本發(fā)明涉及一種廢水處理方法，特別涉及一種鋁陽極表面染色廢水脫色的處理方法。

背景技術(shù)：

鋁陽極氧化能夠顯著提高合金的耐腐蝕性能，提高鋁合金的表面硬度和耐磨性，經(jīng)過染色處理之后具有良好的裝飾性能，被廣泛應(yīng)用。目前最常用的是利用化學(xué)染色，即利用氧化膜的多孔性與化學(xué)吸附多種色素而使氧化膜著色，根據(jù)著色機(jī)理和工藝可以分為有機(jī)顏料著色、無機(jī)顏料著色、色漿印色、套色印色等，一系列的染色處理會(huì)產(chǎn)生大量的染色廢水。

鋁陽極染色廢水具有水質(zhì)變化大、污染物成分復(fù)雜、有機(jī)物含量高、難降解物質(zhì)多、色度高等特點(diǎn)，直接排放對(duì)人類健康和生態(tài)環(huán)境帶來極大的危害。目前常規(guī)的處理方法有物化法和生化法，其中物化法采用較多的是絮凝法、化學(xué)氧化法。生化法采用較多的是活性污染泥法、厭氧生化處理方法和曝氣生物濾池法。但是目前的這些方法對(duì)陽極染色廢水處理不徹底，很難完全脫色，處理過程中容易產(chǎn)生二次污染。

近年來，許多學(xué)者研究了許多新工藝、新方法，如微波催化氧化、超聲波、但大多在實(shí)驗(yàn)研究階段之中，有待在實(shí)踐中檢驗(yàn)和運(yùn)用。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種快速、脫色效率高且簡(jiǎn)單的鋁陽極表面染色廢水的處理方法及所采用的處理裝置。

為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：

本發(fā)明的鋁陽極表面染色廢水的處理方法，有以下步驟：

1)將收集池中的鋁陽極表面染色廢水泵入1#調(diào)節(jié)池，將該廢水的ph值調(diào)節(jié)至5-6；

2)之后，將1#調(diào)節(jié)池中的染色廢水泵入包含三維電極-電芬頓-微電解處理技術(shù)的三合一反應(yīng)器中，對(duì)該染色廢水中的發(fā)色基團(tuán)和助色基團(tuán)進(jìn)行強(qiáng)力氧化；

3)將所述三合一反應(yīng)器中經(jīng)強(qiáng)力氧化后的廢水泵入混泥沉淀池中加入混泥劑和絮凝劑進(jìn)行混凝沉淀處理。

所述三合一反應(yīng)器的外形為圓柱形，采用中間隔板將其內(nèi)腔由上至下分設(shè)為上反應(yīng)器和下反應(yīng)器，在所述中間隔板上開設(shè)有若干個(gè)直徑是2-5mm的圓孔，廢水泵入口、氧化劑注入口和壓縮空氣進(jìn)氣口均設(shè)置于下反應(yīng)器內(nèi)，陽極和陰極設(shè)置于上反應(yīng)器內(nèi)，所述陽極置于中間隔板的中央，所述陰極為環(huán)繞所述陽極設(shè)置的圓筒，其間距在200-400mm，在陽極與陰極之間填充有由鐵碳基催化劑燒結(jié)而成的第三電極。

三合一反應(yīng)器電解時(shí)的三維電極電流密度為4ma/cm²-20ma/cm²,反應(yīng)時(shí)間60-90min。

所述氧化劑為h2o2，其加入量為3ml/l-7.5ml/l。

所述陽極和陰極均為石墨電極；第三電極為鐵碳電極，鐵碳比例1：1，填充量為70％-80％；壓縮空氣的曝氣速度2-4l/min。

所述混泥劑為聚合氯化鋁，所述絮凝劑為聚丙烯酰胺,泵入混泥沉淀池中的廢水的ph值為8-9；混泥時(shí)間為30-60min。

本發(fā)明的用于處理鋁陽極表面染色廢水的裝置，包括收集該染色廢水的收集池、對(duì)該染色廢水進(jìn)行電解氧化處理的電解槽和混泥沉淀池，所述電解槽為包含三維電極-電芬頓-微電解處理技術(shù)的三合一反應(yīng)器。

本發(fā)明的裝置中，所述三合一反應(yīng)器的外形為圓柱形，采用中間隔板將其內(nèi)腔由上至下分設(shè)為上反應(yīng)器和下反應(yīng)器，在所述中間隔板開設(shè)有若干個(gè)直徑是2-5mm的圓孔，廢水泵入口、氧化劑注入口和壓縮空氣進(jìn)氣口均設(shè)置于下反應(yīng)器內(nèi)，陽極和陰極設(shè)置于上反應(yīng)器內(nèi)，所述陽極置于中間隔板的中央，所述陰極為環(huán)繞所述陽極設(shè)置的圓筒，其間距在200-400mm，在陽極與陰極之間填充有由鐵炭基催化劑燒結(jié)而成的第三電極。

本發(fā)明的裝置中，所述陽極和陰極均為石墨電極；第三電極為鐵碳電極。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，經(jīng)過三維電解-電芬頓-微電解復(fù)合技術(shù)處理后，鋁陽極表面染色廢水中難降解的有機(jī)物被氧化分解成小分子的有機(jī)物，發(fā)色基團(tuán)和助色基團(tuán)不飽和結(jié)構(gòu)遭到破壞，顏色脫掉。其中產(chǎn)生的鐵離子生成氫氧化鐵顆粒，氫氧化鐵本身是一種混凝劑，能夠捕捉染料降解后的小分子，在加入混泥劑、絮凝劑的作用下，沉淀顆粒不斷長大，最后泥水分離，出水無色澄清。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的鋁陽極表面染色廢水的處理流程和所用裝置的方框圖。

具體實(shí)施方式

一、如圖1所示，本發(fā)明的鋁陽極表面染色廢水的處理方法是一種以三維電極技術(shù)、電芬頓技術(shù)和微電解復(fù)合式技術(shù)為主的處理方法。

其步驟如下：

1)利用收集池收集鋁陽極表面染色廢水。

2)將收集池中的染色廢水泵入1#調(diào)節(jié)池，調(diào)整廢水的ph值在5-6之間，該ph值可使之后應(yīng)用三維電極、電芬頓和微電解一體處理時(shí)得到最佳效果。也就是說，ph值低于上述范圍下限，三維電極陰極析氫嚴(yán)重，電芬頓產(chǎn)生的h2o2效率下降，微電解填料釋放過快；ph值高于上述范圍上限，三維電極陽極氧化效率下降，電芬頓需要的fe²⁺易生成沉淀，導(dǎo)致效率下降，微電解容易生成氫氧化物，包裹填料，從而影響填料的釋放，導(dǎo)致填料的失活。

3)之后，將1#調(diào)節(jié)池中的染色廢水泵入以三維電極-電芬頓-微電解復(fù)合技術(shù)為一體技術(shù)的三合一反應(yīng)器中，對(duì)該染色廢水中的發(fā)色基團(tuán)和助色基團(tuán)進(jìn)行強(qiáng)力氧化處理。

所述三合一反應(yīng)器的外形為圓柱形，其內(nèi)腔由上至下分別為上反應(yīng)器和下反應(yīng)器，上反應(yīng)器與下反應(yīng)器由中間隔板分開，在該中間隔板上均勻設(shè)有若干個(gè)直徑為2-5mm圓孔，以利泵入該反應(yīng)器中的廢水由下反應(yīng)器均勻進(jìn)入上反應(yīng)器。

由1#調(diào)節(jié)池泵入該反應(yīng)器中的廢水泵入口、向該反應(yīng)器添加氧化劑的氧化劑注入口和壓縮空氣進(jìn)氣口均設(shè)置于下反應(yīng)器。

該反應(yīng)器中的陽極和陰極均為石墨電極，陽極和陰極均設(shè)置在上反應(yīng)器中，陽極的形狀為圓柱體，其設(shè)置在中間隔板的中央位置，陰極為環(huán)繞該陽極設(shè)置的筒形陰極，陽極與陰極之間的距離為200-400mm，在陽極與陰極之間填充有由鐵碳基催化劑燒結(jié)構(gòu)成的第三電極(即前述的填料)。

所述第三電極為一種高效、無毒和廉價(jià)為顆粒狀的鐵碳電極，鐵碳比例為1：1，填充量70％-80％。

由氧化劑注入口注入的是反應(yīng)所需的h2o2，h2o2加入量3ml/l-7.5ml/l。

所述壓縮空氣通過反應(yīng)器底部的孔板向該反應(yīng)器提供，曝氣速度為2-4l/min，壓縮空氣中的氧能夠在陰極與h⁺之間發(fā)生反應(yīng)，又生成反應(yīng)所需的h2o2。

三合一反應(yīng)器中電極電流密度4ma/cm²-20ma/cm²,反應(yīng)時(shí)間60-90min。

該反應(yīng)器將三維電極的特色(高傳質(zhì)效率、高面體比和高電流效率)、電芬頓的特色(利用電能產(chǎn)生芬頓試劑—h2o2，并與第三電極釋放的fe²⁺產(chǎn)生芬頓效果和生成氧化性極強(qiáng)且氧化電位為2.8v的羥基自由基·oh)和微電解的特色(氧化—吸附—絮凝)融為一體，使該三種技術(shù)發(fā)生協(xié)同作用，極大地提高了對(duì)染色廢水的氧化能力，其能夠?qū)⑷旧珡U水中的發(fā)色基團(tuán)和助色基團(tuán)完全破壞掉，達(dá)到脫色的目的，該三合一反應(yīng)器為一種全新的具有強(qiáng)氧化能力的處理設(shè)備。

而單一的三維電極或電芬頓或微電解都很難完全脫色其原因是：?jiǎn)我皇褂萌S電極后廢水ph值升高，不利于后續(xù)的電芬頓或微電解，即使調(diào)節(jié)廢水的ph至合適的值，也難將剩余的有機(jī)物氧化，這是由于單一的氧化能力有限，很難將發(fā)色基團(tuán)和助色基團(tuán)完全礦化，從而達(dá)不到排放標(biāo)準(zhǔn)。

三合一反應(yīng)器中的反應(yīng)原理如下：

第三電極釋放的fe²⁺、陰極生成的h2o2以及由氧化劑注入口添加的h2o2和反應(yīng)產(chǎn)生的·oh之間會(huì)進(jìn)行一系列的鏈?zhǔn)椒磻?yīng)。

反應(yīng)過程中水分子在陽極被氧化，產(chǎn)生少部分的·oh，如下式(1)；同時(shí)在酸性介質(zhì)中，陰極不斷將o2還原為h2o2，如下式(2)：

h2o→·oh+h⁺+e^－(1)

o2+2h⁺+2e^－→h2o2(2)

三維電芬頓反應(yīng)系統(tǒng)中，fe²⁺可以通過第三電極釋放產(chǎn)生，

fe－2e^－→fe²⁺(3)

fe²⁺和h2o2反應(yīng)生成·oh，進(jìn)而氧化分解有機(jī)物，如下式(4)、(5)：

fe²⁺+h2o2→fe³⁺+·oh+oh^－(4)

·oh+rh→·r+h2o(5)

注入的壓縮空氣中的氧通過兩電子還原產(chǎn)生過氧化氫，生成的過氧化氫迅速與溶液中存在的fe²⁺反應(yīng)產(chǎn)生·oh和fe³⁺。由三合一反應(yīng)器的氧化劑注入口補(bǔ)加的過氧化氫，與溶液中存在的fe²⁺反應(yīng)產(chǎn)生·oh和fe³⁺，提高·oh的生成率，進(jìn)一步提高氧化能力。由于fe³⁺的還原電位較o2的初始還原電位正，因此fe³⁺可在陰極上于o2的還原過程中還原再生為fe²⁺。生成的·oh具有很強(qiáng)的氧化能力(2.8v)，僅次于氟的氧化能力(2.87v)，能與廢水中許多組分發(fā)生氧化還原作用，破壞發(fā)色、助色基團(tuán)的結(jié)構(gòu)，使不飽和鍵斷裂、大分子分解為小分子、硝基化合物還原為胺基化合物，難降解的有機(jī)物被氧化，達(dá)到脫色的目的。

第三電極鐵碳電極具有微電解效果。由于鐵碳作為第三電極，同時(shí)又處在一個(gè)強(qiáng)電場(chǎng)當(dāng)中，在該電場(chǎng)作用下fe和c之間的電勢(shì)差增加，電化學(xué)反應(yīng)加快。過程中新生態(tài)二價(jià)鐵離子具有較強(qiáng)的還原能力，可使某些有機(jī)物還原，也可使發(fā)色基團(tuán)和助色基團(tuán)的雙鍵打開，使部分難降解環(huán)狀和長鏈有機(jī)物分解成易生物降解的小分子有機(jī)物而提高可生化性。此外，二價(jià)和三價(jià)鐵離子是良好的絮凝劑，特別是新生的二價(jià)鐵離子具有更高的吸附-絮凝活性，調(diào)節(jié)廢水的ph可使鐵離子變成氫氧化物的絮狀沉淀，吸附污水中的懸浮或膠體態(tài)的微小顆粒及有機(jī)高分子，可進(jìn)一步降低廢水的色度，同時(shí)去除部分有機(jī)污染物質(zhì)使廢水得到凈化。

先將此廢水泵入下反應(yīng)器中，同時(shí)通過plc控制調(diào)節(jié)該廢水的ph值至5-6，按照給定的量加入氧化劑，通入壓縮空氣、將廢水混合均勻。當(dāng)廢水經(jīng)過圓孔均勻進(jìn)入上反應(yīng)器后，啟動(dòng)電源，形成三維電極—電芬頓—微電解體系，廢水中有機(jī)物在三維電極陽極發(fā)生氧化反應(yīng)，長鏈段的有機(jī)物首先被破壞成小分子鏈。隨著電解時(shí)間的延長，在三維電極電場(chǎng)下微電解形成的原電池電勢(shì)差增加，電化學(xué)反應(yīng)加快，釋放出fe²⁺與陰極產(chǎn)生的h2o2及補(bǔ)加的h2o2反應(yīng)，產(chǎn)生·oh，將小分子鏈的有機(jī)物進(jìn)一步氧化，最終將染色廢水完全脫色，達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)。該反應(yīng)器巧妙的將三種氧化技術(shù)結(jié)合為一體，使氧化能力遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于使用單一技術(shù)，并且解決了單一技術(shù)處理不了的鋁陽極染色廢水。

4)將所述三合一反應(yīng)器中經(jīng)強(qiáng)力氧化后的廢水泵入混泥沉淀池中加入混泥劑和絮凝劑進(jìn)行混凝沉淀處理。

所述混泥劑為聚合氯化鋁，絮凝劑為聚丙烯酰胺,調(diào)節(jié)該混凝沉淀池中的廢水的ph值為8-9，混泥時(shí)間為30-60min。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，該本發(fā)明的方法具有明顯的以下優(yōu)勢(shì)：

1)將三維電解、電芬頓、微電解耦合為一體式反應(yīng)，大幅度提高了對(duì)廢水的處理能力，能夠處理單一技術(shù)處理不了的陽極染色廢水。

2)作為芬頓試劑的h2o2可在反應(yīng)過程中產(chǎn)生，即便是添加，也是少量的添加，降低運(yùn)輸和貯存藥劑時(shí)存在的安全隱患。

3)控制參數(shù)僅有電壓和電流，便于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制。

4)有機(jī)物礦化程度高，且能耗相對(duì)較低。

5)廢水脫色率高，達(dá)到99％。

6)設(shè)備操作簡(jiǎn)單，占地面積少，成本低。

二、本發(fā)明的用于處理鋁陽極表面染色廢水的裝置，由廢水收集池、1#調(diào)節(jié)池、包含三維電極-電芬頓-微電解處理技術(shù)為一體的三合一反應(yīng)器、氣浮刮泥、混泥沉淀池和過濾器組成。

所述三合一反應(yīng)器為本發(fā)明的鋁陽極表面染色廢水的處理方法中所述的三合一反應(yīng)器。

調(diào)節(jié)池與該反應(yīng)器相連接。

氣浮刮泥(用于去除起泡)在三合一反應(yīng)器上方，其間通過轉(zhuǎn)機(jī)連接。

混泥沉淀池與過濾器連接，該過濾器用于濾掉肉眼可見的懸浮物，進(jìn)一步提升達(dá)標(biāo)出水的質(zhì)量。

本發(fā)明的五個(gè)實(shí)施例中相關(guān)參數(shù)見下表：