一种去除稀碱电吸附浓水中总有机碳和总有机氮的方法和装置与流程

本发明属于水处理技术领域，具体涉及一种高效去除稀碱电吸附浓水中总有机碳和总有机氮的方法和装置。

背景技术：

作为我国的基础产业，钢铁工业自改革开放以来，快速发展，近年来一直处于高速发展阶段，钢年产量增幅在15％～22％。可是钢铁工业是一个高能耗、高资源、高污染的产业，其水资源消耗巨大，约占全国工业用水量的14％。

钢铁企业使用的电吸附技术是利用带电电极表面吸附水中离子及带电粒子的现象，使水中溶解盐类及其它带电物质在电极的表面富集浓缩而实现水的净化的一种新型水处理技术。电吸附的产生的净水可应用回用于生产，而产生的浓水需要进行深度处理。

冷轧稀碱废水的处理工艺为：生化+混凝沉淀+多介质过滤+电吸附。电吸附的产水水质可满足钢铁应用工业水的要求，可回用于前道工序，但是电吸附的浓水中总有机碳和总有机氮污染严重。总有机碳是指水体中溶解性和悬浮性有机物含碳的总量。总有机氮是指有机化合物中所含有的氮元素，包括所有脂肪烃和芳香烃的硝基、亚硝基、氨基、酰胺基、脒基等含氮有机物中的氮。

为此，需要一种根据冷轧稀碱电吸附浓水的水质水量情况，开发出经济、高效的深度处理方法和装置。开发冷轧稀碱电吸附浓水的处理工艺和装置，以绿色工艺和节能减排为主要任务，减少环境污染，积极应对日益严格的环境保护法规。

技术实现要素：

为了解决稀碱电吸附浓水中总有机碳和总有机氮环境污染问题，本发明提供了一种高效去除稀碱电吸附浓水中总有机碳和总有机氮的方法和装置，所述高效去除稀碱电吸附浓水中总有机碳和总有机氮的方法和装置根据冷轧稀碱电吸附浓水的水质水量情况，以绿色工艺和节能减排为主要任务，减少环境污染，积极应 对日益严格的环境保护法规。

本发明的一种高效去除稀碱电吸附浓水中总有机碳和总有机氮的方法和装置的技术方案如下：

一种高效去除稀碱电吸附浓水中总有机碳和总有机氮的方法，其特征在于，

使用包括一级提升泵、砂滤器、石英砂滤料、中间水池、二级提升泵、臭氧发生器、催化反应器、超细微孔催化剂、中间水池及出水泵的系统装置，所述方法包括下述步骤：

所述稀碱电吸附浓水通过一级提升泵进入砂滤器，使得经过砂滤器过滤后，稀碱电吸附浓水中的悬浮物含量低于25mg/L；

出砂滤器的稀碱电吸附浓水进入中间水池，中间水池通过二级提升泵将电吸附浓水从催化反应器底部送入催化反应器，臭氧发生器产生的臭氧也从底部进入催化反应器，所述稀碱电吸附浓水及臭氧水气同向地自下向上流出；

臭氧催化器中放置海泡石负载型超细微孔催化剂；

海泡石表面形成直径为100～1000nm的微孔，海泡石负载型超细微孔催化剂在废水臭氧催化氧化过程中，将臭氧转化自由基，然后，

稀碱电吸附浓水从催化反应器顶部流入中间水池，再通过出水泵排放。

根据本发明所述一种高效去除稀碱电吸附浓水中总有机碳和总有机氮的方法，其特征在于，通过出水泵排放的冷轧稀碱电吸附浓水的出水水质为电导率6700～11000us/cm，总有机碳7～15mg/L，总有机氮6～12mg/L，悬浮物7～12mg/L。

根据本发明所述一种高效去除稀碱电吸附浓水中总有机碳和总有机氮的方法，其特征在于，所述冷轧稀碱电吸附浓水的水质为电导率为6700～11000us/cm，总有机碳为25～37mg/L，总有机氮为32～47mg/L，悬浮物56～111mg/L。

根据本发明所述一种高效去除稀碱电吸附浓水中总有机碳和总有机氮的方法，其特征在于，所述砂滤器中放置石英砂填料，电吸附浓水流速是8m/h～12m/h，反冲洗周期92-96小时。

根据本发明所述一种高效去除稀碱电吸附浓水中总有机碳和总有机氮的方法，其特征在于，所述石英砂填料粒径是6.5～10.5mm，均匀度95％～98％，SiO₂含量97.3％～98.5％，Fe₂O₃含量为1.1～2.0％，其它为不可避免杂质。

优选的是，其它不可避免杂质含量低于0.3％。

根据本发明所述一种高效去除稀碱电吸附浓水中总有机碳和总有机氮的方 法，其特征在于，臭氧浓度为80-83g/m³，超细微孔催化剂占整个臭氧催化塔体积的55-60％，电吸附浓水在塔中的停留时间为45～70min。

根据本发明所述一种高效去除稀碱电吸附浓水中总有机碳和总有机氮的方法，其特征在于，超细微孔催化剂的制备方法如下：

1)载体的活化：选取0.5～1mm纤维状海泡石，按液固比为10～15：1(mg/L)加入20-25％的乙酸溶液，在30℃下慢速搅拌2～3小时，静置10～12小时，倒去乙酸溶液，然后用蒸馏水清洗5～8次；

2)溶液的配制：配制溶液浓度为0.1～0.5mol/L硝酸镍溶液、0.05～0.1mol/L硫酸铁溶液及十六甲基三甲基溴化铵0.5mol/L；

3)混合溶液的配制：硝酸镍：硫酸铁：环己烷按体积比1：1：2配制为混合溶液；

4)微乳液的配制：在反应釜中，混合液和海泡石按固液比为1：5～8配制，然后在搅拌下逐滴加入正茂醇，至体系澄清成为微乳液体系；

5)反应釜中合成：形成的微乳液在氮气保护的反应釜中匀速搅拌60～120min，然后加入2％的聚苯乙烯，再匀速搅拌360～720min；

6)破乳干燥：反应结束后用丙酮在超声波条件下破乳，高速离心分离，用丙酮、乙醇和清水清洗样品3次，滤干后在45℃下真空干燥即制得海泡石负载型镍-铁/聚苯乙烯超细微孔催化剂。

本发明又提供一种高效去除稀碱电吸附浓水中总有机碳和总有机氮的装置，其特征在于，顺序包括一级提升泵、砂滤器、石英砂滤料、中间水池、二级提升泵、臭氧发生器、催化反应器、超细微孔催化剂、中间水池及出水泵的系统装置，所述超细微孔催化剂占整个臭氧催化塔体积的55％，表面形成的微孔直径为100～1000nm。

根据本发明的一种高效去除稀碱电吸附浓水中总有机碳和总有机氮的装置，其特征在于，所述石英砂填料粒径是6.5～10.5mm，均匀度95％～98％，SiO₂含量97.3％～98.5％，Fe₂O₃含量为1.1～2.0％，其它为不可避免杂质。

优选的是，其它不可避免杂质含量低于0.3％。

根据本发明的一种高效去除稀碱电吸附浓水中总有机碳和总有机氮的装置，其特征在于，电吸附浓水在塔中的停留时间为45～70min。

稀碱电吸附浓水从催化反应器顶部流入中间水池，然后再通过出水泵排放。

本发明提出了稀碱电吸附浓水工艺的技术方案，系统解决了电吸附浓水中总 有机碳和总有机氮污染环境的问题。因此本发明属于钢铁绿色环保生产工艺。因此本发明具有经济和环保双重效果，具有良好的社会效益和环境效益。

附图说明

图1为本发明的稀碱废水电吸附处理工艺流程(浓水产生的工艺流程)图。

图2为本发明的一种稀碱电吸附浓水的处理系统装置示意图。

图中，1为一级提升泵，2为砂滤器，3为石英砂滤料，4为中间水池，5为二级提升泵，6为臭氧发生器，7为催化反应器，8为超细微孔催化剂，9为中间水池，10为出水泵。

具体实施方式

为了更好地理解本发明专利，下面结合实施例进一步阐明本发明专利的内容，但本发明专利的内容不仅仅局限于下面的实施例。

下面结合附图和实施例对本发明作详细说明。

实施例1：

为了解决稀碱电吸附浓水中总有机碳和总有机氮环境污染问题，本发明提供了一种高效的废水处理系统。一种稀碱电吸附浓水的处理工艺，包括一级提升泵、砂滤器、石英砂滤料、中间水池、二级提升泵、臭氧发生器、催化反应器、超细微孔催化剂、中间水池、出水泵。

所述冷轧稀碱电吸附浓水的水质为电导率为10500us/cm，总有机碳为32mg/L，总有机氮为41mg/L，悬浮物101mg/L。

所述电吸附浓水通过一级提升泵进入砂滤器。砂滤器中为石英砂填料，流速是10m/h，反冲洗周期96小时。所述石英砂填料粒径是9.0mm，均匀度97％，SiO₂含量98.1％，Fe₂O₃含量为0.4％，其它杂质含量低于0.3％。经过砂滤器过滤后，电吸附浓水中的悬浮物含量为17mg/L。

砂滤器出水通过重力流入中间水池。中间水池通过二级提升泵将电吸附浓水从催化反应器底部进入反应器。臭氧发生器产生的臭氧也从底部进入，水气同向流，都是自下从上流出。整个臭氧催化器材料为316L的不锈钢，实际臭氧浓度为80g/m³，超细微孔催化剂占整个臭氧催化塔体积的55％，电吸附浓水在塔中的停留时间为60min。

针对稀碱电吸附浓水的特点，开发制备了新型纳米催化剂去除浓水中的总有 机碳和总有机氮。超细微孔催化剂的制备：1)载体的活化：选取1mm纤维状海泡石，按液固比为12：1(mg/L)加入20％的乙酸溶液，在30℃下慢速搅拌2小时，静置11小时，倒去乙酸溶液，然后用蒸馏水清洗5次。2)溶液的配制：配制溶液浓度为0.3mol/L硝酸镍溶液，0.08mol/L硫酸铁溶液，十六甲基三甲基溴化铵0.5mol/L。3)混合溶液的配制：硝酸镍：硫酸铁：环己烷按体积比1：1：2配制为混合溶液。4)微乳液的配制：在反应釜中，混合液和海泡泡石按固液比为1：5配制，然后在搅拌下逐滴加入正茂醇，至体系澄清成为微乳液体系。5)反应釜中合成：形成的微乳液在氮气保护的反应釜中匀速搅拌100min，然后加入2％的聚苯乙烯，再匀速搅拌480min。6)破乳干燥：反应结束后用丙酮在超声波条件下破乳，高速离心分离。用丙酮、乙醇和清水清洗样品3次，滤干后在45℃下真空干燥即制得海泡石负载型镍-铁/聚苯乙烯超细微孔催化剂。

稀碱电吸附浓水从催化反应器顶部流入中间水池，然后再通过出水泵排放。

经过整个工艺流程，冷轧稀碱电吸附浓水的出水水质为电导率为10500us/cm，总有机碳为9mg/L，总有机氮为9mg/L，悬浮物11mg/L。

实施例2：

为了解决稀碱电吸附浓水中总有机碳和总有机氮环境污染问题，本发明提供了一种高效的废水处理系统。一种稀碱电吸附浓水的处理工艺，包括一级提升泵、砂滤器、石英砂滤料、中间水池、二级提升泵、臭氧发生器、催化反应器、超细微孔催化剂、中间水池、出水泵。

所述冷轧稀碱电吸附浓水的水质为电导率为8900us/cm，总有机碳为29mg/L，总有机氮为33mg/L，悬浮物78mg/L。

所述电吸附浓水通过一级提升泵进入砂滤器。砂滤器中为石英砂填料，流速是10m/h，反冲洗周期96小时。所述石英砂填料粒径是7.5mm，均匀度96％，SiO₂含量97.8％，Fe₂O₃含量为0.2％，其它杂质含量低于0.3％。经过砂滤器过滤后，电吸附浓水中的悬浮物含量为19mg/L。

砂滤器出水通过重力流入中间水池。中间水池通过二级提升泵将电吸附浓水从催化反应器底部进入反应器。臭氧发生器产生的臭氧也从底部进入，水气同向流，都是自下从上流出。整个臭氧催化器材料为316L的不锈钢，实际臭氧浓度为80g/m³，超细微孔催化剂占整个臭氧催化塔体积的55％，电吸附浓水在塔中的停留时间为50min。

针对稀碱电吸附浓水的特点，开发制备了新型纳米催化剂去除浓水中的总有 机碳和总有机氮。超细微孔催化剂的制备：1)载体的活化：选取0.8mm纤维状海泡石，按液固比为10：1(mg/L)加入20％的乙酸溶液，在30℃下慢速搅拌3小时，静置12小时，倒去乙酸溶液，然后用蒸馏水清洗6次。2)溶液的配制：配制溶液浓度为0.5mol/L硝酸镍溶液，0.1mol/L硫酸铁溶液，十六甲基三甲基溴化铵0.5mol/L。3)混合溶液的配制：硝酸镍：硫酸铁：环己烷按体积比1：1：2配制为混合溶液。4)微乳液的配制：在反应釜中，混合液和海泡石按固液比为1：6配制，然后在搅拌下逐滴加入正茂醇，至体系澄清成为微乳液体系。5)反应釜中合成：形成的微乳液在氮气保护的反应釜中匀速搅拌120min，然后加入2％的聚苯乙烯，再匀速搅拌600min。6)破乳干燥：反应结束后用丙酮在超声波条件下破乳，高速离心分离。用丙酮、乙醇和清水清洗样品3次，滤干后在45℃下真空干燥即制得海泡石负载型镍-铁/聚苯乙烯超细微孔催化剂。

稀碱电吸附浓水从催化反应器顶部流入中间水池，然后再通过出水泵排放。

经过整个工艺流程，冷轧稀碱电吸附浓水的出水水质为电导率为8900us/cm，总有机碳为11mg/L，总有机氮为10mg/L，悬浮物9mg/L。

综上所述，本发明所述的稀碱电吸附浓水处理系统高效去除率电吸附浓水的中的总有机碳和总有机氮，本发明工艺一次性投资低，自动化程度高，操作简单。本发明充分体现了节能减排的效果，是环境友好型的绿色钢铁生产工艺。

当然，本技术领域内的一般技术人员应当认识到，上述实施例仅是用来说明本发明，而非用作对本发明的限定，只要在本发明的实质精神范围内，对上述实施例的变换、变形都将落在本发明权利要求的范围内。