有机电镀废水多元氧化预处理方法及装置.pdf

有机电镀废水多元氧化预处理方法及装置，属于环境工程电镀废水处理技术领域，该预处理方法的特征在于有机电镀废水依次经过酸度调节、铁炭微电解反应、Fenton氧化反应。相应该装置包括pH调节池、铁炭微电解池、Fenton氧化池，pH调节池上方配合设置联锁控制的酸碱加药装置、pH控制仪，铁炭微电解池中下部铺设铁炭填料层，底部设置微电解池穿孔布水管，铁炭微电解池上方设置双氧水投加装置，Fenton氧化池底部设置Fenton氧化池穿孔布水管，Fenton氧化池的中下部设置颗粒活性炭催化载体层。本发明明显提高废水的可生化性能，同时氧化去除大部分有机污染物，为后续混凝沉淀或气浮及生化处理创造良好的进水条件。

1.  有机电镀废水多元氧化预处理方法，其特征在于有机电镀废水依次经过酸度调节、铁炭微电解反应、Fenton氧化反应，所述的酸度调节控制有机电镀废水的pH值为2.0～5.0，所述的铁炭微电解反应是有机电镀废水在铁炭填料层进行微电解反应，根据有机电镀废水的CODcr值调节废水在铁炭填料层的停留时间，所述的芬顿氧化利用铁炭微电解反应产生的新生态Fe²⁺，通过投加双氧水发生Fenton氧化反应，生成氧化性极强的羟基自由基去除有机电镀废水中的有机物。

2.  如权利要求1所述的有机电镀废水多元氧化预处理方法，其特征在于有机电镀废水在铁炭填料层的水力停留时间为45～90min，当CODcr≤500mg/L时水力停留时间为35～50min，优选45min，当CODcr在500～1000mg/L时水力停留时间为50～80min，优选60min，当CODcr≥1000mg/L时水力停留时间为80～120min，优选90min。

3.  如权利要求1所述的有机电镀废水多元氧化预处理方法，其特征在于投加的双氧水与有机电镀废水的体积百分比为0.2％～0.3％，Fenton氧化反应中采用活性炭作为催化载体，废水在活性炭催化载体中的水力停留时间为30～60min。

4.  如权利要求1所述的有机电镀废水多元氧化预处理方法，其特征在于所述的酸度调节、铁炭微电解反应、Fenton氧化反应中分别实施曝气处理，酸度调节采用空气搅拌的气水比为1.0～3∶1，优选2∶1；铁炭微电解反应中气水比为0.8～2∶1，优选1∶1；Fenton氧化反应中气水比为0.4～1∶1，优选0.5∶1。

5.  有机电镀废水多元氧化预处理装置，其特征在于包括pH调节池(1)、铁炭微电解池(2)、Fenton氧化池(3)，铁炭微电解池(2)的进水口、出水口分别与pH调节池(1)出水口、Fenton氧化池(3)进水口管路连接，pH调节池(1)上方配合设置联锁控制的酸碱加药装置(5)、pH控制仪(6)，铁炭微电解池(2)中下部铺设铁炭填料层(11)，底部配合设置与进水口连接的微电解池穿孔布水管(7)，铁炭微电解池(2)上部设置微电解池出水堰(12)，对应于微电解池出水堰(12)构成的微电解池出水槽(19)上方配合设置双氧水投加装置(13)，Fenton氧化池(3)底部配合设置与其进水口连接的Fenton氧化池穿孔布水管(14)，Fenton氧化池(3)的中下部配合设置颗粒活性炭催化载体层(17)。

6.  如权利要求5所述的有机电镀废水多元氧化预处理装置，其特征在于所述的pH调节池(1)底部配合设置pH调节池曝气管(4)，pH调节池曝气管(4)上方与进水口、出水口对应隔设成pH调节池进水格(20)、pH调节池出水格(21)，酸碱加药装置(5)、pH控制仪(6)分别对应设置于进水口、出水口上方，所述的pH调节池曝气管(4)采用中间进气的环形布气结构。

7.  如权利要求5所述的有机电镀废水多元氧化预处理装置，其特征在于所述的铁炭填料层(11)底部设置带滤帽的铁炭填料滤板(9)，铁炭填料滤板(9)上方铁炭填料层(11)内配合设置铁炭填料反冲洗曝气管(10)，铁炭填料滤板(9)与微电解池穿孔布水管(7)之间配合设置微电解池曝气管(8)，所述的铁炭填料反冲洗曝气管(10)、微电解池曝气管(8)分别采用中间进气的环形布气结构。

8.  如权利要求5所述的有机电镀废水多元氧化预处理装置，其特征在于所述的颗粒活性炭催化载体层(17)底部配合设置带滤帽的催化载体滤板(16)，催化载体滤板(16)与Fenton氧化池穿孔布水管(14)之间配合设置Fenton氧化池曝气管(15)，Fenton氧化池曝气管(15)采用中间进气的环形布气结构，Fenton氧化池(3)上部配合设置Fenton氧化池出水堰(18)。

9.  如权利要求5所述的有机电镀废水多元氧化预处理装置，其特征在于所述的微电解池穿孔布水管(7)、Fenton氧化池穿孔布水管(14)分别采用多层环形结构或丰字形结构。

10.  如权利要求5所述的有机电镀废水多元氧化预处理装置，其特征在于pH调节池(1)出水口设置比后级的铁炭微电解池(2)出水口高300～500mm，Fenton氧化池(3)出水口设置比前级的铁炭微电解池(2)出水口低200～300mm。

有机电镀废水多元氧化预处理方法及装置
技术领域
本发明属于环境工程电镀废水处理技术领域，具体涉及一种有机电镀废水多元氧化预处理方法及装置。
背景技术
电镀工业作为我国重要的基础工业，在电子、轻工、机械、家用电器等工业和民用产品的生产中得到广泛应用。随着经济建设的快速发展，电镀工业的服务范围也在不断扩大，电镀成为多种工业产品不可缺少的工艺。然而，电镀行业的快速发展与其滞后的污染治理，又使这项原本蓬勃发展的产业受到了极大挑战。电镀工业以高污染著称于世，已成为当今世界三大污染工业之一。
有机类电镀废水，也称前处理废水，归入综合废水范畴，因此，环保工作者及政府管理部门对电镀废水中的重金属离子比较重视，电镀废水的处理与监控也都只侧于重金属离子的去除，即使目前正在运行的电镀废水处理系统也没有针对其有机污染物的处理工艺或处理单元。但随着电镀技术的发展，生产中将不断地引入新的化学药剂，重金属不仅仅以无机盐的形式存在，而且通过添加的各种稳定剂、络合剂等，使金属离子在溶液中表现出良好的水溶性、分散性，金属离子与有机溶剂形成了稳定的金属络合物，因此电镀废水常规处理后出水既表现出金属离子超标，同时有机污染物浓度也超标。通过大量调研发现，过去电镀废水排放时CODcr浓度远大于100mg/L，管理规范的企业或电镀园区，出水CODcr多介于100-150mg/L。电镀废水中的有机物污染问题是近年来才引起电镀与环保界的重视。在排污标准日趋严格、特别是提出全因子达标要求及电镀废水中水回用以后，已将电镀废水有机污染问题提到重要高度，为此国家颁布新的《电镀污染物排放标准》(GB21900-2008)及排放限值，将有机污染物浓度CODcr由原标准100mg/L降至80mg/L，因此电镀废水提标升级已成为电镀企业和环保工作者必须解决的课题。
目前现有有机类电镀废水处理工艺主要采用混凝沉淀或气浮预处理和生化处理，绝大多数出水CODcr超出国家标准，主要存在两方面问题：一方面对有机电镀废水认识不足，认为常规预处理方法-混凝沉淀或气浮能解决生化系统进水水质要求，忽视了有机电镀废水的水质特性；由于有机电镀废水中含有一定量的乳化油及大量难于生物降解的高分子有机物，包括化学清洗剂、除膜剂、络合剂等非离子型表面活性剂、阴离子型表面活性剂及其它助剂，这些高分子有机物水溶性强，极易形成稳定的络合物；常规预处理方法只能起到中和、去除游离金属离子和少量的有机物。另一方面，废水的可生化性是废水的重要特征指标之一，当BOD₅/CODcr(以下简称B/C)＜0.3的废水属于难生物降解废水，在进行有效预处理之前不宜采用生物处理，而B/C＞0.3的废水属于可生物降解废水；该比值越高，表明废水采用好氧生物处理所达到的效果越好；而有机电镀废水的B/C比一般在0.2以下，属难生化类有机废水，对该类废水必须进行有效的预处理，提高废水的可生化性，再通过生物方法加以去除，真正实现电镀废水CODcr达标排放已成为必然趋势。
目前常规预处理技术和生化处理无法最终实现有机物的达标排放，超标的有机物将进入中水处理系统，造成膜系统组件的堵塞，一方面影响系统产水率、回用率，严重的将导致中水系统无法运行；另一方面能运行但影响膜系统的使用寿命，增加企业换膜成本，也无法满足环保对回用率的要求，给企业节能减排、提标升级工作造成极大压力。
发明内容
本发明旨在提供一种铁炭微电解与Fenton氧化相结合的有机电镀废水多元氧化预处理方法及装置的技术方案，解决常规混凝沉淀或气浮预处理效果差、生化细菌无法培养、出水CODcr严重超标等问题。
所述的有机电镀废水多元氧化预处理方法，其特征在于有机电镀废水依次经过酸度调节、铁炭微电解反应、Fenton氧化反应，所述的酸度调节控制有机电镀废水的pH值为2.0～5.0，所述的铁炭微电解反应是有机电镀废水在铁炭填料层进行微电解反应，利用铁和炭存在的电位差，在酸性废水中腐蚀形成无数个微小的原电池，通过电化学的氧化还原、电化学电对絮体的电附集和对反应的催化作用，以及电化学反应产物的凝聚、新生絮体的吸附和床层的过滤等作用的综合效应，产生具有较高活性的新生态Fe²⁺和[H]，与有机电镀废水中许多组分发生氧化还原反应，使废水中高分子有机物转化成低分子或易生化降解物质，并根据有机电镀废水的CODcr值调节废水在铁炭填料层的停留时间，所述的芬顿氧化利用铁炭微电解反应产生的新生态Fe²⁺，通过投加双氧水发生Fenton氧化反应，生成氧化性极强的羟基自由基去除有机电镀废水中的有机物。
所述的有机电镀废水多元氧化预处理方法，其特征在于有机电镀废水在铁炭填料层的水力停留时间为45～90min，当CODcr≤500mg/L时水力停留时间为35～50min，优选45min，当CODcr在500～1000mg/L时水力停留时间为50～80min，优选60min，当CODcr≥1000mg/L时水力停留时间为80～120min，优选90min。
所述的有机电镀废水多元氧化预处理方法，其特征在于投加的双氧水与有机电镀废水的体积百分比为0.2％～0.3％，Fenton氧化反应中采用活性炭作为催化载体，废水在活性炭催化载体中的水力停留时间为30～60min。
所述的有机电镀废水多元氧化预处理方法，其特征在于所述的酸度调节、铁炭微电解反应、Fenton氧化反应中分别实施曝气处理，酸度调节采用空气搅拌的气水比为1.0～3∶1，优选2∶1；铁炭微电解反应中气水比为0.8～2∶1，优选1∶1；Fenton氧化反应中气水比为0.4～1∶1，优选0.5∶1。
所述的有机电镀废水多元氧化预处理装置，其特征在于包括pH调节池、铁炭微电解池、Fenton氧化池，铁炭微电解池的进水口、出水口分别与pH调节池出水口、Fenton氧化池进水口管路连接，pH调节池上方配合设置联锁控制的酸碱加药装置、pH控制仪，铁炭微电解池中下部铺设铁炭填料层，底部配合设置与进水口连接的微电解池穿孔布水管，铁炭微电解池上部设置微电解池出水堰，对应于微电解池出水堰构成的微电解池出水槽上方配合设置双氧水投加装置，Fenton氧化池底部配合设置与其进水口连接的Fenton氧化池穿孔布水管，Fenton氧化池的中下部配合设置颗粒活性炭催化载体层。
所述的有机电镀废水多元氧化预处理装置，其特征在于所述的pH调节池底部配合设置pH调节池曝气管，pH调节池曝气管上方与进水口、出水口对应隔设成pH调节池进水格、pH调节池出水格，酸碱加药装置、pH控制仪分别对应设置于进水口、出水口上方，所述的pH调节池曝气管采用中间进气的环形布气结构。
所述的有机电镀废水多元氧化预处理装置，其特征在于所述的铁炭填料层底部设置带滤帽的铁炭填料滤板，铁炭填料滤板上方铁炭填料层内配合设置铁炭填料反冲洗曝气管，铁炭填料滤板与微电解池穿孔布水管之间配合设置微电解池曝气管，所述的铁炭填料反冲洗曝气管、微电解池曝气管分别采用中间进气的环形布气结构。
所述的有机电镀废水多元氧化预处理装置，其特征在于所述的颗粒活性炭催化载体层底部配合设置带滤帽的催化载体滤板，催化载体滤板与Fenton氧化池穿孔布水管之间配合设置Fenton氧化池曝气管，Fenton氧化池曝气管采用中间进气的环形布气结构，Fenton氧化池上部配合设置Fenton氧化池出水堰。
所述的有机电镀废水多元氧化预处理装置，其特征在于所述的微电解池穿孔布水管、Fenton氧化池穿孔布水管分别采用多层环形结构或丰字形结构。
所述的有机电镀废水多元氧化预处理装置，其特征在于pH调节池出水口设置比后级的铁炭微电解池出水口高300～500mm，Fenton氧化池出水口设置比前级的铁炭微电解池出水口低200～300mm。
本发明所述的有机电镀废水多元氧化预处理方法及装置，采用铁炭微电解与Fenton氧化相结合对有机电镀废水进行多元氧化预处理，预处理出水CODcr去除率达到60％，废水B/C比由0.20提高到0.55，废水pH值升至3.0～5.5，能明显提高废水的可生化性能，同时氧化去除大部分有机污染物，比常规生化预处理工艺技术更加完善，为后续混凝沉淀或气浮及生化处理创造了良好的进水条件，为电镀废水有机物达标排放提供强有力的保证，并具有以废治废、处理成本低、能耗低、适应性强、运行稳定、操作简便等特点。
附图说明
图1为本发明结构示意图。
图中：1-pH调节池、2-铁炭微电解池、3-Fenton氧化池、4-pH调节池曝气管、5-酸碱加药装置、6-pH控制仪、7-微电解池穿孔布水管、8-微电解池曝气管、9-铁炭填料滤板、10-铁炭填料反冲洗曝气管、11-铁炭填料层、12-微电解池出水堰、13-双氧水投加装置、14-Fenton氧化池穿孔布水管、15-Fenton氧化池曝气管、16-催化载体滤板、17-颗粒活性炭催化载体层、18-氧化池出水堰、19-微电解池出水槽、20-pH调节池进水格、21-pH调节池出水格。
具体实施方式
以下结合说明书附图对本发明做进一步的说明：
有机电镀废水多元氧化预处理方法，有机电镀废水依次经过酸度调节、铁炭微电解反应、Fenton氧化反应后出水，为后续混凝沉淀或气浮及生化处理创造良好的进水条件。所述的酸度调节控制有机电镀废水的pH值为2.0～5.0，确保铁炭微电解反应所需的酸度条件，一般有机电镀废水的进水pH值在2.0～5.0之间，无需另外投加酸或碱，以废治废可节省大量药剂成本。所述的铁炭微电解反应是有机电镀废水在铁炭填料层进行微电解反应，pH值控制在2.0～5.0的有机电镀废水在铁炭填料层进行微电解反应，不断产生新生态的Fe²⁺和[H]，使废水中的有机污染物或络合物断键生成低分子中间产物，同时部分矿化成二氧化碳和水，为后续处理奠定了良好的基础；有机电镀废水在铁炭填料层的停留时间为45～90min，具体根据有机电镀废水的CODcr值调节，当CODcr≤500mg/L时停留时间为35～50min，优选值为45min；CODcr在500～1000mg/L时停留时间为50～80min，优选值为60min；CODcr≥1000mg/L时停留时间为80～120min，优选值为90min；铁炭微电解反应后出水的pH值一般为3.0～5.5。所述的芬顿氧化反应利用铁炭微电解反应产生的新生态Fe²⁺，通过投加双氧水发生Fenton氧化反应，新生态产生的Fe²⁺和投加的H₂O₂共同形成Fenton试剂，使得氧化还原反应的强度在较短时间内达到最大化，通过高强度的催化氧化反应，水中有机物进一步被迅速、充分地降解为低分子化合物或易降解的有机分子，生成氧化性极强的羟基自由基去除有机电镀废水中的有机物，投加的双氧水与有机电镀废水的体积百分比为0.2％～0.3％，所投加的双氧水有效浓度在27.5％左右，Fenton氧化反应中采用活性炭作为催化载体，废水在活性炭催化载体中的水力停留时间为30～60min。Fenton氧化反应对进水pH值的要求为3.0～5.5，铁炭微电解反应出水一般直接能满足。
所述的酸度调节、铁炭微电解反应、Fenton氧化反应中分别实施曝气处理，以增强各过程的处理效果，酸度调节采用空气搅拌的气水比为1.0～3∶1，优选2∶1；铁炭微电解反应中气水比为0.8～2∶1，优选1∶1，通过铁碳曝气反应，消耗大量的氢离子，可使废水的pH值升高，为后续处理创造了条件；Fenton氧化反应中气水比为0.4～1∶1，优选0.5∶1。
有机电镀废水多元氧化预处理装置，包括依次设置的pH调节池1、铁炭微电解池2、Fenton氧化池3，pH调节池1的进水口、出水口分别设置在上部，Fenton氧化池3、Fenton氧化池3的进水口分别设置在下部，Fenton氧化池3、Fenton氧化池3的出水口分别设置在上部，铁炭微电解池2的进水口、出水口分别与pH调节池1出水口、Fenton氧化池3进水口管路连接，pH调节池1出水口设置比后级的铁炭微电解池2出水口高300～500mm，Fenton氧化池3出水口设置比前级的铁炭微电解池2出水口低200～300mm。所述的pH调节池1底部配合设置pH调节池曝气管4以均匀曝气，pH调节池曝气管4采用中间进气的环形布气结构；pH调节池曝气管4上方与进水口、出水口对应隔设成pH调节池进水格20、pH调节池出水格21，pH控制仪6安装在pH调节池出水格21在线监测pH值，酸碱加药装置5在pH调节池1进水口处投加酸或碱，pH控制仪6、酸碱加药装置5联锁控制，可实现酸或碱自动投加，将废水的pH值控制在2.0～5.0，确保铁炭微电解反应所需的酸度条件，而一般有机电镀废水的进水pH值在2.0～5.0之间，无需另外投加酸或碱，以废治废可节省大量药剂成本。铁炭微电解池2底部配合设置与进水口连接的微电解池穿孔布水管7，微电解池穿孔布水管7采用多层环形结构或丰字形结构以实现均匀布水；铁炭微电解池2中下部铺设铁炭填料层11，铁炭填料层11采用无堵塞高效铁炭和投药式填料结构，铁炭有机结合，造粒后配比均匀，呈多孔结构，可使铁炭填料层11保持良好的水力条件，铁消耗后的残余炭还可作载体使用，最终随废水流出，并定期直接投加补充消耗的填料，无需停机更换，解决了铁炭因堵塞与板结而不能大规模应用的难题，其高度一般不低于1m，安装在带滤帽的铁炭填料滤板9上，铁炭填料滤板9采用防腐钢砼或PVC等耐腐蚀材料制作成型，相应的滤帽为滤水装置在铁炭填料滤板9上径向设置；铁炭填料滤板9与微电解池穿孔布水管7之间配合设置微电解池曝气管8，通过微电解池曝气管8进行供氧曝气，使铁炭填料层11处于微动状态，一方面为微电解提供反应所需的氧气，另一方面使铁炭填料层11保持良好的通透性；铁炭填料滤板9上方的铁炭填料层11内配合设置铁炭填料反冲洗曝气管10，可定期进行曝气反冲洗，及时清除残余炭粒，防止填料板结；微电解池曝气管8、铁炭填料反冲洗曝气管10采用中间进气的环形布气结构以实现满足均匀布气、反冲洗；铁炭微电解池2上部设置微电解池出水堰12，对应于微电解池出水堰12构成的微电解池出水槽19上方配合设置双氧水投加装置13，以在Fenton氧化池3前端投加双氧水。Fenton氧化池3底部配合设置与其进水口连接的Fenton氧化池穿孔布水管14，Fenton氧化池穿孔布水管14分别采用多层环形结构或丰字形结构以实现均匀布水；Fenton氧化池3的中下部配合设置颗粒活性炭催化载体层17以提高污染物与氧化剂接触机会，增强氧化效果，颗粒活性炭催化载体层17的高度一般不低于1m，采用粒径为3～5mm的不定型颗粒活性炭，通过带滤帽的催化载体滤板16安装固定，催化载体滤板16采用防腐钢砼或PVC等耐腐蚀材料制作成型，相应的滤帽为滤水装置在催化载体滤板16上径向设置；催化载体滤板16与Fenton氧化池穿孔布水管14之间配合设置Fenton氧化池曝气管15，通过Fenton氧化池曝气管15曝气使颗粒活性炭催化载体层17处于微动状态，提高Fenton反应效果，Fenton氧化池曝气管15采用中间进气的环形布气结构以达到满足均匀布气、反冲洗，Fenton氧化池3上部配合设置Fenton氧化池出水堰18以利于均匀出水。
表1为采用本发明所述的方法和装置对某有机电镀废水进行预处理时的检测水质。
在该有机电镀废水多元氧化预处理试验中：pH调节池1进水pH2.9，无需调节；铁炭填料层11高度1.2m，水力停留时间45min；颗粒活性炭催化载体层17高度1m，水力停留时间30min；双氧水投加量与废水的体积百分比为0.25％。
表1：有机电镀废水多元氧化预处理数据一览表

注：表中数据除pH外每组数据均为同日5次采样平均值。
本发明与传统有机电镀废水预处理方法相比具有如下优点：
1、首次提出采用铁炭微电解与Fenton(芬顿)氧化相结合的多元氧化预处理有机电镀废水，具有以废治废、处理成本低、能耗低、适应性强、运行稳定、操作简便等特点。
2、系统出水水质较传统处理方法能得到明显改善：pH值由进水2.0～5.0提高到3.0～5.5，节省了大量的碱；对废水中有机污染物，CODcr去除率达到60％；B/C比由原来的0.20左右升至0.55，使废水的可生化性大幅提高，最终使废水达到无毒、无害、易生物降解的要求，实现达标排放，且处理效果稳定。
3、经济性强：工程投资及运行成本相对较低，其吨水投资＜600元，吨水直接处理成本＜3.0元，主要为双氧水投加成本。