电解废水处理装置、PVB生产废水处理装置及工艺

摘要

本发明公开了一种电解废水处理装置，包括电解池，电解池的下部设有废水进水管，电解池内的中部由下而上依次设有铁碳内电解区和极板外电解区，电解池的上部设有溢流口。本发明还公开了一种PVB生产废水处理装置，包括依次连接的废水池、电解废水处理装置、加药池、第一斜板沉淀池、第一生物接触氧化池、第二生物接触氧化池、第二斜板沉淀池和回用水池。本发明还公开了一种PVB生产废水处理装置的废水处理工艺，包括铁碳电解、加药反应、第一次沉淀、连续两次氧化反应和第二次沉淀。本发明通过将铁碳内电解区和极板外电解区组合集成于电解池内，使废水在电解池内实现铁碳内电解和极板外电解两种电解反应，显著降低COD，明显提升废水处理效果。

说明书

技术领域

本发明涉及一种废水处理装置及工艺，尤其涉及一种电解废水处理装置、 PVB生产废水处理装置及工艺。

背景技术

聚乙烯醇缩丁醛（简称PVB）是由聚乙烯醇（简称PVA）与丁醛在酸催化下 缩合的产物。现有生产工艺中会产生一种高浓度酸性有机废水，主要含PVB、 PVA、丁醛和盐酸，经检测，化学需氧量COD约20000mg/L，氯离子约10000mg/L， pH＜1。

现有技术通常采用先中和再反渗透的方法，这会导致碱消耗量大，同时反 渗透膜会出现失效快、再生频率高的缺点。

目前采用的铁碳微电解废水处理装置的原理为：当将铁屑和碳颗粒浸没在 酸性废水中时，由于铁和碳之间的电极电位差，废水中会形成无数个微原电池。 这些细微电池是以电位低的铁成为阳极，电位高的碳做阴极，在含有酸性电解 质的水溶液中发生电化学反应的，反应的结果是铁受到腐蚀变成二价的铁离子 进入溶液。其反应过程如下：

阳极(Fe):Fe-2e→Fe²⁺

阴极(C):2H⁺+2e→2[H]→H₂

反应中，产生的了初生态的Fe²⁺和原子H，它们具有高化学活性，能改变废 水中许多有机物的结构和特性，使有机物发生断链、开环等作用，从而达到废 水处理的目的。

但目前单纯的铁碳微电解装置的处理效果还是不够理想，而且存在需较长 停留时间、处理效率低的问题。

目前，PVB生产废水处理工艺为先中和再反渗透的方法，这会导致碱消耗 量大，同时反渗透膜会出现失效快、再生频率高的问题。

发明内容

本发明的目的就在于为了解决上述问题而提供一种电解废水处理装置、 PVB生产废水处理装置及工艺。

本发明通过以下技术方案来实现上述目的：

本发明所述电解废水处理装置包括电解池，所述电解池的下部设有废水进 水管，所述电解池内的中部由下而上依次设有铁碳内电解区和极板外电解区， 所述铁碳内电解区内装有由铁屑和碳粒组成的铁碳填料，所述极板外电解区内 设有水平方向间隔排列的多个电极极板，相邻的两个所述电极极板分别外接直 流电源的正极和负极，所述电解池的上部设有溢流口，所述溢流口与废水出水 管的内端连接。

上述结构中，铁碳内电解区的作用在于：铁碳填料，在废水的酸性环境中， 铁屑和碳粒之间形成无数个微原电池，使废水中大分子有机物分解，进而使COD 下降；极板外电解区的作用在于：电极极板在废水中发生如下反应：阳极发生 反应为：2Cl^--2e→Cl₂，阴极发生反应为：Fe²⁺+2e→Fe，达到减少Cl-的目的。 经过铁碳内电解和极板外电解后的废水，从溢流口溢流出并由废水出水管送到 后工段做进一步生化处理。

作为优选，述电极极板为钛极板、铂极板或钯极板；所述电极极板的间距 为5-15cm，更优选为10cm。

为了便于控制，所述直流电源为正、负极能够切换的24V或36V电源。

为了使废水在电解区分布更加均匀，所述电解池内的下部设有水分布器和 曝气器，所述水分布器的入口与所述废水进水管连接，所述水分布器的出口向 上，所述电解池的下部还设有空气进气管，所述曝气器的入口与所述空气进气 管连接，所述曝气器的出口向上；所述曝气器位于所述水分布器的下面；所述 电解池的顶部安装有集气罩，所述集气罩的顶部安装有废气管。

曝气器具有提供氧气、防止铁屑板结、使废水湍动使其混合均匀、减少废水 在电解池内的停留时间的作用。其中，防止铁屑板结的原理是氧气会与铁离子 发生反应，具体反应式如下：

O₂+4H⁺+4e→2H₂O；

O₂+2H₂O+4e→4OH^－；

4Fe²⁺+O₂+4H⁺→2H₂O+4Fe³⁺。

反应中生成的OH－是出水pH值升高的原因。

本发明所述PVB生产废水处理装置，包括依次连接的废水池、加药池、第 一斜板沉淀池、第一生物接触氧化池、第二生物接触氧化池、第二斜板沉淀池 和回用水池，还包括上述电解废水处理装置，所述电解废水处理装置的入口与 所述废水池的出口连接，所述电解废水处理装置的出口与所述加药池的入口连 接。

本发明所述PVB生产废水处理装置的废水处理工艺，包括以下步骤：

（1）铁碳电解：废水在电解废水处理装置中停留2～4小时，电解池内下 部设置的曝气器的曝气量为3～5m³/h，铁碳内电解区内的铁碳填料的铁屑和碳 粒之间的体积比为1:1，极板外电解区内的多个电极极板外接的直流电源的正、 负极每小时切换一次；

（2）加药反应：向加药池内加入浓度为5%的氢氧化钠溶液和浓度为1%的 PAM溶液，在加药池内的底部设置曝气器使两种溶液混合均匀；用氢氧化钠溶 液将加药池内的废水PH调节至7～8，加入的PAM溶液为加药池内废水体积的 0.5～1‰；

（3）第一次沉淀；

（4）第一次氧化反应：在第一生物接触氧化池中，溶解氧浓度为3mg/L， 溶液PH为7～8，停留时间为10～20小时；

（5）第二次氧化反应：在第二生物接触氧化池中，溶解氧浓度为3mg/L， 溶液PH为7～8，停留时间为10～20小时；

（6）第二次沉淀，清水进入回用水池，废水处理完成。

作为优选，所述步骤（1）中，所述电极极板为钛极板、铂极板或钯极板， 所述直流电源的电压为24V或36V。

具体地，所述步骤（1）中，废水在电解废水处理装置中停留2、2.5或4小 时，电解池内下部设置的曝气器的曝气量为3、4或5m³/h；所述步骤（2）中， 加入的PAM溶液为加药池内废水体积的0.5‰、0.8‰或1‰；所述步骤（4）和 步骤（5）中，停留时间为10、12.5或20小时。

本发明的有益效果在于：

本发明所述电解废水处理装置通过将铁碳内电解区和极板外电解区组合集 成于电解池内，使废水在电解池内实现铁碳内电解和极板外电解两种电解反应， 显著降低COD，实现废水处理效果的明显提升；同时，将曝气器集成于电解池 内底部，使废水与铁屑和碳粒混合更加均匀，净化效果更好，并明显减少废水 在电解池内的停留时间，提高了废水处理效率。

本发明所述PVB生产废水处理装置利用废水酸性特点，采用铁碳微电解+ 外电解后再进行生化接触氧化的工艺，使出水达到回用标准，氢氧化钠的消耗 量小，并解决了反渗透膜失效快、再生频率高的问题。

附图说明

图1是本发明所述电解废水处理装置的结构示意图，图中示出了电解池内 部的结构；

图2是本发明所述PVB生产废水处理装置的结构框图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明：

如图1所示，本发明所述电解废水处理装置包括电解池7，电解池7的下部 设有废水进水管1和空气进气管2，废水进水管1位于空气进气管2的上面，电 解池7内的下部设有水分布器5和曝气器4，曝气器4位于水分布器5的下面， 水分布器5的入口与废水进水管1连接，曝气器4的入口与空气进气管2连接， 水分布器的出口和曝气器4的出口均向上；电解池7内的中部由下而上依次设 有铁碳内电解区6和极板外电解区，铁碳内电解区6内装有由铁屑和碳粒组成 的铁碳填料（图中未标记），所述极板外电解区内设有水平方向间隔排列的多个 电极极板8，相邻的两个电极极板8分别外接直流电源3的正极和负极，电解池 7的上部设有溢流口（图中未标记），所述溢流口与废水出水管9的内端连接； 电解池7的顶部安装有集气罩10，集气罩10的顶部安装有废气管11；上述电 极极板8为钛极板，也可以为铂极板或钯极板；电极极板8的间距为10cm， 也可以为5-15cm中的其它间距；直流电源3为正、负极能够切换的24V或36V 电源。

如图1所示，所述电解废水处理装置运行时，酸性有机废水从电解池7下 部的废水进水管1进入电解池7内并通过水分布器5均匀流出，同时罗茨鼓风 机送来的空气通过空气进气管2进入电解池7内并通过曝气器4送出，曝气器4 送出的空气在废水中上升，具有提供氧气、防止铁屑板结、使废水湍动使其混 合均匀、减少废水在电解池7内的停留时间的作用。

废水与空气混合后首先通过铁碳内电解区6内的铁碳填料，在此酸性环境 中，铁屑和碳粒之间形成无数个微原电池，使废水中大分子有机物分解，进而 使COD下降；废水继续上升至极板外电解区，电极极板8在废水中发生如下反 应：阳极发生反应为：2Cl^--2e→Cl₂，阴极发生反应为：Fe²⁺+2e→Fe，当阴极 附着Fe较多时，电流下降，则交换直流电源3的正负极，附着在电极极板8上 的Fe失去电子又变成Fe²⁺。经过铁碳内电解和极板外电解后的废水，COD显著 降低，经过从溢流口溢流出并由废水出水管9送到后工段做进一步生化处理。 产生的Cl₂和曝气空气一起从集气罩10顶部排出并由废气管11送至洗涤塔洗涤 后排放至大气。

如图2所示，本发明所述PVB生产废水处理装置包括依次连接的废水池、 加药池、第一斜板沉淀池、第一生物接触氧化池、第二生物接触氧化池、第二 斜板沉淀池和用水池，还包括上述电解废水处理装置，电解废水处理装置的入 口与废水池的出口连接，电解废水处理装置的出口与加药池的入口连接。图2 中还示出了用于将废水从废水池泵入电解废水处理装置的电解池中的废水泵， 用于输送污泥的第一污泥提升泵和第二污泥提升泵，用于污泥中转的污泥浓缩 池，以及用于污泥干化处理的板框压滤机；这些设备均为废水处理装置的常用 设备，在此不再赘述。

结合图2，下面以具体实施例对本发明所述PVB生产废水处理装置的废水 处理工艺进行说明：

实施例1：

废水处理工艺包括以下步骤：

（1）铁碳电解：废水池中的废水经检测COD约20000mg/L，氯离子约 10000mg/L，pH＜1，将废水池中的废水通过废水泵泵入至电解废水处理装置的 电解池中，流量为5m³/h；废水在电解废水处理装置中停留4小时，电解池内下 部设置的曝气器的曝气量为3m³/h，铁碳内电解区内的铁碳填料的铁屑和碳粒之 间的体积比为1:1，极板外电解区内的电极极板为钛极板，电极极板的尺寸为 1.5m×1.5m，厚度为3mm，极板间距10cm，极板外电解区内的多个电极极板外 接的直流电源的电压为24V，其正、负极每小时切换一次；切换直流电源的正、 负极后电流为45A，随着阴极板上发生反应：Fe²⁺+2e→Fe，生产的Fe在阴极 极板上附着，电流下降，半小时后电流下降为36A，一小时后电流变为20A， 此后电流下降变缓。

（2）加药反应：电解废水处理装置的溢流口出水COD约为2000mg/L，氯 离子约为1600mg/L，pH为4～5；在加药池上方设置两个体积为2m³的加药桶， 一个为碱液桶，将100kg固体NaOH溶于2m³水中，配成浓度为5%的NaOH 溶液，另一个为PAM溶液桶，将20kg固体PAM溶于2m³水中，配成浓度为 1%的PAM溶液，两个加药桶底部分别设置出口阀门，用阀门调节加药量；向加 药池内加入浓度为5%的氢氧化钠溶液和浓度为1%的PAM溶液，在加药池内的 底部设置曝气器使两种溶液混合均匀；用氢氧化钠溶液将加药池内的废水PH调 节至7～8，加入的PAM溶液为加药池内废水体积的0.5‰；本步骤中，PAM是 Polyacrylamide的缩写，意思为聚丙烯酰胺，PAM溶液是常用的非离子型高分子 絮凝溶液。

（3）第一次沉淀：加药池出水进入第一斜板沉淀池，电解池中产生的铁泥 在絮凝剂PAM作用下在第一斜板沉淀池的底部沉积。

（4）第一次氧化反应：在第一生物接触氧化池中，溶解氧浓度为3mg/L， 溶液PH为7～8，停留时间为20小时；在第一生物接触氧化池中，微生物经驯 化培养后，特别适合将大分子的有机物降解为低分子量的有机物，第一生物接 触氧化池使废水的COD降至500mg/L左右，氯离子约为200mg/L，pH7～8。

（5）第二次氧化反应：在第二生物接触氧化池中，溶解氧浓度为3mg/L， 溶液PH为7～8，停留时间为20小时；第二生物接触氧化池中的微生物适应于 低分子量的有机物，第二生物接触氧化池使废水的COD降至40mg/L左右，氯 离子约为20mg/L，pH7～8。

（6）第二次沉淀：第二生物接触氧化池中的水液自流入第二斜板沉淀池， 使微生物及活性污泥沉积，上层清液自流入回用水池，可作为PVB生产过程中 洗涤用水。

第一斜板沉淀池、第一生物接触氧化池、第二生物接触氧化池、第二斜板 沉淀池的底部的污泥积累到一定程度后，用第一污泥提升泵送至污泥浓缩池， 再将污泥浓缩池底部的污泥通过第二污泥提升泵送至板框压滤机，板框压滤机 的清液返回至第一斜板沉淀池，产生的干污泥送至堆场做苗土。

实施例2：

废水处理工艺包括以下步骤：

（1）铁碳电解：废水池中的废水经检测COD约20000mg/L，氯离子约 10000mg/L，pH＜1，将废水池中的废水通过废水泵泵入至电解废水处理装置的 电解池中，流量为8m³/h；废水在电解废水处理装置中停留2.5小时，电解池内 下部设置的曝气器的曝气量为4m³/h，铁碳内电解区内的铁碳填料的铁屑和碳粒 之间的体积比为1:1，极板外电解区内的电极极板为铂极板，电极极板的尺寸为 1.5m×1.5m，厚度为3mm，极板间距10cm，极板外电解区内的多个电极极板外 接的直流电源的电压为24V，其正、负极每小时切换一次；切换直流电源的正、 负极后电流为38A，随着阴极板上发生反应：Fe²⁺+2e→Fe，生产的Fe在阴极 极板上附着，电流下降，半小时后电流下降为28A，一小时后电流变为15A， 此后电流下降变缓。

（2）加药反应：电解废水处理装置的溢流口出水COD约为2600mg/L，氯 离子约为2300mg/L，pH为4～5；在加药池上方设置两个体积为2m³的加药桶， 一个为碱液桶，将100kg固体NaOH溶于2m³水中，配成浓度为5%的NaOH 溶液，另一个为PAM溶液桶，将20kg固体PAM溶于2m³水中，配成浓度为 1%的PAM溶液，两个加药桶底部分别设置出口阀门，用阀门调节加药量；向加 药池内加入浓度为5%的氢氧化钠溶液和浓度为1%的PAM溶液，在加药池内的 底部设置曝气器使两种溶液混合均匀；用氢氧化钠溶液将加药池内的废水PH调 节至7～8，加入的PAM溶液为加药池内废水体积的1‰。

（3）第一次沉淀：加药池出水进入第一斜板沉淀池，电解池中产生的铁泥 在絮凝剂PAM作用下在第一斜板沉淀池的底部沉积。

（4）第一次氧化反应：在第一生物接触氧化池中，溶解氧浓度为3mg/L， 溶液PH为7～8，停留时间为12.5小时；在第一生物接触氧化池中，微生物经驯 化培养后，特别适合将大分子的有机物降解为低分子量的有机物，第一生物接 触氧化池使废水的COD降至600mg/L左右，氯离子约为300mg/L，pH7～8。

（5）第二次氧化反应：在第二生物接触氧化池中，溶解氧浓度为3mg/L， 溶液PH为7～8，停留时间为12.5小时；第二生物接触氧化池中的微生物适应于 低分子量的有机物，第二生物接触氧化池使废水的COD降至80mg/L左右，氯 离子约为50mg/L，pH7～8。

（6）第二次沉淀：第二生物接触氧化池中的水液自流入第二斜板沉淀池， 使微生物及活性污泥沉积，上层清液自流入回用水池，可作为PVB生产过程中 洗涤用水。

第一斜板沉淀池、第一生物接触氧化池、第二生物接触氧化池、第二斜板 沉淀池的底部的污泥积累到一定程度后，用第一污泥提升泵送至污泥浓缩池， 再将污泥浓缩池底部的污泥通过第二污泥提升泵送至板框压滤机，板框压滤机 的清液返回至第一斜板沉淀池，产生的干污泥送至堆场做苗土。

实施例3：

废水处理工艺包括以下步骤：

（1）铁碳电解：废水池中的废水经检测COD约20000mg/L，氯离子约 10000mg/L，pH＜1，将废水池中的废水通过废水泵泵入至电解废水处理装置的 电解池中，流量为10m³/h；废水在电解废水处理装置中停留2小时，电解池内 下部设置的曝气器的曝气量为5m³/h，铁碳内电解区内的铁碳填料的铁屑和碳粒 之间的体积比为1:1，极板外电解区内的电极极板为钯极板，电极极板的尺寸为 1.5m×1.5m，厚度为3mm，极板间距15cm，极板外电解区内的多个电极极板外 接的直流电源的电压为36V，其正、负极每小时切换一次；切换直流电源的正、 负极后电流为55A，随着阴极板上发生反应：Fe²⁺+2e→Fe，生产的Fe在阴极 极板上附着，电流下降，半小时后电流下降为30A，一小时后电流变为22A， 此后电流下降变缓。

（2）加药反应：电解废水处理装置的溢流口出水COD约为2200mg/L，氯 离子约为2000mg/L，pH为4～5；在加药池上方设置两个体积为2m³的加药桶， 一个为碱液桶，将100kg固体NaOH溶于2m³水中，配成浓度为5%的NaOH 溶液，另一个为PAM溶液桶，将20kg固体PAM溶于2m³水中，配成浓度为 1%的PAM溶液，两个加药桶底部分别设置出口阀门，用阀门调节加药量；向加 药池内加入浓度为5%的氢氧化钠溶液和浓度为1%的PAM溶液，在加药池内的 底部设置曝气器使两种溶液混合均匀；用氢氧化钠溶液将加药池内的废水PH调 节至7～8，加入的PAM溶液为加药池内废水体积的1‰。

（3）第一次沉淀：加药池出水进入第一斜板沉淀池，电解池中产生的铁泥 在絮凝剂PAM作用下在第一斜板沉淀池的底部沉积。

（4）第一次氧化反应：在第一生物接触氧化池中，溶解氧浓度为3mg/L， 溶液PH为7～8，停留时间为10小时；在第一生物接触氧化池中，微生物经驯 化培养后，特别适合将大分子的有机物降解为低分子量的有机物，第一生物接 触氧化池使废水的COD降至630mg/L左右，氯离子约为270mg/L，pH7～8。

（5）第二次氧化反应：在第二生物接触氧化池中，溶解氧浓度为3mg/L， 溶液PH为7～8，停留时间为10小时；第二生物接触氧化池中的微生物适应于 低分子量的有机物，第二生物接触氧化池使废水的COD降至80mg/L左右，氯 离子约为60mg/L，pH7～8。

（6）第二次沉淀：第二生物接触氧化池中的水液自流入第二斜板沉淀池， 使微生物及活性污泥沉积，上层清液自流入回用水池，可作为PVB生产过程中 洗涤用水。

第一斜板沉淀池、第一生物接触氧化池、第二生物接触氧化池、第二斜板 沉淀池的底部的污泥积累到一定程度后，用第一污泥提升泵送至污泥浓缩池， 再将污泥浓缩池底部的污泥通过第二污泥提升泵送至板框压滤机，板框压滤机 的清液返回至第一斜板沉淀池，产生的干污泥送至堆场做苗土。

上述实施例只是本发明的较佳实施例，并不是对本发明技术方案的限制， 比如：电极极板8还可以为钛、铂、钯以外的其它金属极板，电极极板8的间 距还可以小于5cm或大于15cm，只是电解效果可能会差一些；直流电源3也可 以为18V或30V等其它电压；电解池7内的下部也可以不设水分布器5和/或曝 气器4，只是废水与铁屑和碳粒的混合均匀度差一些，在电解池7内的停留时间 会久一些；只要是不经过创造性劳动即可在上述实施例的基础上实现的技术方 案，均应视为落入本发明专利的权利保护范围内。