公布日：2022.12.20
申請日：2022.09.26
分類號：C02F9/14(2006.01)I;C02F101/30(2006.01)N
摘要
本發(fā)明屬于廢水處理技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種以電化學為基礎(chǔ)的強化焦化廢水的處理方法，通過物化、電化和生化聯(lián)合處理焦化廢水的方法，解決了現(xiàn)有焦化廢水內(nèi)含有金屬離子，造成電化學降解效果不佳的問題，利用物化吸附的方式去除金屬離子，利用電化學降解的方式提升廢水的可生化性，配合絮凝和膜處理，實現(xiàn)廢水的直排降解處理。本發(fā)明提供的方法對焦化廢水的處理效果好，處理效率高，出水指標符合國家要求，且能夠長期穩(wěn)定達到國家排放標準的要求。
權(quán)利要求書
1.一種以電化學為基礎(chǔ)的強化焦化廢水的處理方法，其特征在于：包括如下步驟：步驟1，將活性炭吸附劑加入至焦化廢水中超聲處理20-30min，然后自然沉降2-5h；步驟2，將吸附后的焦化廢水通入電解反應(yīng)器內(nèi)進行電解反應(yīng)60-120min，；步驟3，將電解處理后的焦化廢水通入生化池內(nèi)進行生化深度處理，經(jīng)生化處理后的廢水進行絮凝沉淀處理；步驟4，將絮凝沉淀后的出水進行一級反滲透膜處理，處理后的出水可以直接排放，而產(chǎn)生的膜處理濃液回流至步驟1中吸附處理。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的以電化學為基礎(chǔ)的強化焦化廢水的處理方法，其特征在于：所述步驟1中的活性炭吸附劑采用殼核結(jié)構(gòu)的活性炭顆粒，所述活性炭吸附劑的與焦化廢水的質(zhì)量比為1-2:100，超聲處理的超聲頻率為100-120kHz，溫度為10-20℃，所述自然沉降的溫度為5-10℃。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的以電化學為基礎(chǔ)的強化焦化廢水的處理方法，其特征在于：所述活性炭顆粒以聚丙烯酸鈉為內(nèi)核，以活性炭為表層的殼核活性炭顆粒。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的以電化學為基礎(chǔ)的強化焦化廢水的處理方法，其特征在于：所述步驟2中的電解反應(yīng)的電流密度為20-40mA/cm2，擠壓電壓為15-20V；所述電解反應(yīng)的陰極采用金屬片，陽極采用鈦基鈦鉑復合電極。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的以電化學為基礎(chǔ)的強化焦化廢水的處理方法，其特征在于：所述陽極采用多孔型鈦基鈦鉑復合電極。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的以電化學為基礎(chǔ)的強化焦化廢水的處理方法，其特征在于：所述步驟3中的生化深度處理包括：c1將降解后的焦化廢水引入缺氧池中進行反硝化脫氮處理，期間控制缺氧池的溶解氧為0.2-0.3mg/L；c2，所述反硝化脫氮處理結(jié)束后將得到的焦化廢水引入?yún)捬醭剡M行厭氧處理，期間控制厭氧池的溶解氧小于0.2mg/L；c3，所述厭氧處理結(jié)束后得到的焦化廢水引入好氧池進行好氧處理，期間控制好氧池的溶解氧為2-5mg/L，產(chǎn)生的硝化液中按回流比為1:1-3回流一部分至缺氧池中參與進行反硝化脫氮處理，剩下的硝化液進入二沉池進行泥水分離，得到的污泥部分回流至缺氧池中繼續(xù)進行反硝化脫氮處理，得到的上清液作為生化出水。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的以電化學為基礎(chǔ)的強化焦化廢水的處理方法，其特征在于：所述步驟3中的述絮凝沉淀處理采用聚合氯化鋁或聚合硫酸鋁作為混凝劑，投入量是1000-2000mg/L，時間為0.5-3h。
發(fā)明內(nèi)容
針對現(xiàn)有技術(shù)中的問題，本發(fā)明提供一種以電化學為基礎(chǔ)的強化焦化廢水的處理方法，解決了現(xiàn)有焦化廢水內(nèi)含有金屬離子，造成電化學降解效果不佳的問題，利用物化吸附的方式去除金屬離子，利用電化學降解的方式提升廢水的可生化性，配合絮凝和膜處理，實現(xiàn)廢水的直排降解處理。
為實現(xiàn)以上技術(shù)目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是：
一種以電化學為基礎(chǔ)的強化焦化廢水的處理方法，包括如下步驟：
步驟1，將活性炭吸附劑加入至焦化廢水中超聲處理20-30min，然后自然沉降2-5h，所述活性炭吸附劑采用殼核結(jié)構(gòu)的活性炭顆粒，進一步的，所述活性炭顆粒以聚丙烯酸鈉為內(nèi)核，以活性炭為表層的殼核活性炭顆粒，所述活性炭吸附劑的與焦化廢水的質(zhì)量比為1-2:100，超聲處理的超聲頻率為100-120kHz，溫度為10-20℃，所述自然沉降的溫度為5-10℃，該步驟利用活性炭吸附劑作為重金屬吸附材料，能夠焦化廢水中重金屬離子吸附去除，特別是聚丙烯酸鈉為內(nèi)核結(jié)構(gòu)，配合活性炭顆粒自身的多孔結(jié)構(gòu)，將中金屬離子吸附至內(nèi)核，并形成穩(wěn)定化合物，達到固化效果，同時攪拌的方式能夠?qū)⒒钚蕴课絼┝鲃游浇够瘡U水中的金屬離子，有效的解決了金屬離子對電化學降解廢水的影響；所述殼核活性炭顆粒的制備方法包括如下步驟：a1，將活性炭顆粒加入至乙醇中攪拌均勻，然后低溫研磨20-40min，超聲分散20-30min，噴霧得到活性炭細粉，所述活性炭與乙醇的質(zhì)量比為3:1，攪拌速度為100-200r/min，所述低溫研磨的溫度為5-10℃，研磨壓力為0.2-0.4MPa，超聲分散的頻率為50-70kHz，噴霧的溫度為100-110℃，噴霧速度為5-10mL/min，噴霧面積為20-100cm2，該步驟利用濕法研磨的方式將活性炭研磨成細粉料，并配合壓力型研磨的壓縮，帶來細粉料的均質(zhì)化；超聲分散能夠?qū)嚎s均質(zhì)化的細粉料分散處理，將壓縮形成的活性炭細粉高頻震動，將活性炭顆粒上的縫隙打開形成優(yōu)質(zhì)的多孔活性炭細粉；a2，將乙基纖維素加入至乙醇-乙醚混合液中攪拌均勻，然后加入活性炭細粉和氯化鈉，恒溫攪拌并噴霧形成混合膠體料，所述乙基纖維素在乙醇-乙醚混合液中的濃度為100-200g/L，乙醇-乙醚混合液中的乙醇與乙醚的質(zhì)量比為2-4:1，所述活性炭細粉與氯化鈉的質(zhì)量比為2-5:2，且活性炭細粉與乙基纖維素的質(zhì)量比為8-10:1，恒溫攪拌的溫度為50-60℃，攪拌速度為500-1000r/min，噴霧的溫度為80-90℃，該步驟利用乙基纖維素在乙醚和乙醇的混合液中形成混合攪拌溶解體系，得到均質(zhì)的分散液，然后將活性炭細粉和氯化鈉加入時，氯化鈉會形成細小顆粒，與活性炭細粉形成大小不一的混合顆粒體，同時在恒溫攪拌過程中將乙醚蒸發(fā)去除，形成膠體結(jié)構(gòu)；a3，將聚丙烯酸鈉粉料表面噴灑潤濕化，然后與混合膠體料攪拌均勻形成混合料，經(jīng)造粒得到預制顆粒；所述潤濕化采用蒸餾水，且噴灑的量為聚丙烯酸鈉粉料質(zhì)量的1-5％，所述混合膠體料與聚丙烯酸鈉粉料的質(zhì)量比為5-8:1，所述造粒的溫度為120-130℃，壓力為0.5-0.8MPa，該步驟利用聚丙烯酸鈉潤濕化的方式將材料膨脹化，形成穩(wěn)定的孔隙結(jié)構(gòu)，然后，將混合膠體料與聚丙烯酸鈉粉料進行充分混合，利用聚丙烯酸鈉粉料自身的成型特點，以及氯化鈉在蒸餾水的溶解性，形成活性炭包裹聚丙烯酸鈉粉料，并在壓制過程中緊密結(jié)合；乙基纖維素的粘附性與聚丙烯酸鈉的粘合性形成穩(wěn)定的粘合效果，確�；钚蕴款w粒穩(wěn)定連接在聚丙烯酸鈉顆粒表面；a4，將預制顆粒放入乙醇-甘油混合液中超聲分散20-30min，經(jīng)過濾后放入乙醇-乙醚混合液中超聲清洗20-30min，然后過濾并將乙醚中攪拌處理10-20min，過濾烘干得到活性炭顆粒；所述乙醇-甘油混合液中的乙醇和甘油的體積比為2:2-3，預制顆粒與乙醇-甘油混合液的質(zhì)量比為3:7-9，超聲分散的超聲頻率為40-60kHz，溫度為40-50℃，所述乙醇-乙醚混合液中的乙醚和乙醇的體積比為1:2-3，乙醇-甘油混合液與乙醇-乙醚混合液的質(zhì)量比為1:1.1-1.4，超聲清洗的超聲頻率為50-70kHz，溫度為10-20℃，所述乙醚與預制顆粒的質(zhì)量比為4-6:1，攪拌速度為100-200r/min，所述烘干的溫度為40-60℃；該步驟利用層層超聲處理的方式配合混合溶劑，形成氯化鈉和乙基纖維素的溶出機制，達到去除的效果，同時利用乙醇-乙醚混合液和乙醚的依次處理，能夠?qū)⒏叻悬c溶劑轉(zhuǎn)化為低沸點溶劑，達到優(yōu)異去除的效果。該工藝制備的活性炭顆粒內(nèi)部含有聚丙烯酸鈉能夠?qū)⒅亟饘匐x子形成吸附，轉(zhuǎn)化為不溶物，同時將鈉離子替換出來形成鈉離子。在步驟1的吸附體系中，超聲處理是利用高頻震動的方式打破絡(luò)合體系，將金屬離子釋放出來，并結(jié)合活性炭吸附劑內(nèi)的聚丙烯酸鈉吸附，形成穩(wěn)定的重金屬吸附體系；
步驟2，將吸附后的焦化廢水通入電解反應(yīng)器內(nèi)進行電解反應(yīng)60-120min，所述電解反應(yīng)的電流密度為20-40mA/cm2，擠壓電壓為15-20V；所述電解反應(yīng)的陰極采用金屬片，陽極采用鈦基鈦鉑復合電極；該步驟利用氧化鉑與二氧化鈦形成復合活性層，能夠在電壓與電流密度控制下形成電子層面的降解體系，將廢水內(nèi)的有機物完全降解去除，達到焦化廢水的深度氧化處理，進一步的，為增加陽極的反應(yīng)效率，陽極采用多孔型鈦基鈦鉑復合電極，利用多孔型結(jié)構(gòu)能夠有效的提升的陽極比表面積，大大增加了該降解體系的反應(yīng)面積，實現(xiàn)高效降解。同時，在步驟1中的吸附處理過程中，聚丙烯酸鈉在與金屬離子形成不溶物時會釋放鈉離子，該鈉離子在電化學降解體系中能夠作為電解質(zhì)離子，有效的提升了電解質(zhì)濃度，提高電解降解效率；所述多孔型鈦基鈦鉑復合電極的制備方法，包括如下步驟；b1，將鈦片加入至丙酮-乙醇-水混合液中超聲清洗20-30min，取出晾干得到表面潔凈的鈦片；所述丙酮-乙醇-水混合液中的丙酮、乙醇和水的體積比為2:3:4-7，超聲清洗的溫度為10-20℃，超聲頻率為50-80kHz，該超聲清洗能夠?qū)⑩伷砻娴碾s質(zhì)與有機污染物完全溶解，配合高頻震動帶來的剝離效果，能夠?qū)崿F(xiàn)鈦片表面的潔凈性；b2，將鹽酸噴霧至鈦片表面靜置10-20min；經(jīng)升溫烘干得到表面粗糙的鈦片，所述鹽酸的質(zhì)量濃度為20-25％，噴霧量是1-2mL/cm2，靜置溫度為常溫，所述升溫烘干的溫度為100-120℃；該步驟利用鹽酸對鈦片進行腐蝕，且鹽酸腐蝕后的鈦片表面形成粗糙化結(jié)構(gòu)，并產(chǎn)生一定量的三氯化鈦；b3，將鈦酸正丁酯加入至乙醇-乙醚混合液中攪拌均勻，并加入氯化鈉超聲形成膠體液；然后噴霧在表面粗糙的鈦片表面，恒溫靜置得到鍍膜鈦片，所述鈦酸正丁酯在乙醇-乙醚混合液中的濃度為100-200g/L，乙醇-乙醚混合液中的乙醇與乙醚的體積比為1:2-3，攪拌速度為500-1000r/min，所述氯化鈉的加入量是鈦酸正丁酯質(zhì)量的10-20％，噴霧量為3-6mL/cm2，恒溫靜置的溫度為80-90℃；該步驟利用氯化鈉在乙醇中形成的細小顆粒，同時，鹽酸腐蝕鈦片形成的三氯化鈦在乙醇-乙醚混合液具有溶解性，當噴霧時乙醇-乙醚混合液形成滲透效果，促使鈦酸正丁酯在粗糙表面沉積，形成優(yōu)異的鈦膜；b4，將鍍膜鈦片放置在反應(yīng)釜內(nèi)靜置1-2h，燒結(jié)壓制后放入甘油浸泡20-30min，經(jīng)乙醇、乙醚依次洗滌后得到表面多孔鈦片；所述靜置氛圍為氮氣與水蒸氣的混合氛圍，且氮氣與水蒸氣的體積比為10-15:1，靜置溫度為100-120℃，所述燒結(jié)壓制的壓力為0.8-1.2MPa，溫度為200-230℃，所述浸泡溫度為40-50℃；該步驟利用靜置與水解特性，將鈦酸正丁酯轉(zhuǎn)化為鈦酸，同時該體系還伴有三價鈦的氫氧化物沉淀，壓制燒結(jié)過程中形成穩(wěn)定的夾雜有三氧化二鈦的二氧化鈦材料，同時氯化鈉自身的熱穩(wěn)定性，能夠在表層形成多孔結(jié)構(gòu)，達到優(yōu)異的致孔效果，并在壓制中形成良好的傳壓性，在甘油浸泡過程中氯化鈉能夠溶解在甘油中形成空隙結(jié)構(gòu)，從而形成穩(wěn)定的多孔化，基于甘油自身粘附性，采用乙醇和乙醚的依次洗滌將甘油溶解去除，將高沸點、高粘稠性的甘油轉(zhuǎn)化為低沸點乙醚，達到快速去除的效果；從而形成穩(wěn)定的多孔鈦基結(jié)構(gòu)；b5，將氯化鉑加入至丙酮中攪拌均勻，然后將多孔鈦片放入并低溫超聲10-20min，氮氣氛圍下烘干得到鍍膜多孔鈦片，所述氯化鉑在丙酮內(nèi)的濃度為20-50g/L，低溫超聲的溫度為5-10℃，超聲頻率為50-80kHz，所述烘干的溫度為50-70℃；該步驟利用氯化鉑在丙酮內(nèi)的溶解度，形成穩(wěn)定的溶解液，然后在低溫超聲的過程中對鈦片的多孔結(jié)構(gòu)上形成液膜包裹，經(jīng)氮氣氛圍烘干，將丙酮去除，形成穩(wěn)定的氯化鉑表膜；b6，將鍍膜多孔鈦片放入反應(yīng)釜內(nèi)靜置原位水解反應(yīng)20-30min，并在氮氣氛圍下燒結(jié)得到多孔型鈦基鈦鉑復合電極，所述靜置原位水解的氛圍為氮氣、氨氣和水蒸氣的混合氛圍，且氮氣、氨氣和水蒸氣的體積比為5:2-3:3-4，壓力為0.2-0.3MPa，溫度為40-50℃；所述氮氣氛圍通過恒溫氮氣吹掃獲得，且恒溫氮氣的溫度為110-120℃，所述燒結(jié)的溫度為200-230℃，該步驟利用空氣中水分子與氨氣分子形成氫氧化銨，配合氯化鉑的吸水性和二氧化鈦表面的親水性，形成反應(yīng)體系，促使氯化鉑原位反應(yīng)形成氫氧化鉑，并在氮氣氛圍下燒結(jié)形成二氧化鉑，基于二氧化鉑沉積在二氧化鈦表面，且二氧化鈦在該溫度下形成的是銳鈦型二氧化鈦，表面具有活性，能夠與二氧化鉑形成穩(wěn)定的連接，從而在二氧化鈦表面形成以二氧化鉑為中心，以二氧化鈦為輔的復合活性結(jié)構(gòu)。該方法制備的多孔型鈦基鈦鉑復合電極基于二氧化鈦內(nèi)包裹有三氧化二鈦，且三氧化二鈦自身存在缺氧型結(jié)構(gòu)缺陷，對周邊的二氧化鈦進行氧元素的掠奪，帶來周邊二氧化鈦的缺氧型表現(xiàn)，甚至輻射至二氧化鉑表面表現(xiàn)出缺氧型缺陷，提升二氧化鉑自身活性。該結(jié)構(gòu)體系下的二氧化鉑的活性相較于普通二氧化鉑提升了5-8％。
步驟3，將電解處理后的焦化廢水通入生化池內(nèi)進行生化深度處理，經(jīng)生化處理后的廢水進行絮凝沉淀處理；所述生化深度處理包括：c1將降解后的焦化廢水引入缺氧池中進行反硝化脫氮處理，期間控制缺氧池的溶解氧為0.2-0.3mg/L；c2，所述反硝化脫氮處理結(jié)束后將得到的焦化廢水引入?yún)捬醭剡M行厭氧處理，期間控制厭氧池的溶解氧小于0.2mg/L；c3，所述厭氧處理結(jié)束后得到的焦化廢水引入好氧池進行好氧處理，期間控制好氧池的溶解氧為2-5mg/L，產(chǎn)生的硝化液中按回流比為1:1-3回流一部分至缺氧池中參與進行反硝化脫氮處理，剩下的硝化液進入二沉池進行泥水分離，得到的污泥部分回流至缺氧池中繼續(xù)進行反硝化脫氮處理，得到的上清液作為生化出水；所述絮凝沉淀處理采用聚合氯化鋁或聚合硫酸鋁作為混凝劑，投入量是1000-2000mg/L，時間為0.5-3h。
步驟4，將絮凝沉淀后的出水進行一級反滲透膜處理，處理后的出水可以直接排放，而產(chǎn)生的膜處理濃液回流至步驟1中吸附處理。
從以上描述可以看出，本發(fā)明具備以下優(yōu)點：
1.本發(fā)明解決了現(xiàn)有焦化廢水內(nèi)含有金屬離子，造成電化學降解效果不佳的問題，利用物化吸附的方式去除金屬離子，利用電化學降解的方式提升廢水的可生化性，配合絮凝和膜處理，實現(xiàn)廢水的直排降解處理。
2.本發(fā)明利用電化學的深度降解，有效的控制了焦化廢水的COD、BOD等材料，極大提高了焦化廢水可生化性，提高了生化處理的效率。
3.本發(fā)明利用物理吸附的方式將金屬離子和固體顆粒進行吸附，減少金屬離子和固體顆粒對電化學處理和生化處理的影響，為后續(xù)處理提供更為優(yōu)異的環(huán)境，減低廢水的復雜性。
4.本發(fā)明通過物化、電化和生化聯(lián)合處理焦化廢水的方法，對焦化廢水的處理效果好，處理效率高，出水指標符合國家要求，且能夠長期穩(wěn)定達到國家排放標準的要求。
（發(fā)明人：雷國元）
