技术领域
本发明属于污水处理技术领域，涉及一种废水处理装置及方法，尤其涉及
一种利用多元煤铁碳处理重金属废水的装置及方法。
背景技术：
传统重金属废水均采用混凝沉淀，再进行生化处理，由于重金属废水中含
有络合物，导致废水中的重金属难以沉淀完全，重金属超标容易引起微生物中
毒现象，从而导致生化系统难以正常运行。
现阶段出现了处理重金属废水的各种方法，取得了一定的成效，但未能彻
底解决问题，例如CN104773888A公开了采用铁碳和fenton反应处理废水，再
进行生化处理，由于微电解后再fenton反应，双氧水的投加量难以控制，同时
在不需要fenton时，也继续投加，浪费药剂，导致生化难以培养；CN
102190389A采用射流器使反应更加均匀，但无法解决投加等问题，导致后期污
泥容易上浮、泡沫多等问题。CN104229947A公开了一种采用多元煤铁碳的废
水处理装置和方法，装置包括：底座；反应器，设在所述底座上，包括多级依
次连通的反应室，所述反应室内填充有多元煤铁碳填料，且沿着有机废水的流
向，所述反应室内的多元煤铁碳填料的平均颗粒大小依次减小；进水管，穿入
所述底座内，所述进水管设有多个与所述反应室连通的进水孔；以及出水管，
设在所述反应器的上方且与最后一级的所述反应室连通。但是存在多元煤铁碳
的失效等问题。另外，现有技术中使用铁碳处理重金属废水还存在铁碳易板
结，处理效果差等问题。
针对以上问题，还需要进一步的研究更好的处理废水的方法。
技术实现要素：
针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种多元煤铁碳处理废
水的装置及方法，所述装置及方法采用多元煤铁碳和强氧化反应系统组合，保
证了废水中络合物的处理效果，并有效的降解了废水中难以降解的有机螯合
物；能够防止多元煤铁碳板结和后续浮泥上浮，还能避免废水中的氧化剂使生
化系统中的活性污泥失去活性。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
本发明的目的之一在于提供一种废水处理装置，所述装置包括依次相连的
第一pH调节单元、用于多元煤铁碳反应的多元煤反应单元、第二pH调节单元
和后处理单元，多元煤反应单元和第二pH调节单元中独立地设置有ORP(氧化
还原电位)仪表，多元煤反应单元与第一加药装置相连。
所述OPR仪表和第一加药装置与PLC(可编程逻辑控制器)控制系统相连，
用于自动控制多元煤反应单元、第二pH调节单元以及第一加药装置的加药
量。
所述装置可用于处理多种废水，尤其适用于处理重金属络合态的废水和/或
高浓度有机废水。
所述第一pH调节单元用于调节废水的pH为2.7～3.3，所述第二pH调节单
元用于调节废水的pH为碱性8.4～9.3，所述第一加药装置用于向多元煤反应单
元中投加双氧水和亚铁盐，所述多元煤反应单元中放置有多元煤铁碳，多元煤
铁碳、双氧水和亚铁盐与废水反应，将废水中的重金属离子和难降解有机物进
行氧化或络合；所述后处理单元用于处理从第二pH调节单元流出的废水，使
废水中的重金属络合物沉淀出来，从而能够直接进行生化处理。多元煤反应单
元和第二pH调节单元中的ORP仪表用于保证多元煤反应单元中的废水的氧化
还原电位为340～400mV，第二pH调节单元中的氧化还原电位为100～200mV。
本发明提供的废水处理装置将双氧水和亚铁盐投加在多元煤反应池中，避
免了传统的两个反应池，减少了一次性投资；通过仪表控制投加亚铁盐和双氧
水，有效的防止了双氧水投加过量的现象并实现了自动化，处理后的废水能够
稳定达到电镀废水排放标准(GB21900-2008)表2标准。
作为优选的技术方案，所述第一pH调节单元、多元煤反应单元、第二pH
调节单元和后处理单元分别设置有进水口和出水口，所述进水口和出水口的设
置位置不在同一水平线上，且第一pH调节单元的出水口、多元煤反应单元的
进水口、第二pH调节单元的出水口以及后处理单元的进水口均设置在相应处
理单元的下侧或上侧。
优选地，所述后处理单元为混凝沉淀池和絮凝沉淀池，所述混凝沉淀池与
第二pH调节单元相连。
优选地，所述混凝沉淀池和絮凝沉淀池分别与第三加药装置和第四加药装
置相连，所述第三加药装置用于向混凝沉淀池中投加混凝剂，如PAV(聚合氯
化铝)；所述第四加药装置用于向絮凝沉淀池中投加絮凝剂，如PAM(聚丙烯
酰胺)。
所述第三加药装置和第四加药装置与PLC控制系统相连，用于自动控制混
凝剂和絮凝剂的加药量。
优选地，所述絮凝沉淀池与生化处理单元相连，从絮凝沉淀池中流出的废
水能够直接进行生化处理。
所述多元煤反应单元为多元煤反应池，所述多元煤反应池中设置有支撑多
元煤铁碳的多孔支撑板，多孔支撑板的孔径小于多元煤铁碳的粒径。所述多元
煤铁碳为废铁屑和活性炭的混合物，废铁屑和活性炭的质量比根据废水的性质
通过小试得到。
优选地，所述多孔支撑板距池底25～35cm，如26cm、28cm、30cm、32cm
或34cm等。
优选地，所述多孔支撑板下部设置有曝气管和反冲洗装置，以促进多元煤
反应单元中的反应。
所述第一加药装置与多元煤反应单元之间设置有气动阀开关，采用高位投
药和气动阀控制加药，避免了加药泵的频繁启动和关闭，保证了设备室使用寿
命。
优选地，所述第一pH调节单元包括相互连接的第一pH调节池和第一pH
测试仪，所述第一pH测试仪用于自动控制第一pH调节池中废水的pH。
优选地，所述第二pH调节单元包括第二pH调节池、ORP仪表、第二pH
测试仪和第二加药装置，第二pH调节池中设置有ORP仪表，第二pH值调节池
与第二pH测试仪和第二加药装置相连。所述第二pH测试仪用于自动控制第二
pH调节池中废水的pH，所述第二加药装置用于向第二pH调节池中投加还原
剂，并与ORP仪表共同控制第二pH调节池中废水的氧化还原电位为
100～200mV。所述第二加药装置与PLC控制系统相连，用于控制其加药量。
本发明提供的废水处理装置在第二pH调节池中采用双探头(pH计及ORP
计能够有效的控制pH和ORP)达到最佳沉淀pH值和最佳氧化还原电位，避免
了氧化剂毒害后续生化处理系统中的微生物。所述加药装置和OPR仪表均与
PLC控制系统相连，能够自动控制各个处理单元的参数。
本发明的目的之二在于提供一种利用如上所述的装置处理废水的方法，所
述方法包括如下步骤：
(1)调节废水的pH值为酸性，得到酸性废水；
(2)向酸性废水中加入多元煤铁碳、双氧水和亚铁盐，所述多元煤铁碳为
废铁屑和活性炭的混合物，废铁屑和活性炭的质量比根据废水的性质通过小试
得到，控制废水的氧化还原电位为340～400mV，反应后，得到混合液；
(3)调节混合液的pH至碱性，并控制混合液的氧化还原电位为
100～200mV，得到碱性废水；
(4)将碱性废水进行后处理，得到可生化处理废水。
本发明提供的废水处理方法采用铁碳微电解反应体系中加入亚铁和双氧
水，并控制废水的pH和氧化还原电位，保证了后期处理的正常运行。
所述的处理方法采用多元煤铁碳和强氧化反应系统(芬顿反应)组合，保
证了络合物的处理效果，并有效的降解了重金属废水中难以降解的有机螯合
物，使得处理后的废水能够直接进行生化处理。
步骤(1)所述废水为重金属络合态的废水和/或高浓度有机废水。
优选地，步骤(1)使用强酸溶液调节废水的pH，如硫酸和/或盐酸等。
优选地，步骤(1)调节废水的pH为2.7～3.3，如2.8～3.0、2.9～3.1、3.1～3.2
或3.0～3.3等。
优选地，步骤(1)所述废水的pH值通过pH测试仪测量得到。
步骤(2)所述亚铁盐的投加量为500～700mg/L，如510～530mg/L、
540～580mg/L、600～620mg/L、630～660mg/L或670～690mg/L等。所述亚铁盐可
为硫酸亚铁等。
优选地，步骤(2)所述反应的时间根据处理的废水不同而不同。
优选地，步骤(2)采用ORP仪表测量混合液的氧化还原电位。
优选地，步骤(2)所述多元煤铁碳与酸性废水的质量比为1:1.5-2.0，如
1:1.6、1:1.7、1:1.8、1:1.9。
优选地，步骤(2)所述酸性废水的停留时间为30-60min，如40min、
45min、50min、55min。
步骤(3)调节混合液的pH为8.4～9.3，如8.6、8.7、8.8、8.9、9.1或9.2
等。
优选地，步骤(3)使用强碱调节混合液的pH，如使用氢氧化钠和/或氢氧
化钾。
优选地，步骤(3)所述混合液的pH值通过pH测试仪测量得到。
优选地，步骤(3)还加入还原剂控制氧化还原电位为100～200mV，所述还
原剂能够将废水中的强氧化性物质还原，不至于流入生化处理系统，所述还原
剂可为亚硫酸氢钠。
优选地，步骤(3)采用ORP仪表测量混合液的氧化还原电位。
步骤(4)所述后处理为：将碱性废水依次进行混凝沉淀处理和絮凝沉淀处
理。所述混凝沉淀处理和絮凝沉淀处理能够将废水中产生的重金属络合物以及
有机螯合物沉淀下来，从而保证处理后废水稳定达到电镀废水排放标准
(GB21900-2008)表2标准。
优选地，所述混凝沉淀处理为使用PAC处理碱性废水。
优选地，所述PAC的投加量为220～250mg/L，如220～230mg/L、
235～245mg/L或240～248mg/L。
优选地，所述絮凝沉淀处理为使用PAM处理废水。
优选地，所述PAM的使用量为4～6mg/L，如5mg/L等。
作为优选的技术方案，所述处理废水的方法包括如下步骤：
(1)调节废水的pH值为2.7～3.3，得到酸性废水；
(2)向酸性废水中加入多元煤铁碳、双氧水和亚铁盐，并使用ORP仪表
控制废水的氧化还原电位为340～400mV，亚铁盐的投加量为500～700mg/L，反
应后，得到混合液；
(3)调节混合液的pH至8.4～9.3，并使用亚硫酸氢钠和ORP仪表控制混
合液的氧化还原电位为100～200mV，得到碱性废水；
(4)将碱性废水依次进行混凝沉淀处理和絮凝沉淀处理，得到可生化处理
废水，其中，混凝沉淀处理使用的混凝剂为PAC，其使用量为220～250mg/L，
絮凝沉淀处理使用的絮凝剂为PAM，其投加量为4～6mg/L。
不管是铁碳微电解还是fenton反应(芬顿反应)或是两者的组合均存在反应
不彻底，投加过量和板结等问题，而采用本发明提供的方法彻底解决了多元煤
失效的问题和双氧水投加过量的问题；调节废水的pH至碱性，进一步保证了
整个工艺的严谨性和可操作性；保障了后续生化系统的正常运行。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
(1)本发明提供的废水处理装置及方法通过仪表控制投加亚铁和双氧水
(仪表监测数据到PLC控制系统，PLC控制系统根据信号数据，执行命令)，
有效的防止了双氧水投加过量的现象并实现了自动化，处理后的废水能够稳定
达到电镀废水排放标准(GB21900-2008)表2标准；
(2)本发明提供的废水处理装置在pH调节池中采用双探头(pH计及ORP
计能够有效的控制pH和ORP)达到最佳沉淀pH值和最佳氧化还原电位，避免
了氧化剂毒害后续生化处理系统中的微生物；
(3)本发明提供的废水处理装置采用高位投药和气动阀控制加药，避免了
加药泵的频繁启动和关闭，保证了设备室使用寿命；
(4)本发明提供的废水处理装置将双氧水和亚铁盐投加在多元煤反应池
中，避免了传统的两个反应池，减少了一次性投资；
(5)本发明提供的废水处理方法采用多元煤铁碳和强氧化反应系统组合，
保证了络合物的处理效果，并有效的降解了重金属废水中难以降解的有机螯合
物。
附图说明
图1是本发明具体实施方式1提供的站台门控系统的结构示意图。
其中，1，废水调节池；2，第一pH调节池；3，多元煤反应池；4，第二
pH调节池；5，混凝沉淀池；6，絮凝沉淀池；7，沉淀池；8，强酸加药装置；
9，双氧水加药装置；10，亚铁盐加药装置；11，强碱加药装置；12，还原剂
加药装置；13，PAC加药装置；14，PAM加药装置；15，泵；16，泵；17，手
动阀门；18，pH测试仪；19，ORP计；20，pH测试仪；21，ORP计；22，气
动阀门开关。
具体实施方式
下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。
实施例1
一种多元煤铁碳处理废水的装置，如图1所示。所述装置包括依次相连的
第一pH调节单元、用于多元煤铁碳反应的多元煤反应单元3、第二pH调节单
元、混凝沉淀池5、絮凝沉淀池6和沉淀池7，多元煤反应单元3与第一加药装
置相连，第一加药装置与多元煤反应单元3之间设置有气动阀开关22。
所述第一pH调节单元包括第一pH调节池2和与其相连的pH测试仪。
所述第二pH调节单元包括第二pH调节池4、ORP仪表、pH测试仪和第二
加药装置，第二pH调节池4中设置有ORP仪表，第二pH值调节池与pH测试
仪和第二加药装置相连。
所述多元煤反应单元3为多元煤反应池，多元煤反应池中设置有支撑多元
煤铁碳的多孔支撑板，多孔支撑板的孔径小于多元煤铁碳的粒径，多孔支撑板
距池底25-35cm，多孔支撑板下部设置有曝气管和反冲洗装置。
所述混凝沉淀池5与PAC加药装置相连，所述絮凝沉淀池6与PAM加药
装置相连；所述絮凝沉淀池6与生化处理单元相连。
利用所述装置处理废水的方法为：
按小试确定多元煤铁碳中铁与碳的质量比，放置于多元煤反应池的支撑板
上；
(1)废水先经第一pH调节池2调节pH，得到酸性废水；
(2)酸性废水进入多元煤反应池中，此时，多元煤反应池连接的加药管向
多元煤反应池中投加亚铁盐和双氧水，投加过程中，通过ORP仪表自动控制多
元煤反应池中废水的氧化还原电位，反应后的废水进入第二pH调节池4；
(3)第二pH调节池4调节其中的废水的pH，并通过ORP仪表自动控制
第二pH调节池4中废水的氧化还原电位，得到碱性废水；
(4)碱性废水再依次进行混凝沉淀处理和絮凝沉淀处理，处理过程中PAC
加药装置向混凝沉淀池5中投加PAC，PAM加药装置向絮凝沉淀池6中投加
PAM，得到可生化处理废水。
实施例2
利用实施例1所述的装置处理电镀含油废水，包括如下步骤：
根据小试确定多元煤铁碳中废铁屑和活性炭的质量比为3:2。将其放置于多
元煤反应池的多孔支撑板上。
(1)废水先经第一pH调节池调节pH至3.1～3.3，得到酸性废水；
(2)酸性废水进入多元煤反应池中，此时，多元煤反应池连接的加药管向
多元煤反应池中投加亚铁盐和双氧水，投加过程中，通过ORP仪表自动控制多
元煤反应池中废水的氧化还原电位为370～400mV，亚铁加药量650mg/L，反应
后的废水进入第二pH调节池，其中，多元煤铁碳与酸性废水的质量比为1：
1.5，酸性废水的停留时间为30min；
(3)第二pH调节池调节其中的废水的pH至8.4～8.6，通过ORP仪表和还
原剂加药装置自动控制第二pH调节池中废水的氧化还原电位为120～150mV，
得到碱性废水；
(4)碱性废水再依次进行混凝沉淀处理和絮凝沉淀处理，处理过程中PAC
加药装置向混凝沉淀池中投加PAC，PAC加药量220mg/L，PAM加药装置向絮
凝沉淀池中投加PAM，PAM加药量6mg/L，得到可生化处理废水。
其处理效果(第3列)对比单独使用多元煤铁碳处理效果(第2列)和传
统铁碳处理效果(第4列)如表1所示。其中，单独使用多元煤铁碳处理如上
废水的方法除步骤(2)中不加入双氧水和亚铁盐外，其余与实施例2相同；采
用传统铁碳处理如上所述废水的方法除步骤(2)中只加入传统铁碳填料(商购)
外，其余与实施例2相同。
表1
吨水成本：传统铁碳折旧及药剂成本9元/吨，改性之后折旧及药剂成本6.5
元/吨，吨水节约成本2.5元。
实施例3
利用实施例1所述的装置处理电镀络合废水，包括如下步骤：
根据小试确定多元煤铁碳中废铁屑和活性炭的质量比为1:2。将其放置于多
元煤反应池的多孔支撑板上。
(1)废水先经第一pH调节池调节pH至2.7～2.9，得到酸性废水；
(2)酸性废水进入多元煤反应池中，此时，多元煤反应池连接的加药管向
多元煤反应池中投加亚铁盐和双氧水，投加过程中，通过ORP仪表自动控制多
元煤反应池中废水的氧化还原电位为340～360mV，亚铁加药量500mg/L，反应
后的废水进入第二pH调节池，其中，多元煤铁碳与酸性废水的质量比为1：
2.0，酸性废水的停留时间为60min；
(3)第二pH调节池调节其中的废水的pH至9.0～9.3，通过ORP仪表和还
原剂加药装置自动控制第二pH调节池中废水的氧化还原电位为150～170mV，
得到碱性废水；
(4)碱性废水再依次进行混凝沉淀处理和絮凝沉淀处理，处理过程中PAC
加药装置向混凝沉淀池中投加PAC，PAC加药量250mg/L，PAM加药装置向絮
凝沉淀池中投加PAM，PAM加药量4mg/L，得到可生化处理废水。
其处理效果(第3列)对比单独使用多元煤铁碳处理效果(第2列)和传
统铁碳处理效果(第4列)如表2所示。其中，单独使用多元煤铁碳处理如上
废水的方法除步骤(2)中不加入双氧水和亚铁盐外，其余与实施例3相同；采
用传统铁碳处理如上所述废水的方法除步骤(2)中只加入传统铁碳填料(商购)
外，其余与实施例3相同。
表2
吨水成本：传统铁碳折旧及药剂成本7.5元/吨，改性之后折旧及药剂成本
5.3元/吨，吨水节约成本2.2元。
实施例4
利用实施例1所述的装置处理电镀络合废水，包括如下步骤：
根据小试确定多元煤铁碳中废铁屑和活性炭的质量比为1:2。将其放置于多
元煤反应池的多孔支撑板上。
(1)废水先经第一pH调节池调节pH至2.8～3.0，得到酸性废水；
(2)酸性废水进入多元煤反应池中，此时，多元煤反应池连接的加药管向
多元煤反应池中投加亚铁盐和双氧水，投加过程中，通过ORP仪表自动控制多
元煤反应池中废水的氧化还原电位为380～390mV，亚铁加药量700mg/L，反应
后的废水进入第二pH调节池，其中，多元煤铁碳与酸性废水的质量比为1：
1.8，酸性废水的停留时间为40min；
(3)第二pH调节池调节其中的废水的pH至9.1～9.3，通过ORP仪表和还
原剂加药装置自动控制第二pH调节池中废水的氧化还原电位为100～120mV，
得到碱性废水；
(4)碱性废水再依次进行混凝沉淀处理和絮凝沉淀处理，处理过程中PAC
加药装置向混凝沉淀池中投加PAC，PAC加药量230mg/L，PAM加药装置向絮
凝沉淀池中投加PAM，PAM加药量5.5mg/L，得到可生化处理废水。
其处理效果(第3列)对比单独使用多元煤铁碳处理效果(第2列)和传
统铁碳处理效果(第4列)如表3所示。其中，单独使用多元煤铁碳处理如上
废水的方法除步骤(2)中不加入双氧水和亚铁盐外，其余与实施例4相同；采
用传统铁碳处理如上所述废水的方法除步骤(2)中只加入传统铁碳填料(商购)
外，其余与实施例4相同。
表3
吨水成本：传统铁碳折旧及药剂成本7.5元/吨，改性之后折旧及药剂成本
5.3元/吨，吨水节约成本2.2元。
实施例5
利用实施例1所述的装置处理电镀络合废水，包括如下步骤：
根据小试确定多元煤铁碳中废铁屑和活性炭的质量比为1:2。将其放置于多
元煤反应池的多孔支撑板上。
(1)废水先经第一pH调节池调节pH至2.9～3.1，得到酸性废水；
(2)酸性废水进入多元煤反应池中，此时，多元煤反应池连接的加药管向
多元煤反应池中投加亚铁盐和双氧水，投加过程中，通过ORP仪表自动控制多
元煤反应池中废水的氧化还原电位为350～370mV，亚铁加药量600mg/L，反应
后的废水进入第二pH调节池，其中，多元煤铁碳与酸性废水的质量比为1：
1.6，酸性废水的停留时间为60min；
(3)第二pH调节池调节其中的废水的pH至9.0～9.3，通过ORP仪表和还
原剂加药装置自动控制第二pH调节池中废水的氧化还原电位为180～200mV，
得到碱性废水；
(4)碱性废水再依次进行混凝沉淀处理和絮凝沉淀处理，处理过程中PAC
加药装置向混凝沉淀池中投加PAC，PAC加药量220mg/L，PAM加药装置向絮
凝沉淀池中投加PAM，PAM加药量5mg/L，得到可生化处理废水。
其处理效果(第3列)对比单独使用多元煤铁碳处理效果(第2列)和传
统铁碳处理效果(第4列)如表4所示。其中，单独使用多元煤铁碳处理如上
废水的方法除步骤(2)中不加入双氧水和亚铁盐外，其余与实施例5相同；采
用传统铁碳处理如上所述废水的方法除步骤(2)中只加入传统铁碳填料(商购)
外，其余与实施例5相同。
表4
吨水成本：传统铁碳折旧及药剂成本7.5元/吨，改性之后折旧及药剂成本
5.3元/吨，吨水节约成本2.2元。
对比例1
除将多元煤铁碳中废铁屑和活性炭的质量比替换为3:4外，其余与实施例3
相同。
其处理效果(第3列)对比单独使用多元煤铁碳处理效果(第2列)和传
统铁碳处理效果(第4列)如表5所示。其中，单独使用多元煤铁碳处理如上
废水的方法除步骤(2)中不加入双氧水和亚铁盐外，其余与对比例1相同；采
用传统铁碳处理如上所述废水的方法除步骤(2)中只加入传统铁碳填料(商购)
外，其余与对比例1相同。
表5
吨水成本：传统铁碳折旧及药剂成本7.5元/吨，改性之后折旧及药剂成本
5.7元/吨，吨水节约成本1.8元，但效果比传统铁碳效果更差。
申请人声明，以上所述仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围
并不局限于此，所属技术领域的技术人员应该明了，任何属于本技术领域的技
术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，均落在本发明
的保护范围和公开范围之内。