一種咖啡因含氰廢水的處理方法及裝置的製作方法

2023-06-10 05:33:56 3

專利名稱：一種咖啡因含氰廢水的處理方法及裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種廢水處理方法，尤其是咖啡因生產過程中產生的高濃度含氰廢水的處 理方法及裝置，屬廢水處理技術領域。
背景技術：
咖啡因是從茶葉、咖啡豆中提取出來的一種生物鹼。適度使用有祛除疲勞、興奮神 經的作用，臨床上常用於治療神經衰弱和昏迷復甦。在咖啡因生產過程中會產生一種高 濃度含氰廢水，這種廢水中含有的氰根離子濃度可達200-800mg/L，化學耗氧量高，含鹽 高，有機物成分複雜。現有工業化咖啡因含氰廢水處理技術，主要採用單一漂白粉一步氧 化預處理的工藝，該工藝主要存在以下問題l、處理效果不穩定，由於氧化能力的限制， CN .深度處理效果不佳。2、處理液含廢渣量大， 一般排放時需用大量水稀釋，並存在堵 塞下水道現象。3、處理過程不能減少COD的排放量，對總廠出水達標排放造成隱患，並 提高企業運行成本。目前除了化學氧化法處理含氰廢水，還有人研究採用催化氧化法、酸 化回收法、化學沉降法和微生物降解法來處理含氰廢水。但其中大多數方法處理的廢水量 較少，尚未達到工業化大規模處理含氰廢水的需求。

發明內容
本發明用於克服已有技術的缺陷，提供一種處理效果穩定、處理成本低、適合用於工 業化生產的咖啡因含氰廢水處理方法及裝置。 本發明所稱問題是由以下技術方案解決的 一種咖啡因含氰廢水處理方法，它包括如下步驟
a. 將咖啡因含氰廢水及鹼液輸入循環處理罐，調pH為9 12;
b. 啟動由循環處理罐、折流式反應器、循環泵和循環管路組成的循環反應單元，使含 氰廢水在循環反應單元中循環流動，同時啟動二氧化氯輸入單元，將二氧化氯水溶液輸入 折流式反應器，含氰廢水與二氧化氯在折流式反應器中利用湍流效果形成高濃度反應動 力，與含氰廢水進行快速反應；C.啟動在線檢測單元，檢測循環反應單元中含氰廢水的pH和0RP值的變化，當pH
低於設定值時，啟動補鹼單元向循環單元在線補加鹼液；當ORP值的變化顯示含氰廢水處
理達到終點值時，關閉二氧化氯輸入單元和循環反應單元，將經過處理的廢水排放。
上述咖啡因含氰廢水處理方法，所述pH設定值為9 12，所述含氰廢水處理終點值
為CN—小於0.5 mg/L。
一種咖啡因含氰廢水處理裝置，它包括循環反應單元、二氧化氯輸入單元、在線檢測 單元和補鹼單元，所述循環反應單元分別與二氧化氯輸入單元、補鹼單元連通，所述在線 檢測單元位於循環反應單元的循環管路處。
上述咖啡因含氰廢水處理裝置，所述循環反應單元由循環處理罐、折流式反應器和循 環泵組成，由循環管路將上述部件連通形成閉式循環，所述循環處理罐上部設有廢水輸入 管、下部設有廢水排放管。
上述咖啡因含氰廢水處理裝置，所述二氧化氯輸入單元由二氧化氯發生器和與二氧化 氯發生器出口相通的水射器組成，所述水射器位於循環管路的折流式反應器入口處。
上述咖啡因含氰廢水處理裝置，所述補鹼單元包括補鹼泵、鹼液罐和補鹼管路，其中， 所述補鹼泵連通鹼液罐，補鹼管路入口連通補鹼泵、出口連通循環處理罐，所述補鹼管路 上還設有補鹼分支管路，補鹼分支管路出口連通所述循環管路，補鹼支路上設有pH在線 調控泵。
上述咖啡因含氰廢水處理裝置，所述在線檢測單元位由氧化還原電位探頭、pH在線 探頭組成，所述氧化還原電位探頭、pH在線探頭依次位於循環管路的反應器出口處，其 中，pH在線探頭信號輸至pH在線調控泵。
上述咖啡因含氰廢水處理裝置，所述裝置中還設有尾氣吸收單元，所述尾氣吸收單元 由尾氣管路和一級尾氣吸收罐、二級尾氣射流吸收器組成，所述尾氣管路位於循環處理罐 上部，它連通循環處理罐和一級尾氣吸收罐， 一級尾氣吸收罐和二級尾氣射流吸收器連通。
本發明針對現有工業化咖啡因含氰廢水處理技術處理效果不穩定、難以實現出水達標 排放等問題進行了改進，它採用二氧化氯與含氰廢水在折流式反應器充分混合反應，深度 氧化廢水中的氰化物，並且通過循環處理使二氧化氯與含氰廢水在折流反應器中多次混合 接觸，直到廢水中氰根濃度達到排放標準。採用本發明技術，日處理含氰廢水量最高達到 200噸，完全能夠滿足工業化處理要求。此外，本發明利用廢水氧化還原電位的變化來監
5測表徵廢水中氰根濃度的變化，通過實時監測氧化還原電位值，彌補氰根離子濃度測量方 法滯後性的不足，實時控制反應終點，降低廢水處理成本。本發明所公開的咖啡因含氰廢 水處理技術具有工藝先進、自動化程度高、操作簡便、安全性高、處理效果穩定、處理成 本低等特點。


圖1是pH值對氰根去除率的影響圖2-5是氰根濃度隨反應時間的變化圖6是本發明的裝置原理示意圖。
附圖中標號含義如下1. 二氧化氯發生器，2.水射器，3.折流式反應器，4.氧化 還原電位探頭，5. pH在線探頭，6.循環管路，7.廢水輸入管，8.補鹼管路，9.尾氣管 路，10.循環處理罐，11. 一級尾氣吸收罐，12. 二級尾氣射流吸收器，13.補鹼泵，14. 鹼液罐，15. pH在線調控泵，16.補鹼分支管路，17.廢水排放管，18.循環泵。
具體實施例方式
本發明方法以二氧化氯處理咖啡因含氰廢水，其過程如下將咖啡因含氰廢水的pH 調整為9 12;啟動由循環處理罐、折流式反應器、循環泵和循環管路組成的循環反應單 元，使含氰廢水在循環反應單元中循環流動，同時向折流式反應器中輸入二氧化氯，二氧 化氯與含氰廢水混合液在折流式反應器中利用湍流效果形成高濃度反應動力，二氧化氯與
含氰廢水進行快速反應，達到高效率深度氧化目的。其中發生反應如下 第一步二氧化氯在鹼性條件下，與CN—反應生成氰酸鹽
5CN- + 2C102 + 20H; 5CNCT + 2C1- + H20 第二步氰酸鹽CNO'繼續被氧化
2CNO-+ 6C102 + 40H-— N2 + 6C10-+ 2HC(V + 2H+ 4CNO- + 3C102 + 2H20 — 2N2 + 3CT + 2HC03-
另一方面，氰酸鹽在酸性條件下也會發生水解，直到最後形成氨
CNO- + 2H20 — C02 + NH3 + OH-總反應方程式為
2CN-+ 2C102 = 2C02 + N2 + 2Cr
上述反應過程循環進行，直到設置在循環單元的氧化還原電位探頭在線檢測被處理含 氰廢水ORP到終點值時，停止向折流式反應器中輸入二氧化氯，關閉循環反應單元，將循
6環處理罐中經過處理的含氰廢水排放。在上述反應過程中，在線檢測含氰廢水的pH，當 pH低於設定值時，須向循環單元在線補加鹼液。在循環處理罐上端裝有尾氣管路，經尾 氣管路將排氣引入一級尾氣吸收罐和二級尾氣射流吸收器處理。兩級吸收液定期返回循環 處理罐回收利用，實現有效成分的零排放。本發明還可以在廢水處理現場安裝二氧化氯、 氯氣事故洩露監控報警單元，當環境中氯氣及二氧化氯濃度超標，進行安全報警。
試驗表明，含氰廢水的pH值是影響氰根處理效果的主要因素，當含氰廢水初始氰根 濃度相近時、處理時間相近時，將廢水的pH值控制在9-12之間有利於高效去除氰根。 在弱鹼性條件下，二氧化氯對氰化物的氧化效果好。從二氧化氯的破氰機理來看，二氧化 氯與氰離子反應的第一步是在氫氧根離子參與進行的，也就是說氫氧根的濃度高有利於該 步反應的進行。但氫氧根濃度過高時，會導致二氧化氯自身反應生成亞氯酸根和氯酸根 (2C102 + 20H; C1(V+C103—+H20)，因氯酸根的氧化性低於二氧化氯，除氰效果反而 下降。附圖1為pH值對氰根去除率的影響。可見，整個廢水處理過程中的pH值在線監 測和自動補鹼十分必要，可以保證及時調整處理過程中廢水的pH值及除氰效率。
氰根濃度隨反應時間的變化如附圖2-5所示，由圖可以看出，當氰根濃度大於400 mg丄"時，將氰根濃度與時間的數據進行擬和，擬和得到直線的斜率為3.87;反應過程中 氰根濃度下降到300mg丄"左右時，氰根濃度隨時間變化擬和得到的曲線的斜率為1.59; 當氰根濃度在200mg丄"以下時，擬和曲線的斜率為1.32。當反應體系氰根濃度較高時，
反應速率較快，氰根的去除速率較快，而當反應體系氰根濃度降低時，反應速率減慢，除 氰速率降低。
參看圖6，實現本發明方法所用的裝置包括循環反應單元、二氧化氯輸入單元、在線 檢測單元、補鹼單元和尾氣吸收單元。所述循環反應單元包括循環處理罐10、折流式反 應器3和循環泵18，由循環管路6將上述部件連通形成閉式循環，循環處理罐上部設有 廢水輸入管7、下部設有廢水排放管17。所述二氧化氯輸入單元由二氧化氯發生器1和與 二氧化氯發生器出口相通的水射器2組成，水射器位於循環管路的折流式反應器入口處。 所述在線檢測單元位由依次位於循環管路的反應器出口處的氧化還原電位探頭4、 pH在線 探頭5組成，其中，pH在線探頭信號輸至pH在線調控泵15。所述補鹼單元包括補鹼泵 13、鹼液罐14和補鹼管路8，補鹼泵連通鹼液罐，補鹼管路入口連通補鹼泵、出口連通 循環處理罐。在上述補鹼管路上還設有補鹼分支管路16，補鹼分支管路出口連通循環管路6，補鹼支路上設有pH在線調控泵15。補鹼單元的作用有二 一是當含氰廢液引入循 環處理罐後，開啟補鹼泵向循環處理罐內大量供鹼，以調整含氰廢液的pH; 二是含氰廢 液在循環處理過程中，pH在線探頭測定需要補鹼時，由pH在線調控泵15自動向循環單
元補鹼。所述尾氣吸收單元由尾氣管路9和一級尾氣吸收罐11、 二級尾氣射流吸收器12
組成，所述尾氣管路位於循環處理罐上部，它連通循環處理罐和一級尾氣吸收罐， 一級尾 氣吸收罐和二級尾氣射流吸收器連通。
本發明裝置工作過程如下咖啡因含氰廢水輸入至循環處理罐10，由補鹼泵13投 加鹼液，調至預設PH值；向二氧化氯發生器l供氯酸鈉原液和酸液發生二氧化氯，啟動
二氧化氯發生器，旋開二氧化氯發生器主機與水射器2間的闊門；開啟循環泵18，廢水 在循環單元循環流動；被水射器導入的二氧化氯與含氰廢水混合，進入折流式反應器3 中，利用湍流效果形成高濃度反應動力，在折流式反應器中與含氰廢水進行快速反應；安 裝在循環管路的氧化還原電位探頭和pH在線探頭，即時監測含氰廢水的pH和0RP值的變 化，當pH低於預設值時，自動啟動pH在線調控泵，在線補加鹼液；當ORP值顯示含氰廢 水處理達到終點時，關閉循環單元和二氧化氯輸入單元，將經過處理的含氰廢水由廢水排 水管17排放至儲水池。若0RP值的變化未顯示廢水處理達終點時，含氰廢水在循環單元 循環，反覆處理反應，直至達標。與循環處理罐連通的尾氣吸收單元將反應產生的尾氣依 次送至一級尾氣吸收罐11、 二級尾氣射流吸收器12進行處理。 以下提供幾個具體的實施例-
實施例h咖啡因含氰廢水的氰根濃度為430.1 mg/L;將循環罐內咖啡因含氰廢水pH 值調至11 12，將pH值在線監測儀的值設定為11;向二氧化氯發生器中供氯酸鈉原液 和酸液，使之發生二氧化氯，啟動二氧化氯發生器，同時開啟循環泵；反應時間為3.5h， 終點氰根濃度為0.156 mg/L，氰根離子去除率為99.9%,廢水處理量為9m3， 二氧化氯投 加量為17kg, C102/C!Sr=4.4。
實施例2:咖啡因含氰廢水的氰根濃度為744.3 mg/L;將循環罐內咖啡因含氰廢水pH 值調至9 10，將pH值在線監測儀的值設定為9;向二氧化氯發生器中供氯酸鈉原液和 酸液，使之發生二氧化氯，啟動二氧化氯發生器，同時開啟循環泵；反應時間為3.5 h， 終點氰根濃度為0.208 mg/L，氰根離子去除率為99.9%，廢水處理量為9m3， 二氧化氯投 加量為26.4kg, C102/CN-=3.9。實施例3:咖啡因含氰廢水的氰根濃度為733 mg/L ;將循環罐內咖啡因含氰廢水pH
值調至11 12，將pH值在線監測儀的值設定為11;向二氧化氯發生器中供氯酸鈉原液
和酸液，使之發生二氧化氯，啟動二氧化氯發生器，同時開啟循環泵；反應時間為3.5h，
終點氰根濃度為0.156 mg/L，氰根離子去除率為99.9%，廢水處理量為9m3， 二氧化氯投
加量為17kg， C102/CN-=2.6。
實施例4:咖啡因含氰廢水的氰根濃度為416.5mg/L ;將循環罐內咖啡因含氰廢水
pH值調至9 10，將pH值在線監測儀的值設定為9;向二氧化氯發生器中供氯酸鈉原液
和酸液，使之發生二氧化氯，啟動二氧化氯發生器，同時開啟循環泵；反應時間為2.0h，
終點氰根濃度為0.364 mg/L，氰根離子去除率為99.9%，廢水處理量為9m3， 二氧化氯投
加量為9.6kg, C102/CN-=2.6。
權利要求
1.一種咖啡因含氰廢水處理方法，其特徵在於，它包括如下步驟a.將咖啡因含氰廢水及鹼液輸入循環處理罐，調pH為9～12；b.啟動由循環處理罐、折流式反應器、循環泵和循環管路組成的循環反應單元，使含氰廢水在循環反應單元中循環流動，同時啟動二氧化氯輸入單元，將二氧化氯水溶液輸入折流式反應器，含氰廢水與二氧化氯在折流式反應器中利用湍流效果形成高濃度反應動力，與含氰廢水進行快速反應；c.啟動在線檢測單元，檢測循環反應單元中含氰廢水的pH和ORP值的變化，當pH低於設定值時，啟動補鹼單元向循環單元在線補加鹼液；當ORP值的變化顯示含氰廢水處理達到終點值時，關閉二氧化氯輸入單元和循環反應單元，將經過處理的廢水排放。
2. 根據權利要求1所述的咖啡因含氰廢水處理方法，其特徵在於，所述pH設定值為9 12，所述含氰廢水處理終點值為CN—小於0.5 mg/L。
3. —種咖啡因含氰廢水處理裝置，其特徵在於它包括循環反應單元、二氧化氯輸 入單元、在線檢測單元和補鹼單元，所述循環反應單元分別與二氧化氯輸入單元、補鹼單 元連通，所述在線檢測單元位於循環反應單元的循環管路處。
4. 根據權利要求3所述的咖啡因含氰廢水處理裝置，其特徵在於，所述循環反應單 元由循環處理罐(10)、折流式反應器(3)和循環泵(18)組成，由循環管路(6)將上 述部件連通形成閉式循環，所述循環處理罐上部設有廢水輸入管(7)、下部設有廢水排放 管(17)。
5. 根據權利要求4所述的咖啡因含氰廢水處理裝置，其特徵在於，所述二氧化氯輸 入單元由二氧化氯發生器(1)和與二氧化氯發生器出口相通的水射器(2)組成，所述水 射器位於循環管路的折流式反應器入口處。
6. 根據權利要求5所述的咖啡因含氰廢水處理裝置，其特徵在於，所述補鹼單元包 括補鹼泵(13)、鹼液罐(14)和補鹼管路(8)，其中，所述補鹼泵連通鹼液罐，補鹼管 路入口連通補鹼泵、出口連通循環處理罐，所述補鹼管路上還設有補鹼分支管路(16)， 補鹼分支管路出口連通所述循環管路(6)，補鹼支路上設有pH在線調控泵(15)。
7. 根據權利要求6所述的咖啡因含氰廢水處理裝置，其特徵在於，所述在線檢測單 元位由氧化還原電位探頭(4)、 pH在線探頭(5)組成，其中，所述氧化還原電位探頭、 pH在線探頭依次位於循環管路的反應器出口處，其中，pH在線探頭信號輸至pH在線調控 泵(15)。
8. 根據權利要求7所述的咖啡因含氰廢水處理裝置，其特徵在於，所述裝置中設有 尾氣吸收單元，所述尾氣吸收單元由尾氣管路(9)和一級尾氣吸收罐(11)、 二級尾氣射 流吸收器(12)組成，其中，所述尾氣管路位於循環處理罐上部，它連通循環處理罐和一 級尾氣吸收罐， 一級尾氣吸收罐和二級尾氣射流吸收器連通。
全文摘要
一種咖啡因含氰廢水處理方法及裝置，屬廢水處理技術領域，用於解決含氰廢水處理問題。其技術方案是它將咖啡因含氰廢水調整pH為9～12，以二氧化氯與含氰廢水在折流式反應器充分混合反應，深度氧化廢水中的氰化物，並且通過循環處理使二氧化氯與含氰廢水在折流反應器中多次混合接觸，直到廢水中氰根濃度達到排放標準。採用本發明技術，日處理含氰廢水量最高達到200噸，完全能夠滿足工業化處理要求。本發明具有工藝先進、自動化程度高、操作簡便、安全性高、處理效果穩定、處理成本低等特點。
文檔編號C02F9/04GK101659485SQ20091007540
公開日2010年3月3日 申請日期2009年9月16日 優先權日2009年9月16日
發明者何玉春, 劉永明, 楊立偉, 王奎濤, 王懷玉, 高金龍 申請人:石藥集團新諾威製藥股份有限公司