一種用于丙烯腈廢水深度處理的序批式電芬頓裝置和方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種用于丙烯腈廢水深度處理的序批式電芬頓裝置，其包括電解池，電解池內具有攪拌器以及陽極和陰極，并且陽極和陰極分別與直流穩(wěn)壓電源的正極和負極相連。所述電芬頓裝置還包括與電解池相連的用于加入酸溶液的酸液儲槽、用于加入堿溶液的堿液儲槽、用于加入H2O2溶液的H2O2儲槽、以及用于加入丙烯腈廢水的廢水儲槽。所述電芬頓裝置還包括位于電解池內的pH探頭、以及與之相連接的pH控制器，pH控制器控制第一和第二進液泵以調節(jié)電解池內的pH值，出水管與電磁閥相連以控制從電解池出水。本發(fā)明還提供了相應的一種丙烯腈廢水深度處理方法。本發(fā)明通過外加電流，調節(jié)pH，實現(xiàn)Fe2+的重復利用，提高了反應效率，降低了運行成本。
【專利說明】一種用于丙烯腈廢水深度處理的序批式電芬頓裝置和方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及環(huán)境工程【技術領域】，更具體地涉及一種用于丙烯腈廢水深度處理的序批式電芬頓裝置和方法。
【背景技術】
[0002]丙烯腈廢水是石化行業(yè)一種難降解有機廢水，含有丙烯腈、乙腈、硫銨、氫氰酸等多種有毒有害物質，其可生化性較差。采用傳統(tǒng)的生化工藝，如活性污泥法，很難將這些毒害物完全去除。其生化出水中仍含有一定量的含腈化合物和氨氮，對環(huán)境健康危害較大，因此需要對廢水進行深度處理。
[0003]電芬頓(Fenton)法是在芬頓法的基礎上發(fā)展而來的新型電化學高級氧化技術。與傳統(tǒng)的芬頓法相比，電芬頓法不需要或者僅需要加入少量的化學藥劑，可以大幅降低處理成本。此外，電芬頓氧化過程不但包括羥基自由基的高級氧化作用，還有陽極氧化和電吸附作用等，對廢水中難降解有機物和氨氮都有較好的去除效果。因此，適合采用電芬頓法對丙烯腈廢水生化處理后的出水進行深度處理。
[0004]現(xiàn)有技術中的電芬頓裝置多通過外加電流，利用各類電極產生H2O2和Fe2+，對裝置的運行控制關注較少，對所處理廢水的針對性不強，且沒有考慮催化劑Fe2+的回收和重復利用，可能出現(xiàn)大量鐵泥或者反應出水中Fe3+含量較高。
[0005]因此，本領域期望提供一種克服上述缺陷的丙烯腈廢水深度處理裝置。

【發(fā)明內容】

[0006]本發(fā)明針對上述問題，提出了一種用于丙烯腈廢水深度處理的序批式電芬頓裝置，其包括電解池，攪拌器以及陽極和陰極位于電解池內，并且陽極和陰極分別與直流穩(wěn)壓電源的正極和負極相連。所述電芬頓裝置還包括與電解池相連的用于將酸溶液經由第一進液泵加入電解池的酸液儲槽、用于將堿溶液經由第二進液泵加入電解池的堿液儲槽、用于將H2O2溶液經由第三進液泵加入電解池的H2O2儲槽、以及用于將丙烯腈廢水由第四進液泵加入電解池的廢水儲槽。所述電芬頓裝置還包括位于電解池內的PH探頭、以及與之相連接的pH控制器，pH控制器控制第一和第二進液泵以調節(jié)電解池內的pH值，出水管與電磁閥相連以控制從電解池出水。
[0007]優(yōu)選地，陽極為Ru02/Ti網(wǎng)狀電極，陰極為鈦金屬網(wǎng)，電極間距為1.0-2.5cm。
[0008]還優(yōu)選地，電芬頓裝置還可包括用于控制電解池的液位高度的液位控制器。
[0009]在另一個方面，本發(fā)明提出了一種利用上述序批式電芬頓裝置處理丙烯腈廢水的方法，其包括步驟:
[0010](I)經進液泵從廢水儲槽將廢水抽入電解池，當液面到達液位控制器所在高度時停止進水；
[0011](2)由pH控制器控制第一進液泵將酸溶液由酸液儲槽加入電解池，將電解池中廢水的pH值調節(jié)至一定的酸性；[0012](3)陽極和陰極通電，使電解池中Fe3+完全轉化為Fe2+;
[0013](4)從H2O2儲槽緩慢加入H2O2溶液’開始電芬頓反應；
[0014](5)反應結束后，由pH控制器控制第二進液泵將堿溶液由堿液儲槽加入電解池，將電解池中廢水的PH值調節(jié)至一定的堿性，生成Fe (OH) 3絮體，開始絮凝反應；
[0015](6)絮凝結束后使絮體沉淀，電解池中的上清液由出水管排出。
[0016]優(yōu)選地，電解池中加入FeSO4作為催化劑。
[0017]本發(fā)明提供的序批式電芬頓裝置和方法實現(xiàn)了電芬頓裝置的自動運行和控制，同時通過外加電流，調節(jié)PH，實現(xiàn)Fe2+的重復利用，提高了反應效率，降低了運行成本。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0018]圖1為根據(jù)本發(fā)明實施例的序批式電芬頓裝置的示意圖。
【具體實施方式】
[0019]下面將結合附圖更具體地描述根據(jù)本發(fā)明實施例的用于丙烯腈廢水深度處理的電芬頓裝置。
[0020]根據(jù)本發(fā)明實施例的用于丙烯腈廢水深度處理的電芬頓裝置的示意圖如圖1所示。本發(fā)明的電芬頓裝置包括電解池1，陽極3和陰極4放置于電解池I內，并且分別與直流穩(wěn)壓電源5的正極和負極相連。酸液儲槽11與電解池I相連，用于將酸溶液經由進液泵8-1加入電解池I。堿液儲槽12與電解池I相連，用于將堿溶液經由進液泵8-2加入電解池I。H2O2儲槽13與電解池I 相連，用于將H2O2溶液經由進液泵8-3加入電解池I。廢水儲槽14與電解池I相連，用于將活性污泥法處理后的丙烯腈廢水由進液泵8-4加入電解池
I。pH探頭7與pH控制器10相連，由pH控制器控制進液泵8_1和8_2的操作從而通過對加入酸溶液和堿溶液的控制來調節(jié)電解池的PH值。出水管15與電磁閥9相連，由電磁閥9控制出水。直流穩(wěn)壓電源5、液位控制器6、進液泵8-1、8-2、8-3、8-4、電磁閥9、pH控制器10均與時間程序控制器(PLC) 16連接，整個運行過程由PLC實現(xiàn)自動控制。
[0021]本發(fā)明的電芬頓裝置的運行單個周期分為進水、電解、絮凝、沉淀、出水5個階段，以序批式運行。首先，將催化劑FeSO4加入電解池。然后，廢水從廢水儲槽14經進液泵8-4抽入電解池1，當液面到達液位控制器6所在高度時停止進水。進水開始后，利用攪拌器2進行攪拌。進水過程中PH控制器10控制進液泵8-1將酸溶液由酸液儲槽11加入電解池1，將電解池I中廢水的pH值調節(jié)至一定的酸性。隨后電極3和4通電，使電解池中Fe3+完全轉化為Fe2+，然后從H2O2儲槽13緩慢加入H2O2溶液，開始電芬頓反應。反應結束后，pH控制器10控制進液泵8-2將堿溶液由堿液儲槽12加入電解池1，將電解池I中廢水的pH值調節(jié)至一定的堿性，生成Fe (OH) 3絮體，開始絮凝反應。絮凝結束后停止攪拌，使絮體沉淀一段時間，電解池I中的上清液由出水管15排出。整個運行過程由PLC16實現(xiàn)自動控制。
[0022]下面給出了一個具體示例，但這僅是示例，并不構成對本發(fā)明的限制。
[0023]在一個具體示例中，電解池I的有效體積為20L，廢水儲槽14中存有活性污泥法處理后的丙烯腈廢水。首先，電解池中一次性加入0.7mmol/L的FeSO4作為催化劑。廢水中加入20mmol/L的Na2SO4和20mmol/L的NaCl作為支持電解質。采用外加H2O2和Fe2+的電芬頓方式對廢水進行處理。電極組由2塊陽極3和4塊陰極4組成，單塊電極板尺寸為28cmX 14cm。陽極采用Ru02/Ti網(wǎng)狀電極，陰極為鈦金屬網(wǎng)，電極間距為2.0cm,反應過程中電流密度為4.5mA/cm2。
[0024]在這個具體示例中，廢水從廢水儲槽14經進液泵8-4抽入電解池1，進水時間為IOmin,當液面到達液位控制器6所在高度時停止進水。進水開始后，利用攪拌裝置2進行攪拌。進水過程中PH控制器10控制進液泵8-1將5.0mol/L的H2SO4溶液由酸液儲槽11加入電解池I,將電解池I中的廢水pH值調節(jié)至3.0。隨后電極3和4通電，使電解池I中Fe3+完全轉化為Fe2+，IOmin后從從H2O2儲槽13緩慢加入30% H2O2溶液，開始電芬頓反應。H2O2加液泵8-3的流量控制在5.0ml/min,H202溶液總的投加量為20mL。單個周期電芬頓反應時間為120min。反應結束后，pH控制器10控制進液泵8_2將5.0mol/L的NaOH溶液由堿液儲槽12加入電解池1，將電解池I中廢水的pH值調節(jié)至8.0,生成Fe (OH) 3絮體，經過IOmin絮凝反應后停止攪拌，使絮體沉淀。絮體沉淀20min后，電解池I中的上清液由出水管15排出。整個過程的交換比為65%，排水時間為lOmin。整個運行過程由PLC16實現(xiàn)自動控制，單個周期運行時間為180min。當生化處理后的丙烯腈廢水C0D&濃度在100_120mg/L,氨氮濃度為20-30mg/L時，該裝置處理后的出水C0D&濃度小于20mg/L，氨氮濃度小于
5.0mg/L。CODcr和氨氮去除率分別在80%和75%以上。
[0025]本發(fā)明采用外加H2O2和Fe2+的電芬頓法，外加的H2O2和Fe2+發(fā)生芬頓反應能在短時間內產生大量高活性的羥基自由基，使廢水中難降解有機物迅速降解，同時通過電流作用，反應體系中生成的Fe3+在陰極不斷地還原為Fe2+，可以減少Fe2+的用量，提高反應效率。本發(fā)明中Fe2+只需一次性投加，通過加堿絮凝、加酸溶解、電還原、使Fe2+回收再生，實現(xiàn)催化劑重復利用。
【權利要求】
1.一種用于丙烯腈廢水深度處理的序批式電芬頓裝置，其特征在于包括電解池(1)，電解池⑴內具有攪拌器⑵以及陽極⑶和陰極(4)，并且陽極(3)和陰極(4)分別與直流穩(wěn)壓電源(5)的正極和負極相連，所述電芬頓裝置還包括與電解池⑴相連的用于將酸溶液經由第一進液泵(8-1)加入電解池(I)的酸液儲槽(11)、用于將堿溶液經由第二進液泵(8-2)加入電解池(I)的堿液儲槽(12)、用于將H2O2溶液經由第三進液泵(8-3)加入電解池⑴的H2O2儲槽(13)、以及用于將丙烯腈廢水由第四進液泵(8-4)加入電解池(I)的廢水儲槽(14)，所述電芬頓裝置還包括位于電解池(I)內的pH探頭(7)、以及與之相連接的PH控制器(10)，pH控制器(10)控制第一和第二進液泵(8-1，8-2)以調節(jié)電解池(I)內的pH值，出水管(15)與電磁閥(9)相連以控制從電解池⑴出水。
2.根據(jù)權利要求書I所述的序批式電芬頓裝置，其特征在于陽極(3)為Ru02/Ti網(wǎng)狀電極，陰極⑷為鈦金屬網(wǎng)，電極間距為1.0-2.5cm。
3.根據(jù)權利要求書I所述的序批式電芬頓裝置，其特征在于還包括用于控制電解池(I)的液位高度的液位控制器(6)。
4.一種利用根據(jù)權利要求書I至3任一所述的序批式電芬頓裝置處理丙烯腈廢水的方法，其包括步驟: (1)經進液泵從廢水儲槽將廢水抽入電解池，當液面到達液位控制器所在高度時停止進水； (2)由pH控制器控制第一進液泵將酸溶液由酸液儲槽加入電解池，將電解池中廢水的pH值調節(jié)至一定的酸性； (3)陽極和陰極通電，使電解池中Fe3+完全轉化為Fe2+； (4)從H2O2儲槽緩慢加入H2O2溶液，開始電芬頓反應； (5)反應結束后，由pH控制器控制第二進液泵將堿溶液由堿液儲槽加入電解池，將電解池中廢水的PH值調節(jié)至一定的堿性，生成Fe(OH)3絮體，進行絮凝反應； (6)絮凝結束后使絮體沉淀，電解池中的上清液由出水管排出。
5.根據(jù)權利要求4的處理丙烯腈廢水的方法，其特征在于，在廢水進入電解池之前，先加入FeSO4作為催化劑。
6.根據(jù)權利要求4的處理丙烯腈廢水的方法，其特征在于，在加入廢水后，對電解池進行攪拌，直到絮凝結束。
【文檔編號】C02F1/461GK103880123SQ201410136538
【公開日】2014年6月25日 申請日期:2014年4月8日 優(yōu)先權日:2014年4月8日
【發(fā)明者】涂響, 宋永會, 魏健, 代云容, 肖書虎 申請人:中國環(huán)境科學研究院