公布日：2023.11.14
申请日：2023.07.20
分类号：C02F9/00(2023.01)I;C02F1/24(2023.01)N;C02F1/28(2023.01)N;C02F1/461(2023.01)N;C02F1/72(2023.01)N;C02F103/16(2006.01)N;C02F101/30(2006.01)N;
C02F101/20(2006.01)N
摘要
本发明涉及一种利用钢渣处理酸性有机废水的方法，解决了钢渣利用率低、随意堆放的问题，同时解决了酸性有机废水的处理问题。本发明方法是向电催化钢渣反应池通入酸性有机废水，通过钢渣反应池处理，即可实现酸性有机废水的处理。本发明创新了电催化钢渣反应池的结构，通过在三维中空的阴阳极中填加钢渣有效地提高了电催化的处理效果，废水中的有机物可以先通过钢渣吸附，然后再进行电催化氧化。本发明通过钢渣吸附废水中的有机物与有机酸，再进行电催化氧化，提高了电催化氧化的选择性，同时也降低了电能损耗。将钢渣处理与废水处理结合在一起，可大规模处理废水的同时也实现了钢渣处理，处理后的钢渣最后全部用作水泥中，无任何残留污染物。
权利要求书
1.一种利用钢渣处理酸性有机废水的方法，其特征在于包括以下步骤：（1）酸性有机废水进入曝气池进行曝气处理；（2）经过曝气池处理后，酸性有机废水进入缓冲池；（3）酸性有机废水由缓冲池进入电催化钢渣反应池；（4）电催化钢渣反应池出水达标进入下个工序。
2.根据权利要求1所述的利用钢渣处理酸性有机废水的方法，其特征在于：所述曝气池体积为10m3，控制进水流速为0.5-10m3/h，在曝气池底部装有微孔扩散曝气装置，控制孔径为200-300um，曝气池的气泡由纳微气泡泵提供，通过纳微气泡泵提供10nm-100μm的超微气泡，更有利于曝气池的去除效果。
3.根据权利要求1所述的利用钢渣处理酸性有机废水的方法，其特征在于：所述的缓冲池用于调节水量，调节池的体积为10m3，控制流速0.5-10m3/h。
4.根据权利要求1所述的利用钢渣处理酸性有机废水的方法，其特征在于：所述的电催化钢渣反应池体积为10m3，控制废水流速为0.5-10m3/h，电催化钢渣反应池中电流密度为0.1-20A/m2，阴阳极有效处理面积为1m2，进水pH值为1-6，出水pH值为7-8。
5.根据权利要求1所述的利用钢渣处理酸性有机废水的方法，其特征在于：电催化钢渣反应池阳极为中空的多层三维钛涂钌金属网，金属网的孔径在10-100um，在三维钛涂钌网内填装碱性钢渣，钢渣粒径大于500um，电催化钢渣反应池的阴极为中空的多层三维钛金属网，金属网的孔径在10-100um，在三维钛网内填装碱性钢渣，钢渣粒径大于500um。
6.根据权利要求1所述的利用钢渣处理酸性有机废水的方法，其特征在于：所述的电催化钢渣反应池中，酸性有机废水在电催化钢渣反应池中采用折流方式，最大化的增加了酸性有机废水在钢渣反应池的停留时间，通过折流方式废水中的有机物可以最大限度的吸附在钢渣上，然后在电催化的作用下再进行电催化氧化。
7.根据权利要求1所述的利用钢渣处理酸性有机废水的方法，其特征在于：所述的电催化钢渣反应池的阴阳极为交错布置的多层三维网状结构，中间的空隙用于填充废弃的碱性钢渣，通过钢渣的碱性来调节酸性废水的pH值，钢渣的多孔结构可以有效吸附废水中的有机物。
8.根据权利要求1所述的利用钢渣处理酸性有机废水的方法，其特征在于：所述的电催化钢渣反应池中，根据水质变化更换不同类型的钢渣，进而满足出水要求。
9.根据权利要求1-8任一所述的利用钢渣处理酸性有机废水的方法，其特征在于：电催化钢渣反应池中三维中空阴阳极中填充的钢渣吸附饱和后可以用作水泥填充物，通过高温焙烧后，内部吸附的部分未被高级氧化的有机物全部达标排放，真正实现绿色高效的利用。
10.根据权利要求1-8任一所述的利用钢渣处理酸性有机废水的方法，其特征在于：所述曝气池、缓冲池、电催化钢渣反应池的进出口流量均由控制系统控制，控制系统能够实时接收到各个单元的流量变化，通过控制系统控制每个单元的进出水流量；曝气池、缓冲池、电催化钢渣反应池的进出口均装有在线COD检测仪、pH仪，在线检测仪与控制系统连接，控制系统能够实时控制各个单元的出口参数变化；控制系统能够实时监测各单元出水水质变化，实时动态调整各单元运行，保证出水指标正常；所述的控制系统能够根据进水水质的COD与pH值，调节曝气池、缓冲池、电催化钢渣反应池的进出水流量；控制系统还能根据进水水质的COD与pH值调节电催化的电流密度。
发明内容
本发明旨在提供一种针对酸性有机废水的处理方法，即一种利用钢渣处理酸性有机废水的处理方法。用于处理酸性有机废水，处理酸性有机废水无需额外投加碱中和，既可一步实现废水的处理的同时，又可充分利用钢渣，实现变废为宝的目的。
本发明一种利用钢渣处理酸性有机废水的处理方法如下：一种利用钢渣处理酸性有机废水的方法，包括以下步骤：（1）酸性有机废水进入曝气池进行曝气处理；（2）经过曝气池处理后，酸性有机废水进入缓冲池；（3）酸性有机废水由缓冲池进入电催化钢渣反应池；（4）电催化钢渣反应池出水达标进入下个工序。
作为本发明的优选技术方案，所述曝气池体积为10m3，控制进水流速为0.5-10m3/h，在曝气池底部装有微孔扩散曝气装置，控制孔径为200-300um，曝气池的气泡由纳微气泡泵提供，通过纳微气泡泵提供10nm-100μm的超微气泡，更有利于曝气池的去除效果。曝气池主要为了去除废水中的悬浮固体以及油类，具体包括藻类、植物残体、细小胶粒和纤维，通过向曝气池内释放高度分散的小气泡，使其粘附废水中细小的轻质固体或者油类，从而使固体小颗粒密度减轻进而浮至水面，然后通过刮板进行收集处理实现物理分离。
作为本发明的优选技术方案，所述的主要为了提供调节水量的作用，调节池的体积为10m3，控制流速0.5-10m3/h。系统监测到钢渣反应池出水COD高于设置值后，控制系统控制钢渣反应池进水流量，提高电催化钢渣反应池中复合极板的电流密度，减少曝气池进出水流量，曝气池中部分废水进入到缓冲池中。
作为本发明的优选技术方案，所述的电催化钢渣反应池体积为10m3，控制废水流速为0.5-10m3/h，电催化钢渣反应池中电流密度为0.1-20A/m2，阴阳极有效处理面积为1m2，进水pH值为1-6，出水pH值为7-8。
作为本发明的优选技术方案，钢渣反应池阳极为中空的多层三维钛涂钌金属网(如图3所示)，金属网的孔径在10-100um，在三维钛涂钌网内填装碱性钢渣，钢渣粒径大于500um，钢渣反应池的阴极为中空的多层三维钛金属网，金属网的孔径在10-100um，在三维钛网内填装碱性钢渣，钢渣粒径大于500um。根据进水水质的不同，钢渣反应池的阴极还可以换成石墨等其他阴极材料。
作为本发明的优选技术方案，所述的电催化钢渣反应池(如图2所示)中，酸性有机废水在电催化钢渣反应池中采用折流方式，最大化的增加了酸性有机废水在钢渣反应池的停留时间，通过折流方式废水中的有机物可以最大限度的吸附在钢渣上，然后在电催化的作用下再进行电催化氧化。
作为本发明的优选技术方案，所述的钢渣反应池通过检测系统检测出曝气池出口COD与pH值，根据曝气池出口水质与钢渣反应池出口水质要求设定值，实时调整钢渣反应池的流量与阴阳极板的电流密度。酸性有机废水进入钢渣反应池后，采用折流方式流经钢渣反应池的极板，钢渣反应池的阴阳极板为填充的多层碱性钢渣，钢渣中的碱性物能够有效中和酸性废水。由于钢渣是多孔材料，可以吸附废水中的有机物，然后再被电催化氧化分解。
作为本发明的优选技术方案，所述的电催化钢渣反应池的阴阳极为交错布置的多层三维网状结构，中间的空隙用于填充废弃的碱性钢渣，通过钢渣的碱性来调节酸性废水的pH值，钢渣的多孔结构可以有效吸附废水中的有机物。
本发明中，所述的电催化钢渣反应池中，根据水质变化更换不同类型的钢渣，进而满足出水要求。
本发明中，钢渣反应池中三维中空阴阳极中填充的钢渣吸附饱和后可以用作水泥填充物，通过高温焙烧后，内部吸附的部分未被高级氧化的有机物全部达标排放，真正实现绿色高效的利用。
作为本发明的优选技术方案，所述曝气池、缓冲池、电催化钢渣反应池的进出口流量均由控制系统控制，控制系统能够实时接收到各个单元的流量变化，通过控制系统控制每个单元的进出水流量；曝气池、缓冲池、电催化钢渣反应池的进出口均装有在线COD检测仪、pH仪，在线检测仪与控制系统连接，控制系统能够实时控制各个单元的出口参数变化；控制系统能够实时监测各单元出水水质变化，实时动态调整各单元运行，保证出水指标正常；所述的控制系统能够根据进水水质的COD与pH值，调节曝气池、缓冲池、电催化钢渣反应池的进出水流量；控制系统还能根据进水水质的COD与pH值调节电催化的电流密度。
所述的控制系统主要在曝气池、缓冲池、电催化钢渣反应池进出口均装有在线COD检测仪、pH仪，在线检测仪与控制系统连接，控制系统能够实时控制各个单元的出口参数变化。控制系统能够根据各个处理单元出口设定指标进行流量、电流密度、反应时间的调整，进而保证出水指标合格。
本发明的酸性有机废水经过曝气池、缓冲池、电催化钢渣反应池后能够有效处理废水中的有机物。
本发明所述的钢渣反应池处理酸性有机废水与其他酸性有机废水处理方法对比，钢渣本身为废弃物亟需处理，现将钢渣用作酸性有机废水处理，具有价格低廉、操作简单，变废为宝等特点。对比其他高级氧化方法，例如臭氧氧化需要额外投加碱，用于调节废水pH值，大多数高级氧化需要在碱性环境下才能催化产生更多的羟基自由基，羟基自由基(HO▪)的氧化电位达2.8V，仅次于最强的氟(3.06V)，是臭氧的1.35倍。由于氟有污染，因此以羟基自由基为氧化剂的高级氧化技术，在理论上和实践上都是最合适的，它不仅氧化力强，反应速度快(链式反应)，而且无污染，是最佳的绿色氧化剂或绿色的氧化技术从而保证高级氧化效果。为了保持碱性环境，多数高级氧化需要投加碱。
本发明所述的电催化钢渣反应池，创新了电催化钢渣反应池的结构，通过在三维中空的阴阳极中填加钢渣有效地提高了电催化的处理效果，废水中的有机物可以先通过钢渣吸附(如图4所示)，然后再进行电催化氧化。吸附后有机物的钢渣在电催化氧化下，有机物能够快速氧化，促使钢渣吸附有机物(如图4所示)平衡向右移动。对比常规的电催化，阳极是将水中所有接触到阳极板的物质进行氧化，造成一定的电能损耗。而本发明通过钢渣吸附废水中的有机物与有机酸，再进行电催化氧化，提高了电催化氧化的选择性，同时也降低了电能损耗。
本发明方法对酸性有机废水有以下独特的优势：1.改变了钢渣仅用于吸附废水中有机物与重金属的作用，吸附后钢渣还作为污染物无法处理，本发明钢渣吸附效果下降后，钢渣掺入水泥焙烧，有机物彻底被处理，钢渣全部用作水泥生产，无任何污染。
2.创新了电催化氧化的结构，利用废弃的钢渣的多孔结构，可以有效吸附酸性有机废水中的有机物，为三维阳极板提供多个催化活性位点。酸性有机废水由原来的在电催化极板上接触反应，改为先吸附在钢渣上，然后再催化，大幅提高电催化效果。
3.改变了简单的将钢渣投加到反应池的模式，将原来仅用钢渣的吸附作用与碱性，改为钢渣处理与废水处理有机的结合在一起，解决钢渣处理问题的同时也实现了酸性有机废水的处理。
4.经过电化学氧化，大分子有机物可被降解为小分子有机物，适用于后续的深度去除有机物和脱盐处理装置的进水要求，明显提高后续工艺的处理效率。
5.在常温常压、不需要调节pH的条件下进行；利用钢渣处理酸性有机废水，不需要额外投加碱，同时也为了保证出水的酸碱度合适，进而不影响后续处理工艺。
6.不要额外添加氯化钠、硫酸钠等可溶性盐；对电化学反应中产生的尾气进行了有效吸收，不产生二次污染；7.工艺流程短、处理效果稳定、操作方便；所有单元可以在控制系统的控制下，进行自动运行，控制系统可以根据进水水质变化，实时动态调整各单元的进出口流量、电催化的电流密度。
（发明人：王均凤;刘艳杰;张曼曼;张金可）
