高级氧化-电解耦合资源化处理络合废水的装置及工艺的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种高级氧化?电解耦合资源化处理络合废水的装置，包括管式光催化氧化循环反应器、电解装置，循环泵和过滤装置；本发明还公开了一种高级氧化?电解耦合资源化处理络合重金属废水的工艺，首先将重金属络合废液由进水口通入电解装置底部，在通入的同时投加药剂进行混合，经过所述循环泵进入所述管式循环光催化氧化反应器，实现氧化破络；然后催化氧化后的废水通过所述陶瓷膜过滤后进入所述电解装置，进行金属单质的回收和进一步的COD去除，最后在循环泵的作用下多次循环直到废水达到规定的排放标准，通过出水口排放；本发明提供的处理络合废水的装置及工艺对废水中的有机物处理彻底，成本低，金属离子回收率高。
【专利说明】
高级氧化-电解耦合资源化处理络合废水的装置及工艺
技术领域
[0001] 本发明涉及重金属废水处理领域，特别是涉及一种高级氧化-电解耦合资源化处 理络合废水的装置及工艺。
【背景技术】
[0002] 近年来随着工业的迅速发展，我国工业废水的排放日益增加，其中重金属废水约 占60%。重金属废水具有很强的毒性，可以通过食物链在生物体内累积危害到人类的健康。 由于络合剂的广泛使用，使得废水的成分变的更加复杂，并且络合态的重金属离子比游离 态重金属离子的去除难度更大。近年来处理络合重金属废水的主要方法，包括硫化物沉淀 法、铁肩还原法、吸附法、离子交换法、氧化法等。以上几种技术在处理重金属络合废液时存 在着各自的缺陷，具体如下：
[0003] (1)硫化物沉淀法:硫化物沉淀颗粒小，易形成胶体，给分离带来困难。
[0004] (2)铁肩还原法：当废水酸性过大、反应时间过长时，该方法耗铁量较大，中和调pH 所需投碱量大，并且产泥量增加。
[0005] (3)吸附法:吸附剂使用寿命短，再生效率低，一般用于重金属废水的预处理。
[0006] (4)离子交换法:存在交换树脂易饱和、络合物易使交换树脂污染或老化、树脂再 生频繁等缺点，使得离子交换法一般不直接用于络合重金属废水处理，而是作为后续保障 措施而加以应用。
[0007] (5)常用的高级氧化技术包括芬顿氧化，臭氧氧化和电解氧化法。利用芬顿氧化法 处理棕化废液，添加80g/L的双氧水能将38000mg/L左右的COD降到3000mg/L左右，但是电出 来的铜粉杂质太高，过高的双氧水会增加成本。利用臭氧发生器进行臭氧氧化消解有机物， 废液外观没有发生明显改变，COD前面变化不大，没有明显的效果。利用电解氧化法，在不含 重金属离子的情况下利用铅阳极进行电解去除COD效果不错，但想要收集纯金属，需要结合 芬顿方法处理，电出的金属也会含有铅杂质。
[0008] 综上所述，现有的处理络合重金属废水的装置及工艺存在处理不彻底，成本高，金 属离子回收率低的问题。
【发明内容】
[0009] 本发明的目的是提供高级氧化-电解耦合资源化处理络合废水的装置及工艺，以 解决上述现有技术存在的问题。
[001 0]为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
[0011] -种高级氧化-电解耦合资源化处理络合废水的装置，包括管式光催化氧化循环 反应器和电解装置，所述电解装置底端一侧设置有进水口，所述电解装置底端另一侧通过 一循环栗与所述光催化氧化循环反应器的首端连通，所述光催化氧化循环反应器的末端通 过一过滤装置与所述电解装置上端的一侧相连通，所述过滤装置内部设置有陶瓷膜，所述 电解装置上端另一侧设置有出水口，所述光催化氧化循环反应器的管道内部安装有紫外灯 管，所述电解装置外部连通有电源。
[0012] 可选地，所述过滤装置顶端设置有取水阀门。
[0013] 可选地，所述电解装置内部交替安装有多个阴极板和阳极板，阴极板与阳极板之 间的距离为5~25cm;所述阴极板材质选自铜板、不锈钢板或钛片，所述阳极板选自铜板、石 墨阳极或铅锑合金板。
[0014] 一种高级氧化-电解耦合资源化处理络合废水的工艺方法，
[0015] 使用高级氧化-电解耦合资源化处理络合废水的装置进行络合重金属废水工艺处 理，其具体操作步骤包括：
[0016] 步骤一、将重金属络合废液由进水口通入电解装置底部，在通入的同时投加药剂 进朽^昆合，所述药剂 选自 H2O2、T i O2、Na2S2O8、H2〇 2/T i O2、H2〇2/Na2S2〇 8、H2〇2/Na2S2〇 8/Fe2+、H2O2/ Ti02/Fe2+或 H2〇2/Fe2+;
[0017] 步骤二、混合的重金属络合废液经过所述循环栗进入所述管式循环光催化氧化反 应器，实现氧化破络；
[0018] 步骤三、氧化破络后的废水通过所述陶瓷膜过滤后进入所述电解装置，进行金属 单质的回收和进一步的COD去除，其中分离出的金属单质附着在所述阴极板上，反应结束后 进行回收，所述电解装置内电解质为NaCl水溶液；
[0019] 步骤四、一个周期循环结束后，重金属络合废液再由所述循环栗进入所述管式循 环光催化氧化反应器进行进一步氧化破络，在所述循环栗的作用下多次循环直到废水达到 规定的排放标准，通过出水口排放。
[0020] 可选地，还包括对所述重金属络合废液进行预处理的步骤，使其pH值达到1-3.5后 通入所述电解装置。
[0021] 可选地，所述药剂为 H202/Na2S208/Fe 2+或 H202/Ti02/Fe2+，投药摩尔比为 H2O2: Na2S2O8 :Fe2+ = 20:5:2，H2O2: TiO2: Fe2+ = 20:5:2。
[0022]可选地，重金属络合废液在所述管式光催化氧化循环反应器中停留时间为1~2h， 在电解装置中停留的时间为2~4h。
[0023]可选地，所述紫外灯管提供的紫外光源为200-265nm。
[0024] 可选地，所述电解装置中电流密度为100~260A/m2。
[0025] 可选地，所述电解质NaCl的添加量为8~20g/L。
[0026] 本发明相对于现有技术取得了以下技术有益效果：
[0027] 1、本发明中的处理络合废水的装置及工艺，采用紫外灯照射提高了 H2O2的利用率， 降低成本；
[0028] 2、本发明在氧化破络和电解两个过程中都有利于羟基自由基和硫酸根自由基的 产生，使有机污染物氧化得更加彻底；
[0029] 3、本发明在在氧化破络和电解两个过程同时进行具有协同作用，能更好的降解废 水中的有机污染物，使出水水质能够达到排放标准；
[0030] 4、本发明既能够高效去除废水中重金属离子又能实现废水中的重金属离子的回 收利用，处理后水中金属离子的回收率可达到90 %以上；
[0031] 5、本发明能够根据废水水质来组合合适的高级氧化技术，并能通过调整废水在反 应器中的循环次数达到理想的出水水质；
[0032] 6、本发明运行简便，成本较低，处理效果稳定，可进行大规模处理回收。
【附图说明】
[0033] 为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所 需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施 例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图 获得其他的附图。
[0034] 图1为本发明实施例中一种高级氧化-电解耦合资源化处理络合废水的装置的结 构示意图；
[0035] 图2为本发明实施例中一种高级氧化-电解耦合资源化处理络废水的工艺流程图；
[0036] 图中：1-循环栗、2-管式光催化氧化循环反应器、3-过滤装置、4-电解装置、5-电 源、6-阴极板、7-阳极板、8-进水口、9-出水口、10-取水阀门、11 -紫外灯管。
【具体实施方式】
[0037] 下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完 整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于 本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他 实施例，都属于本发明保护的范围。
[0038] 本发明的目的是提供高级氧化-电解耦合资源化处理络合废水的装置及工艺。
[0039] 为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实 施方式对本发明作进一步详细的说明。
[0040] 本实施例提供一种高级氧化-电解耦合资源化处理络合废水的装置，如图1所示， 包括管式光催化氧化循环反应器2和电解装置4，电解装置4底端一侧设置有进水口 8，电解 装置4底端另一侧通过一循环栗1与光催化氧化循环反应器2的首端连通，光催化氧化循环 反应器2的末端通过一过滤装置3与电解装置上端4的一侧相连通，过滤装置3内部设置有陶 瓷膜，陶瓷膜对废液中的固体杂质进行过滤去除，电解装置4上端另一侧设置有出水口9,光 催化氧化循环反应器2的管道内部安装有紫外灯管11，紫外灯管11为光催化氧化反应提供 稳定的紫外光源，电解装置4外部连通有电源5。
[0041] 请参考图1，一种高级氧化-电解耦合资源化处理络合废水的装置的结构示意图；
[0042] 如图1所示，在上述结构设计的基础上，本实施例中的过滤装置3顶端设置有取水 阀门10;取水阀门10的设置以便可以随时监控废水水质，电解装置4内部交替安装有多个阴 极板6和阳极板7，阴极板6与阳极板7之间的距离为5~25cm;阴极板6材质可以选择铜板、不 锈钢板或钛片，阳极板7可以选择粗铜板、石墨阳极或铅锑合金板。
[0043]本实施例提供了一种高级氧化-电解耦合资源化处理络合废水的工艺方法，该方 法是在上述的高级氧化-电解耦合资源化处理络合废水装置的基础上做出的，如图1和图2 所示，其具体操作步骤包括：
[0044]第一步、对重金属络合废液进行预处理，使其pH值达到1-3.5后通入电解装置4;
[0045]第二步、将处理好的重金属络合废液由进水口 8通入电解装置4底部，在通入的同 时·投 jjP 药剂 进朽^昆合，药剂 选自 H2〇2、Ti02、Na2S2〇 8、H2〇2/Ti02、H2〇 2/Na2S2〇8、H2〇 2/Na2S2〇8/Fe2 +、H2〇2/Ti02/Fe2+或H 2〇2/Fe2+，当药剂为H2〇2/Na 2S2〇8/Fe2+或H2〇 2/Ti02/Fe2+时，投药摩尔比为 H2O2 ： Na2S2Os ： Fe2+ = 20 ： 5 ： 2, H2O2 ： TiO2 ： Fe2+ = 20 ： 5 ： 2 ；
[0046] 第三步、混合的重金属络合废液经过循环栗进入管式循环光催化氧化反应器，在 200-265nm的紫外光源的照射下，并且停留1-2h实现氧化破络，紫外光源的照射可以提高 H2〇2的利用率；
[0047] 第四步、催化氧化后的废水通过陶瓷膜过滤后进入电解装置4,进行金属单质的回 收和进一步的COD去除，电解装置中的电流密度为100~260A/m 2,并且在电解装置中停留2-4h，其中分离出的金属单质附着在阴极板6上，反应结束后进行回收，电解装置4内电解质为 NaCl水溶液，NaCl的添加量为8~20g/L;
[0048] 第五步、一个周期循环结束后，重金属络合废液再由循环栗1进入管式循环光催化 氧化反应器2进行进一步氧化破络，在循环栗1的作用下多次循环直到废水达到规定的排放 标准，通过出水口 9排放。
[0049] 本发明中对重金属络合废液的处理过程中的主要反应机理如下：
[0050] H2〇2+hv^2 · OH
[0051 ] · ΟΗ+Η2〇2-Η〇2-+H2O
[0052] H〇2-+H2O2^ · ΟΗ+Η2Ο+Ο2
[0053] 2Η〇2--Η202+02
[0054] 2 · OH^H2O2
[0055] Η〇2-+ · ΟΗ-Η20+〇2
[0056] S2O82'+ hv-^ 2S〇4_
[0057] SO4' + H2O2-OH fHSO4'
[0058] -OH + S2Ox2"-? HSCV+SO4-
[0059] 在上述的【具体实施方式】的基础上，本发明针对原棕化废液的【具体实施方式】如下：
[0060] 原棕化废液中主要物质硫酸(ρΗ<1)，苯并三氮唑（>10g/L)，铜离子（19g/L)，废 液外观为暗绿色并带有大量的褐色的污泥状沉淀，原始COD为32800mg/L。
[0061] 高级氧化-电解耦合资源化处理高浓度棕化废液并回收还原溶液中Cu2+的主要步 骤如下：
[0062]将收集的棕化废液进行预处理，为了避免废液中铜离子的损失和提高H2O2的降解 效率，使用NaOH将废液pH调节到2，得到暗绿色澄清废液。首先，向经过预处理的棕化废液中 加入50g/L的H2O 2，通入管式光催化氧化循环反应器2中，给予250nm的紫外光照，在反应经过 2h后再次加入过硫酸钠和H2O 2，重复以上步骤，总共添加三次H2O2，继续反应。在经过2h的反 应后会产生大量的黑色固体物质，过滤后继续反应，经过4h后将不再出现固体杂质，溶液颜 色由绿变蓝，随后将得到的清亮的蓝色溶液，此时废液的COD值已经从32880mg/L左右降低 到1700mg/L，去除率达到90%以上；电解装置4中以铜板作为阳极，纯铜板作为阴极，并加入 8g/L的NaCl作为电解质，给予恒定的电流密度;经过氧化破络后的废液在初步电解后，铜的 回收率达到了 93 %，最终出水也达到了纳管排放标准500mg/L。
[0063]本发明中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的 说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依
【主权项】
1. 一种高级氧化-电解耦合资源化处理络合废水的装置，其特征在于:包括管式光催化 氧化循环反应器和电解装置，所述电解装置底端一侧设置有进水口，所述电解装置底端另 一侧通过一循环栗与所述光催化氧化循环反应器的首端连通，所述光催化氧化循环反应器 的末端通过一过滤装置与所述电解装置上端的一侧相连通，所述过滤装置内部设置有陶瓷 膜，所述电解装置上端另一侧设置有出水口，所述光催化氧化循环反应器的管道内部安装 有紫外灯管，所述电解装置外部连通有电源。2. 根据权利要求1所述的一种高级氧化-电解耦合资源化处理络合废水的装置，其特征 在于:所述过滤装置顶端设置有取水阀门。3. 根据权利要求1所述的一种高级氧化-电解耦合资源化处理络合废水的装置，其特征 在于:所述电解装置内部交替安装有多个阴极板和阳极板，所述阴极板与所述阳极板之间 的距离为5~25cm;所述阴极板材质选自铜板、不锈钢板或钛片，所述阳极板选自铜板、石墨 阳极或铅锑合金板。4. 一种高级氧化-电解耦合资源化处理络合废水工艺，其特征在于： 使用如权利要求1至4任一项所述的高级氧化-电解耦合资源化处理络合重金属废水的 装置进行络合重金属废水处理，其具体操作步骤包括： 步骤一、将重金属络合废液由所述进水口通入所述电解装置底部，在通入的同时投加 药齐? 进朽^昆合，所述药齐? 选自 H202、Ti02、Na2S20 8、H202/Ti02、H20 2/Na2S208、H20 2/Na2S208/Fe2' H2〇2/Ti〇2/Fe2+或 H2〇2/Fe2+; 步骤二、混合的重金属络合废液经过所述循环栗进入所述管式循环光催化氧化反应 器，实现氧化破络； 步骤三、氧化破络后的废水通过所述陶瓷膜过滤后进入所述电解装置，进行金属单质 的回收和进一步的COD去除，其中分离出的金属单质附着在所述阴极板上，反应结束后进行 回收，所述电解装置内电解质为NaCl水溶液； 步骤四、一个周期循环结束后，重金属络合废液再由所述循环栗进入所述管式循环光 催化氧化反应器进行进一步氧化破络，在所述循环栗的作用下多次循环直到废水达到规定 的排放标准，通过所述出水口排放。5. 根据权利要求4所述的一种高级氧化-电解耦合资源化处理络合废水工艺，其特征在 于:还包括对所述重金属络合废液进行预处理的步骤，使其pH值达到1-3.5后通入所述电解 装置。6. 根据权利要求4所述的一种高级氧化-电解耦合资源化处理络合废水工艺，其特征在 于：所述药齐丨」为 H2〇2/Na2S2〇8/Fe2+或 H2〇2/Ti02/Fe2+，投药摩尔比为 H2〇2: Na2S2〇8: Fe2+ = 20:5: 2，H2〇2:Ti〇2:Fe2+ = 20:5:2。7. 根据权利要求4所述的一种高级氧化-电解耦合资源化处理络合废水工艺，其特征在 于:重金属络合废液在所述管式光催化氧化循环反应器中停留时间为l_2h，在电解装置中 停留的时间为2_4h。8. 根据权利要求4所述的一种高级氧化-电解耦合资源化处理络合废水工艺，其特征在 于:所述紫外灯管提供的紫外光源为200_265nm。9. 根据权利要求4所述的一种高级氧化-电解耦合资源化处理络合废水工艺，其特征在 于:所述电解装置中电流密度为100~260A/m 2。
【文档编号】C02F101/20GK106007130SQ201610647550
【公开日】2016年10月12日
【申请日】2016年8月9日
【发明人】罗旭彪, 闵孝烨, 罗胜联, 邹建平, 涂新满, 代威力
【申请人】南昌航空大学