专利名称：有机颜料生产废水的预处理方法
技术领域：
本发明涉及有机化工、印染等高浓度有机废水处理技术领域，具体涉及一种有机颜料生产废水的预处理方法。
背景技术：
随着工业发展，废水中难降解有机化合物与日俱增，危害环境安全和人类健康。有机颜料如苯并咪唑啉的生产过程中，在各种产品和中间体的结晶、物料的流失及地面的冲刷等过程中均会产生大量的生产废水。通常含有难降解的毒性有机物，包括有机溶剂DMF、 苯、AABI、ASBI、苯胺等，具有高COD、高色度、高含盐量等特点，而且废水间歇排放、水质随时间变化较大，属于有机物难降解工业废水。目前，国内外处理这类废水的主要方法包括活性炭吸附、生物降解、离子交换、溶剂萃取、膜分离、化学氧化、电渗析、絮凝法等。但出水水质均难以满足回收再利用的要求。 电化学方法是目前有机颜料废水处理中的研究热点，具有非常广阔的应用前景，在有机废水处理技术中的地位日益重要电化学技术处理有机废水具有降解能力强、脱色效率高等优点，与其它技术相结合，将会更加经济、高效地处理有机印染废水。电化学水处理技术电化学法在多种污染物处理技术中显示了与众不同的特点，被称为“环境友好”技术，在绿色工艺方面极具潜力。但是电化学法存在能耗大、电流效率低、成本高及易发生析氧、析氢等副反应的特点，因此，为了使电化学水处理技术得到广泛应用并获得更好的发展，还需在电极材料的开发、反应器的研制及对传统电化学工艺改进方面进行研究。
发明内容
本发明的目的在于提供一种操作简便、运行成本低的有机颜料废水预处理方法， 以降低相关企业污水处理成本，提高企业效益。本发明人发现，有机颜料如苯并咪唑啉的生产废水具有高COD、高色度、高含盐的特点，采用通常的电解装置进行处理效果并不理想，如果在电解前将有机颜料生产废水PH 调节到合适范围内，并将有机颜料生产废水加热到合适的温度范围内，并合理选择电极材料和电解条件，则有利于进行电解，大幅改善电解后废水的水质，其COD值、色度值和含盐量显著降低，由此完成本发明。因此，本发明的目的在于提供对机颜料废水进行预处理的方法，该方法通过以下电解装置实现所述电解装置包括电解区和加热区，所述电解区包括稳压/稳流电源、电解槽和第一磁力搅拌器，电解槽置于磁力搅拌器之上，电解槽中垂直放置分别与电源正极和负极连接的阳极和阴极；所述加热区包括第二磁力搅拌器、继电器、加热器、节点温度计和潜水泵，加热器和节点温度计分别与继电器连接，且加热器和节点温度计与潜水泵都置于第二磁力搅拌器之上的容器内，继电器设于所述容器外部；其中，潜水泵通过管线与电解槽下部入口连接，电解槽上部出口经管线与加热区的容器连接。采用该电解装置对有机颜料生产废水进行预处理的方法包括以下步骤(1)对电极进行前处理将电极在丙酮中浸泡，然后在盐酸中浸泡，取出后用水冲洗，然后将与稳压/稳流电源连接的电极安装于电解槽内，并将电解槽置于磁力搅拌器上；(2)在电解槽中加入填料，所述填料为铁屑与火星碳的混合物，铁屑与火星碳的质量比为10-20 1，填料粒径10-50目；(3)在加热区通过继电器、加热器和节点温度计对有机颜料生产废水的温度进行控制和调节，使其达到30至75V的温度范围内，，并通过潜水泵将达到温度要求的有机颜料废水经由电解槽下部的入口泵送到电解槽中；(4)该废水在电解槽中持续搅拌，并加入稀H2SO4溶液或NaOH溶液调节废水初始 PH值至6-9，然后调节电解槽的运行参数，电流密度为10-25mA/cm2，极间距为8_20mm，第一磁力搅拌器的搅拌速率为200-500r/min，在此条件下，废水在电解槽中停留5-60min，然后将处理过的废水经由电解槽上部的出口排出。采用本发明的有机颜料生产废水预处理方法，处理效果稳定可靠，操作简便易行， 运行成本较低，适合于有机化工企业、印染或其它类似企业排放的有机废水的预处理。
图1 本发明用于有机颜料生产废水预处理的电解装置结构示意图，其中附图标记如下1-稳压/稳流电源；2-电解槽；3-第一磁力搅拌器；4-继电器；5-加热器；6-节点温度计
7-潜水泵；8-第二磁力搅拌器。
具体实施例方式以下参照附图，结合具体实施方式
对本本发明进行详细描述。参照图1，根据本发明提供的电解装置包括电解区和加热区，电解区的稳压/稳流电源1可以是常用的稳压/稳流电源，如输出电压为0-30v，输出电流为0-3A的稳压/稳流电源。稳压/稳流电源1的正极和负极分别与阳极和阴极连接，阴极采用铁板电极，阳极采用铝板电极。电解前需对电极进行前处理。具体做法是，将电极放在丙酮中浸泡，然后在盐酸中浸泡，取出后用水冲洗。在加入废水前，任选可以向电解槽内加入填料，所述填料为铁屑与活性炭混合物， 铁屑与活性炭的质量比优选为10-20 1，更优选为12-18 1，进一步优选为14-16 1， 填料粒径为10-50目，优选为20-40目。
4
本发明人经研究发现，当加入由铁屑和活性炭组成的填料时，电解效率得到改善， 这可能由于下述原因铁和碳都是容易荷载电解时产生的正负电荷，从而起到电解质的作用，同时能一定程度上吸附电解过程中析出的氢和氧，因此可以提高电流效率并降低能耗。 不过上述机理仅是推测性的，本发明不受此限制。本发明人经研究发现，当铁屑与活性炭的质量比低于10 1时，由于填料电荷传递速度不足，导致电解效率低，当铁屑与活性炭的质量比高于20 1时，电解效率无明显改
業
口 ο在本发明的方法中，当填料粒径小于10目时，填料易于随着处理的废水流动而流失；反之，当填料粒径大于50目时，填料的比表面积下降，导致电解效率降低。本发明电解装置的电解槽2置于第一磁力搅拌器3之上，磁力搅拌器3用于搅拌电解槽2中的待电解废水。电解槽2的运行参数为电流密度10-25mA/cm2、阴极和阳极之间的极间距8-20mm、第一磁力搅拌器3的搅拌速率200-500r/min，废水在电解槽2中停留时间5-60min(即电解时间为5_60min)。本发明经过研究发现，当用于电解废水的电流密度为10-25mA/cm2、阴极和阳极之间的极间距8-20mm、第一磁力搅拌器3的搅拌速率为200-500r/min时，废水(尤其是苯并咪唑啉系列有机颜料生产废水)的电解效率高，当电解时间(即废水在电解槽2中的停留时间)在5-60min中时，废水能得到充分电解。在本发明方法的一个优选实施方案中，电流密度12. 5-25mA/cm2、极间距8_12mm、 第一磁力搅拌器的搅拌速率300-500r/min，废水在电解槽中停留时间为10-40min，优选 20-30min。将废水引入电解槽后，向持续搅拌的废水中加入稀溶液或NaOH溶液调节废水初始PH值至6-9，然后按上述要求调整电解槽2的运行参数，即电流密度、极间距、搅拌速率，电解时间(即废水在电解槽中的停留时间)。本发明人经研究发现，当将待电解废水(尤其是苯并咪唑啉系列有机颜料生产废水)的PH值调节至6-9时，废水能被有效电解。当pH值高于9时或低于6时，电解后废水的COD去除率以及色度去除率均降低。本发明的加热区包括第二磁力搅拌器8、继电器4、加热器5、节点温度计6和潜水泵7。加热器5和节点温度计6分别与继电器4连接。加热器5、节点温度计6和继电器4 均设置于第二磁力搅拌器8之上的容器中。继电器4设置于该容器外部。通过继电器4、 加热器5和节点温度计6能够实现对废水温度的控制和调节，可以将废水温度控制在30 至75°C的范围，优选温度范围为35至60°C，更优选35至55°C。节点温度计6用于测量废水温度，当节点温度计6显示温度低于上述温度范围下限时，通过继电器4控制加热器5运行，将温度升高；达到预期温度后，加热器5停止加热，温度保持不变或略有下降。本发明人经研究发现，当将废水的温度控制为30至75°C时，废水能被有效电解。 如果废水温度高于75°C，则由于温度过高导致其它污染物出现，如果温度低于30°C，则电解不能充分进行。加热区的潜水泵7通过管线与电解区的电解槽2下部的入口 9连接，并将达到温度要求的有机颜料废水经由入口泵送到电解槽2中。该废水在电解槽中，在电流密度 10-25mA/cm2、极间距8_20mm、搅拌速率200_500r/min条件下停留5_60min(即电解时间为5-60min)，优选10-40min，更优选20-30min。可根据需要自行调节电解槽2中的极间距。通过电解，有机颜料生产废水COD去除率可达到35-67%，废水可生化性(BOD/ D0D)可提高至0.4，有机废水中色度去除率为85%以上，处理过的废水通过电解槽2上部出口排出。采用本发明的电解装置可以对有机颜料生产废水进行预处理，包括以下步骤(1)对电极进行前处理将电极在丙酮中浸泡，然后在盐酸中浸泡，取出后用水冲洗，然后将与稳压/稳流电源1连接的电极安装于电解槽2内，并将电解槽2置于第一磁力搅拌器3上；(2)在电解槽2中加入填料，所述填料为铁屑和活性炭的混合物，铁与碳的质量比为10-20 1，优选12-18 1，更优选14-16 1，填料粒径10-50目，优选20-40目；(3)在加热区通过继电器4、加热器5和节点温度计6对有机颜料生产废水的温度进行控制和调节，使其达到30至75°C，优选30至75°C，优选36至60°C，更优选35至55°C 的温度范围，并通过潜水泵7将达到温度要求的有机颜料废水经由电解槽2下部的入口 9 泵送到电解槽2中；(4)该废水在电解槽中持续搅拌，并加入稀H2SO4溶液或NaOH溶液调节废水初始 PH值至6-9，然后在电流密度10-25mA/cm2、极间距根据需要自行调节到8_20mm、搅拌速率 200-500r/min的条件下停留5_60min，优选10_40min，更优选20_30min，然后将处理过的废水经由电解槽2上部的出口排出。电解后的废水可以排入到加热区的容器中，与新加入的废水一起加热、再次电解， 也可以用于加热新加入的废水，使其升温。如果电解后的废水与新加入的废水一起加热、再次电解，则将电解后的废水与新鲜废水注入同一区域；如果电解后的废水用于加热新鲜废水，则电解后的废水与新鲜废水注入不同区域，其间需用隔板隔开，使两者进行热交换。本发明进行电解的废水优选为苯并咪唑啉系列有机颜料生产废水，出水pH为 5-7，COD 为 5000-10000mg/L，BOD 为 400_1000mg/L，色度为 2500-3500 倍。在一种优选的实施方式中，在步骤C3)中，通过继电器(4)、加热器( 和节点温度计(6)将废水温度控制在36至60°C，优选35至55的温度范围内。在一种优选的实施方式中，在步骤⑷中，电解槽的运行参数为电流密度 12. 5-25mA/cm2、极间距8_12mm、第一磁力搅拌器的搅拌速率300-500r/min，废水在电解槽中停留时间为10-40min，优选20_30min。在一种优选的实施方式中，在步骤中，将废水引入电解槽后，向持续搅拌的废水中加入稀溶液或NaOH溶液调节废水初始PH值至7-9。在一种优选的实施方式中，在步骤中，处理该废水的最佳电流密度为12. 5mA/
2
cm ο通过本发明的电解方法处理，有机颜料生产废水COD去除率可达到35-67%，废水可生化性(B0D/D0D)可提高至0.4，并且高浓度有机废水中色度去除率可达到85%以上。对比现有常用的净化处理方法，本发明方法不但发挥了电化学法通常的优势，而且还具有自身独特的优点，综合表现为(1)可通过电化学氧化还原使毒物降解、转化，具有广泛的选择性，在污水、废气、 有毒废物处理等多方面均可发挥作用。
(2)易于实现自动化。电化学过程中的主要运行参数是电流和电位，容易测定和控制，因此整个过程的可控程度乃至自动控制水平都较高。(3)环境友好。电子是电化学反应的主要反应物，且电子转移只在电极及废物组分之间进行，不需另外添加氧化还原试剂，避免了由另外添加氧化还原试剂而引起的二次污染问题。(4)操作简便、灵活。通过控制电位或电流，可使反应具有高度选择性，防止有可能发生的副反应。同时，既可作为单独处理，又可以与其它处理方法相结合。例如作为前处理， 可以将难降解有机物或生物毒性污染物转化为可生物降解物质，从而提高废水的可生物降解性。(5)能耗与运行费用低。电化学系统设备相对简单，设计合理的系统能量效率较高；同时，系统的操作与维护费用也较低。由于颜料生产过程中采用盐析的方法进行提纯，导致颜料生产废水的含盐量一般均较高，具有较高的电导率。因此比较适合采用电化学处理方法。本发明方法采用电化学法来治理废水，实质是间接或直接利用电解作用，把染料废水中的有毒物质转化为无毒物质。本发明选择电化学方法处理高浓度有机废水具有高废水可生化性，操作简便等特点，可达到去除COD、色度，减轻后续处理负担的目的。综合而言，本发明所述方法的处理效果稳定可靠，操作简便易行，运行成本较低，适合于有机化工企业、印染或其它类似企业排放的有机废水的预处理。实施例下面结合附图对本发明的电解装置进行详细描述，并结合实施例说明该装置对有机颜料生产废水进行电解的过程。图1中，用于有机颜料生产废水预处理的电解装置包括电解区和加热区，电解区包括稳压/稳流电源1、电解槽2和第一磁力搅拌器3，电解槽2中放置分别与电源正极和负极连接的阳极和阴极；加热区包括第二磁力搅拌器8、继电器4、加热器5、节点温度计6 和潜水泵7，加热器5和节点温度计6分别与继电器4连接。潜水泵7通过管线与电解槽2 下部入口 9连接，废水预处理后由电解槽上部出口 10排出。以下实施例中COD是采用仪器法进行测量，采用的仪器为哈纳H199721 ；BOD也是采用仪器法进行测量，采用的仪器为哈纳HA1997 ；色度是采用稀释倍数法进行测量。COD去除率=(电解前废水的COD值-电解后废水的COD值)/电解前废水的COD 值 X 100%色度去除率=(电解前废水的色度值-电解后废水的色度值)/电解前废水的色度值X 100%实施例1 将电极在丙酮中浸泡后洗去油脂，然后在盐酸中浸泡IOmin后取出，用水冲洗干净后安装于废水处理装置，在电解槽中加入填料50g，其为铁屑与活性炭以为10 1组成的混合物，填料粒径为50目；将废水在加热区加热至50°C后，由潜水泵泵送到电解槽中，然后加入稀H2SO4溶液或NaOH溶液，调节废水初始pH值至7 ；在电流密度12. 5mA/cm2条件下进行电解，搅拌速度300r/min、极间距8mm，电解废水20min。经电解预处理的废水COD去除率达到50%，色度去除率为85%，经由电解槽上部的出口排出。实施例2 将电极在丙酮中浸泡后洗去油脂，然后在盐酸中浸泡5min后取出，用水冲洗干净后安装于废水处理装置，在电解槽中加入填料35g，其为铁屑与活性炭以为15 1组成的混合物，填料粒径为30目；将废水在加热区加热至60°C后，由潜水泵泵送到电解槽中，然后加入稀H2SO4溶液或NaOH溶液，调节废水初始pH值至8 ；在电流密度20mA/cm2条件下进行电解，搅拌速度400r/min、极间距IOmm条件下电解废水30min。经电解预处理的废水COD去除率达到60%，色度去除率为88%，经由电解槽上部的出口排出。实施例3 将电极在丙酮中浸泡后洗去油脂，然后在盐酸中浸泡15min后取出，用水冲洗干净后安装于废水处理装置，在电解槽中加入填料75g，其为铁屑与活性炭以为20 1组成的混合物，填料粒径为10目；将废水在加热区加热至40°C后，由潜水泵泵送到电解槽中，然后加入稀溶液或NaOH溶液，调节废水初始pH值至9 ；在电流密度25mA/cm2条件下进行电解，搅拌速度500r/min、极间距12mm条件下电解废水45min。经电解预处理的废水COD去除率达到55%，色度去除率为86%，经由电解槽上部的出口排出。利用本发明的电解装置，通过本发明提供的方法对废水进行电解，有机颜料生产废水中COD去除率为35% -67%，色度去除率一般超过85%，可生化性明显提高。
权利要求
1.一种对有机颜料生产废水进行预处理的方法，该方法通过使用以下电解装置实现所述电解装置包括电解区和加热区，所述电解区包括稳压/稳流电源、电解槽和第一磁力搅拌器，电解槽置于第一磁力搅拌器之上，电解槽中垂直放置分别与电源正极和负极连接的阳极和阴极；所述加热区包括第二磁力搅拌器、继电器、加热器、节点温度计和潜水泵，加热器和节点温度计分别与继电器连接，加热器和节点温度计分别与潜水泵都置于第二磁力搅拌器上的容器内，继电器设置于所述容器的外部；其中，潜水泵通过管线与电解槽下部入口连接，电解槽上部出口经管线与加热区的容器连接；所述方法包括以下步骤(1)对电极进行前处理将电极在丙酮中浸泡，然后在盐酸中浸泡，取出后用水冲洗， 然后将与稳压/稳流电源连接的电极安装于电解槽内，并将电解槽置于第一磁力搅拌器之上；(2)在电解槽中加入填料，所述填料为铁屑与活性炭的混合物，铁屑与活性炭的质量比为10-20 1，填料粒径10-50目；(3)在加热区通过继电器、加热器和节点温度计对有机颜料生产废水的温度进行控制和调节，使其达到30至75°C的温度范围内，，并通过潜水泵将达到温度要求的有机颜料废水经由电解槽下部的入口泵送到电解槽中；(4)该废水在电解槽中持续搅拌，并加入稀溶液或NaOH溶液调节废水初始pH值至6-9，然后调节电解槽的运行参数，电流密度为10-25mA/cm2，极间距为8-20mm，第一磁力搅拌器的搅拌速率为200-500r/min，在此条件下，废水在电解槽中停留5-60min，然后将处理过的废水经由电解槽上部的出口排出。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述阴极为铁板电极，阳极为铝板电极。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述废水为苯并咪唑啉系列有机颜料生产废水，出水 PH 为 5-7，COD 为 5000-10000mg/L，BOD 为 400_1000mg/L，色度为 2500-3500 倍。
4.根据权利要求1至3之一所述的方法，其特征在于，在步骤O)中，所述填料为铁屑和活性炭的混合物，铁屑与活性炭的质量比为12-18 1，优选14-16 1，填料粒径为 20-40 目。
5.根据权利要求1至4之一所述的方法，其特征在于，在步骤中，电解槽的运行参数为电流密度12. 5-25mA/cm2、极间距8_12mm、第一磁力搅拌器的搅拌速率300-500r/ min，废水在电解槽中停留时间为10-40min，优选20_30min。
6.根据权利要求1至5之一所述的方法，其特征在于，在步骤中，电流密度为 12. 5mA/cm2。
7.根据权利要求1至6之一所述的方法，其特征在于，在步骤(4)中，将废水引入电解槽后，向持续搅拌的废水中加入稀溶液或NaOH溶液调节废水初始pH值至7_9。
8.根据权利要求1至7之一所述的方法，其特征在于，在步骤(3)中，通过继电器0)、 加热器(5)和节点温度计(6)将废水温度控制在36至60°C，优选35至55的温度范围内。
全文摘要
本发明涉及一种对有机颜料生产废水进行预处理的方法，包括(1)对电极进行前处理；(2)在电解槽中加入填料，所述填料为铁屑与活性炭的混合物；(3)在加热区通过继电器、加热器和节点温度计对有机颜料生产废水的温度进行控制和调节，并通过潜水泵将达到温度要求的有机颜料废水经由电解槽下部的入口泵送到电解槽中；(4)该废水在电解槽中持续搅拌，并加入稀H2SO4溶液或NaOH溶液调节废水初始pH值至6-9，然后在电流密度10-25mA/cm2、极间距根据需要自行调节到8-20mm、搅拌速率200-500r/min的条件下停留5-60min，然后将处理过的废水经由电解槽上部的出口排出。本发明方法处理效果稳定可靠，操作简便易行，运行成本较低。
文档编号C02F1/461GK102249379SQ201110190530
公开日2011年11月23日 申请日期2011年7月8日 优先权日2011年7月8日
发明者于兴春, 崔丽, 梁吉艳, 梁铁夫, 王贤丰 申请人:鞍山七彩化学股份有限公司