有機顏料生產廢水的預處理方法
2023-05-27 17:25:46
專利名稱：有機顏料生產廢水的預處理方法
技術領域：
本發明涉及有機化工、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：
隨著工業發展，廢水中難降解有機化合物與日俱增，危害環境安全和人類健康。有機顏料如苯並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衝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，屬於有機物難降解工業廢水。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汙染物處理技術中顯示了與眾不同的特點，被稱為「環境友好」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並獲得更好的發展，還需在電極材料的開發、反應器的研製及對傳統電化學工藝改進方面進行研究。
發明內容
本發明的目的在於提供一種操作簡便、運行成本低的有機顏料廢水預處理方法， 以降低相關企業汙水處理成本，提高企業效益。本發明人發現，有機顏料如苯並咪唑啉的生產廢水具有高COD、高色度、高含鹽的特點，採用通常的電解裝置進行處理效果並不理想，如果在電解前將有機顏料生產廢水PH 調節到合適範圍內，並將有機顏料生產廢水加熱到合適的溫度範圍內，併合理選擇電極材料和電解條件，則有利於進行電解，大幅改善電解後廢水的水質，其COD值、色度值和含鹽量顯著降低，由此完成本發明。因此，本發明的目的在於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所述電解裝置包括電解區和加熱區，所述電解區包括穩壓/穩流電源、電解槽和第一磁力攪拌器，電解槽置於磁力攪拌器之上，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；所述加熱區包括第二磁力攪拌器、繼電器、加熱器、節點溫度計和潛水泵，加熱器和節點溫度計分別與繼電器連接，且加熱器和節點溫度計與潛水泵都置於第二磁力攪拌器之上的容器內，繼電器設於所述容器外部；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的容器連接。採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，然後在鹽酸中浸泡，取出後用水衝洗，然後將與穩壓/穩流電源連接的電極安裝於電解槽內，並將電解槽置於磁力攪拌器上；(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)在加熱區通過繼電器、加熱器和節點溫度計對有機顏料生產廢水的溫度進行控制和調節，使其達到30至75V的溫度範圍內，，並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攪拌，並加入稀H2SO4溶液或NaOH溶液調節廢水初始 PH值至6-9，然後調節電解槽的運行參數，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，然後將處理過的廢水經由電解槽上部的出口排出。採用本發明的有機顏料生產廢水預處理方法，處理效果穩定可靠，操作簡便易行， 運行成本較低，適合於有機化工企業、印染或其它類似企業排放的有機廢水的預處理。
圖1 本發明用於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-穩壓/穩流電源；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
對本本發明進行詳細描述。參照圖1，根據本發明提供的電解裝置包括電解區和加熱區，電解區的穩壓/穩流電源1可以是常用的穩壓/穩流電源，如輸出電壓為0-30v，輸出電流為0-3A的穩壓/穩流電源。穩壓/穩流電源1的正極和負極分別與陽極和陰極連接，陰極採用鐵板電極，陽極採用鋁板電極。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，然後在鹽酸中浸泡，取出後用水衝洗。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選為10-20 1，更優選為12-18 1，進一步優選為14-16 1， 填料粒徑為10-50目，優選為20-40目。
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本發明人經研究發現，當加入由鐵屑和活性炭組成的填料時，電解效率得到改善， 這可能由於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並降低能耗。 不過上述機理僅是推測性的，本發明不受此限制。本發明人經研究發現，當鐵屑與活性炭的質量比低於10 1時，由於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於20 1時，電解效率無明顯改
業
口 ο在本發明的方法中，當填料粒徑小於10目時，填料易於隨著處理的廢水流動而流失；反之，當填料粒徑大於50目時，填料的比表面積下降，導致電解效率降低。本發明電解裝置的電解槽2置於第一磁力攪拌器3之上，磁力攪拌器3用於攪拌電解槽2中的待電解廢水。電解槽2的運行參數為電流密度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)。本發明經過研究發現，當用於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(尤其是苯並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。在本發明方法的一個優選實施方案中，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，優選 20-30min。將廢水引入電解槽後，向持續攪拌的廢水中加入稀溶液或NaOH溶液調節廢水初始PH值至6-9，然後按上述要求調整電解槽2的運行參數，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)。本發明人經研究發現，當將待電解廢水(尤其是苯並咪唑啉系列有機顏料生產廢水)的PH值調節至6-9時，廢水能被有效電解。當pH值高於9時或低於6時，電解後廢水的COD去除率以及色度去除率均降低。本發明的加熱區包括第二磁力攪拌器8、繼電器4、加熱器5、節點溫度計6和潛水泵7。加熱器5和節點溫度計6分別與繼電器4連接。加熱器5、節點溫度計6和繼電器4 均設置於第二磁力攪拌器8之上的容器中。繼電器4設置於該容器外部。通過繼電器4、 加熱器5和節點溫度計6能夠實現對廢水溫度的控制和調節，可以將廢水溫度控制在30 至75°C的範圍，優選溫度範圍為35至60°C，更優選35至55°C。節點溫度計6用於測量廢水溫度，當節點溫度計6顯示溫度低於上述溫度範圍下限時，通過繼電器4控制加熱器5運行，將溫度升高；達到預期溫度後，加熱器5停止加熱，溫度保持不變或略有下降。本發明人經研究發現，當將廢水的溫度控制為30至75°C時，廢水能被有效電解。 如果廢水溫度高於75°C，則由於溫度過高導致其它汙染物出現，如果溫度低於30°C，則電解不能充分進行。加熱區的潛水泵7通過管線與電解區的電解槽2下部的入口 9連接，並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)，優選10-40min，更優選20-30min。可根據需要自行調節電解槽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。採用本發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，然後在鹽酸中浸泡，取出後用水衝洗，然後將與穩壓/穩流電源1連接的電極安裝於電解槽2內，並將電解槽2置於第一磁力攪拌器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，優選12-18 1，更優選14-16 1，填料粒徑10-50目，優選20-40目；(3)在加熱區通過繼電器4、加熱器5和節點溫度計6對有機顏料生產廢水的溫度進行控制和調節，使其達到30至75°C，優選30至75°C，優選36至60°C，更優選35至55°C 的溫度範圍，並通過潛水泵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攪拌，並加入稀H2SO4溶液或NaOH溶液調節廢水初始 PH值至6-9，然後在電流密度10-25mA/cm2、極間距根據需要自行調節到8_20mm、攪拌速率 200-500r/min的條件下停留5_60min，優選10_40min，更優選20_30min，然後將處理過的廢水經由電解槽2上部的出口排出。電解後的廢水可以排入到加熱區的容器中，與新加入的廢水一起加熱、再次電解， 也可以用於加熱新加入的廢水，使其升溫。如果電解後的廢水與新加入的廢水一起加熱、再次電解，則將電解後的廢水與新鮮廢水注入同一區域；如果電解後的廢水用於加熱新鮮廢水，則電解後的廢水與新鮮廢水注入不同區域，其間需用隔板隔開，使兩者進行熱交換。本發明進行電解的廢水優選為苯並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。在一種優選的實施方式中，在步驟C3)中，通過繼電器(4)、加熱器( 和節點溫度計(6)將廢水溫度控制在36至60°C，優選35至55的溫度範圍內。在一種優選的實施方式中，在步驟⑷中，電解槽的運行參數為電流密度 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，優選20_30min。在一種優選的實施方式中，在步驟中，將廢水引入電解槽後，向持續攪拌的廢水中加入稀溶液或NaOH溶液調節廢水初始PH值至7-9。在一種優選的實施方式中，在步驟中，處理該廢水的最佳電流密度為12. 5mA/
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cm ο通過本發明的電解方法處理，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，並且高濃度有機廢水中色度去除率可達到85%以上。對比現有常用的淨化處理方法，本發明方法不但發揮了電化學法通常的優勢，而且還具有自身獨特的優點，綜合表現為(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，在汙水、廢氣、 有毒廢物處理等多方面均可發揮作用。
(2)易於實現自動化。電化學過程中的主要運行參數是電流和電位，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汙染問題。(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汙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。電化學系統設備相對簡單，設計合理的系統能量效率較高；同時，系統的操作與維護費用也較低。由於顏料生產過程中採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。因此比較適合採用電化學處理方法。本發明方法採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，減輕後續處理負擔的目的。綜合而言，本發明所述方法的處理效果穩定可靠，操作簡便易行，運行成本較低，適合於有機化工企業、印染或其它類似企業排放的有機廢水的預處理。實施例下面結合附圖對本發明的電解裝置進行詳細描述，並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，用於有機顏料生產廢水預處理的電解裝置包括電解區和加熱區，電解區包括穩壓/穩流電源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；加熱區包括第二磁力攪拌器8、繼電器4、加熱器5、節點溫度計6 和潛水泵7，加熱器5和節點溫度計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，廢水預處理後由電解槽上部出口 10排出。以下實施例中COD是採用儀器法進行測量，採用的儀器為哈納H199721 ；BOD也是採用儀器法進行測量，採用的儀器為哈納HA1997 ；色度是採用稀釋倍數法進行測量。COD去除率=(電解前廢水的COD值-電解後廢水的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-電解後廢水的色度值)/電解前廢水的色度值X 100%實施例1 將電極在丙酮中浸泡後洗去油脂，然後在鹽酸中浸泡IOmin後取出，用水衝洗乾淨後安裝於廢水處理裝置，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；將廢水在加熱區加熱至50°C後，由潛水泵泵送到電解槽中，然後加入稀H2SO4溶液或NaOH溶液，調節廢水初始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後洗去油脂，然後在鹽酸中浸泡5min後取出，用水衝洗乾淨後安裝於廢水處理裝置，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；將廢水在加熱區加熱至60°C後，由潛水泵泵送到電解槽中，然後加入稀H2SO4溶液或NaOH溶液，調節廢水初始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後洗去油脂，然後在鹽酸中浸泡15min後取出，用水衝洗乾淨後安裝於廢水處理裝置，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；將廢水在加熱區加熱至40°C後，由潛水泵泵送到電解槽中，然後加入稀溶液或NaOH溶液，調節廢水初始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。利用本發明的電解裝置，通過本發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所述電解裝置包括電解區和加熱區，所述電解區包括穩壓/穩流電源、電解槽和第一磁力攪拌器，電解槽置於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；所述加熱區包括第二磁力攪拌器、繼電器、加熱器、節點溫度計和潛水泵，加熱器和節點溫度計分別與繼電器連接，加熱器和節點溫度計分別與潛水泵都置於第二磁力攪拌器上的容器內，繼電器設置於所述容器的外部；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，然後在鹽酸中浸泡，取出後用水衝洗， 然後將與穩壓/穩流電源連接的電極安裝於電解槽內，並將電解槽置於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)在加熱區通過繼電器、加熱器和節點溫度計對有機顏料生產廢水的溫度進行控制和調節，使其達到30至75°C的溫度範圍內，，並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攪拌，並加入稀溶液或NaOH溶液調節廢水初始pH值至6-9，然後調節電解槽的運行參數，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，然後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，其特徵在於，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，其特徵在於，所述廢水為苯並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，其特徵在於，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，其特徵在於，在步驟中，電解槽的運行參數為電流密度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，優選20_30min。
6.根據權利要求1至5之一所述的方法，其特徵在於，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，其特徵在於，在步驟(4)中，將廢水引入電解槽後，向持續攪拌的廢水中加入稀溶液或NaOH溶液調節廢水初始pH值至7_9。
8.根據權利要求1至7之一所述的方法，其特徵在於，在步驟(3)中，通過繼電器0)、 加熱器(5)和節點溫度計(6)將廢水溫度控制在36至60°C，優選35至55的溫度範圍內。
全文摘要
本發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)在加熱區通過繼電器、加熱器和節點溫度計對有機顏料生產廢水的溫度進行控制和調節，並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攪拌，並加入稀H2SO4溶液或NaOH溶液調節廢水初始pH值至6-9，然後在電流密度10-25mA/cm2、極間距根據需要自行調節到8-20mm、攪拌速率200-500r/min的條件下停留5-60min，然後將處理過的廢水經由電解槽上部的出口排出。本發明方法處理效果穩定可靠，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 優先權日2011年7月8日
發明者於興春, 崔麗, 梁吉豔, 梁鐵夫, 王賢豐 申請人:鞍山七彩化學股份有限公司