一种工业废水的预处理装置的制作方法

本发明涉及水处理领域，具体涉及一种工业废水的预处理装置。

背景技术：

随着工业的迅速发展，工业排放废水的种类和数量快速增加，对水环境的污染也日趋广泛，这严重的威胁到人类的健康生活和身体安全。工业废水主要包括工厂在加工生产时产生的废水、污水等，其中含有随废水流失的工业生产用料、中间产物、副产品以及生产过程中产生的污染物。工业废水种类繁多，成分复杂。由于工业废水的成分更复杂，且部分还有毒性，因此对于环境保护来说，工业废水处理极为重要。

采用传统的水处理方法在一定程度上能改善废水水质情况，但都有各自的不足或缺点。物理法利用吸附、沉淀或阻隔等方式将杂质排除在外。如经典的活性炭吸附可有效净化水体，但随着时间的延长炭吸附能力将不断减弱，需定期进行清洗和更换，而且它并不能将有机污染物降解氧化，由此可能导致相转移，使问题进一步恶化。尤其是面对高浓度的工业废水中含有有机污染物时更显得力不从心。化学法包括氧化处理、中和处理、混凝处理等，拥有快速有效地去除污染物的能力，然而在实际操作中可能出现回收困难、很容易产生二次污染等问题。相比之下，生物法以其经济性和绿色环保性成为目前最受欢迎的水处理技术之一，但当废水中存在难降解有机物或含生物毒性污染物时，单一地采用生物法处理该废水难以得到理想的降解效果。

海绵铁是在回转炉、竖炉或其他形式的反应器内，由铁矿石（或氧化铁球团）低温还原所得的低碳多孔状产物。经粉碎、磁选、压制成块，作为冶炼的金属炉料。这种铁保留了失氧时形成的大量微气孔，在显微镜下观察形似海绵，故名海绵铁。海绵铁主要成分是铁，其疏松多孔的内部结构，提供的比表面积是普通铁屑的5-10倍，可使水中的氧与铁发生迅速彻底的氧化反应，利用氧化还原反应原理，通过滤式除淀方式进行排除。具有反洗频率低、抗压强度高、不粉化、不板结、比表面积大、活性高、再生效果好、还原性强等优点。需要注意的是，虽然与铁屑相比海绵铁的板结现象有所减缓，但仍然不能忽视。另外，由于海绵铁较强的还原性，所以可以与工业废水中的氧化性污染物反应，但是对于还原性的污染物就没什么办法了。

高铁酸盐（钠、钾）是六价铁盐，有效成分是高铁酸根，具有很强的氧化性，，相对于高锰酸钾和其他氧化物，其氧化性更强。因此能通过氧化作用进行消毒。同时，由于反应过后的还原产物是氢氧化铁[fe(oh)3]，在溶液中呈胶体。这是一种品质优良的无机絮凝剂，能够将水中的悬浮物聚集形成沉淀，能高效地除去水中的微细悬浮物。实验证明，由于其强烈的氧化和絮凝共同作用，高铁酸盐的消毒和除污效果，全面优于含氯消毒剂和高锰酸盐。更为重要的是它在整个对水的消毒和净化过程中，不产生任何对人体有害的物质。即：高铁酸盐同时具有氯气和明矾[kal(so4)2.12h2o]的净水效果，是一种新型的绿色净水剂。高铁酸盐可以氧化大多数的有机物，且具有选择性。它的标准电极电位在碱性条件下为0.72v，酸性条件下为2.20v。可通过调节高铁酸盐的结构、ph值、阳离子来调控氧化活性，进而实现高选择性。在实际工业废水中，若考虑调节ph值来应对不同浓度的废水会给工艺带来诸多困难，投入与所得回报并不对等。另外，由于高铁酸盐较强的氧化性，对工业废水中的还原性污染物有较好的处理效果，但是对于氧化性的污染物就束手无策了。随着时间的累积，[fe(oh)3]吸附污染物后产生的絮状沉淀会堆积在装置底部，废水量越大，产生的泥也越多，这就需要配套高效可靠的分离装置用于去除沉淀物。

纵观各类水处理方法，近几年来电化学法因其独特优点而倍受研究者亲睐，原因在于电化学法使用环保安全的电子作为反应剂，可避免产生二次污染；设备相对较为简单，易于操作控制，不仅对难降解有机物具有很好的处理效果，而且可使难降解的有机物转化为可以生化降解的有机物，或使非生化降解的有机物直接矿化生成co2和h2o。其在工业废水与生活污水的处理和回收方面得到广泛应用，展现出巨大的发展潜力。在电催化反应中，电极作为电催化剂，不同的电极材料可以使电化学反应速度发生数量级上的变化，因此选择适当的电极材料是提高电化学催化反应效率的有效途径。

以掺硼金刚石薄膜电极（bdd）为核心的净化设备，作为新一代的用于电化学法水处理的电极材料，与贵金属和钛基涂层电极（dsa）等传统材料相比，bdd电极具有最好的阳极氧化能力，最宽的电位窗口和最高的电流密度。金刚石稳定的sp³结构使其具有耐腐蚀、耐高温、抗氧化和抗污染性等优良特点。因此bdd电极具有极长的使用寿命（40-50年）。bdd电极可以方便高效的去除水中的细菌、病毒和其它有机物，且不会产生对环境有害的物质，具有高效节能、零试剂消耗、环境友好型等突出特点。在直流电场作用下，bdd电极表面能够连续不断产生具有超强氧化性的自由态羟自由基•oh（标准氧化电位为2.80v，接近单质氟气的2.87v）、过氧自由基•ho2、臭氧o3和过氧化氢h2o2等氧化物种，在与高浓度工业废水反应的同时，还对各种微生物，包括细菌和病毒有着强烈的杀灭作用。

滤压式电解槽因为其结构紧凑、体积电流密度大所带来的时空产率高、槽压低等优点，在电化学工业中被广泛采用。传统的平板式二维电极比表面积较小、传质效率低、电流效率低而且单位槽体处理废水量少，很难对废水降解处理产生理想效果，因而在实际应用中受到很大程度的限制。尤其是在电导率低时，在实践中难以有突破性进展。如果将传统的平板式二维电极改为多孔的bdd电极可以改善上述情况，使用多孔的bdd电极可促进湍流，提高传质和降解效果。

技术实现要素：

1.所要解决的技术问题：

针对上述的现状，本发明提供一种将海绵铁电化学还原、高铁酸盐化学氧化和bdd电化学降解三种工艺进行联用，从而对工业废水进行预处理的方法。本装置能够克服了用单一的水处理方法的局限性，能够很好的满足实际的需要。

2.技术方案：

一种工业废水的预处理装置，包括海绵铁电化学还原装置、高铁酸盐化学氧化装置；其特征在于：还包括电化学降解装置；所述海绵铁电化学还原装置、高铁酸盐化学氧化装置均为两个；废水进水口与第一电化学降解装置和第一海绵铁电化学还原装置管道相连；所述第一电化学降解装置的出水口与第二海绵铁电化学还原装置的入水口管道相连；所述第一海绵铁电化学还原装置的出水口与第二电化学降解装置的入水口管道相连；所述第二电化学降解装置的出水口和第二海绵铁电化学还原装置的出水口都与电化学降解装置的入水口管道相连；所述电化学降解装置的出水口即为净化水的出水口。

进一步地，所述海绵铁电化学还原装置包括还原装置外壳；所述还原装置内部装有填料海绵铁；所述还原装置外壳顶部设置填料投料口。

进一步地，所述高铁酸盐化学氧化装置包括氧化装置外壳、花洒喷头、高铁酸盐溶液的储存箱以及控制流量装置；所述花洒喷头位于氧化装置内腔上顶部向下喷洒高铁酸盐溶液；所述花洒通过管道与位于氧化装置外部的高铁酸盐溶液的储存箱相连；所述控制流量装置安装在连接花洒与储存箱之间的管道上。其中控制流量装置可以选流量调节阀。

进一步地，所述高铁酸盐化学氧化装置底部还设置曝气装置与泥浆专用离心机。

进一步地，所述电化学降解装置包括圆柱状外壳、至少一块掺硼金刚石薄膜电极bdd阳极板、至少一块不锈钢薄膜电极ss阴极板；所述圆柱状外壳为卧倒状放置；所述电化学降解装置的进水口位于圆柱状的左端面；所述电化学降解装置的出水口即净化水出水口位于圆柱状的右端面；所述掺硼金刚石薄膜电极bdd阳极板、不锈钢薄膜电极ss阴极板均为与左端面平行且固定安装在侧壁内侧的薄膜板；所述掺硼金刚石薄膜电极bdd阳极板、不锈钢薄膜电极ss阴极板的厚度均为2毫米；所述掺硼金刚石薄膜电极bdd阳极板、不锈钢薄膜电极ss阴极板的表面均设置阵列排布的通孔；其中掺硼金刚石薄膜电极bdd阳极板的通孔孔径从上到下每行逐渐增大；所述不锈钢薄膜电极ss阴极板的通孔孔径从上到下每行逐渐减小。

进一步地，所述掺硼金刚石薄膜电极bdd阳极板与不锈钢薄膜电极ss阴极板的排列为依次交替排列。

进一步地，所述掺硼金刚石薄膜电极bdd阳极板与不锈钢薄膜电极ss阴极板通过设置在圆柱状外壳的接口分别于装置外部的工业电源的正极、负极相连。

进一步地，连接第一电化学降解装置的出水口与第二海绵铁电化学还原装置的入水口的管道上设置压力泵；连接第一海绵铁电化学还原装置的出水口与第二电化学降解装置的入水口的管道上设置压力泵。

进一步地，所述废水进水口与净化水出水口均设置阀门。

3.有益效果：

（1）本装置中将海绵铁电化学还原、高铁酸盐化学氧化和bdd电化学降解三种工艺进行联用，能够对废水起到全面的处理的作用。因此通过本装置出水口排出的水是经过组合装置处理完全的净化水，可直接排放到附近的河流湖泊。

（2）由于本装置中用的是bdd薄膜电极，该电极具有极强的抗腐蚀性、抗污染能力及自我净化与修复能力，所以降解装置具有极长的工作寿命与极强的工作能力。

（3）由于工业废水成分复杂，容易氧化和容易还原的有机污染物共存于废水体系中，本发明针对这种情况所采用的平行处理方法可以最大程度的发挥海绵铁电化学还原法和高铁酸盐化学氧化法两种工艺的优势。

（4）整个装置结构简单，使用方便，在进行工业废水预处理时，操作简便、省时省力、科学高效。

附图说明

图1为本装置的整体结构简图；

图2为本装置中高铁酸盐化学氧化装置的曝气装置俯视图；

图3为本装置中电化学降解装置中的掺硼金刚石薄膜电极bdd阳极板的通孔排列示意图；

图4为本装置中电化学降解装置中的不锈钢薄膜电极ss阴极板的通孔排列示意图。

附图标记说明：海绵铁电化学还原装置a1；高铁酸盐化学氧化装置a2；电化学降解装置a3；废水进水口1；阀门2；海绵铁3；填料投料口4；压力泵5；花洒喷头6；法兰7；控制流量装置8；高铁酸盐溶液的储存箱9；曝气装置10；曝气泵11；泥浆专用离心机12；掺硼金刚石薄膜电极bdd阳极板23；金刚石薄膜电极bdd阳极板接口24；不锈钢薄膜电极ss阴极板25；不锈钢薄膜电极ss阴极板接口26。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进行具体的说明。

如附图1所示：一种工业废水的预处理装置，包括海绵铁电化学还原装置a1、高铁酸盐化学氧化装置a2；其特征在于：还包括电化学降解装置a3；所述海绵铁电化学还原装置、高铁酸盐化学氧化装置均为两个；废水进水口1与第一电化学降解装置和第一海绵铁电化学还原装置管道相连；所述第一电化学降解装置的出水口与第二海绵铁电化学还原装置的入水口管道相连；所述第一海绵铁电化学还原装置的出水口与第二电化学降解装置的入水口管道相连；所述第二电化学降解装置的出水口和第二海绵铁电化学还原装置的出水口都与电化学降解装置的入水口管道相连；所述电化学降解装置的出水口28即为净化水的出水口。

进一步地，所述海绵铁电化学还原装置包括还原装置外壳；所述还原装置内部装有填料海绵铁3；所述还原装置外壳顶部设置填料投料口4。

进一步地，所述高铁酸盐化学氧化装置包括氧化装置外壳，花洒喷头6，高铁酸盐溶液的储存箱9以及控制流量装置8；所述花洒喷头位于氧化装置内腔上顶部向下喷洒高铁酸盐溶液；所述花洒通过管道与位于氧化装置外部的高铁酸盐溶液的储存箱相连；所述控制流量装置安装在连接花洒与储存箱之间的管道上。其中图中7为法兰。

进一步地，所述高铁酸盐化学氧化装置底部还设置曝气装置10与泥浆专用离心机12。曝气装置10的通气孔排列如附图2所示。其中图中的11为曝气泵。

进一步地，所述电化学降解装置包括圆柱状外壳、至少一块掺硼金刚石薄膜电极bdd阳极板23、至少一块不锈钢薄膜电极ss阴极板25；所述圆柱状外壳为卧倒状放置；所述电化学降解装置的进水口位于圆柱状的左端面；所述电化学降解装置的出水口即净化水出水口位于圆柱状的右端面；所述掺硼金刚石薄膜电极bdd阳极板、不锈钢薄膜电极ss阴极板均为与左端面平行且固定安装在侧壁内侧的薄膜板；所述掺硼金刚石薄膜电极bdd阳极板、不锈钢薄膜电极ss阴极板的厚度均为2毫米；所述掺硼金刚石薄膜电极bdd阳极板、不锈钢薄膜电极ss阴极板的表面均设置阵列排布的通孔；其中掺硼金刚石薄膜电极bdd阳极板的通孔孔径从上到下每行逐渐增大；所述不锈钢薄膜电极ss阴极板的通孔孔径从上到下每行逐渐减小。如附图3、4所示。图中给出的是采用四块电极板的示意图。根据实际的需要可以增加电极板的数目。

进一步地，所述掺硼金刚石薄膜电极bdd阳极板与不锈钢薄膜电极ss阴极板的排列为依次交替排列。

进一步地，所述掺硼金刚石薄膜电极bdd阳极板与不锈钢薄膜电极ss阴极板通过设置在圆柱状外壳的接口24、26分别于装置外部的工业电源的正极、负极相连。

进一步地，连接第一电化学降解装置的出水口与第二海绵铁电化学还原装置的入水口的管道上设置压力泵5；连接第一海绵铁电化学还原装置的出水口与第二电化学降解装置的入水口的管道上设置压力泵5。

进一步地，所述废水进水口与净化水出水口均设置阀门2。

使用上述一种工业废水的高效预处理方法进行工业废水预处理的步骤（如附图1所示）:

步骤一、工业废水在废水水量调节池中混合，打开控制废水进水口的阀门，废水一里一外分别进入还原装置和氧化装置。

步骤二、里面的经海绵铁还原后打开压力泵，废水进入氧化装置；外面的打开喷洒装置，喷洒适当浓度的k2feo4溶液，接着打开曝气装置，用于防止装置内悬浮体下沉，加强装置内工业废水与k2feo4溶液及溶解氧接触。氧化结束后打开压力泵，废水进入还原装置。

步骤三、同步骤二中废水进入氧化装置和还原装置相同的操作。

步骤四、经过氧化还原反应的两支废水汇合混合，进入降解装置。将bdd阳极和ss阴极分别连接工业电源的正负极。

步骤五、在电场作用下，bdd电极表面能够连续不断产生具有超强氧化性的自由态羟自由基•oh，工业废水得到充分的净化降解处理。

步骤六、打开净化水出水口阀门2，处理完全的净化水从出水口排出。

虽然本发明已以较佳实施例公开如上，但它们并不是用来限定本发明的，任何熟习此技艺者，在不脱离本发明之精神和范围内，自当可作各种变化或润饰，因此本发明的保护范围应当以本申请的权利要求保护范围所界定的为准。