專利名稱：有機顏料生產廢水的預處理方法
技術領域：
本發(fā)明涉及有機化工、印染等高濃度有機廢水處理技術領域，具體涉及一種有機顏料生產廢水的預處理方法。
背景技術：
隨著工業(yè)發(fā)展，廢水中難降解有機化合物與日俱增，危害環(huán)境安全和人類健康。有機顏料如苯并咪唑啉的生產過程中，在各種產品和中間體的結晶、物料的流失及地面的沖刷等過程中均會產生大量的生產廢水。通常含有難降解的毒性有機物，包括有機溶劑DMF、 苯、AABI、ASBI、苯胺等，具有高COD、高色度、高含鹽量等特點，而且廢水間歇排放、水質隨時間變化較大，屬于有機物難降解工業(yè)廢水。目前，國內外處理這類廢水的主要方法包括活性炭吸附、生物降解、離子交換、溶劑萃取、膜分離、化學氧化、電滲析、絮凝法等。但出水水質均難以滿足回收再利用的要求。 電化學方法是目前有機顏料廢水處理中的研究熱點，具有非常廣闊的應用前景，在有機廢水處理技術中的地位日益重要電化學技術處理有機廢水具有降解能力強、脫色效率高等優(yōu)點，與其它技術相結合，將會更加經濟、高效地處理有機印染廢水。電化學水處理技術電化學法在多種污染物處理技術中顯示了與眾不同的特點，被稱為“環(huán)境友好”技術，在綠色工藝方面極具潛力。但是電化學法存在能耗大、電流效率低、成本高及易發(fā)生析氧、析氫等副反應的特點，因此，為了使電化學水處理技術得到廣泛應用并獲得更好的發(fā)展，還需在電極材料的開發(fā)、反應器的研制及對傳統(tǒng)電化學工藝改進方面進行研究。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于提供一種操作簡便、運行成本低的有機顏料廢水預處理方法， 以降低相關企業(yè)污水處理成本，提高企業(yè)效益。本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，有機顏料如苯并咪唑啉的生產廢水具有高COD、高色度、高含鹽的特點，采用通常的電解裝置進行處理效果并不理想，如果在電解前將有機顏料生產廢水PH 調節(jié)到合適范圍內，并將有機顏料生產廢水加熱到合適的溫度范圍內，并合理選擇電極材料和電解條件，則有利于進行電解，大幅改善電解后廢水的水質，其COD值、色度值和含鹽量顯著降低，由此完成本發(fā)明。因此，本發(fā)明的目的在于提供對機顏料廢水進行預處理的方法，該方法通過以下電解裝置實現(xiàn)所述電解裝置包括電解區(qū)和加熱區(qū)，所述電解區(qū)包括穩(wěn)壓/穩(wěn)流電源、電解槽和第一磁力攪拌器，電解槽置于磁力攪拌器之上，電解槽中垂直放置分別與電源正極和負極連接的陽極和陰極；所述加熱區(qū)包括第二磁力攪拌器、繼電器、加熱器、節(jié)點溫度計和潛水泵，加熱器和節(jié)點溫度計分別與繼電器連接，且加熱器和節(jié)點溫度計與潛水泵都置于第二磁力攪拌器之上的容器內，繼電器設于所述容器外部；其中，潛水泵通過管線與電解槽下部入口連接，電解槽上部出口經管線與加熱區(qū)的容器連接。采用該電解裝置對有機顏料生產廢水進行預處理的方法包括以下步驟(1)對電極進行前處理將電極在丙酮中浸泡，然后在鹽酸中浸泡，取出后用水沖洗，然后將與穩(wěn)壓/穩(wěn)流電源連接的電極安裝于電解槽內，并將電解槽置于磁力攪拌器上；(2)在電解槽中加入填料，所述填料為鐵屑與火星碳的混合物，鐵屑與火星碳的質量比為10-20 1，填料粒徑10-50目；(3)在加熱區(qū)通過繼電器、加熱器和節(jié)點溫度計對有機顏料生產廢水的溫度進行控制和調節(jié)，使其達到30至75V的溫度范圍內，，并通過潛水泵將達到溫度要求的有機顏料廢水經由電解槽下部的入口泵送到電解槽中；(4)該廢水在電解槽中持續(xù)攪拌，并加入稀H2SO4溶液或NaOH溶液調節(jié)廢水初始 PH值至6-9，然后調節(jié)電解槽的運行參數(shù)，電流密度為10-25mA/cm2，極間距為8_20mm，第一磁力攪拌器的攪拌速率為200-500r/min，在此條件下，廢水在電解槽中停留5-60min，然后將處理過的廢水經由電解槽上部的出口排出。采用本發(fā)明的有機顏料生產廢水預處理方法，處理效果穩(wěn)定可靠，操作簡便易行， 運行成本較低，適合于有機化工企業(yè)、印染或其它類似企業(yè)排放的有機廢水的預處理。


圖1 本發(fā)明用于有機顏料生產廢水預處理的電解裝置結構示意圖，其中附圖標記如下1-穩(wěn)壓/穩(wěn)流電源；2-電解槽；3-第一磁力攪拌器；4-繼電器；5-加熱器；6-節(jié)點溫度計
7-潛水泵；8-第二磁力攪拌器。
具體實施例方式以下參照附圖，結合具體實施方式
對本本發(fā)明進行詳細描述。參照圖1，根據本發(fā)明提供的電解裝置包括電解區(qū)和加熱區(qū)，電解區(qū)的穩(wěn)壓/穩(wěn)流電源1可以是常用的穩(wěn)壓/穩(wěn)流電源，如輸出電壓為0-30v，輸出電流為0-3A的穩(wěn)壓/穩(wěn)流電源。穩(wěn)壓/穩(wěn)流電源1的正極和負極分別與陽極和陰極連接，陰極采用鐵板電極，陽極采用鋁板電極。電解前需對電極進行前處理。具體做法是，將電極放在丙酮中浸泡，然后在鹽酸中浸泡，取出后用水沖洗。在加入廢水前，任選可以向電解槽內加入填料，所述填料為鐵屑與活性炭混合物， 鐵屑與活性炭的質量比優(yōu)選為10-20 1，更優(yōu)選為12-18 1，進一步優(yōu)選為14-16 1， 填料粒徑為10-50目，優(yōu)選為20-40目。
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本發(fā)明人經研究發(fā)現(xiàn)，當加入由鐵屑和活性炭組成的填料時，電解效率得到改善， 這可能由于下述原因鐵和碳都是容易荷載電解時產生的正負電荷，從而起到電解質的作用，同時能一定程度上吸附電解過程中析出的氫和氧，因此可以提高電流效率并降低能耗。 不過上述機理僅是推測性的，本發(fā)明不受此限制。本發(fā)明人經研究發(fā)現(xiàn)，當鐵屑與活性炭的質量比低于10 1時，由于填料電荷傳遞速度不足，導致電解效率低，當鐵屑與活性炭的質量比高于20 1時，電解效率無明顯改
業(yè)
口 ο在本發(fā)明的方法中，當填料粒徑小于10目時，填料易于隨著處理的廢水流動而流失；反之，當填料粒徑大于50目時，填料的比表面積下降，導致電解效率降低。本發(fā)明電解裝置的電解槽2置于第一磁力攪拌器3之上，磁力攪拌器3用于攪拌電解槽2中的待電解廢水。電解槽2的運行參數(shù)為電流密度10-25mA/cm2、陰極和陽極之間的極間距8-20mm、第一磁力攪拌器3的攪拌速率200-500r/min，廢水在電解槽2中停留時間5-60min(即電解時間為5_60min)。本發(fā)明經過研究發(fā)現(xiàn)，當用于電解廢水的電流密度為10-25mA/cm2、陰極和陽極之間的極間距8-20mm、第一磁力攪拌器3的攪拌速率為200-500r/min時，廢水(尤其是苯并咪唑啉系列有機顏料生產廢水)的電解效率高，當電解時間(即廢水在電解槽2中的停留時間)在5-60min中時，廢水能得到充分電解。在本發(fā)明方法的一個優(yōu)選實施方案中，電流密度12. 5-25mA/cm2、極間距8_12mm、 第一磁力攪拌器的攪拌速率300-500r/min，廢水在電解槽中停留時間為10-40min，優(yōu)選 20-30min。將廢水引入電解槽后，向持續(xù)攪拌的廢水中加入稀溶液或NaOH溶液調節(jié)廢水初始PH值至6-9，然后按上述要求調整電解槽2的運行參數(shù)，即電流密度、極間距、攪拌速率，電解時間(即廢水在電解槽中的停留時間)。本發(fā)明人經研究發(fā)現(xiàn)，當將待電解廢水(尤其是苯并咪唑啉系列有機顏料生產廢水)的PH值調節(jié)至6-9時，廢水能被有效電解。當pH值高于9時或低于6時，電解后廢水的COD去除率以及色度去除率均降低。本發(fā)明的加熱區(qū)包括第二磁力攪拌器8、繼電器4、加熱器5、節(jié)點溫度計6和潛水泵7。加熱器5和節(jié)點溫度計6分別與繼電器4連接。加熱器5、節(jié)點溫度計6和繼電器4 均設置于第二磁力攪拌器8之上的容器中。繼電器4設置于該容器外部。通過繼電器4、 加熱器5和節(jié)點溫度計6能夠實現(xiàn)對廢水溫度的控制和調節(jié)，可以將廢水溫度控制在30 至75°C的范圍，優(yōu)選溫度范圍為35至60°C，更優(yōu)選35至55°C。節(jié)點溫度計6用于測量廢水溫度，當節(jié)點溫度計6顯示溫度低于上述溫度范圍下限時，通過繼電器4控制加熱器5運行，將溫度升高；達到預期溫度后，加熱器5停止加熱，溫度保持不變或略有下降。本發(fā)明人經研究發(fā)現(xiàn)，當將廢水的溫度控制為30至75°C時，廢水能被有效電解。 如果廢水溫度高于75°C，則由于溫度過高導致其它污染物出現(xiàn)，如果溫度低于30°C，則電解不能充分進行。加熱區(qū)的潛水泵7通過管線與電解區(qū)的電解槽2下部的入口 9連接，并將達到溫度要求的有機顏料廢水經由入口泵送到電解槽2中。該廢水在電解槽中，在電流密度 10-25mA/cm2、極間距8_20mm、攪拌速率200_500r/min條件下停留5_60min(即電解時間為5-60min)，優(yōu)選10-40min，更優(yōu)選20-30min?？筛鶕枰孕姓{節(jié)電解槽2中的極間距。通過電解，有機顏料生產廢水COD去除率可達到35-67%，廢水可生化性(BOD/ D0D)可提高至0.4，有機廢水中色度去除率為85%以上，處理過的廢水通過電解槽2上部出口排出。采用本發(fā)明的電解裝置可以對有機顏料生產廢水進行預處理，包括以下步驟(1)對電極進行前處理將電極在丙酮中浸泡，然后在鹽酸中浸泡，取出后用水沖洗，然后將與穩(wěn)壓/穩(wěn)流電源1連接的電極安裝于電解槽2內，并將電解槽2置于第一磁力攪拌器3上；(2)在電解槽2中加入填料，所述填料為鐵屑和活性炭的混合物，鐵與碳的質量比為10-20 1，優(yōu)選12-18 1，更優(yōu)選14-16 1，填料粒徑10-50目，優(yōu)選20-40目；(3)在加熱區(qū)通過繼電器4、加熱器5和節(jié)點溫度計6對有機顏料生產廢水的溫度進行控制和調節(jié)，使其達到30至75°C，優(yōu)選30至75°C，優(yōu)選36至60°C，更優(yōu)選35至55°C 的溫度范圍，并通過潛水泵7將達到溫度要求的有機顏料廢水經由電解槽2下部的入口 9 泵送到電解槽2中；(4)該廢水在電解槽中持續(xù)攪拌，并加入稀H2SO4溶液或NaOH溶液調節(jié)廢水初始 PH值至6-9，然后在電流密度10-25mA/cm2、極間距根據需要自行調節(jié)到8_20mm、攪拌速率 200-500r/min的條件下停留5_60min，優(yōu)選10_40min，更優(yōu)選20_30min，然后將處理過的廢水經由電解槽2上部的出口排出。電解后的廢水可以排入到加熱區(qū)的容器中，與新加入的廢水一起加熱、再次電解， 也可以用于加熱新加入的廢水，使其升溫。如果電解后的廢水與新加入的廢水一起加熱、再次電解，則將電解后的廢水與新鮮廢水注入同一區(qū)域；如果電解后的廢水用于加熱新鮮廢水，則電解后的廢水與新鮮廢水注入不同區(qū)域，其間需用隔板隔開，使兩者進行熱交換。本發(fā)明進行電解的廢水優(yōu)選為苯并咪唑啉系列有機顏料生產廢水，出水pH為 5-7，COD 為 5000-10000mg/L，BOD 為 400_1000mg/L，色度為 2500-3500 倍。在一種優(yōu)選的實施方式中，在步驟C3)中，通過繼電器(4)、加熱器( 和節(jié)點溫度計(6)將廢水溫度控制在36至60°C，優(yōu)選35至55的溫度范圍內。在一種優(yōu)選的實施方式中，在步驟⑷中，電解槽的運行參數(shù)為電流密度 12. 5-25mA/cm2、極間距8_12mm、第一磁力攪拌器的攪拌速率300-500r/min，廢水在電解槽中停留時間為10-40min，優(yōu)選20_30min。在一種優(yōu)選的實施方式中，在步驟中，將廢水引入電解槽后，向持續(xù)攪拌的廢水中加入稀溶液或NaOH溶液調節(jié)廢水初始PH值至7-9。在一種優(yōu)選的實施方式中，在步驟中，處理該廢水的最佳電流密度為12. 5mA/
2
cm ο通過本發(fā)明的電解方法處理，有機顏料生產廢水COD去除率可達到35-67%，廢水可生化性(B0D/D0D)可提高至0.4，并且高濃度有機廢水中色度去除率可達到85%以上。對比現(xiàn)有常用的凈化處理方法，本發(fā)明方法不但發(fā)揮了電化學法通常的優(yōu)勢，而且還具有自身獨特的優(yōu)點，綜合表現(xiàn)為(1)可通過電化學氧化還原使毒物降解、轉化，具有廣泛的選擇性，在污水、廢氣、 有毒廢物處理等多方面均可發(fā)揮作用。
(2)易于實現(xiàn)自動化。電化學過程中的主要運行參數(shù)是電流和電位，容易測定和控制，因此整個過程的可控程度乃至自動控制水平都較高。(3)環(huán)境友好。電子是電化學反應的主要反應物，且電子轉移只在電極及廢物組分之間進行，不需另外添加氧化還原試劑，避免了由另外添加氧化還原試劑而引起的二次污染問題。(4)操作簡便、靈活。通過控制電位或電流，可使反應具有高度選擇性，防止有可能發(fā)生的副反應。同時，既可作為單獨處理，又可以與其它處理方法相結合。例如作為前處理， 可以將難降解有機物或生物毒性污染物轉化為可生物降解物質，從而提高廢水的可生物降解性。(5)能耗與運行費用低。電化學系統(tǒng)設備相對簡單，設計合理的系統(tǒng)能量效率較高；同時，系統(tǒng)的操作與維護費用也較低。由于顏料生產過程中采用鹽析的方法進行提純，導致顏料生產廢水的含鹽量一般均較高，具有較高的電導率。因此比較適合采用電化學處理方法。本發(fā)明方法采用電化學法來治理廢水，實質是間接或直接利用電解作用，把染料廢水中的有毒物質轉化為無毒物質。本發(fā)明選擇電化學方法處理高濃度有機廢水具有高廢水可生化性，操作簡便等特點，可達到去除COD、色度，減輕后續(xù)處理負擔的目的。綜合而言，本發(fā)明所述方法的處理效果穩(wěn)定可靠，操作簡便易行，運行成本較低，適合于有機化工企業(yè)、印染或其它類似企業(yè)排放的有機廢水的預處理。實施例下面結合附圖對本發(fā)明的電解裝置進行詳細描述，并結合實施例說明該裝置對有機顏料生產廢水進行電解的過程。圖1中，用于有機顏料生產廢水預處理的電解裝置包括電解區(qū)和加熱區(qū)，電解區(qū)包括穩(wěn)壓/穩(wěn)流電源1、電解槽2和第一磁力攪拌器3，電解槽2中放置分別與電源正極和負極連接的陽極和陰極；加熱區(qū)包括第二磁力攪拌器8、繼電器4、加熱器5、節(jié)點溫度計6 和潛水泵7，加熱器5和節(jié)點溫度計6分別與繼電器4連接。潛水泵7通過管線與電解槽2 下部入口 9連接，廢水預處理后由電解槽上部出口 10排出。以下實施例中COD是采用儀器法進行測量，采用的儀器為哈納H199721 ；BOD也是采用儀器法進行測量，采用的儀器為哈納HA1997 ；色度是采用稀釋倍數(shù)法進行測量。COD去除率=(電解前廢水的COD值-電解后廢水的COD值)/電解前廢水的COD 值 X 100%色度去除率=(電解前廢水的色度值-電解后廢水的色度值)/電解前廢水的色度值X 100%實施例1 將電極在丙酮中浸泡后洗去油脂，然后在鹽酸中浸泡IOmin后取出，用水沖洗干凈后安裝于廢水處理裝置，在電解槽中加入填料50g，其為鐵屑與活性炭以為10 1組成的混合物，填料粒徑為50目；將廢水在加熱區(qū)加熱至50°C后，由潛水泵泵送到電解槽中，然后加入稀H2SO4溶液或NaOH溶液，調節(jié)廢水初始pH值至7 ；在電流密度12. 5mA/cm2條件下進行電解，攪拌速度300r/min、極間距8mm，電解廢水20min。經電解預處理的廢水COD去除率達到50%，色度去除率為85%，經由電解槽上部的出口排出。實施例2 將電極在丙酮中浸泡后洗去油脂，然后在鹽酸中浸泡5min后取出，用水沖洗干凈后安裝于廢水處理裝置，在電解槽中加入填料35g，其為鐵屑與活性炭以為15 1組成的混合物，填料粒徑為30目；將廢水在加熱區(qū)加熱至60°C后，由潛水泵泵送到電解槽中，然后加入稀H2SO4溶液或NaOH溶液，調節(jié)廢水初始pH值至8 ；在電流密度20mA/cm2條件下進行電解，攪拌速度400r/min、極間距IOmm條件下電解廢水30min。經電解預處理的廢水COD去除率達到60%，色度去除率為88%，經由電解槽上部的出口排出。實施例3 將電極在丙酮中浸泡后洗去油脂，然后在鹽酸中浸泡15min后取出，用水沖洗干凈后安裝于廢水處理裝置，在電解槽中加入填料75g，其為鐵屑與活性炭以為20 1組成的混合物，填料粒徑為10目；將廢水在加熱區(qū)加熱至40°C后，由潛水泵泵送到電解槽中，然后加入稀溶液或NaOH溶液，調節(jié)廢水初始pH值至9 ；在電流密度25mA/cm2條件下進行電解，攪拌速度500r/min、極間距12mm條件下電解廢水45min。經電解預處理的廢水COD去除率達到55%，色度去除率為86%，經由電解槽上部的出口排出。利用本發(fā)明的電解裝置，通過本發(fā)明提供的方法對廢水進行電解，有機顏料生產廢水中COD去除率為35% -67%，色度去除率一般超過85%，可生化性明顯提高。
權利要求
1.一種對有機顏料生產廢水進行預處理的方法，該方法通過使用以下電解裝置實現(xiàn)所述電解裝置包括電解區(qū)和加熱區(qū)，所述電解區(qū)包括穩(wěn)壓/穩(wěn)流電源、電解槽和第一磁力攪拌器，電解槽置于第一磁力攪拌器之上，電解槽中垂直放置分別與電源正極和負極連接的陽極和陰極；所述加熱區(qū)包括第二磁力攪拌器、繼電器、加熱器、節(jié)點溫度計和潛水泵，加熱器和節(jié)點溫度計分別與繼電器連接，加熱器和節(jié)點溫度計分別與潛水泵都置于第二磁力攪拌器上的容器內，繼電器設置于所述容器的外部；其中，潛水泵通過管線與電解槽下部入口連接，電解槽上部出口經管線與加熱區(qū)的容器連接；所述方法包括以下步驟(1)對電極進行前處理將電極在丙酮中浸泡，然后在鹽酸中浸泡，取出后用水沖洗， 然后將與穩(wěn)壓/穩(wěn)流電源連接的電極安裝于電解槽內，并將電解槽置于第一磁力攪拌器之上；(2)在電解槽中加入填料，所述填料為鐵屑與活性炭的混合物，鐵屑與活性炭的質量比為10-20 1，填料粒徑10-50目；(3)在加熱區(qū)通過繼電器、加熱器和節(jié)點溫度計對有機顏料生產廢水的溫度進行控制和調節(jié)，使其達到30至75°C的溫度范圍內，，并通過潛水泵將達到溫度要求的有機顏料廢水經由電解槽下部的入口泵送到電解槽中；(4)該廢水在電解槽中持續(xù)攪拌，并加入稀溶液或NaOH溶液調節(jié)廢水初始pH值至6-9，然后調節(jié)電解槽的運行參數(shù)，電流密度為10-25mA/cm2，極間距為8-20mm，第一磁力攪拌器的攪拌速率為200-500r/min，在此條件下，廢水在電解槽中停留5-60min，然后將處理過的廢水經由電解槽上部的出口排出。
2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述陰極為鐵板電極，陽極為鋁板電極。
3.根據權利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述廢水為苯并咪唑啉系列有機顏料生產廢水，出水 PH 為 5-7，COD 為 5000-10000mg/L，BOD 為 400_1000mg/L，色度為 2500-3500 倍。
4.根據權利要求1至3之一所述的方法，其特征在于，在步驟O)中，所述填料為鐵屑和活性炭的混合物，鐵屑與活性炭的質量比為12-18 1，優(yōu)選14-16 1，填料粒徑為 20-40 目。
5.根據權利要求1至4之一所述的方法，其特征在于，在步驟中，電解槽的運行參數(shù)為電流密度12. 5-25mA/cm2、極間距8_12mm、第一磁力攪拌器的攪拌速率300-500r/ min，廢水在電解槽中停留時間為10-40min，優(yōu)選20_30min。
6.根據權利要求1至5之一所述的方法，其特征在于，在步驟中，電流密度為 12. 5mA/cm2。
7.根據權利要求1至6之一所述的方法，其特征在于，在步驟(4)中，將廢水引入電解槽后，向持續(xù)攪拌的廢水中加入稀溶液或NaOH溶液調節(jié)廢水初始pH值至7_9。
8.根據權利要求1至7之一所述的方法，其特征在于，在步驟(3)中，通過繼電器0)、 加熱器(5)和節(jié)點溫度計(6)將廢水溫度控制在36至60°C，優(yōu)選35至55的溫度范圍內。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種對有機顏料生產廢水進行預處理的方法，包括(1)對電極進行前處理；(2)在電解槽中加入填料，所述填料為鐵屑與活性炭的混合物；(3)在加熱區(qū)通過繼電器、加熱器和節(jié)點溫度計對有機顏料生產廢水的溫度進行控制和調節(jié)，并通過潛水泵將達到溫度要求的有機顏料廢水經由電解槽下部的入口泵送到電解槽中；(4)該廢水在電解槽中持續(xù)攪拌，并加入稀H2SO4溶液或NaOH溶液調節(jié)廢水初始pH值至6-9，然后在電流密度10-25mA/cm2、極間距根據需要自行調節(jié)到8-20mm、攪拌速率200-500r/min的條件下停留5-60min，然后將處理過的廢水經由電解槽上部的出口排出。本發(fā)明方法處理效果穩(wěn)定可靠，操作簡便易行，運行成本較低。
文檔編號C02F1/461GK102249379SQ201110190530
公開日2011年11月23日 申請日期2011年7月8日 優(yōu)先權日2011年7月8日
發(fā)明者于興春, 崔麗, 梁吉艷, 梁鐵夫, 王賢豐 申請人:鞍山七彩化學股份有限公司