CN207243629U - 铝阳极表面染色废水脱色的处理装置 - Google Patents

Abstract

一种快速、脱色效率高且简单的铝阳极表面染色废水脱色的处理装置。收集铝阳极表面染色废水并将该废水的pH值调节至5‑6；将染色废水泵入包含三维电极‑电芬顿‑微电解处理技术的三合一反应器中，对该染色废水中的发色基团和助色基团进行强力氧化；将三合一反应器中经强力氧化后的废水泵入混泥沉淀池中加入混泥剂和絮凝剂进行混凝沉淀处理。其可将所述染色废水中难降解的有机物被氧化分解成小分子的有机物，发色基团和助色基团不饱和结构遭到破坏，颜色脱掉。其中产生的铁离子生成氢氧化铁颗粒，氢氧化铁本身是一种混凝剂，能够捕捉染料降解后的小分子，在加入混泥剂、絮凝剂的作用下，沉淀颗粒不断长大，最后泥水分离，出水无色澄清。

Description

铝阳极表面染色废水脱色的处理装置

技术领域

本实用新型涉及一种废水处理装置，特别涉及一种铝阳极表面染色废水脱色的处理装置。

背景技术

铝阳极氧化能够显著提高合金的耐腐蚀性能，提高铝合金的表面硬度和耐磨性，经过染色处理之后具有良好的装饰性能，被广泛应用。目前最常用的是利用化学染色，即利用氧化膜的多孔性与化学吸附多种色素而使氧化膜着色，根据着色机理和工艺可以分为有机颜料着色、无机颜料着色、色浆印色、套色印色等，一系列的染色处理会产生大量的染色废水。

铝阳极染色废水具有水质变化大、污染物成分复杂、有机物含量高、难降解物质多、色度高等特点，直接排放对人类健康和生态环境带来极大的危害。目前常规的处理方法有物化法和生化法，其中物化法采用较多的是絮凝法、化学氧化法。生化法采用较多的是活性污染泥法、厌氧生化处理方法和曝气生物滤池法。但是目前的这些方法对阳极染色废水处理不彻底，很难完全脱色，处理过程中容易产生二次污染。

近年来，许多学者研究了许多新工艺、新方法，如微波催化氧化、超声波、但大多在实验研究阶段之中，有待在实践中检验和运用。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题是提供一种快速、脱色效率高且简单的铝阳极表面染色废水的处理方法及所采用的处理装置。

为了解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案为：

本实用新型的铝阳极表面染色废水的处理方法，有以下步骤：

1)将收集池中的铝阳极表面染色废水泵入1#调节池，将该废水的pH值调节至5-6；

2)之后，将1#调节池中的染色废水泵入包含三维电极-电芬顿-微电解处理技术的三合一反应器中，对该染色废水中的发色基团和助色基团进行强力氧化；

3)将所述三合一反应器中经强力氧化后的废水泵入混泥沉淀池中加入混泥剂和絮凝剂进行混凝沉淀处理。

所述三合一反应器的外形为圆柱形，采用中间隔板将其内腔由上至下分设为上反应器和下反应器，在所述中间隔板上开设有若干个直径是2-5mm的圆孔，废水泵入口、氧化剂注入口和压缩空气进气口均设置于下反应器内，阳极和阴极设置于上反应器内，所述阳极置于中间隔板的中央，所述阴极为环绕所述阳极设置的圆筒，其间距在200-400mm，在阳极与阴极之间填充有由铁碳基催化剂烧结而成的第三电极。

三合一反应器电解时的三维电极电流密度为4mA/cm²-20mA/cm²,反应时间60-90min。

所述氧化剂为H₂O₂，其加入量为3ml/L-7.5ml/L。

所述阳极和阴极均为石墨电极；第三电极为铁碳电极，铁碳比例1：1，填充量为70％-80％；压缩空气的曝气速度2-4L/min。

所述混泥剂为聚合氯化铝，所述絮凝剂为聚丙烯酰胺,泵入混泥沉淀池中的废水的pH值为8-9；混泥时间为30-60min。

本实用新型的用于处理铝阳极表面染色废水的装置，包括收集该染色废水的收集池、对该染色废水进行电解氧化处理的电解槽和混泥沉淀池，所述电解槽为包含三维电极-电芬顿-微电解处理技术的三合一反应器。

本实用新型的装置中，所述三合一反应器的外形为圆柱形，采用中间隔板将其内腔由上至下分设为上反应器和下反应器，在所述中间隔板开设有若干个直径是2-5mm的圆孔，废水泵入口、氧化剂注入口和压缩空气进气口均设置于下反应器内，阳极和阴极设置于上反应器内，所述阳极置于中间隔板的中央，所述阴极为环绕所述阳极设置的圆筒，其间距在200-400mm，在阳极与阴极之间填充有由铁炭基催化剂烧结而成的第三电极。

本实用新型的装置中，所述阳极和阴极均为石墨电极；第三电极为铁碳电极。

与现有技术相比，经过三维电解-电芬顿-微电解复合技术处理后，铝阳极表面染色废水中难降解的有机物被氧化分解成小分子的有机物，发色基团和助色基团不饱和结构遭到破坏，颜色脱掉。其中产生的铁离子生成氢氧化铁颗粒，氢氧化铁本身是一种混凝剂，能够捕捉染料降解后的小分子，在加入混泥剂、絮凝剂的作用下，沉淀颗粒不断长大，最后泥水分离，出水无色澄清。

附图说明

图1为本实用新型的铝阳极表面染色废水的处理流程和所用装置的方框图。

具体实施方式

一、如图1所示，本实用新型的铝阳极表面染色废水的处理方法是一种以三维电极技术、电芬顿技术和微电解复合式技术为主的处理方法。

其步骤如下：

1)利用收集池收集铝阳极表面染色废水。

2)将收集池中的染色废水泵入1#调节池，调整废水的pH值在5-6之间，该pH值可使之后应用三维电极、电芬顿和微电解一体处理时得到最佳效果。也就是说，pH值低于上述范围下限，三维电极阴极析氢严重，电芬顿产生的H₂O₂效率下降，微电解填料释放过快；pH值高于上述范围上限，三维电极阳极氧化效率下降，电芬顿需要的Fe²⁺易生成沉淀，导致效率下降，微电解容易生成氢氧化物，包裹填料，从而影响填料的释放，导致填料的失活。

3)之后，将1#调节池中的染色废水泵入以三维电极-电芬顿-微电解复合技术为一体技术的三合一反应器中，对该染色废水中的发色基团和助色基团进行强力氧化处理。

所述三合一反应器的外形为圆柱形，其内腔由上至下分别为上反应器和下反应器，上反应器与下反应器由中间隔板分开，在该中间隔板上均匀设有若干个直径为2-5mm圆孔，以利泵入该反应器中的废水由下反应器均匀进入上反应器。

由1#调节池泵入该反应器中的废水泵入口、向该反应器添加氧化剂的氧化剂注入口和压缩空气进气口均设置于下反应器。

该反应器中的阳极和阴极均为石墨电极，阳极和阴极均设置在上反应器中，阳极的形状为圆柱体，其设置在中间隔板的中央位置，阴极为环绕该阳极设置的筒形阴极，阳极与阴极之间的距离为200-400mm，在阳极与阴极之间填充有由铁碳基催化剂烧结构成的第三电极(即前述的填料)。

所述第三电极为一种高效、无毒和廉价为颗粒状的铁碳电极，铁碳比例为1：1，填充量70％-80％。

由氧化剂注入口注入的是反应所需的H₂O₂，H₂O₂加入量3ml/L-7.5ml/L。

所述压缩空气通过反应器底部的孔板向该反应器提供，曝气速度为2-4L/min，压缩空气中的氧能够在阴极与H⁺之间发生反应，又生成反应所需的H₂O₂。

三合一反应器中电极电流密度4mA/cm²-20mA/cm²,反应时间60-90min。

该反应器将三维电极的特色(高传质效率、高面体比和高电流效率)、电芬顿的特色(利用电能产生芬顿试剂—H₂O₂，并与第三电极释放的Fe²⁺产生芬顿效果和生成氧化性极强且氧化电位为2.8V的羟基自由基·OH)和微电解的特色(氧化—吸附—絮凝)融为一体，使该三种技术发生协同作用，极大地提高了对染色废水的氧化能力，其能够将染色废水中的发色基团和助色基团完全破坏掉，达到脱色的目的，该三合一反应器为一种全新的具有强氧化能力的处理设备。

而单一的三维电极或电芬顿或微电解都很难完全脱色其原因是：单一使用三维电极后废水pH值升高，不利于后续的电芬顿或微电解，即使调节废水的pH至合适的值，也难将剩余的有机物氧化，这是由于单一的氧化能力有限，很难将发色基团和助色基团完全矿化，从而达不到排放标准。

三合一反应器中的反应原理如下：

第三电极释放的Fe²⁺、阴极生成的H₂O₂以及由氧化剂注入口添加的H₂O₂和反应产生的·OH之间会进行一系列的链式反应。

反应过程中水分子在阳极被氧化，产生少部分的·OH，如下式(1)；同时在酸性介质中，阴极不断将O₂还原为H₂O₂，如下式(2)：

H₂O→·OH+H⁺+e^－ (1)

O₂+2H⁺+2e^－→H₂O₂ (2)

三维电芬顿反应***中，Fe²⁺可以通过第三电极释放产生，

Fe－2e^－→Fe²⁺ (3)

Fe²⁺和H₂O₂反应生成·OH，进而氧化分解有机物，如下式(4)、(5)：

Fe²⁺+H₂O₂→Fe³⁺+·OH+OH^－ (4)

·OH+RH→·R+H₂O (5)

注入的压缩空气中的氧通过两电子还原产生过氧化氢，生成的过氧化氢迅速与溶液中存在的Fe²⁺反应产生·OH和Fe³⁺。由三合一反应器的氧化剂注入口补加的过氧化氢，与溶液中存在的Fe²⁺反应产生·OH和Fe³⁺，提高·OH的生成率，进一步提高氧化能力。由于Fe³⁺的还原电位较O₂的初始还原电位正，因此Fe³⁺可在阴极上于O₂的还原过程中还原再生为Fe^{2 +}。生成的·OH具有很强的氧化能力(2.8V)，仅次于氟的氧化能力(2.87V)，能与废水中许多组分发生氧化还原作用，破坏发色、助色基团的结构，使不饱和键断裂、大分子分解为小分子、硝基化合物还原为胺基化合物，难降解的有机物被氧化，达到脱色的目的。

第三电极铁碳电极具有微电解效果。由于铁碳作为第三电极，同时又处在一个强电场当中，在该电场作用下Fe和C之间的电势差增加，电化学反应加快。过程中新生态二价铁离子具有较强的还原能力，可使某些有机物还原，也可使发色基团和助色基团的双键打开，使部分难降解环状和长链有机物分解成易生物降解的小分子有机物而提高可生化性。此外，二价和三价铁离子是良好的絮凝剂，特别是新生的二价铁离子具有更高的吸附-絮凝活性，调节废水的pH可使铁离子变成氢氧化物的絮状沉淀，吸附污水中的悬浮或胶体态的微小颗粒及有机高分子，可进一步降低废水的色度，同时去除部分有机污染物质使废水得到净化。

先将此废水泵入下反应器中，同时通过PLC控制调节该废水的pH值至5-6，按照给定的量加入氧化剂，通入压缩空气、将废水混合均匀。当废水经过圆孔均匀进入上反应器后，启动电源，形成三维电极—电芬顿—微电解体系，废水中有机物在三维电极阳极发生氧化反应，长链段的有机物首先被破坏成小分子链。随着电解时间的延长，在三维电极电场下微电解形成的原电池电势差增加，电化学反应加快，释放出Fe²⁺与阴极产生的H₂O₂及补加的H₂O₂反应，产生·OH，将小分子链的有机物进一步氧化，最终将染色废水完全脱色，达到标准。该反应器巧妙的将三种氧化技术结合为一体，使氧化能力远远高于使用单一技术，并且解决了单一技术处理不了的铝阳极染色废水。

4)将所述三合一反应器中经强力氧化后的废水泵入混泥沉淀池中加入混泥剂和絮凝剂进行混凝沉淀处理。

所述混泥剂为聚合氯化铝，絮凝剂为聚丙烯酰胺,调节该混凝沉淀池中的废水的pH值为8-9，混泥时间为30-60min。

与现有技术相比，该本实用新型的方法具有明显的以下优势：

1)将三维电解、电芬顿、微电解耦合为一体式反应，大幅度提高了对废水的处理能力，能够处理单一技术处理不了的阳极染色废水。

2)作为芬顿试剂的H₂O₂可在反应过程中产生，即便是添加，也是少量的添加，降低运输和贮存药剂时存在的安全隐患。

3)控制参数仅有电压和电流，便于实现自动化控制。

4)有机物矿化程度高，且能耗相对较低。

5)废水脱色率高，达到99％。

6)设备操作简单，占地面积少，成本低。

二、本实用新型的用于处理铝阳极表面染色废水的装置，由废水收集池、1#调节池、包含三维电极-电芬顿-微电解处理技术为一体的三合一反应器、气浮刮泥、混泥沉淀池和过滤器组成。

所述三合一反应器为本实用新型的铝阳极表面染色废水的处理方法中所述的三合一反应器。

调节池与该反应器相连接。

气浮刮泥(用于去除起泡)在三合一反应器上方，其间通过转机连接。

混泥沉淀池与过滤器连接，该过滤器用于滤掉肉眼可见的悬浮物，进一步提升达标出水的质量。

本实用新型的五个实施例中相关参数见下表：

Claims (3)

1.一种铝阳极表面染色废水脱色的处理装置，包括收集该染色废水的收集池、对该染色废水进行电解氧化处理的电解槽和混泥沉淀池，其特征在于：所述电解槽为包含三维电极-电芬顿-微电解处理技术的三合一反应器。

2.根据权利要求1所述的铝阳极表面染色废水脱色的处理装置，其特征在于：所述三合一反应器的外形为圆柱形，采用中间隔板将其内腔由上至下分设为上反应器和下反应器，在所述中间隔板开设有若干个直径是2-5mm的圆孔，废水泵入口、氧化剂注入口和压缩空气进气口均设置于下反应器内，阳极和阴极设置于上反应器内，所述阳极置于中间隔板的中央，所述阴极为环绕所述阳极设置的圆筒，其间距在200-400mm，在阳极与阴极之间填充有由铁炭基催化剂烧结而成的第三电极。

3.根据权利要求2所述的铝阳极表面染色废水脱色的处理装置，其特征在于：所述阳极和阴极均为石墨电极；第三电极为铁碳电极。