專利名稱：干法腈綸生產廢水的水處理裝置的制作方法
技術領域：
本發明屬于工業廢水預處理技術領域，具體涉及一種干法腈綸生產廢水的水處理 裝置，使其出水能夠滿足常規生化池的進水水質要求。
背景技術：
隨著現代社會的快速發展，人口與環境問題日益成為制約經濟發展的因素。工業 廢水歷來以有機物濃度高、毒性大、成分復雜、治理難而成為社會關注的重點。特別是化纖 工業在創造大量物質財富的同時，其生產廢水也導致極為嚴重的環境問題。我國的腈綸工 業在20世紀90年代進入高速發展期，生產技術及設備有了很大提高，其中以干法所占的 份額最大。干法腈綸工藝為美國杜邦公司的專利技術，該工藝生產的腈綸產品以品種多、 質量優而備受消費者青睞，但該法排放的污染物多且污水量大，由于含有難生物降解物質 和高濃度的硫酸鹽，一直是當今世界環保工作的一大難題。為此，世界主要腈綸生產線已 向發展中國家轉移。由于處理難度較大，以目前的技術水平在生化階段使污水COD達到 100mg/L的排放標準都極為困難。因此，國家環保總局1999年底下發了污水綜合排放標準 (GB8978-1996)中石化工業COD標準值修改單的通知，將干法腈綸污水的COD排放標準調整 為一級、二級和三級的COD排放標準分別為160mg/L、250mg/L和500mg/L，但仍然難以達 標。近年來我國對于腈綸廢水處理的報道不多，對該課題的研究還不夠深入。腈綸廢水中污染物主要有硫酸鹽、AN、DMF、EDTA、丙腈磺酸鈉、有機胺、油劑和聚丙 烯腈低聚物等。它具有以下幾個特點①含有各類高聚物和副產品，難以生物降解及自然 沉降。②廢水中含有有機胺和氨氮。③廢水中含100 150mg/L的EDTA，50 70mg/L的 壬基酚聚氧乙烯醚，兩者極難生物降解，直接影響了腈綸廢水處理的達標排放。④國內已工 業化應用的處理高濃度含氰廢水的技術都不能達到理想效果，技術應用過程中存在許多缺 陷，如重金屬的回收利用、脫氮等問題都急待解決。實際上，在干法腈綸生產廢水的處理過程中，采用任何一種單一的處理方法均很 難收到很好的處理效果，目前一般的研究思路均是圍繞物理化學法和生物法兩種工藝展 開，多數也是將兩種工藝的合理有效組合作為研究探索的方向。實際上，生化處理工藝作為 目前唯一實現大規模應用的廢水處理工藝，由于其經濟高效，且在去除氨氮等方面具有特 別的優勢，所以在污水處理流程設計時一般是必不可少的工段。雖然直接排放的腈綸廢水 可生化性差，但經過一定的預處理后就可以符合生化池的進水要求，最后達標排放。所以當 前廠家關注的是有效的預處理手段，如各種物理和化學方法等。因此研究新型高效的預處 理技術已成當務之急。目前現有的處理技術均有其局限性，可以說至今仍缺乏十分有效的 處理方案。縱觀各類水處理方法，電化學法由于其獨特優點而倍受世界各國水處理工作者的 親睞，原因在于電化學法使用環保安全的電子作為反應劑，可望避免產生二次污染；設備相 對較為簡單，易于自動控制，對難降解有機物具有很好的處理效果，還可使難降解的有機物 轉化為可以生化降解的有機物，或使非生化降解的有機物直接燃燒礦化生成CO2和H2O。在電催化反應中，電極作為電催化劑，不同的電極材料可以使電化學反應速度發生數量級上 的變化，適當選擇電極材料是提高電化學催化反應效率的有效途徑。摻硼金剛石薄膜(BDD，boron-doped diamond)電極作為一種新穎的電極材料，與 傳統石墨電極、貴金屬電極和金屬電極等相比，具有最好的陽極氧化能力，最強的抗腐蝕性 與抗污染能力，最寬的電位窗口和最高的電流密度。國內外對該類電極材料應用于污水處 理的研究很少，本發明由此而來。
發明內容本發明目的在于提供一種干法腈綸生產廢水的水處理裝置，解決了現有技術中腈 綸廢水可生化性差、現有的物理化學方法預處理效果不佳等問題。為了解決現有技術中的這些問題，本發明提供的技術方案是一種干法腈綸生產廢水的水處理裝置，包括進行絮凝處理的沉淀室、進行生化處 理的好氧生化室，其特征在于所述沉淀室與好氧生化室間設置循環處理的金剛石電催化裝 置，所述沉淀室與金剛石電催化裝置間、所述金剛石電催化裝置與好氧生化室間通過管路 連接。優選的，所述沉淀室前端通過管路連接溶解有絮凝劑的溶解配液池和對干法腈綸 生產廢水水質進行調節的水質調節池；所述絮凝劑通過計量泵由溶解配液池泵入沉淀室 內；所述干法腈綸生產廢水由水質調節池進入沉淀室內。優選的，所述沉淀室包括水平軸式機械絮凝池和與水平軸式機械絮凝池連通的沉 淀池，所述干法腈綸生產廢水在水平軸式機械絮凝池內與絮凝劑攪拌混勻后進入沉淀池沉 降。優選的，所述金剛石電催化裝置包括陰、陽電極，所述陰、陽電極連接直流電源，所 述金剛石電催化裝置外側設置電解液儲槽，所述電解液儲槽分別管路連接沉淀池、金剛石 電催化裝置和好氧生化池。優選的，所述電解液儲槽與金剛石電催化裝置間分別通過進水管路和出水管路連 通，在金剛石電催化裝置內進、出水循環往復氧化降解處理，所述進水管路上設置將廢水泵 入金剛石電催化裝置內的蠕動泵。本發明進行干法腈綸生產廢水的預處理時，包括以下步驟(1)在干法腈綸生產廢水中加入無機高分子絮凝劑絮凝沉降處理，去除生產廢水 中的一部分低聚物；(2)經絮凝處理后的生產廢水通入金剛石電催化裝置中進行氧化降解處理。優選的，所述方法中無機高分子絮凝劑選用聚合氯化鋁絮凝劑；其用量控制在 125 135mg/L范圍內。優選的，所述金剛石電催化裝置的電解槽陽極選用摻硼金剛石電極。優選的，所述金剛石電催化裝置進行氧化降解時的處理時間控制在1 2小時，施 加電流控制在1.0A 1.5A范圍內。本發明的工作原理在于使用金剛石電催化氧化工藝這一水處理的電化學氧化技 術，在一定強度的電場作用下在電極表面產生大量活性自由基和氧化物種(如羥基自由 基，臭氧和過氧化氫等)，對于廢水中的各類有機污染物具有快速降解效果。其一個反應特征是在一定范圍內，施加電壓的很小增加可以導致反應速率數量級上的變化，這使得在水 處理工藝中可以進行調節電壓的大小進行廢水處理的控制。根據廢水的實際情況，可采用 調整電流密度、加入適量合適支持電解質等方法等進行強化水處理效果。本發明人綜合分析干法腈綸生產廢水的成分，由于有機物含量和鹽含量均較高， 使用電化學方法是非常合適的。此外，廢水中還有大量的低聚物，如果直接進入電解槽，一 部分低聚物在電場作用下將會發生凝聚，會對電化學體系造成堵塞等不利現象，所以在本 發明中先采用無機高分子絮凝劑-聚合氯化鋁進行絮凝沉降，去除一部分低聚物后再電解 氧化，就可以避免出現堵塞問題。經過絮凝處理后的廢水采用金剛石電催化工藝進行降解 處理，對一些毒性較強、化學惰性的污染物進行有效的脫毒或完全去除，使得處理后水質符 合生化池的進水要求。具體來說，本發明提出了一種用于干法腈綸生產廢水的高效預處理裝置，包括 聚合氯化鋁絮凝和摻硼金剛石電催化氧化兩部分組成。對于起始化學耗氧量(CODJ為 1000-1700mg/L的干法腈綸生產廢水，采用上述組合工藝，其中聚合氯化鋁的投加量為 125-135mg/L，摻硼金剛石電催化氧化的處理時間和施加電流分別為Ih和1. OA時，出水的 CODcr值低于400mg/L，生物耗氧量低于180mg/L，說明可生化性得到很大提高，完全滿足了 后續生化池的進水要求。相對于現有技術中的方案，本發明的優點是1.本發明技術方案干法腈綸生產廢水的水處理裝置通過在進行生化處理的好氧 生化室前設置聯用的進行絮凝處理的沉淀室和進行電解氧化處理的金剛石電催化裝置進 行處理，處理后的污水達到國家二級排放標準(COD < 250mg/L)，對于各類包括化纖、印染 等工業廢水均具有很好的處理效果，可以滿足現有生化污水處理的進水要求。2、本發明技術方案中通過對所需處理的水質的成分進行分析，充分考慮和比較其 成份和各組分濃度的變化波動范圍，設計對應的調節措施，如一般可以通過簡單調節電壓 或電流來實現。3、本發明技術方案可確保穩定而有效的水處理效果，還可作為一種高效的手段而 應用于其它類似化纖等化工生產廢水的處理之中。綜上所述，本發明把金剛石電極引入工業廢水處理領域，在金剛石電極的制作成 本大幅度下降的情況下，采用其作為功能材料處理工業廢水已經逐步變為可行。本發明針 對腈綸生產廢水的水質情況，使用金剛石電催化氧化工段具有很強的適用性，對于各類包 括化纖、印染等工業廢水均具有很好的處理效果，可以滿足現有生化污水處理的進水要求， 以穩定的達到國家二級排放標準(COD < 250mg/L)。
以下結合附圖及實施例對本發明作進一步描述
圖1為本發明實施例干法腈綸生產廢水的水處理裝置結構示意圖；圖2為為本發明實施例聚合氯化鋁投加量與腈綸廢水COD去除的關系；圖3為本發明實施例以COD去除量計算的各種效應的正態分布圖；圖4為本發明實施例24因子設計得到的各類效應對應的Pareto曲線，其中純紫 色條代表正效應值，紫色條中帶有X號的為負的效應值；[0033]圖5為電解過程中兩者對應的處理后腈綸廢水的COD值變化趨勢；圖6為腈綸廢水COD去除率與對應能耗的關系(反應條件施加電流為0. 50A ；流 速為 400mL/min ；溫度 T = 45 士 1°C )。其中，1為沉淀室；2為好氧生化室，3為金剛石電催化裝置；4為溶解配液池；5為 水質調節池；6為計量泵；7為電磁閥；11為水平軸式機械絮凝池；12為沉淀池；13為攪拌 機；21為曝氣設備；31為電解液儲槽；32為蠕動泵；33為直流電源。
具體實施方式
以下結合具體實施例對上述方案做進一步說明。應理解，這些實施例是用于說明 本發明而不限于限制本發明的范圍。實施例中采用的實施條件可以根據具體廠家的條件做 進一步調整，未注明的實施條件通常為常規實驗中的條件。實施例干法腈綸生產廢水的水處理裝置如
圖1，該干法腈綸生產廢水的水處理裝置，包括進行絮凝處理的沉淀室1、進行 生化處理的好氧生化室2，沉淀室1前端通過管路連接溶解有絮凝劑的溶解配液池4和對 干法腈綸生產廢水水質進行調節的水質調節池5 ；所述絮凝劑通過計量泵6由溶解配液池4 泵入沉淀室內；所述干法腈綸生產廢水由水質調節池5進入沉淀室1內。所述水質調節池 5設置廢水原水進口，所述干法腈綸生產廢水通過原水進口進入水質調節池5。所述沉淀室1包括水平軸式機械絮凝池11和與水平軸式機械絮凝池11連通的沉 淀池12，所述干法腈綸生產廢水在水平軸式機械絮凝池11內與絮凝劑攪拌混勻后進入沉 淀池沉降。所述水平軸式機械絮凝池11內設置攪拌機13，用于對生產廢水和絮凝劑溶液進 行攪拌均勻，使其達到最佳的絮凝效果。沉淀室1與好氧生化室2間設置循環處理的金剛石電催化裝置3，所述沉淀室1與 金剛石電催化裝置3間、所述金剛石電催化裝置3與好氧生化室2間通過管路連接。所述 金剛石電催化裝置3包括陰、陽電極，所述陰、陽電極連接直流電源33，所述金剛石電催化 裝置外側設置電解液儲槽31，所述電解液儲槽分別管路連接沉淀池12、金剛石電催化裝置 3和好氧生化池2。所述電解液儲槽與金剛石電催化裝置3間分別通過進水管路和出水管 路連通，在金剛石電催化裝置內進、出水循環往復氧化降解處理，所述進水管路上設置將廢 水泵入金剛石電催化裝置內的蠕動泵32。所述沉淀室通過電磁閥7控制與金剛石電催化裝 置的連通，當絮凝處理沉淀后，沉淀室內生產廢水上清液由電磁閥控制進入電解液儲槽31， 再由進水管路進入金剛石電催化裝置。所述好氧生化室2內設置曝氣設備，所述曝氣設備向反應器內充氧，保證微生物 生化作用所需之溶解氧，并保持反應器內微生物、底物、溶解氧，即泥、水、氣三者的充分混 合，為微生物降解有機物提供有利的生化反應條件。經好氧生化室2處理后的廢水由于其 參數指標都達到國家相關指標，可以回收利用或直接排放。該裝置對于各類包括化纖、印染 等工業廢水均具有很好的處理效果，可以滿足現有生化污水處理的進水要求，均穩定的達 到國家二級排放標準(COD < 250mg/L)。應用例通過干法腈綸生產廢水的預處理方法進行某化纖廠水處理的應用由某化纖廠的干法腈綸生產線排出的生產廢水，該混合廢水整體無色透明，具有 一定的刺激性氣味，經分析，其主要指標為化學耗氧量C0D&和生物耗氧量BOD5分別介于900-1200mg/L、310-490mg/L，pH值介于 3 5。水溫40 55°C ;NH4+ :200mg/L ；SO42- :300mg/ L ；S032_ :500mg/L ；處理后期望達到國家二級排放標準(主要指標COD < 250mg/L)。根據綜合分析的指標，考慮到廢水中存在一定濃度的低聚物，決定對廢水進行預 處理先在絮凝處理裝置中使用聚合氯化鋁(PAC，由南京南科環境工程有限公司提供)對 原水進行絮凝處理。具體操作方式是將飽和的PAC水溶液以125-135mg/L的投加量加入 廢水中攪拌均勻后，靜置30分鐘，濾去底部大量的白色絮狀沉淀，此時廢水COD值有了一定 程度的降低。金剛石電催化氧化工段中使用水樣的主要指標為化學耗氧量0 &和生物耗 氧量 BOD5 分別為 723mg/L、450mg/L ；pH 值約為 5. 1。水溫:45士 1°C ；NH4+ -J2. 2mg/L ；SO, 280mg/L ;S032—:440mg/L。對比水樣使用超純水進行了 1 1的稀釋處理。使用的金剛石電催化工段為板框式電解槽結構，其中陽極采用熱絲化學氣相沉積 法制備的摻硼金剛石電極，電極為邊長IOOmm的方片，厚度為2. 0mm。并采用線切割工藝 制出同樣大小的不銹鋼片，厚度為1mm。不銹鋼片經過拋光后直接作為陰極。電極間距為 IOmm0在電極兩端施加一定強度的電流，同時廢水以一定的流速流經電解槽，在電解槽內得 到氧化分解，最終出水即可進入生化池進行處理，最后穩定達到國家二級排放標準。1)聚合氯化鋁投加量的研究圖2表示聚合氯化鋁投加量與腈綸廢水COD去除量之間的關系。可以看出，聚合 氯化鋁的最佳投加量是125-135mg/L。繼續提高投加量對于COD沒有明顯影響。2)金剛石電催化條件的研究金剛石電催化裝置中將水處理過程實現循環流動處理，其核心部分就是 帶有金剛石電極的電解槽，其中陽極采用Nb基底BDD電極，其有效作用面積為 77. 44cm2 (8. 8cmX8. 8cm)，陰極是同樣尺寸的Nb基底Pt薄膜電極，電極間距為10mm。使用 水浴鍋通過儲液池對反應液進行加熱，使其溫度恒定在45°C左右。儲液池為250mL，批處理 量為200mL。將配制好的反應液倒入儲液池并用蠕動泵驅動，進行循環電解氧化處理并隔時 取樣，反應后水樣進行COD檢測。同時使用SPSS 17.0軟件對數據進行分析。對比研究采 用的陽極是寶雞埠鈦公司提供的氯堿工業用的鈦銥釕陽極(記為DSA電極)，大小尺寸與 Diachem型BDD電極相似。研究中主要以COD去除量作為考核指標，其檢測使用德國MERCK公司進口的NOVA 60多參數水質分析儀Spectroquant和Thermoreaktor TR200進行分析。測量范圍為 25-1500mg/L (對應 14541#C0D 測試管)，10_150mg/L (對應 14540#C0D 測試管)兩種，故一 般直接將待測水樣取3ml入已加入反應劑的COD測試管，在恒溫148°C的Thermoreaktor中 加熱2h，取出冷卻至室溫，插入測定儀，直接讀出水樣的COD值。考慮到實際廢水排放量很大，且pH值和水溫變化不大，基本可以視為恒定，所以 不適宜向廢水中添加電解質或氧化劑，或者作為調節PH值的酸和堿，但是原水污染物濃度 存在一定程度的波動。比較重要的工藝參數就是反應時間、施加電流密度、流速和廢水初始 濃度。經過長期的摸索研究，為了獲得更多的有關反應過程中各因素之間聯系的信息，采用 化學計量學中的因子設計方法，進行四因素兩水平的正交實驗。記反應時間、流速、施加電 流密度和廢水初始COD值四個變量分別為X1、X2、X3和X4，Y為COD去除量(單位均為mg/ L)。一高一低兩個水平分別記為“ + ”、“_”，對應的含義如表1所示。表1在24因子設計中的四個變量和對應的兩個水平值
7[0053]
權利要求一種干法腈綸生產廢水的水處理裝置，包括進行絮凝處理的沉淀室(1)、進行生化處理的好氧生化室(2)，其特征在于所述沉淀室(1)與好氧生化室(2)間設置循環處理的金剛石電催化裝置(3)，所述沉淀室(1)與金剛石電催化裝置(3)間、所述金剛石電催化裝置(3)與好氧生化室(2)間通過管路連接。
2.根據權利要求1所述的干法腈綸生產廢水的水處理裝置，其特征在于所述沉淀室 (1)前端通過管路連接溶解有絮凝劑的溶解配液池(4)和對干法腈綸生產廢水水質進行調 節的水質調節池(5)；所述絮凝劑通過計量泵(6)由溶解配液池(4)泵入沉淀室內；所述干 法腈綸生產廢水由水質調節池(5)進入沉淀室(1)內。
3.根據權利要求1所述的干法腈綸生產廢水的水處理裝置，其特征在于所述沉淀室 (1)包括水平軸式機械絮凝池(11)和與水平軸式機械絮凝池(U)連通的沉淀池(12)，所 述干法腈綸生產廢水在水平軸式機械絮凝池(11)內與絮凝劑攪拌混勻后進入沉淀池沉 降。
4.根據權利要求1所述的干法腈綸生產廢水的水處理裝置，其特征在于所述金剛石電 催化裝置(3)包括陰、陽電極，所述陰、陽電極連接直流電源(33)，所述金剛石電催化裝置 外側設置電解液儲槽(31)，所述電解液儲槽分別管路連接沉淀池(12)、金剛石電催化裝置 (3)和好氧生化池(2)。
5.根據權利要求4所述的干法腈綸生產廢水的水處理裝置，其特征在于所述電解液儲 槽與金剛石電催化裝置(3)間分別通過進水管路和出水管路連通，在金剛石電催化裝置內 進、出水循環往復氧化降解處理，所述進水管路上設置將廢水泵入金剛石電催化裝置內的 蠕動泵(32)。
專利摘要本實用新型公開了一種干法腈綸生產廢水的水處理裝置，包括進行絮凝處理的沉淀室(1)、進行生化處理的好氧生化室(2)，其特征在于所述沉淀室(1)與好氧生化室(2)間設置循環處理的金剛石電催化裝置(3)，所述沉淀室(1)與金剛石電催化裝置(3)間、所述金剛石電催化裝置(3)與好氧生化室(2)間通過管路連接。該裝置對于各類包括化纖、印染等工業廢水均具有很好的處理效果，可以滿足現有生化污水處理的進水要求，以穩定的達到國家二級排放標準(COD＜250mg/L)。
文檔編號C02F9/14GK201737803SQ20102015667
公開日2011年2月9日 申請日期2010年4月7日 優先權日2010年4月7日
發明者張春永, 戎非, 朱紀軍, 顧忠澤 申請人:東南大學