CN106830209A - 一种提高焦化废水可生化性的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及水污染控制领域，特别公开了一种提高焦化废水可生化性的方法。该提高焦化废水可生化性的方法，以经初步处理的焦化废水为处理对象，其特征为：配置包括阳极极板、阴极极板和位于阴极与阳极间的粒子电极、光催化剂、Fenton催化剂及电解质的三维电极反应器；将焦化废水用酸调节pH值为3‑4后，引入三维电极反应器处理；将处理后的焦化废水用碱调节pH值为7‑8后静置处理；将经过静置后得到的上清液排入后续生化处理装置。本发明通过电化学氧化、光催化氧化和Fenton氧化等高级氧化间的协同增效作用，分解焦化废水中的难降解有机污染物，提高焦化废水的可生化性。

Description

一种提高焦化废水可生化性的方法
（一）技术领域
本发明涉及水污染控制领域，特别涉及一种提高焦化废水可生化性的方法。
（二）背景技术
焦化废水是煤在高温干馏得到焦炭和煤气净化、副产品回收与精制过程中产生的工业有机废水。焦化废水含有较高浓度的氨氮和氰、硫氰根、氟化物等无机污染物，还含有微生物难以降解的酚、油、胺、萘、吡啶、喹啉、蒽等杂环及多环芳香族化合物(PAHs)。焦化废水污染物浓度高、组分复杂、毒性大、可生化性较差（BOD5/COD一般不超过0.3），COD浓度在3000-5000mg·L-1，氨氮浓度在200-500mg·L-1。
目前，焦化废水处理普遍采用“预处理+生物处理+深度处理”联合处理工艺，预处理通常选择混凝沉淀、气浮、油分离、氨分离等工艺，去除焦化废水中的悬浮物、油分、硫化物、氨氮等，降低生物处理污染负荷、提高生物处理效果。但是在工程应用中，这些常规预处理工艺方法不能很好的达到降低焦化废水COD、提高可生化等预处理效果，超声辐照、Fenton、臭氧、光催化氧化等高级氧化技术和微电解、电化学氧化还原等电催化技术相继用于焦化废水的预处理，通过氧化作用将有机污染物直接氧化、把难被微生物降解的大分子物质氧化为低毒或者无毒的小分子物质，提高焦化废水的可生化性。
为改善焦化废水可生化性、提高生化处理效率、降低深度处理难度、保证废水处理***稳定运行和处理效果、满足回收利用水质要求，开发用于焦化废水预处理的新技术方法具有重要的理论和实用价值。
（三）发明内容
本发明为了弥补现有技术的不足，提供了一种操作条件温和、对后续处理影响小，减少固体废物排放的提高焦化废水可生化性的方法。
本发明是通过如下技术方案实现的：
一种提高焦化废水可生化性的方法，以经初步处理的焦化废水为处理对象，包括如下步骤：
（1）配置包括阳极极板、阴极极板和位于阴极与阳极间的粒子电极、光催化剂、Fenton催化剂及电解质的三维电极反应器；
（2）将焦化废水用酸调节pH值为3-4后，引入三维电极反应器处理，通过对所述废水进行电化学氧化以及光催化氧化、Fenton氧化等高级氧化，分解所述焦化废水中的难降解有机污染物，增强所述焦化废水的可生化性，提高所述焦化废水的BOD5/COD的比(B/C比)；
（3）将处理后的焦化废水用碱调节pH值为7-8后静置处理；
（4）将经过静置后得到的上清液排入后续生化处理装置。
高级氧化技术与电催化技术相结合处理难降解有机废水，具有明显的协同增效作用，能够显著提高处理效果；电化学氧化还原技术属于传统的二维电极废水处理技术，广泛用于废水处理。但存在体面较小、电流效率低、处理效果不理想等不足；电Fenton方法是通过电化学方法中的牺牲阳极产生Fe3+或Fe2+离子，同时水中的氧生成H2O2，构成Fenton试剂；或者促进外加的Fe3+/Fe2+循环及H2O2转化为羟基自由基，提高有机污染物的降解效率；为进一步提高有机物污染物的降解效率，在电Fenton的体系中引入光照(可见光、紫外光等) 协同降解有机物污染物，形成光电Fenton方法，即光电协同作用下的Fenton方法；三维电极是在电极极板间加入粒子电极构成第三电极，使反应器的电流效率、比表面积、和传质效率明显改善，从而提高了难降解有机污染物降解效率。
为克服单一高级氧化技术或者电催化技术处理焦化废水效率低的不足，提高焦化废水预处理效果、改善焦化废水可生化性，本发明向电化学氧化还原二维电极废水处理器中添加粒子电极、光催化剂和Fenton催化剂，在光照条件下，形成三维粒子电极协同光电Fenton法用于预处理焦化废水。
本发明的更优技术方案为：
所述焦化废水为煤焦化工业或煤制气工业的生产废水，其来源没有特别的限定；初步处理为重力除油、气浮、脱酚、脱酸和蒸氨中的一种或多种处理。
步骤（1）中，阳极极板和阴极极板均为石墨电极，粒子电极为负载金属离子的焦粉，光催化剂为TiO2， Fenton催化剂为可溶性亚铁盐，电解质为可溶性无机盐。
步骤（1）中，阳极极板和阴极极板垂直***焦化废水中且两面平行，极板间距为2-10cm，阳极羁绊和阴极极板的面积均为30-150cm2，电流密度为10-100mA/cm2。
步骤（2）中，三维电极反应器的运行温度为5-50℃，处理时间为5-30min，三维电极反应器上方1-5cm处设置有功率为100-1000W的高压汞灯。
步骤（2）中，三维电极反应器中，焦化废水的电导率＜1mS/cm 时，加入可溶性无机盐进行调节，使电导率≥1mS/cm。
所述粒子电极为处于悬浮状态的负载金属离子的焦粉，用量诶焦化废水重量的0.5-5%，焦粉粒径为0.5-2mm，经预处理后用负载金属离子溶液浸泡，再经高温煅烧而成。
所述光催化剂为纳米级二氧化钛，用量为焦化废水重量的0.01-0.1%。
所述Fenton催化剂的用量为焦化废水重量的0.1-1.5%。
本发明在常规二维电极废水处理器的两极间加入粒子电极、光催化剂和Fenton催化剂，同时用高压汞灯照射，形成三维粒子电极协同光电Fenton法，用于提高焦化废水的可生化性。本发明的特点在于将三维粒子电极、光催化和Fenton试剂联合应用于焦化废水处理，通过电化学氧化、光催化氧化和Fenton氧化等高级氧化协同作用，分解所述焦化废水中的难降解有机污染物，增强所述焦化废水的可生化性，提高所述焦化废水的BOD5/COD的比(B/C比)。
本发明具有以下优点：
（1）将三维粒子电极、光催化和Fenton试剂水处理方法联合应用于焦化废水处理；
（2）通过电化学氧化、光催化氧化和Fenton氧化等高级氧化间的协同增效作用，分解焦化废水中的难降解有机污染物，提高焦化废水的可生化性；
（3）通过电化学作用、光催化作用产生过氧化氢，在Fe2+存在的情况下迅速生成具有强氧化作用的羟基自由基；
（4）实现了废焦粉的资源化利用，减少了焦化生产固体废物排放；
（5）操作条件温和，对后续生化处理影响小，易于与生化处理工艺衔接。
（四）附图说明
下面结合附图对本发明作进一步的说明。
图1为本发明的反应装置结构示意图。
图中，1电源，2三维电极反应器，3阳极极板，4阴极极板，5粒子电极，6光催化剂，7进水口，8出水口，9高压汞灯。
（五）具体实施方式
通过具体实施例对本发明做进一步详细说明。
在以下的实施方式中，如图1 所示的，将焦化废水从进水口7送入到三维电极反应器2中，该三维电极反应器2置于高压汞灯9照射下，当电源1为阳极极板3和阴极极板4提供电压的时候，在粒子电极5、光催化剂6的协同作用下焦化废水中的有机污染物被降解，处理结束后，从出水口8排出三维电极反应器2。
实施例1：
本实施例用于说明本发明的提高焦化废水可生化性的方法。
将适量所述经重力除油和气浮等处理过的焦化废水加入到配置好的三维电极反应器中，所述阳极极板和阴极极板面积均为30cm2，极板间距2cm，电流密度为10mA/cm2，粒子电极(负载Fe2+的粒径为0.5mm焦粉)用量为焦化废水总重量的0.5%，光催化剂(纳米级二氧化钛)用量为焦化废水总重量的0.01%，Fenton催化剂(硫酸亚铁)用量为焦化废水总重量的0.1%，用硫酸钠调节焦化废水的电导率≥1mS/cm，高压汞灯(功率为100W)置于反应器上方1cm， 运行温度控制在20℃，时间为10min，其出水的COD和BOD5如表1所示。
实施例2：
本实施例用于说明本发明的提高焦化废水可生化性的方法。
将适量所述经重力除油和气浮等处理过的焦化废水加入到配置好的三维电极反应器中，所述阳极极板和阴极极板面积均为150cm2，极板间距10cm，电流密度为100mA/cm2，粒子电极(负载Mn2+的粒径为1mm焦粉)用量为焦化废水总重量的5%，光催化剂(纳米级二氧化钛)用量为焦化废水总重量的0.1%，Fenton催化剂(硫酸亚铁)用量为焦化废水总重量的1.5%，用硫酸钠调节焦化废水的电导率≥1mS/cm，高压汞灯(功率为1000W)置于反应器上方5cm， 运行温度控制在10℃，时间为5min，其出水的COD和BOD5如表1所示。
实施例3：
本实施例用于说明本发明的提高焦化废水可生化性的方法。
将适量所述经重力除油和气浮等处理过的焦化废水加入到配置好的三维电极反应器中，所述阳极极板和阴极极板面积均为50cm2，极板间距5cm，电流密度为30mA/cm2，粒子电极(负载Zn2+的粒径为2mm焦粉)用量为焦化废水总重量的2%，光催化剂(纳米级二氧化钛)用量为焦化废水总重量的0.05%，Fenton催化剂(氯化亚铁)用量为焦化废水总重量的0.5%，用硫酸钠调节焦化废水的电导率≥1mS/cm，高压汞灯(功率为500W)置于反应器上方3cm，运行温度控制在35℃，时间为30min，其出水的COD和BOD5如表1所示。
实施例4：
本实施例用于说明本发明的提高焦化废水可生化性的方法。
将适量所述经重力除油和气浮等处理过的焦化废水加入到配置好的三维电极反应器中，所述阳极极板和阴极极板面积均为150cm2，极板间距10cm，电流密度为100mA/cm2，粒子电极(负载Fe2+的粒径为1mm焦粉)用量为焦化废水总重量的5%，光催化剂(纳米级二氧化钛)用量为焦化废水总重量的0.1%，Fenton催化剂(硫酸亚铁)用量为焦化废水总重量的1.5%，用硫酸钠调节焦化废水的电导率≥1mS/cm，高压汞灯(功率为1000W)置于反应器上方5cm， 运行温度控制在10℃，时间为5min，其出水的COD和BOD5如表1所示。
实施例5：
本实施例用于说明本发明的提高焦化废水可生化性的方法。
将适量所述经重力除油和气浮等处理过的焦化废水加入到配置好的三维电极反应器中，所述阳极极板和阴极极板面积均为50cm2，极板间距5cm，电流密度为30mA/cm2，粒子电极(负载Fe2+的粒径为0.5mm焦粉)用量为焦化废水总重量的2%，光催化剂(纳米级二氧化钛)用量为焦化废水总重量的0.05%，Fenton催化剂(硫酸亚铁)用量为焦化废水总重量的0.5%，用硫酸钠调节焦化废水的电导率≥1mS/cm，高压汞灯(功率为500W)置于反应器上方3cm， 运行温度控制在35℃，时间为30min，其出水的COD和BOD5如表1所示。
对比例1：
根据实施例1所述的方法，所不同的是，未用高压汞灯照射反应器，其出水的COD和BOD5如表1所示。
对比例2：
根据实施例1所述的方法，所不同的是，未向反应器中添加粒子电极，其出水的COD和BOD5如表1所示。
对比例3：
根据实施例1所述的方法，所不同的是，未给反应器电极极板通电，其出水的COD和BOD5如表1所示。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。
以上内容具体描述了本发明的优选实施方案，但是，本发明并不限于上述实施方案中的具体细节，在本发明的原理范围内，可以对本发明的技术方案进行各种修改，这些修改均属于本发明的保护范围。
另外需要说明的是，在上述具体实施方案中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。
此外，本发明的各种不同的实施方案之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的技术思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。

Claims (9)

1.一种提高焦化废水可生化性的方法，以经初步处理的焦化废水为处理对象，其特征为，包括如下步骤：（1）配置包括阳极极板、阴极极板和位于阴极与阳极间的粒子电极、光催化剂、Fenton催化剂及电解质的三维电极反应器；（2）将焦化废水用酸调节pH值为3-4后，引入三维电极反应器处理；（3）将处理后的焦化废水用碱调节pH值为7-8后静置处理；（4）将经过静置后得到的上清液排入后续生化处理装置。
2.根据权利要求1所述的提高焦化废水可生化性的方法，其特征在于：所述焦化废水为煤焦化工业或煤制气工业的生产废水，初步处理为重力除油、气浮、脱酚、脱酸和蒸氨中的一种或多种处理。
3.根据权利要求1所述的提高焦化废水可生化性的方法，其特征在于：步骤（1）中，阳极极板和阴极极板均为石墨电极，粒子电极为负载金属离子的焦粉，光催化剂为TiO2，Fenton催化剂为可溶性亚铁盐，电解质为可溶性无机盐。
4.根据权利要求1所述的提高焦化废水可生化性的方法，其特征在于：步骤（1）中，阳极极板和阴极极板垂直***焦化废水中且两面平行，极板间距为2-10cm，阳极羁绊和阴极极板的面积均为30-150cm2，电流密度为10-100mA/cm2。
5.根据权利要求1所述的提高焦化废水可生化性的方法，其特征在于：步骤（2）中，三维电极反应器的运行温度为5-50℃，处理时间为5-30min，三维电极反应器上方1-5cm处设置有功率为100-1000W的高压汞灯。
6.根据权利要求1所述的提高焦化废水可生化性的方法，其特征在于：步骤（2）中，三维电极反应器中，焦化废水的电导率＜1mS/cm 时，加入可溶性无机盐进行调节，使电导率≥1mS/cm。
7.根据权利要求3所述的提高焦化废水可生化性的方法，其特征在于：所述粒子电极为处于悬浮状态的负载金属离子的焦粉，用量诶焦化废水重量的0.5-5%，焦粉粒径为0.5-2mm，经预处理后用负载金属离子溶液浸泡，再经高温煅烧而成。
8.根据权利要求3所述的提高焦化废水可生化性的方法，其特征在于：所述光催化剂为纳米级二氧化钛，用量为焦化废水重量的0.01-0.1%。
9.根据权利要求3所述的提高焦化废水可生化性的方法，其特征在于：所述Fenton催化剂的用量为焦化废水重量的0.1-1.5%。
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