CN101659485A

CN101659485A - 一种咖啡因含氰废水的处理方法及装置

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Publication number: CN101659485A
Application number: CN200910075401A
Authority: CN
Inventors: 刘永明; 王怀玉; 高金龙; 王奎涛; 何玉春; 杨立伟
Original assignee: CSPC Innovation Pharmaceutical Co Ltd
Current assignee: CSPC Innovation Pharmaceutical Co Ltd
Priority date: 2009-09-16
Filing date: 2009-09-16
Publication date: 2010-03-03

Abstract

一种咖啡因含氰废水处理方法及装置，属废水处理技术领域，用于解决含氰废水处理问题。其技术方案是：它将咖啡因含氰废水调整pH为9～12，以二氧化氯与含氰废水在折流式反应器充分混合反应，深度氧化废水中的氰化物，并且通过循环处理使二氧化氯与含氰废水在折流反应器中多次混合接触，直到废水中氰根浓度达到排放标准。采用本发明技术，日处理含氰废水量最高达到200吨，完全能够满足工业化处理要求。本发明具有工艺先进、自动化程度高、操作简便、安全性高、处理效果稳定、处理成本低等特点。

Description

一种咖啡因含氰废水的处理方法及装置

技术领域

本发明涉及一种废水处理方法，尤其是咖啡因生产过程中产生的高浓度含氰废水的处理方法及装置，属废水处理技术领域。

背景技术

咖啡因是从茶叶、咖啡豆中提取出来的一种生物碱。适度使用有祛除疲劳、兴奋神经的作用，临床上常用于治疗神经衰弱和昏迷复苏。在咖啡因生产过程中会产生一种高浓度含氰废水，这种废水中含有的氰根离子浓度可达200-800mg/L，化学耗氧量高，含盐高，有机物成分复杂。现有工业化咖啡因含氰废水处理技术，主要采用单一漂白粉一步氧化预处理的工艺，该工艺主要存在以下问题1、处理效果不稳定，由于氧化能力的限制，CN^-深度处理效果不佳。2、处理液含废渣量大，一般排放时需用大量水稀释，并存在堵塞下水道现象。3、处理过程不能减少COD的排放量，对总厂出水达标排放造成隐患，并提高企业运行成本。目前除了化学氧化法处理含氰废水，还有人研究采用催化氧化法、酸化回收法、化学沉降法和微生物降解法来处理含氰废水。但其中大多数方法处理的废水量较少，尚未达到工业化大规模处理含氰废水的需求。

发明内容

本发明用于克服已有技术的缺陷，提供一种处理效果稳定、处理成本低、适合用于工业化生产的咖啡因含氰废水处理方法及装置。

本发明所称问题是由以下技术方案解决的：

一种咖啡因含氰废水处理方法，它包括如下步骤：

a.将咖啡因含氰废水及碱液输入循环处理罐，调pH为9～12；

b.启动由循环处理罐、折流式反应器、循环泵和循环管路组成的循环反应单元，使含氰废水在循环反应单元中循环流动，同时启动二氧化氯输入单元，将二氧化氯水溶液输入折流式反应器，含氰废水与二氧化氯在折流式反应器中利用湍流效果形成高浓度反应动力，与含氰废水进行快速反应；

c.启动在线检测单元，检测循环反应单元中含氰废水的pH和ORP值的变化，当pH低于设定值时，启动补碱单元向循环单元在线补加碱液；当ORP值的变化显示含氰废水处理达到终点值时，关闭二氧化氯输入单元和循环反应单元，将经过处理的废水排放。

上述咖啡因含氰废水处理方法，所述pH设定值为9～12，所述含氰废水处理终点值为CN^-小于0.5mg/L。

一种咖啡因含氰废水处理装置，它包括循环反应单元、二氧化氯输入单元、在线检测单元和补碱单元，所述循环反应单元分别与二氧化氯输入单元、补碱单元连通，所述在线检测单元位于循环反应单元的循环管路处。

上述咖啡因含氰废水处理装置，所述循环反应单元由循环处理罐、折流式反应器和循环泵组成，由循环管路将上述部件连通形成闭式循环，所述循环处理罐上部设有废水输入管、下部设有废水排放管。

上述咖啡因含氰废水处理装置，所述二氧化氯输入单元由二氧化氯发生器和与二氧化氯发生器出口相通的水射器组成，所述水射器位于循环管路的折流式反应器入口处。

上述咖啡因含氰废水处理装置，所述补碱单元包括补碱泵、碱液罐和补碱管路，其中，所述补碱泵连通碱液罐，补碱管路入口连通补碱泵、出口连通循环处理罐，所述补碱管路上还设有补碱分支管路，补碱分支管路出口连通所述循环管路，补碱支路上设有pH在线调控泵。

上述咖啡因含氰废水处理装置，所述在线检测单元位由氧化还原电位探头、pH在线探头组成，所述氧化还原电位探头、pH在线探头依次位于循环管路的反应器出口处，其中，pH在线探头信号输至pH在线调控泵。

上述咖啡因含氰废水处理装置，所述装置中还设有尾气吸收单元，所述尾气吸收单元由尾气管路和一级尾气吸收罐、二级尾气射流吸收器组成，所述尾气管路位于循环处理罐上部，它连通循环处理罐和一级尾气吸收罐，一级尾气吸收罐和二级尾气射流吸收器连通。

本发明针对现有工业化咖啡因含氰废水处理技术处理效果不稳定、难以实现出水达标排放等问题进行了改进，它采用二氧化氯与含氰废水在折流式反应器充分混合反应，深度氧化废水中的氰化物，并且通过循环处理使二氧化氯与含氰废水在折流反应器中多次混合接触，直到废水中氰根浓度达到排放标准。采用本发明技术，日处理含氰废水量最高达到200吨，完全能够满足工业化处理要求。此外，本发明利用废水氧化还原电位的变化来监测表征废水中氰根浓度的变化，通过实时监测氧化还原电位值，弥补氰根离子浓度测量方法滞后性的不足，实时控制反应终点，降低废水处理成本。本发明所公开的咖啡因含氰废水处理技术具有工艺先进、自动化程度高、操作简便、安全性高、处理效果稳定、处理成本低等特点。

附图说明

图1是pH值对氰根去除率的影响图；

图2-5是氰根浓度随反应时间的变化图；

图6是本发明的装置原理示意图。

附图中标号含义如下：1.二氧化氯发生器，2.水射器，3.折流式反应器，4.氧化还原电位探头，5.pH在线探头，6.循环管路，7.废水输入管，8.补碱管路，9.尾气管路，10.循环处理罐，11.一级尾气吸收罐，12.二级尾气射流吸收器，13.补碱泵，14.碱液罐，15.pH在线调控泵，16.补碱分支管路，17.废水排放管，18.循环泵。

具体实施方式

本发明方法以二氧化氯处理咖啡因含氰废水，其过程如下：将咖啡因含氰废水的pH调整为9～12；启动由循环处理罐、折流式反应器、循环泵和循环管路组成的循环反应单元，使含氰废水在循环反应单元中循环流动，同时向折流式反应器中输入二氧化氯，二氧化氯与含氰废水混合液在折流式反应器中利用湍流效果形成高浓度反应动力，二氧化氯与含氰废水进行快速反应，达到高效率深度氧化目的。其中发生反应如下：

第一步：二氧化氯在碱性条件下，与CN^-反应生成氰酸盐：

5CN^-+2ClO₂+2OH^-→5CNO^-+2Cl^-+H₂O

第二步：氰酸盐CNO^-继续被氧化：

2CNO^-+6ClO₂+4OH^-→N₂+6ClO^-+2HCO₃ ^-+2H⁺

4CNO^-+3ClO₂+2H₂O→2N₂+3Cl^-+2HCO₃ ^-

另一方面，氰酸盐在酸性条件下也会发生水解，直到最后形成氨：

CNO^-+2H₂O→CO₂+NH₃+OH^-

总反应方程式为：

2CN^-+2ClO₂＝2CO₂+N₂+2Cl^-

上述反应过程循环进行，直到设置在循环单元的氧化还原电位探头在线检测被处理含氰废水ORP到终点值时，停止向折流式反应器中输入二氧化氯，关闭循环反应单元，将循环处理罐中经过处理的含氰废水排放。在上述反应过程中，在线检测含氰废水的pH，当pH低于设定值时，须向循环单元在线补加碱液。在循环处理罐上端装有尾气管路，经尾气管路将排气引入一级尾气吸收罐和二级尾气射流吸收器处理。两级吸收液定期返回循环处理罐回收利用，实现有效成分的零排放。本发明还可以在废水处理现场安装二氧化氯、氯气事故泄露监控报警单元，当环境中氯气及二氧化氯浓度超标，进行安全报警。

试验表明，含氰废水的pH值是影响氰根处理效果的主要因素，当含氰废水初始氰根浓度相近时、处理时间相近时，将废水的pH值控制在9-12之间有利于高效去除氰根。在弱碱性条件下，二氧化氯对氰化物的氧化效果好。从二氧化氯的破氰机理来看，二氧化氯与氰离子反应的第一步是在氢氧根离子参与进行的，也就是说氢氧根的浓度高有利于该步反应的进行。但氢氧根浓度过高时，会导致二氧化氯自身反应生成亚氯酸根和氯酸根(2ClO₂+2OH^-→ClO₂ ^-+ClO₃ ^-+H₂O)，因氯酸根的氧化性低于二氧化氯，除氰效果反而下降。附图1为pH值对氰根去除率的影响。可见，整个废水处理过程中的pH值在线监测和自动补碱十分必要，可以保证及时调整处理过程中废水的pH值及除氰效率。

氰根浓度随反应时间的变化如附图2-5所示，由图可以看出，当氰根浓度大于400mg·L^-1时，将氰根浓度与时间的数据进行拟和，拟和得到直线的斜率为3.87；反应过程中氰根浓度下降到300mg·L^-1左右时，氰根浓度随时间变化拟和得到的曲线的斜率为1.59；当氰根浓度在200mg·L^-1以下时，拟和曲线的斜率为1.32。当反应体系氰根浓度较高时，反应速率较快，氰根的去除速率较快，而当反应体系氰根浓度降低时，反应速率减慢，除氰速率降低。

参看图6，实现本发明方法所用的装置包括循环反应单元、二氧化氯输入单元、在线检测单元、补碱单元和尾气吸收单元。所述循环反应单元包括循环处理罐10、折流式反应器3和循环泵18，由循环管路6将上述部件连通形成闭式循环，循环处理罐上部设有废水输入管7、下部设有废水排放管17。所述二氧化氯输入单元由二氧化氯发生器1和与二氧化氯发生器出口相通的水射器2组成，水射器位于循环管路的折流式反应器入口处。所述在线检测单元位由依次位于循环管路的反应器出口处的氧化还原电位探头4、pH在线探头5组成，其中，pH在线探头信号输至pH在线调控泵15。所述补碱单元包括补碱泵13、碱液罐14和补碱管路8，补碱泵连通碱液罐，补碱管路入口连通补碱泵、出口连通循环处理罐。在上述补碱管路上还设有补碱分支管路16，补碱分支管路出口连通循环管路6，补碱支路上设有pH在线调控泵15。补碱单元的作用有二：一是当含氰废液引入循环处理罐后，开启补碱泵向循环处理罐内大量供碱，以调整含氰废液的pH；二是含氰废液在循环处理过程中，pH在线探头测定需要补碱时，由pH在线调控泵15自动向循环单元补碱。所述尾气吸收单元由尾气管路9和一级尾气吸收罐11、二级尾气射流吸收器12组成，所述尾气管路位于循环处理罐上部，它连通循环处理罐和一级尾气吸收罐，一级尾气吸收罐和二级尾气射流吸收器连通。

本发明装置工作过程如下：咖啡因含氰废水输入至循环处理罐10，由补碱泵13投加碱液，调至预设pH值；向二氧化氯发生器1供氯酸钠原液和酸液发生二氧化氯，启动二氧化氯发生器，旋开二氧化氯发生器主机与水射器2间的阀门；开启循环泵18，废水在循环单元循环流动；被水射器导入的二氧化氯与含氰废水混合，进入折流式反应器3中，利用湍流效果形成高浓度反应动力，在折流式反应器中与含氰废水进行快速反应；安装在循环管路的氧化还原电位探头和pH在线探头，即时监测含氰废水的pH和ORP值的变化，当pH低于预设值时，自动启动pH在线调控泵，在线补加碱液；当ORP值显示含氰废水处理达到终点时，关闭循环单元和二氧化氯输入单元，将经过处理的含氰废水由废水排水管17排放至储水池。若ORP值的变化未显示废水处理达终点时，含氰废水在循环单元循环，反复处理反应，直至达标。与循环处理罐连通的尾气吸收单元将反应产生的尾气依次送至一级尾气吸收罐11、二级尾气射流吸收器12进行处理。

以下提供几个具体的实施例：

实施例1：咖啡因含氰废水的氰根浓度为430.1mg/L；将循环罐内咖啡因含氰废水pH值调至11～12，将pH值在线监测仪的值设定为11；向二氧化氯发生器中供氯酸钠原液和酸液，使之发生二氧化氯，启动二氧化氯发生器，同时开启循环泵；反应时间为3.5h，终点氰根浓度为0.156mg/L，氰根离子去除率为99.9％，废水处理量为9m³，二氧化氯投加量为17kg，ClO₂/CN^-＝4.4。

实施例2：咖啡因含氰废水的氰根浓度为744.3mg/L；将循环罐内咖啡因含氰废水pH值调至9～10，将pH值在线监测仪的值设定为9；向二氧化氯发生器中供氯酸钠原液和酸液，使之发生二氧化氯，启动二氧化氯发生器，同时开启循环泵；反应时间为3.5h，终点氰根浓度为0.208mg/L，氰根离子去除率为99.9％，废水处理量为9m³，二氧化氯投加量为26.4kg，ClO₂/CN^-＝3.9。

实施例3：咖啡因含氰废水的氰根浓度为733mg/L；将循环罐内咖啡因含氰废水pH值调至11～12，将pH值在线监测仪的值设定为11；向二氧化氯发生器中供氯酸钠原液和酸液，使之发生二氧化氯，启动二氧化氯发生器，同时开启循环泵；反应时间为3.5h，终点氰根浓度为0.156mg/L，氰根离子去除率为99.9％，废水处理量为9m³，二氧化氯投加量为17kg，ClO₂/CN^-＝2.6。

实施例4：咖啡因含氰废水的氰根浓度为416.5mg/L；将循环罐内咖啡因含氰废水pH值调至9～10，将pH值在线监测仪的值设定为9；向二氧化氯发生器中供氯酸钠原液和酸液，使之发生二氧化氯，启动二氧化氯发生器，同时开启循环泵；反应时间为2.0h，终点氰根浓度为0.364mg/L，氰根离子去除率为99.9％，废水处理量为9m³，二氧化氯投加量为9.6kg，ClO₂/CN^-＝2.6。

Claims

1.一种咖啡因含氰废水处理方法，其特征在于，它包括如下步骤：

a.将咖啡因含氰废水及碱液输入循环处理罐，调pH为9～12；

2.根据权利要求1所述的咖啡因含氰废水处理方法，其特征在于，所述pH设定值为9～12，所述含氰废水处理终点值为CN^-小于0.5mg/L。

3.一种咖啡因含氰废水处理装置，其特征在于：它包括循环反应单元、二氧化氯输入单元、在线检测单元和补碱单元，所述循环反应单元分别与二氧化氯输入单元、补碱单元连通，所述在线检测单元位于循环反应单元的循环管路处。

4.根据权利要求3所述的咖啡因含氰废水处理装置，其特征在于，所述循环反应单元由循环处理罐(10)、折流式反应器(3)和循环泵(18)组成，由循环管路(6)将上述部件连通形成闭式循环，所述循环处理罐上部设有废水输入管(7)、下部设有废水排放管(17)。

5.根据权利要求4所述的咖啡因含氰废水处理装置，其特征在于，所述二氧化氯输入单元由二氧化氯发生器(1)和与二氧化氯发生器出口相通的水射器(2)组成，所述水射器位于循环管路的折流式反应器入口处。

6.根据权利要求5所述的咖啡因含氰废水处理装置，其特征在于，所述补碱单元包括补碱泵(13)、碱液罐(14)和补碱管路(8)，其中，所述补碱泵连通碱液罐，补碱管路入口连通补碱泵、出口连通循环处理罐，所述补碱管路上还设有补碱分支管路(16)，补碱分支管路出口连通所述循环管路(6)，补碱支路上设有pH在线调控泵(15)。

7.根据权利要求6所述的咖啡因含氰废水处理装置，其特征在于，所述在线检测单元位由氧化还原电位探头(4)、pH在线探头(5)组成，其中，所述氧化还原电位探头、pH在线探头依次位于循环管路的反应器出口处，其中，pH在线探头信号输至pH在线调控泵(15)。

8.根据权利要求7所述的咖啡因含氰废水处理装置，其特征在于，所述装置中设有尾气吸收单元，所述尾气吸收单元由尾气管路(9)和一级尾气吸收罐(11)、二级尾气射流吸收器(12)组成，其中，所述尾气管路位于循环处理罐上部，它连通循环处理罐和一级尾气吸收罐，一级尾气吸收罐和二级尾气射流吸收器连通。