一种用于高盐高COD废水的处理装置及处理方法与流程

一种用于高盐高cod废水的处理装置及处理方法
技术领域
1.本发明涉及废水处理技术领域，特别是涉及一种用于高盐高cod废水的处理装置及处理方法。


背景技术：

2.随着社会工业化发展的越来越快，越来越好，随之而来的问题也越来越突出，在工业生产中会产生大量的含有高盐高cod的废水，cod(化学需氧量，chemical oxygen demand)是在一定的条件下，采用一定的强氧化剂处理水样时，所消耗的氧化剂量，它是表示水中还原性物质多少的一个指标，盐是指废水中的还原性物质有各种有机物、亚硝酸盐、硫化物、氯化物等物质，高盐高cod废水需要经过严格的处理，达到排放标准后方可排放。
3.高盐高cod废水具有盐含量高、有机成分复杂且难以降解的特点，常规处理方法有膜分离法、生物法、蒸发结晶等，其往往具有去除率有限、成本高的缺陷。
4.膜分离法主要是利用一种特殊的半透膜，将溶液中溶质和溶剂隔开，从而达到分离何净化水质的目的，高盐高cod废水水质复杂，含有的大分子有机物易造成膜污染及堵塞，损坏膜反应器，造成后续维修及维护成本高。
5.生物法对废水的浓度和具体成分要求较高，使用生物法进行高盐高cod废水的处理，成本高，比较局限。
6.蒸发结晶适用于高盐废水，对于废水中的有机物有较高要求，废水中低沸点的有机物易被蒸出至冷凝液，导致冷凝液cod过高无法达标排放，废水中高沸点有机物最后存在于蒸发釜残中，使釜残粘稠，难于将结晶盐分离出。
7.常规氧化法主要是通过投加强氧化性的化学药剂，如h2o2、kmno4、芬顿试剂等，将有机大分子转化为有机小分子，或直接降解成co2和h2o，适合处理高cod有机废水。


技术实现要素：

8.本发明针对现有技术中存在的上述不足，提供了一种用于高盐高cod废水的处理装置及处理方法，能够高效快速对废水进行降解，减少了对环境的污染。
9.一种用于高盐高cod废水的处理装置，包括反应容器，所述反应容器具有进水管和出水管，所述反应容器内还设有通气管以及用于将高盐高cod废水中有机大分子转化为小分子的光电催化氧化组件，
10.所述通气管的上端在使用时高于液面且伸出反应容器外，所述通气管的下端在使用时低于液面；
11.所述光电催化氧化组件包括光催化氧化组件和电催化氧化组件，
12.所述光催化氧化组件包括：玻璃灯罩、设于玻璃灯罩内的紫外灯管、以及涂覆在玻璃灯罩外表面的二氧化钛催化剂层；
13.所述电催化氧化组件包括：阳极板和阴极板。
14.优选的，进水管的进水口下方设有缓冲导流板，缓冲导流板的下方设有滤网。缓冲
导流板的设置可以减小进水管的进水对下方结构的冲刷力。滤网用于拦截一些大的杂物。
15.优选的，所述反应容器内还设有搅拌机构。搅拌机构用于对待处理的废水进行搅拌，有助于相关反应的进行。
16.优选的，所述二氧化钛催化剂层的制备方法为：将二氧化钛纳米颗粒、松油醇、乙基纤维素和月桂酸按质量比1∶4.06∶0.5∶0.1混入乙醇溶剂中，加热搅拌蒸发掉溶剂制得二氧化钛浆料，将二氧化钛浆料涂覆在玻璃灯罩外表面，在550℃下烧结制得锐钛矿型二氧化钛催化剂层。乙醇的量并没有太多限制，因为乙醇作为溶剂，在后续的加热过程中蒸发掉，一般比如1g二氧化钛可以对应加25ml乙醇。经过550℃下高温烧结后二氧化钛晶型改变，形成锐钛矿型二氧化钛，催化效果更好。
17.优选的，所述阳极板的阳极材料为ru sn@ti，制备方法为：将钌和锡制备成钌锡涂液后涂刷在钛网基体上，烘干，再烧结，重复涂刷、烘干和烧结步骤多次，获得阳性材料；
18.所述阴极板的阴极材料为nf@cnts@cb@n，制作方法为：将泡沫镍放入多壁碳纳米管溶液中进行原位生长，然后进行掺氮处理，再用炭黑涂液涂刷后烘烤，重复涂刷和烘烤步骤多次，获得阴极材料。
19.更优选的，所述阳极板的阳极材料为ru sn@ti，制作方法为：准备好圆柱型钛网，制备钌锡涂液，将涂液涂刷在钛网基体上，在120℃烘箱中烘干10min，再在470℃下烧结10min连续涂覆6次，最后一次烧结1h，制备获得阳极材料；
20.所述阴极板的阴极材料为nf@cnts@cb@n，制作方法为：将裁剪好的泡沫镍置于调配好的1g/l的多壁碳纳米管溶液中进行原位生长，将生长后的泡沫镍与多壁碳纳米管，在300～600℃下进行掺氮处理，然后用炭黑溶液进行表面的涂刷，反复进行四次，第四次置于箱式炉中，180℃保温半小时，制备获得阴极材料。优选的掺氮温度为400～600℃。掺氮温度的变化中掺氮温度在500℃和600℃的差距较为明显，500℃最优。
21.优选的，所述光电催化氧化组件包括多组光催化氧化组件和电催化氧化组件，各组光催化氧化组件和电催化氧化组件交替排列。
22.更优选的，各阳极板和阴极板交替排列且相邻两块之间两两呈喇叭口形状，且一个光电催化氧化组件设置于喇叭口内。阳极和阳极是平行设置，阴极和阴极是平行的，相邻的一块阳极板和阴极板之间则是两两呈喇叭口形状，从而，增加了废水处理的反应面积以及光催化氧化组件和电催化氧化组件之间的传输效率。
23.本发明又提供了一种用于高盐高cod废水的处理方法，使用所述处理装置进行处理。本技术处理方法特别适用于去除高盐高cod废水中的cod。本技术处理方法在处理时，不需要特殊的处理条件，处理时废水温度为常温，反应容器内部压力为常压。常温和常压下就能够处理，有效降低了能效，节约了成本。处理时，给两级通电时的电压不小于2v。
24.优选的，待处理的高盐高cod废水中盐的浓度为0.35～0.65m。待处理的高盐高cod废水中盐的浓度过低和过高均不利于处理效果。待处理的高盐高cod废水的ph对结果影响不是很大，一般酸性条件下，比如ph为2～6的废水下，均有较好的性能。
25.与现有技术相比，本发明的优点：
26.本发明所述的高盐高cod废水处理装置，通过光催化氧化和电催化氧化的高效组合以及阴极材料的制备，能够有效地对高盐高cod废水废水进行降解，本发明反应效率高，可将含盐量0.55m和cod值2660mg/l的废水降解到cod为33mg/l，达到可排放要求。与原先的
催化氧化技术相比，将催化剂直接负载于电极上，无需投加药剂且处理时间短，采用常温常压下运行，可以大幅降低运行成本和投资成本。
附图说明
27.图1为本发明处理装置的结构示意图。
28.图2为光催化氧化组件和电催化氧化组件的布置示意图。
29.图3为缓冲导流板的俯视图。
30.图4为缓冲导流板的侧视图。
31.图5为缓冲导流板另一方向的侧视图。
32.图6为催化条件的变化对结果的影响图。
33.图7为阴极材料的变化对结果的影响图。
34.图8为掺氮温度的变化对结果的影响图。
35.图9为电解质浓度的变化对结果的影响图。
36.图10为酸碱度的变化对结果的影响图。
37.图11为电压的变化对结果的影响图。
38.图12为实施例5中检测结果图，其中，a和b分别为染料废水处理前后的样品照片，c和d分别为生活污水处理前后的样品照片，e为染料废水处理过程中cod值随处理时间的降解图，f为生活污水处理过程中cod值随处理时间的降解图。
39.附图标记：1、反应容器；2、进水管；3、出水管；4、给水泵；5、缓冲导流板；6、导流槽；7、滤网；8、搅拌机构；9、搅拌电机；10、通气管；11、紫外灯；12、电极组；13、电源。
具体实施方式
40.实施例1
41.如图1～5所示，一种用于高盐高cod废水的处理装置，包括反应容器1，反应容器1具有进水管2和出水管3。其中，进水管2的进水口位于反应容器1的上部，进水管2由给水泵4驱动进水。出水管3设于反应容器1的下部一侧，用于将处理好的废水排出。进水管2的进水口下方设有缓冲导流板5，缓冲导流板5的下方设有滤网7。缓冲导流板5的顶面设有一些导流槽6，缓冲导流板5的设置可以减小进水管2的进水对下方结构的冲刷力。滤网7用于拦截一些大的杂物。
42.反应容器1内还设有搅拌机构8。搅拌机构8用于对待处理的废水进行搅拌，有助于相关反应的进行。搅拌机构8可以是一种搅拌桨，也可以是其他能够实现搅拌功能的结构。搅拌机构8由搅拌电机9驱动运行。
43.反应容器1内还设有通气管10，通气管10用于向废水中通过空气，空气中的氧气用于催化氧化反应。通气管10的上端在使用时高于液面且伸出反应容器1外，通气管10的下端在使用时低于液面。
44.反应容器1内还设有用于将高盐高cod废水中有机大分子转化为小分子的光电催化氧化组件，光电催化氧化组件包括光催化氧化组件和电催化氧化组件，其中，光催化氧化组件使用紫外灯11进行催化，紫外灯11具有玻璃灯罩和设于玻璃灯罩内的紫外灯管，玻璃灯罩外表面还涂覆有二氧化钛催化剂层。
45.在一种优选的实施方式中，光电催化氧化组件包括多组光催化氧化组件和电催化氧化组件，各组光催化氧化组件和电催化氧化组件交替排列。
46.电催化氧化组件包括电极组12，电极组12包括若干阳极板和阴极板。如图2所示，俯视图中电极组12共包括5块电极板，电极板分为阳极板和阴极板，各阳极板和阴极板交替排列且相邻两块之间两两呈喇叭口形状，且一个光电催化氧化组件设置于喇叭口内。阳极和阳极是平行设置，阴极和阴极是平行的，相邻的一块阳极板和阴极板之间则是两两呈喇叭口形状，从而，增加了废水处理的反应面积以及光催化氧化组件和电催化氧化组件之间的传输效率。图2中显示的电极组12包括5块电极板，其中阴极板3块，阳极板2块。电极组12由电源13供电。紫外灯11可以由电源13供电，也可以接另外的电源。
47.实施例2
48.二氧化钛催化剂层的制备方法为：称量1g二氧化钛纳米颗粒、4.06g松油醇、0.5g乙基纤维素、0.1g月桂酸混入25ml乙醇中在油浴锅加热搅拌蒸发得到约为5g的二氧化钛浆料。
49.玻璃灯罩内装入紫外灯且玻璃管外壁用丝网印刷的方式将做好的二氧化钛浆料涂在外壁(涂覆厚度约为0.25mm)，在550℃条件下烧结，制得锐钛矿型二氧化钛催化剂层，即得到涂有均匀致密且含有微孔隙的二氧化钛的玻璃管，就形成了光催化氧化组件。
50.实施例3
51.阴极板使用的阴极材料为nf@cnts@cb@n，所述的阴极材料为泡沫镍(nf) 多壁碳纳米管(cnts) 炭黑(cb) 氮(n)，其制作方法如下：将裁剪好的泡沫镍置于调配好的1g/l的多壁碳纳米管溶液(去离子水作为溶剂)中进行原位生长，将生长后的泡沫镍与多壁碳纳米管，在500℃下进行掺氮处理，然后用炭黑溶液(酒精作为溶剂)进行表面的涂刷并烘干，反复进行涂刷炭黑溶液并烘干四次，第四次置于箱式炉中，180℃保温半小时即可，最后泡沫镍上负载量约为1mg/cm2。
52.阳极板使用的阳极材料为ru sn@ti，给定适当电压(3v-9v)
53.所述的阳极材料为钌(ru) 锡(sn) 钛(ti)网，其制作方法如下：准备好圆柱型钛网；将三氯化钌0.35g和四氟化锡2.1g(按1∶6的质量比)溶解在10毫升去离子水中，制备钌锡涂液，分别将涂液涂刷在钛网基体上，在120℃烘箱中烘干10min，再在470℃下烧结10min，连续涂覆、烘干和烧结6次，最后一次烧结1h，即可制备获得阳极，负载量约为1mg/cm2。
54.实施例4
55.用甲基橙染料模拟性能：以实施例3中nf@cnts@cb@n、ru sn@ti和0.55m nacl溶液作为组成锌-空气电池的阴极、阳极和电解液，甲基橙模拟有机染料的污染物，研究了影响该体系(实施例1中装置，二氧化钛催化剂层按实施例2中方法制备，阳极材料和阴极材料按实施例3中方法制备)脱色效果的影响因素。
56.通过从催化条件的变化(图6)、阴极材料的变化(图7)、掺氮温度的变化(图8)、电解质浓度的变化(图9)、酸碱度的变化(图10)、电压的变化(图11)分别检测对废水处理结果的影响。
57.如图6所示，缺少二氧化钛、氧气、紫外光的条件都会影响脱色的性能，缺少二氧化钛的条件对体系性能影响的程度最大。
58.如图7所示，在阴极材料的变化中没有cb、cnt和有cb、cnt的条件下差距较为明显。
59.如图8所示，掺氮温度的变化中掺氮温度在500℃和600℃的差距较为明显，500℃最优。
60.如图9所示，电解质浓度变化条件中发现氯化钠的浓度越高性能越好，但是高于0.55m之后性能开始降低。
61.如图10所示，酸碱度影响检测中ph＝2的效果最优和ph＝3相比相差不大。
62.如图11所示，电压的变化中，电压越大，性能越高。
63.实施例5
64.1、取染料工厂中的染料废水，测得cod值2660mg/l，加入氯化钠，使含盐量为0.55m。然后按实施例4中相同方法(实施例1中装置，二氧化钛催化剂层按实施例2中方法制备，阳极材料和阴极材料按实施例3中方法制备)，各参数按实施例4中获得的最优参数设置。
65.结果如图12(a、b、e)所示，处理60h后，可将含盐量0.55m和cod值2660mg/l的废水降解到cod为33mg/l，达到可排放要求。
66.2、取生活污水，测得cod值5280mg/1，加入氯化钠，使含盐量为0.55m。然后按实施例4中相同方法(实施例1中装置，二氧化钛催化剂层按实施例2中方法制备，阳极材料和阴极材料按实施例3中方法制备)，各参数按实施例4中获得的最优参数设置。
67.结果如图12(c、d、f)所示，处理两小时后，cod从5280mg/l降解到638mg/l。