申请日20200114
公开(公告)日20200522
IPC分类号C02F9/04; C02F101/10; C02F101/20; C02F103/16
摘要
一种同步去除废水中总磷和镍的处理方法。主要包括序批式化学反应器、臭氧供应系统、加药系统和自动控制系统。废水进入序批式化学反应器，利用臭氧将废水中的次磷酸根、亚磷酸根和焦亚磷酸根氧化为正磷酸根,同时将络合镍破络，然后加碱调节pH值至11.0～11.5后，加入混凝剂和助凝剂等化学药剂进行强化混凝沉淀，上清液排入后续污水处理系统，沉淀物排入污泥处理系统。本发明利用臭氧充分氧化废水中的次磷酸根、亚磷酸根和焦亚磷酸根成为正磷酸根，并同步完成络合镍破络，在同一个反应器中完成同步高效去除总磷和镍，实现短流程化学镀镍废水、阳极氧化表面处理废水和电镀工业园区混排废水处理总磷和镍的稳定达到排放标准。
权利要求书
1.一种同步去除废水中总磷和镍的处理方法，其特征在于，将序批式化学反应器、臭氧供应系统、加药系统和自动控制系统进行集成;
所述序批式化学反应器由反应器本体(1)、pH电极(10)、滗水器(2)、气体搅拌系统(9)、臭氧曝气头(7)、压力变送器(6)和加药管路(12)组成;所述反应器本体顶部开设有用于插设pH电极的开口，所述开口内部设置有pH电极(10)，所述反应器本体(1)内部设置有气体搅拌系统(9)，所述气体搅拌系统(9)为一开孔管道，所述开孔管道与外部压缩空气连接;所述反应器本体(1)内部还设置有臭氧曝气头(7)，所述臭氧曝气头(7)与外部的臭氧供应系统连接，所述压力变送器(6)位于反应器本体(1)内部底部;所述反应器本体(1)侧面上开设有排水口;所述反应器本体(1)顶部开设有进水口;所述反应器本体(1)顶部与加药系统通过加药管路(12)连接;所述反应器本体(1)底部开设有污泥出口。
废水由所述反应器本体顶部的进水电动阀进入，到达设定液位时停止进水，根据设定程序导入定量的臭氧，到达设定的臭氧氧化时间后，打开气体搅拌系统，加入碱、混凝剂和助凝剂，到达反应时间后关闭气体搅拌系统，进行沉淀，到达设定的沉淀时间后，开启排水电动阀，处理后的污水流经滗水器、带钢丝软管和排水电动阀排出，排水完毕后关闭排水电动阀，开启排泥电动阀，将污泥排出后关闭排泥电动阀;所述的臭氧氧化和破络的反应时间为0.5～1.0h;所述臭氧使用剂量为0.050～0.100kgO3/t，该使用剂量的大小由原水总磷与镍的质量浓度总和来决定，当原水总磷与镍的质量浓度总和在0～50mg/L范围时臭氧使用剂量取0.050kgO3/t，当原水总磷与镍的质量浓度总和在50～100mg/L范围时臭氧使用剂量取0.075kgO3/t，当原水总磷与镍的质量浓度总和在100～200mg/L范围时臭氧使用剂量取0.100kgO3/t;所述的臭氧采用微孔曝气方式投加;所述的pH调节为一级调节，调节时间为15～30min;所述的强化混凝反应时间为15～30min;所述的沉淀时间为0.5～1.0h;所述废水包括化学镀镍废水、阳极氧化表面处理废水和电镀工业园区混排废水。
2.根据权利要求1所述同步去除废水中总磷和镍的处理方法，其特征在于，臭氧供应系统包括臭氧发生器和臭氧流量计;所述的臭氧发生器为氧气源臭氧发生器;所述臭氧流量计为玻璃转子流量计。
3.根据权利要求1所述同步去除废水中总磷和镍的处理方法，其特征在于，加药系统包括药剂箱和加药泵;所述药剂箱与加药泵通过管路连接;所述加药泵与序批式化学反应器上的加药管路(12)通过管路连接;加药泵与自动控制系统通过线路连接。
4.根据权利要求1所述同步去除废水中总磷和镍的处理方法，其特征在于，还包括自动控制系统;所述自动控制系统包括pH控制器、PLC控制系统、pH电极与pH控制器的连接线路、PLC控制系统与加药泵的连接线路、PLC控制系统与电磁阀的连接线路、PLC控制系统与排泥电动阀的连接线路、PLC控制系统与进水电动阀的连接线路、PLC控制系统与排水电动阀的连接线路、PLC控制系统与压力变送器的连接线路;pH电极、pH控制器和PLC控制系统联合控制加药泵的启动与停止，PLC控制系统控制电磁阀的启动与停止，PLC控制系统控制排泥电动阀的启动与停止，压力变送器和PLC控制系统控制进水电动阀的启动与停止，压力变送器和PLC控制系统控制排水电动阀的启动与停止。
5.根据权利要求1所述同步去除废水中总磷和镍的处理方法，其特征在于，投加的碱是氢氧化钠(NaOH)或氢氧化钙(Ca(OH)2)，投加的混凝剂是硫酸亚铁(FS)、氯化铁(FC)、硫酸铝(AS)、聚合氯化铝(PAC)或聚合硫酸铁(PFS)，投加的助凝剂是阴离子聚丙烯酰胺(APAM)、阳离子聚丙烯酰胺(CPAM)或非离子聚丙烯酰胺(NPAM);加碱调节pH11.0～11.5、混凝剂和助凝剂投加量分别在50～150mg/L和0.5～1.5mg/L范围;所述阴离子聚丙烯酰胺的分子量900万～1200万;所述阳离子聚丙烯酰胺分子量800万～2000万，离子度10%～80%;所述非离子聚丙烯酰胺分子量：800万～1500万。
6.根据权利要求1所述同步去除废水中总磷和镍的处理方法，其特征在于，所述反应器主体的材质采用还氧树脂做防腐的碳钢或SUS316不锈钢;所述反应器主体的有效高径比为(2～3)∶1;所述的臭氧曝气头的材质为钛合金;所述的压力变送器的输出信号为4～20mA。
7.根据权利要求1所述同步去除废水中总磷和镍的处理方法，其特征在于，还包括排泥电动阀(5)、进水电动阀(11)、排水电动阀(4)和电磁阀(8);所述排泥电动阀设置于污泥出口处;所述进水电动阀设置于进水口处;所述电磁阀设置于开孔管道与外部压缩空气之间的管道上;所述排水电动阀设置于排水口处;所述的排泥电动阀、进水电动阀和排水电动阀都为电动蝶阀，阀板材质为SUS304不锈钢。
8.根据权利要求7所述同步去除废水中总磷和镍的处理方法，其特征在于，所述滗水器(2)位于反应器本体内部且通过带钢丝软管(3)与排水电动阀(4)相连接。
9.根据权利要求1所述同步去除废水中总磷和镍的处理方法，其特征在于，所述的滗水器为SUS304不锈钢材质的浮筒式滗水器。
说明书
一种同步去除废水中总磷和镍的处理方法
技术领域
本发明涉及工业废水处理技术领域，涉及一种同步去除废水中总磷和镍的处理方法，用于高效去除化学镀镍废水、阳极氧化表面处理废水和电镀工业园区混排废水中的总磷和镍，确保稳定达标排放。
背景技术
化学镀镍广泛应用于印制电路板、五金电镀和化工工业等行业中，可以有效提高工件的耐蚀性和耐磨性。化学镀镍液的主要组成份为还原剂次亚磷酸钠以及多种有机酸络合剂，故化学镀镍废槽液和清洗废水中含有次磷酸、亚磷酸、焦亚磷酸和大量有机络合剂，以及络合镍，是公认难处理的废水之一。
阳极氧化技术在电镀行业中应用广泛，主要用于电镀行业表面处理工序中。通常情况下，在阳极氧化工序之前需要对金属构件利用酸碱进行除油;在阳极氧化之后，则需要对镀件金属构件进行表面封孔处理，大多数的电镀企业采用醋酸镍作为封孔剂。阳极前处理工序产生的除油废水中含有磷酸盐，而在表面封孔处理工序中产生含镍废水。在复杂体系下，同步有效去除阳极氧化表面处理废水的镍与总磷，在当前技术水平的限制下，也是一大挑战。
在电镀工业园区，存在着混排废水，如电镀镍废水、化学镀镍废水、表面清洗废水、有机废水等，废水中含有次磷酸根、亚磷酸根、焦亚磷酸根和大量有机络合剂，以及络合镍，导致处理后的镍与总磷都难以达到排放标准。
常用的含磷和含镍废水处理方法是化学沉淀法、电絮凝法，此外还有芬顿试剂法、离子交换法及吸附法。但是，经这些方法处理后，废水中的次磷酸根、亚磷酸根和焦亚磷酸根难以去除而导致除磷效果不佳，络合镍破络不彻底致使废水中的镍难以达到国家一级排放标准(镍离子浓度<0.1mg/L)。
目前，化学镀镍废水、阳极氧化表面处理废水和电镀工业园区混排废水需要在不同的反应器中、采取联合工艺除磷除镍，尚无在同一个反应器中同步去除磷和镍的技术。例如，冯云香的发明专利“化学镀镍废水处理去除总磷的方法”，申请公布号CN 102976531A，采用pH调节槽-阴离子交换-阳离子交换-收集槽-催化氧化槽-脉冲电凝-pH调节槽-沉淀槽流程进行除磷，流程长操作复杂;吴志宇等人的发明专利“去除化学镀镍废水中磷和镍的处理系统”，授权公告号CN 206915891U，采用1#调节池-三维电解装置-1#沉淀池-2#调节池-双氧化池-2#沉淀池-3#调节池-离子交换流程，流程也是很长并难以实施。Yu-Jen Shih等人在Separation and Purification Technology期刊上发表的文章“Application ofFered-Fenton and chemical precipitation process for the treatmentofelectroless nickel plating wastewater”上进行了同步去除COD与镍的研究。
因此，如果能在同一个反应器中完成同步去除总磷和镍，则可以缩短工艺流程及减少人工操作量，实现总磷和镍的稳定达标排放。
发明内容
本发明的目的是克服现有处理技术中的缺陷，提出一种同步去除废水中总磷和镍的处理方法。
本发明技术方案如下：
一种同步去除废水中总磷和镍的处理方法，将序批式化学反应器、臭氧供应系统、加药系统和自动控制系统进行集成;
所述序批式化学反应器由反应器本体、pH电极、滗水器、气体搅拌系统、臭氧曝气头、压力变送器和加药管路组成;所述反应器本体顶部开设有用于插设pH电极的开口，所述开口内部设置有pH电极，所述反应器本体内部设置有气体搅拌系统，所述气体搅拌系统为一开孔管道，所述开孔管道与外部压缩空气连接;所述反应器本体内部还设置有臭氧曝气头，所述臭氧曝气头与外部的臭氧供应系统连接，所述压力变送器位于反应器本体内部底部;所述反应器本体侧面上开设有排水口;所述反应器本体顶部开设有进水口;所述反应器本体顶部与加药系统通过加药管路连接;所述反应器本体底部开设有污泥出口;
废水由所述反应器本体顶部的进水电动阀进入，到达设定液位时停止进水，根据设定程序导入定量的臭氧，到达设定的臭氧氧化时间后，打开气体搅拌系统，加入碱、混凝剂和助凝剂，到达反应时间后关闭气体搅拌系统，进行沉淀，到达设定的沉淀时间后，开启排水电动阀，处理后的污水流经滗水器、带钢丝软管和排水电动阀排出，排水完毕后关闭排水电动阀，开启排泥电动阀，将污泥排出后关闭排泥电动阀;所述的臭氧氧化和破络的反应时间为0.5～1.0h;所述臭氧使用剂量为0.050～0.100kgO3/t，该使用剂量的大小由原水总磷与镍的质量浓度总和来决定，当原水总磷与镍的质量浓度总和在0～50mg/L范围时臭氧使用剂量取0.050kgO3/t，当原水总磷与镍的质量浓度总和在50～100mg/L范围时臭氧使用剂量取0.075kgO3/t，当原水总磷与镍的质量浓度总和在100～200mg/L范围时臭氧使用剂量取0.100kgO3/t;所述的臭氧采用微孔曝气方式投加;所述的pH调节为一级调节，调节时间为15～30min;所述的强化混凝反应时间为15～30min;所述的沉淀时间为0.5～1.0h;所述废水包括化学镀镍废水、阳极氧化表面处理废水和电镀工业园区混排废水。
进一步地，臭氧供应系统包括臭氧发生器和臭氧流量计;所述的臭氧发生器为氧气源臭氧发生器;所述臭氧流量计为玻璃转子流量计。
进一步地，加药系统包括药剂箱和加药泵;所述药剂箱与加药泵通过管路连接;所述加药泵与序批式化学反应器上的加药管路通过管路(12)连接;加药泵与自动控制系统通过线路连接。
进一步地，本发明还包括自动控制系统;所述自动控制系统包括pH控制器、PLC控制系统、pH电极与pH控制器的连接线路、PLC控制系统与加药泵的连接线路、PLC控制系统与电磁阀的连接线路、PLC控制系统与排泥电动阀的连接线路、PLC控制系统与进水电动阀的连接线路、PLC控制系统与排水电动阀的连接线路、PLC控制系统与压力变送器的连接线路;pH电极、pH控制器和PLC控制系统联合控制加药泵的启动与停止，PLC控制系统控制电磁阀的启动与停止，PLC控制系统控制排泥电动阀的启动与停止，压力变送器和PLC控制系统控制进水电动阀的启动与停止，压力变送器和PLC控制系统控制排水电动阀的启动与停止。
进一步地，投加的碱是氢氧化钠(NaOH)或氢氧化钙(Ca(OH)2)，投加的混凝剂是硫酸亚铁(FS)、氯化铁(FC)、硫酸铝(AS)、聚合氯化铝(PAC)或聚合硫酸铁(PFS)，投加的助凝剂是阴离子聚丙烯酰胺(APAM)、阳离子聚丙烯酰胺(CPAM)或非离子聚丙烯酰胺(NPAM);加碱调节pH11.0～11.5、混凝剂和助凝剂投加量分别在50～150mg/L和0.5～1.5mg/L范围;所述阴离子聚丙烯酰胺的分子量900万～1200万;所述阳离子聚丙烯酰胺分子量800万～2000万，离子度10%～80%;所述非离子聚丙烯酰胺分子量：800万～1500万。进一步地，所述反应器主体的材质采用还氧树脂做防腐的碳钢或SUS316不锈钢;所述反应器主体的有效高径比为(2～3)∶1;所述的臭氧曝气头的材质为钛合金;所述的压力变送器的输出信号为4～20mA。
进一步地，本发明还包括排泥电动阀(5)、进水电动阀(11)、排水电动阀(4)和电磁阀(8);所述排泥电动阀设置于污泥出口处;所述进水电动阀设置于进水口处;所述电磁阀设置于开孔管道与外部压缩空气之间的管道上;所述排水电动阀设置于排水口处;所述的排泥电动阀、进水电动阀和排水电动阀都为电动蝶阀，阀板材质为SUS304不锈钢。
进一步地，所述滗水器位于反应器本体内部且通过带钢丝软管与排水电动阀相连接。
进一步地，所述的滗水器为SUS304不锈钢材质的浮筒式滗水器。
本发明利用臭氧将废水中的次磷酸根、亚磷酸根和焦亚磷酸根氧化为正磷酸根,同时完成络合镍破络，然后通过强化混凝沉淀将镍与总磷同步去除。整个流程紧凑高效，而并非是单纯的去除总磷和镍的处理方法的简单机械叠加。本发明充分利用了臭氧对次磷酸根、亚磷酸根、焦亚磷酸根与络合镍的同步氧化与破络的特性，并在同一个反应器中进行混凝沉淀，克服了多种氧化工艺组合与多种反应器串联的技术门槛，体现了同步、经济、高效和有机结合去除水中多种污染物质的优势。
本发明相比现有工艺方法具有以下优点及有益效果：
本发明能够利用臭氧充分氧化废水中的次磷酸根、亚磷酸根和焦亚磷酸根为正磷酸根，同时完成络合镍破络，在同一个反应器中实现同步去除总磷和镍，可以缩短工艺流程及减少人工操作量，确保化学镀镍废水、阳极氧化表面处理废水和电镀工业园区混排废水处理的总磷和镍稳定达标排放。（发明人罗新浩;胡勇有）