置于”另一个零部件，它可以直接在另一个零部件上或者也可以存在居中的零部件。当一个零部件被认为是“连接”另一个零部件，它可以是直接连接到另一个零部件或者可能同时存在居中零部件。本说明书所使用的术语“垂直”、“水平”、“左”、“右”以及类似的表述是基于说明书附图为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。

除非另有定义，本说明书所使用的所有的技术和科学术语与属于本说明书的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本说明书。本说明书所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

如图1所示，本说明书实施方式提供了一种用于处理高盐工业废水的系统，其可以包括：电芬顿处理单元，中间处理单元和臭氧处理单元。

电芬顿处理单元可以通过电芬顿技术对高盐工业废水进行处理，电芬顿技术主要是利用氧气在阴电极还原生成过氧化氢，然后在催化剂的作用下生成具有强氧化性的羟基自由基，羟基自由基可以同废水中的有机物进行反应进而达到处理水中有机物的目的。电芬顿处理过程中，影响过氧化氢产率的主要因素可以有槽电压，电流密度和氧分压等。其中，水中盐含量对电流密度影响较大。

如图1所示，电芬顿处理单元可以包括电芬顿处理室、第一储罐10和电源9。可以采用离子交换膜6将电芬顿处理室分隔为阴极室1和阳极室7。离子交换膜6是一种含离子基团的，对溶液里的离子具有选择透过能力的高分子膜。离子交换膜6可以是阳离子交换膜，其可以对阳离子具有选择作用。

如图1所示，阴极室1内可以设有阴电极2。阴电极2可以将高盐工业废水中的氧气还原成双氧水。阴电极2可以是气体扩散电极。气体扩散电极是一种多孔膜电极，由于大量气体可以到达电极内部，且可以与电极外面的整体溶液(电解质)相连通，可以组成一种三相(固、液、气)膜电极。这种电极既有足够的“气孔”，可以使反应气体容易传递到电极上，又有大量覆盖在催化剂表面的薄液层。催化剂的粉粒可以分散在多孔膜中，并可以通过薄液层的“液孔”与电极外面的电解质溶液连通，以利于液相反应物和产物的迁移。气体进入气体扩散电极可以发生催化反应，并可以产生电流，由此可以测出气体的含量。本说明书实施方式对于气体扩散电极没有特别限制，可以采用目前市面上出售的产品，例如，可以采用C/PTFE气体扩散电极，其中，PTFE表示聚四氟乙烯，C可以是活性炭、石墨、炭黑和钯黑中的任一种。气体扩散电极负载的催化剂可以是蒽醌类的催化剂。

如图1所示，阴极室1上可以设有第一入口3，第一入口3可以允许氧气进入阴极室1内，在阴电极2的作用下生成过氧化氢。阴极室1上还可以设有第二入口4，第二入口4可以允许待处理的高盐工业废水进入阴极室1内。阴极室1上还可以设有第一出口(未示出)，第一出口可以允许阴极室1内的高盐工业废水流出进入下一单元进行处理。为了能够使由第一入口3进入的氧气和由第二入口4进入的高盐工业废水能够充分混合，可以将第一入口3和第二入口4可以设置在阴极室1的底部，第一出口设置在阴极室1的顶部。为了进一步增加混合的效果，可以将第一入口3设置在第二入口4的下端。

进一步的，阴极室1上还可以设有第二出口(未示出)，第二出口可以与第一入口3相连，这样阴极室1内未完全利用的氧气可以由第二出口流出并由第一入口3重新进入阴极室1内，实现循环利用。由于未利用完全的氧气通常聚集于阴极室1的顶部，因而为了能够使未利用完全的氧气能够充分循环利用，可以将第二出口设置在阴极室1的顶部。

如图1所示，在一个实施方式中，为了能够使由第一入口3进入阴极室1内的氧气可以与进入阴极室1内的高盐工业废水充分混合，可以在阴极室1内设置曝气装置5。曝气装置5可以是市售的曝气盘，曝气装置5可以通过管道与第一入口3相连，气体进入曝气装置5后可以形成微气泡，一部分微气泡可以溶于废水中，另一部分微气泡则可以被阴电极2吸附。

如图1所示，用于放置含亚铁离子的溶液的第一储罐10可以与阴极室1相连，亚铁离子可以进入阴极室1内。含亚铁离子的溶液可以是硫酸亚铁溶液，其中的亚铁离子可以作为催化剂，可以催化双氧水生成羟基自由基，生成的羟基自由基可以与高盐工业废水中的有机物发生氧化作用，从而可以去除废水中的有机物。为了能够使第一储罐10内的溶液顺利进入阴极室1内，可以在第一储罐10和阴极室1之间连接第一输送泵11。

如图1所示，阳极室7内可以装有阳极液，阳极液可以是硫酸溶液，例如，可以是1mol/L的硫酸溶液。阳极室7内可以设有阳电极8，阳电极8可以将阳极液中的水电解成氧气、氢离子和电子。阳电极8可以采用形稳阳极(形稳阳极也可以称之为金属阳极)。阴极室1和阳极室7具有较好的气密性。

如图1所示，在一个实施方式中，电源9可以是直流电源，其可以通过电缆分别与阳电极8和阴电极2相连。

操作时，电芬顿处理单元主要可以发生以下反应：

阴极：O₂+2H⁺+2e^-→H₂O₂

H₂O₂+2H⁺+2e^-→2H₂O

H₂O₂+Fe²⁺→HO^-+HO·+Fe³⁺

阳极：H₂O→0.5O₂+2H⁺+2e^-。

如图1所示，中间处理单元可以包括中和室12、混凝室13和沉淀室14，中和室12、混凝室13和沉淀室14可以依次相连。中和室12可以与阴极室1上的第一出口相连。操作时，位于电芬顿处理单元内的高盐工业废水可以由第一出口流入中和室12内，将pH值调节为中性，然后可以流入混凝室13内与助凝剂混合，最后可以流入沉淀室14内进行沉淀。沉淀室14内可以设置斜管填料，可以对高盐工业废水进行沉淀处理。

如图1所示，中间处理单元还可以包括第二储罐15和第三储罐17。第二储罐15可以用于放置碱性溶液，碱性溶液可以是氢氧化钠溶液，例如，可以是质量百分比浓度为30％的氢氧化钠溶液。第三储罐17可以用于放置助凝剂，助凝剂可以是聚丙烯酰胺溶液，例如，可以是质量百分比浓度为0.1％的聚丙烯酰胺溶液。第二储罐15可以与中和室12相连，碱液可以进入中和室12内与高盐工业废水混合，将高盐工业废水的pH值调节为中性。第三储罐17可以与混凝室13相连，助凝剂可以进入混凝室13内与高盐工业废水进行混合絮凝。

进一步的，为了能够使第二储罐15内的碱性液体可以顺利进入中和室12内，可以在第二储罐15和中和室12之间连接第二输送泵16。同样的，为了能够使第三储罐17内的助凝剂可以顺利进入混凝室13内，可以在第三储罐17和混凝室13之间连接第三输送泵18。

如图1所示，在一个实施方式中，为了能够使中和室12内的高盐工业废水可以和碱性溶液充分混合，可以在中和室12内设置第一搅拌装置(未示出)。同样的，为了能够使混凝室13内的高盐工业废水可以和助凝剂充分混合，可以在混凝室13内设置第二搅拌装置(未示出)。

如图1所示，臭氧处理单元可以包括臭氧发生器20和臭氧处理室23。臭氧发生器20可以将氧气转化成臭氧。臭氧处理室23上可以分别设有第三入口(未示出)、第三出口(未示出)和第四出口24。第三入口可以允许高盐工业废水和臭氧流入，第三入口可以设置在臭氧处理室23的底部。第三出口可以允许臭氧处理室23内的臭氧尾气流出，第三出口可以设置在臭氧处理室23的顶部。第四出口24则可以允许经臭氧处理后的高盐工业废水流出，第四出口24也可以设置在臭氧处理室23的顶部。臭氧处理室23具有较好的气密性。

臭氧处理室23上的第三入口可以分别与臭氧发生器20的出口端和沉淀室14相连，经中间处理单元处理后的高盐工业废水可以和臭氧一同进入臭氧处理室23内进行处理，从而可以对高盐工业废水中的有机物进一步进行降解。

臭氧发生器20的入口端可以与阳极室7相连，以能使阳极室7内电解生成的氧气进入臭氧发生器20内，从而可以生成臭氧。

如图1所示，在一个实施方式中，臭氧发生器20的入口端与阳极室7之间还可以连接干燥器19，干燥器19可以对阳极室7内电解生成的氧气进行干燥，然后再进入臭氧发生器20内转化成臭氧。

如图1所示，在一个实施方式中，用于处理高盐工业废水的系统还包括文丘里混合器22，文丘里混合器22是一种可以使气体与液体高效混合的专用设备。文丘里混合器22包括第一连接端(未示出)、第二连接端(未示出)和第三连接端(未示出)。第一连接端可以与沉淀室14相连，第二连接端可以与臭氧发生器20的出口相连，第三连接端可以与臭氧处理室23上的第三入口相连。在文丘里混合器22的作用下臭氧可以与高盐工业废水高效混合，并可以在臭氧处理室23内发生反应。

如图1所示，在一个实施方式中，为了能够使高盐工业废水可以顺利进入文丘里混合器22内，可以在沉淀室14与文丘里混合器22的第一连接端之间连接第四输送泵21。

如图1所示，臭氧处理室23上的第三出口可以与阴极室1上的第一入口3相连，以能使臭氧处理室23内的臭氧尾气可以进入阴极室1内。

如图1所示，在一个实施方式中，用于处理高盐工业废水的系统还可以包括循环装置25，循环装置25可以是气体循环风机，循环风机可以采用耐腐蚀的材料制成，例如，钛合金。循环装置25可以用来循环氧气，同时，也可以为曝气装置5提供必要的压力。循环装置25的出口端可以与阴极室1上的第一入口3相连，入口端则可以分别与阴极室1上的第二出口(未示出)和臭氧处理室23上的第三出口(未示出)相连，以能使阴极室1内的未完全利用的氧气以及臭氧处理室23内产生的臭氧尾气可以进入阴极室1内继续利用。

下面介绍本说明书实施方式的用于处理高盐工业废水的系统的工作原理。

首先，将需要进行处理的高盐工业废水的pH值调节为3-5。然后将废水由第二入口4进入阴极室1内。在阴极室1内，废水中的氧气在阴电极2的作用下被还原成双氧水。与此同时，通过第一输送泵11将第一储罐10内的硫酸亚铁溶液投加至阴极室1内。亚铁离子可以催化双氧水生成羟基自由基，从而可以氧化去除废水中的有机物。

在阳极室7中，可以以1mol/L的硫酸溶液作为阳极液，阳极液中的水在阳电极8的作用下可以被电解成氧气、氢离子和电子。其中，氧气可以被收集用作臭氧发生器20的气源，在臭氧发生器20的作用下转化为臭氧。氢离子和电子则可以在电场地作用下通过离子交换膜6，去往阴极室1中。操作过程中，可以根据实际情况定时向阳极液中补充纯水。

电芬顿处理单元主要发生以下反应：

阴极：O₂+2H⁺+2e^-→H₂O₂

H₂O₂+2H⁺+2e^-→2H₂O

H₂O₂+Fe²⁺→HO^-+HO·+Fe³⁺

阳极：H₂O→0.5O₂+2H⁺+2e^-。

经过电芬顿处理单元的废水可以进入絮凝沉淀单元中。首先，先进入中和室12内将pH值调节至中性；然后，废水进入混凝室13内与第三储罐17内的助凝剂混合絮凝；最后，进入沉淀室14内进行沉淀，以除去废水中的悬浮物。

经过中间处理单元处理后的废水可以同臭氧发生器20产生的臭氧一同进入文丘里混合器22内进行气液混合，并在臭氧处理室23内进行反应。为了能够使臭氧更好地与废水发生反应，实际操作过程中，臭氧发生器20出口处的臭氧可以保持较高浓度，例如，臭氧的浓度可以大于120mg/m³。臭氧处理室23产生的臭氧尾气(臭氧尾气中氧气的浓度约为70-90％)可以由循环装置25回流到阴极室1内。

阴极室1内的废水可以采用富氧曝气，阴极室1顶部未利用完全的氧气可以和臭氧处理室23产生的臭氧尾气一同通过循环装置25进入第一入口3中，并通过曝气装置5变成微气泡。一部分微气泡可以溶于废水中，而一部分微气泡可以被阴电极2吸附。

本说明书实施方式中氧气来源于阳极室7，氧气可以经过干燥器19干燥后供给臭氧发生器20。在启动阶段及阳极室7产气量不够时，可以向臭氧发生器20中另外补充必要的氧气。为了能够使臭氧发生器20的出口端的臭氧的浓度较高，可以使臭氧发生器20入口的氧气保持较高的纯度，例如，氧气的质量百分比浓度可以大于99％。

本说明书实施方式的用于处理高盐工业废水的系统可以将电芬顿工艺和臭氧氧化工艺联合起来处理高盐工业废水。电芬顿阳极产生的高纯氧气可以作为臭氧发生器20的氧气源，同时，处理过程中可以回收臭氧处理室23产生的臭氧尾气为电芬顿阴极供氧，实现氧气的循环利用。在臭氧氧化工序中氧气成本一般为总运行成本的1/2，因此减少氧气的用量可以有效减少运行成本，同时，电芬顿阴极中氧分压也是影响电芬顿电流效率的一个重要因素，采用富氧曝气可以提高阴极室1内的氧分压，也能提高双氧水的产率，减少运行成本。

Claims (10)

1.一种用于处理高盐工业废水的系统，其特征在于，包括：

电芬顿处理单元，所述电芬顿处理单元包括电芬顿处理室、第一储罐和电源，所述电芬顿处理室采用离子交换膜分隔为阴极室和阳极室，所述阴极室内设有阴电极，所述阳极室内设有阳电极，所述阴电极和所述阳电极分别与所述电源相连，所述第一储罐用于放置含亚铁离子的溶液，所述第一储罐与所述阴极室相连；

中间处理单元，用于对所述高盐工业废水进行中和、混凝和沉淀中的至少一种处理，所述中间处理单元与所述阴极室相连；

臭氧处理单元，所述臭氧处理单元包括用于制备臭氧的臭氧发生器和臭氧处理室，所述臭氧处理室分别与所述臭氧发生器的出口、所述中间处理单元和所述阴极室相连，所述臭氧发生器的入口与所述阳极室相连。

2.根据权利要求1所述的用于处理高盐工业废水的系统，其特征在于，所述阴极室上分别设有第一入口、第一出口和第二出口；其中，

所述第一入口分别与所述臭氧处理室和所述第二出口相连；

所述第一出口与所述中间处理单元相连。

3.根据权利要求2所述的用于处理高盐工业废水的系统，其特征在于，所述阴极室内设有曝气装置，所述曝气装置位于所述阴极室的底部，并与所述第一入口相连。

4.根据权利要求1所述的用于处理高盐工业废水的系统，其特征在于，所述中间处理单元包括中和室、混凝室和沉淀室，所述中和室、混凝室和沉淀室依次相连；且，所述中和室与所述阴极室相连，所述沉淀室与所述臭氧处理室相连。

5.根据权利要求4所述的用于处理高盐工业废水的系统，其特征在于，所述中间处理单元还包括用于放置碱性溶液的第二储罐，以及用于放置助凝剂的第三储罐，所述第二储罐与所述中和室相连，所述第三储罐与所述混凝室相连。

6.根据权利要求1所述的用于处理高盐工业废水的系统，其特征在于，所述阴电极为气体扩散电极，所述阳电极为形稳阳极。

7.根据权利要求1所述的用于处理高盐工业废水的系统，其特征在于，所述阳极室和所述臭氧发生器之间连有气体干燥器。

8.根据权利要求1或4所述的用于处理高盐工业废水的系统，其特征在于，所述用于处理高盐工业废水的系统还包括文丘里混合器，所述文丘里混合器包括第一连接端、第二连接端和第三连接端，所述第一连接端与所述中间处理单元相连，所述第二连接端与所述臭氧发生器的出口相连，所述第三连接端与所述臭氧处理室相连。

9.根据权利要求2所述的用于处理高盐工业废水的系统，其特征在于，所述用于处理高盐工业废水的系统还包括循环装置，所述循环装置的出口端与所述第一入口相连，所述循环装置的入口端则分别与所述第二出口和所述臭氧处理室相连。

10.根据权利要求5所述的用于处理高盐工业废水的系统，其特征在于，所述第一储罐与所述阴极室之间连有第一输送泵，所述第二储罐与所述中和室之间连有第二输送泵，所述第三储罐与所述混凝室之间连有第三输送泵。