一种利用火电厂末端废水制取工业杀菌剂的设备及方法

本发明涉及火电厂废水处理及工业杀菌剂制取的方法及设备领域，具体涉及一种利用火电厂末端废水制取工业杀菌剂的设备及方法。

目前火电厂在电力生产过程中，产生多种废水，主要包括：渣溢水、含煤水、含泥水、化学冲洗水、精处理再生废水、脱硫废水等。

在国家“分类收集、阶梯回用”方针的指引下，火力发电行业已形成了多种处理常规废水的成熟技术路线，但仍有以脱硫废水、精处理再生废水为代表的末端废水，其氨氮及盐分含量较高，水质成分复杂，难以通过常规处理工艺处理回用。近年来，火力发电行业陆续涌现出旁路烟气蒸发、膜法分盐等多种末端处理工艺，但处理成本却一直居高不下。因此，仍需开发一种高效、低能耗的末端废水处理新设备，以较低的成本实现回用或减少排放。

与此同时，火电厂为防止因微生物及藻类滋生、繁殖而危害废水系统、循环水系统运行安全，每年需使用大量的氧化型杀菌剂，产生了高昂的药剂采购费用。此外，氧化型杀菌剂属于危险化学品范畴，在其运输与接卸过程中，存在一定的公共安全风险。因此，若能寻到一条火电厂以低成本自产工业杀菌剂的技术路线，不仅可大幅提升火电厂的生产经济性，也可降低火电厂危险化学品的道路运输与接卸风险。

基于上述情况，本发明提出了一种利用火电厂末端废水制取工业杀菌剂的方法及设备，既能以较低的成本处理火电厂部分末端废水，又能变废为宝，以末端废水中的氯根为原料制取杀菌剂，实现废水系统、循环水系统杀菌剂自产自足。

本发明目的是针对现有技术存在的缺陷提供一种利用火电厂末端废水制取工业杀菌剂的设备及方法，从而解决火力发电行业的废水处理工艺经济成本高、能耗高的问题。

本发明为实现上述目的，采用如下技术方案：

一种利用火电厂末端废水制取工业杀菌剂的设备，包括通过管道依次连通的废水调节池、电解装置以及杀菌剂缓冲罐；所述废水调节池一端设置有工业盐酸进口管、工业碱液进口管和末端废水进水管，另一端至所述电解装置之间设有稳流输送泵，所述废水调节池内设置有氯根测定仪、计算型pH计；所述稳流输送泵与所述电解装置之间设有自清洗过滤器；所述杀菌剂缓冲罐顶部开设有排气孔；所述杀菌剂缓冲罐右侧面出口处的管路上设置有用于将杀菌剂输送至循环水或废水系统中的杀菌剂输送泵。

优选的，所述稳流输送泵与变频器电连接；所述自清洗过滤器进口处或出口处连接有差压表并且所述自清洗过滤器通过排污管道与所述废水调节池连通。

本发明中，在废水调节池和电解装置之间设置与变频器电连接的稳流输送泵，变频器可调节稳流输送泵的工作频率，以稳定的流量输送废水至电解装置；废水经过自清洗过滤器过滤，留下的污垢可通过排污管道排入废水调节池；当过滤器内附着的杂质增多，滤网压力损失就会增大，当压差达到一定程度时则提示需更换滤网。

优选的，所述电解装置包括至少3个电解槽体，所述电解槽体均为圆筒形且相互之间均以串联的方式连接。

本发明中，电解槽体之间以串联的方式连接，电路简单，易于控制。

优选的，所述电解装置与整流柜电连接；所述电解槽体外壳为透明强化玻璃。

本发明中，电解装置与整流柜电连接，整流柜用于将交流电转化为直流电通过电极，以及调节通过电极的电流大小、电极之间的电压，而组成电解装置的电解槽体的材质采用透明强化玻璃，可清晰观察到内部电极表面是否结垢。

优选的，靠近所述电解装置入口处的管路上设置有流量计；靠近所述电解装置出口处的管路上设置有氨氮测定仪、COD测试仪、ORP测定仪。

优选的，所述电解装置入口端和出口端连通有电极酸洗回路管道；所述电极酸洗回路管道上依次连通有酸洗箱与循环泵。

本发明中，电解装置入口和出口处分别与电极酸洗回路管道两端连通，可形成酸洗回路；本发明电极酸洗回路管道上依次连通酸洗箱和循环泵，酸洗箱用于配制和储存酸溶液，以便进行循环酸洗。

优选的，所述废水调节池的一端还连通有罗茨风机。

本发明中，废水调节池的一端与罗茨风机连通，是为了废水调节池在pH调节过程中启动罗茨风机，通过气流搅拌，保证废水与酸或碱混合均匀。

本发明还提供了一种利用火电厂末端废水制取工业杀菌剂的方法，所述方法包括如下步骤：

S1、含有氨氮、有机物以及溶解盐的末端废水送入废水调节池，通过废水调节池内设置的气流混合装置进行混合；

S2、观察废水调节池中的计算型pH计，通过加入适量工业盐酸或工业碱液，将pH调节至6～7.5；调节过程中启动罗茨风机。

S3、启动稳流输送泵，使末端废水以20～25m3/h的流量经自清洗过滤器过滤后进入电解装置；

S4、启动电解装置，选择恒电流模式或恒电压模式，在电流及氯根的共同催化下，控制废水在电解装置内的停留时间为1.8～2min；

S5、末端废水从电解装置出口流出，同时排出氢气，观察电解装置出口管路上在线氨氮测定仪、COD测定仪、ORP测定仪；若氨氮、COD接近0，ORP＞200mV，则说明末端废水中的氨氮、COD等还原性溶解物已处理合格，且工业杀菌剂同步制得；此时，将工业杀菌剂输送至杀菌剂缓冲罐，反之，则使其回流至废水调节池；

S6、启动杀菌剂输送泵，将工业杀菌剂输送至循环水或废水系统使用；

S7、对电解装置的电极进行清洗：将电解装置与电极酸洗回路管道两端连通形成酸洗回路；所述电极酸洗回路管道上依次连通有酸洗箱和循环泵；在所述酸洗箱中配制质量百分比为4～5％的盐酸溶液，启动循环泵进行循环酸洗，酸洗过程中，电解装置断电。

优选的，所述电解装置的阳极材质为钛基多元贵金属涂层，阴极材质为工业纯钛，电压≤160V，电流≤2500A，串联有效容积为400L。

优选的，所述步骤S4中：观察废水调节池氯根测定仪，当末端废水氯根浓度低于4500mg/L时选择恒电流模式，当末端废水氯根浓度高于4500mg/L时选择恒电压模式或恒电流模式，所述电解装置的电压≤154V，电流≤2200A；所述步骤S5中：控制电解装置出口处ORP在1450～1960mV。

本发明的制备方法中，发明人经过大量的实验发现：

1)含有一定浓度氯根的末端废水在恒定的电流作用下通过电解装置时，当pH低于5时，阳极贵金属涂层受氢离子的腐蚀速率有所上升，而当pH高于8.5时，电极表面结垢速率显著加快，所以本发明通过将末端废水电解pH控制在6～7.5，既能延长电极的使用寿命，又可延缓电极结垢；

2)当末端废水氯根浓度较低时(低于4500mg/L)，恒电流模式下氨氮及COD降解效率更高，氯根转化率也更稳定；当末端废水氯根浓度较高时(高于4500mg/L)，两种模式下电解效果及氯根转化率相近；所以本发明中当末端废水氯根浓度低于4500mg/L，选择恒电流模式，当末端废水氯根浓度高于4500mg/L，选择恒电压模式或恒电流模式均可；

3)氨氮浓度相同的末端废水在相同的电流作用下通过电解装置，氨氮的脱除效果受停留时间的影响显著；废水在电解装置内的停留时间越长，氨氮和COD的脱除效果越佳，但是停留时间太长，会导致能耗过高，成本上升；此外，当氨氮和COD等还原性物质去除完毕后(1.5～1.7min)，只需再停留0.2min左右，产出的次氯酸根便可接近峰值；因此本发明控制末端废水在电解装置内的停留时间为1.8～2min，既可以保证良好的氨氮和COD的脱除及制取杀菌剂的效果，又可以节约能耗；

4)当氨氮浓度一定的末端废水以恒定的流量通过电解装置，电压越高，电解结垢风险越高，电流越大，氨氮的脱除效果越佳；但是电流过大，会导致能耗过高，成本上升；所以本发明通过将电解装置的电压控制在154V以下，电流控制在2200A以下，既可保证良好的氨氮脱除效果，又可降低能耗。

另外，在步骤S5中，控制电解装置出口ORP在1450～1960mV，此时制得的工业杀菌剂有效氯含量为80～140mg/L，可有效杀灭废水系统、循环水系统微生物及藻类；步骤S7中，在酸洗箱中配制质量百分比为4～5％的盐酸溶液，通过1台循环泵对电极进行循环酸洗，可快速恢复电极活性；在酸洗过程中电解装置断电，可防止电解涂层受到高浓度的氢离子的腐蚀。

本发明与现有技术相比其有益效果为：

1.本发明利用火电厂末端废水制取工业杀菌剂的设备，其设备占地少，用一套装置便可同时达到处理火电厂末端废水并制取工业杀菌剂的目的；制取工业杀菌剂的工艺简单、制取成本低廉、效率高、能耗低，可大幅降低末端废水的处理成本。

2.本发明以较少的设备投资、低廉的运行成本来完全脱除火电厂末端废水中氨氮和COD，能够处理500mg/L以下氨氮浓度的末端废水，保证最终出水浓度小于1mg/L，并通过运行工况的设定，将处理后的火电厂末端废水中的大量氯根进一步转化为次氯酸根，将末端废水变为工业杀菌剂，可有效杀灭废水系统、循环水系统微生物及藻类，实现自产自足的目的。

3.本发明在制备过程中，通过控制末端废水的电解pH在6～7.5，既能延长电极的使用寿命，又可延缓电极结垢，从而提升设备的稳定性。

4.本发明在制备过程中，通过控制末端废水在电解装置内的停留时间为1.8～2min，既可以保证良好的氨氮和COD的脱除及制取杀菌剂的效果，又可以节约能耗。

5.本发明的电解装置可提供恒电流模式和恒电压模式，针对末端废水不同的氯根浓度来选择电解模式，使设备更具灵活性；通过控制电解装置的电压和电流，使其始终保持在最佳范围，从而保证良好的氨氮脱除效果，又可降低能耗。

6.本发明在制备过程中，电解装置通过与酸洗回路管道连通，形成一条酸洗回路，对电极进行循环酸洗，以便达到快速恢复电极的活性，进一步提升了本发明的使用效率。

图1为本发明的结构示意图。

图中：1-废水调节池；11-第一阀门；12-第二阀门；13-第三阀门；111-末端废水进水管；121-工业盐酸进口管；131-工业碱液进口管；14-计算型pH计；15-氯根测定仪；16-稳流输送泵；17-变频器；161-第四阀门；162-第五阀门；163-第六阀门；2-罗茨风机；21-第七阀门；22-第八阀门；3-自清洗过滤器；31-差压表；32-自清洗过滤器排污阀；33-排污管道；4-电解装置；41-整流柜；42-第一流量计；43-ORP测定仪；44-COD测试仪；45-氨氮测定仪；46-第九阀门；47-第十阀门；48-第十一阀门；49-电极酸洗回路管道；5-酸洗箱；51-循环泵；511-第十二阀门；512-第十三阀门；513-第十四阀门；6-杀菌剂缓冲罐；61-杀菌剂输送泵；611-第十五阀门；612-第二流量计。

下面将结合附图与实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

下述实施例中所述试验方法或测试方法，如无特殊说明，均为常规方法；所述试剂和材料，如无特殊说明，均从常规商业途径获得，或以常规方法制备。

在本发明中，化学需氧量COD(Chemical Oxygen Demand)是以化学方法测量水样中需要被氧化的还原性物质的量。废水、废水处理厂出水和受污染的水中，能被强氧化剂氧化的物质(一般为有机物)的氧当量。在河流污染和工业废水性质的研究以及废水处理厂的运行管理中，它是一个重要的而且能较快测定的有机物污染参数，常以符号COD表示。

对于所述电解装置，未做具体限定的具体结构、工作原理以及可能涉及到的控制方式、空间布置方式采用本领域的常规选择即可，属于现有技术，不应被视为本发明的创新点所在，对于本领域技术人员来说，是可以理解的，本发明不做进一步描述。

所述氯根测定仪、计算型pH计、氨氮测定仪、COD测试仪、ORP测试仪、整流柜和流量计等技术特征(本发明的组成单元/元件)，如无特殊说明，均从常规商业途径获得，或以常规方法制得，其具体结构、工作原理以及可能涉及到的控制方式、空间布置方式采用本领域的常规选择即可，不应被视为本发明的创新点所在，对于本领域技术人员来说，是可以理解的，本发明专利不做进一步描述。

本发明所有电气设备及仪表均为防爆型。

实施例1

一种利用火电厂末端废水制取工业杀菌剂的方法，包括如下步骤：

S1：打开第一阀门11，将含有氨氮、有机物以及溶解盐的末端废水送入废水调节池1中；

S2：观察废水调节池1中计算型pH计14，当读数为8.5时，开启第二阀门12，加入适量工业盐酸，将pH调节至6；pH调节过程中启动罗茨风机2，并打开第七阀门21、第八阀门22，通过气流搅拌，保证废水与酸混合均匀；

S3：打开第四阀门161，启动稳流输送泵16，通过变频器17调节频率，使末端废水以20m3/h的流量经自清洗过滤器3过滤后进入电解装置4；开启自清洗过滤器排污阀32可将自清洗过滤器3中的污垢通过排污管道33排入废水调节池1中进行下一轮循环；

S4：第九阀门46与第十阀门47保持开启，启动电解装置4，交流电经过整流柜41转化为直流电，观察废水调节池1中氯根测定仪15，当读数为5000mg/L时选择恒电流模式，控制电流在1500A，停留时间约1.8min；在电流及氯根的共同催化下，废水中的氨氮和COD转化为氮气和氢气等无害物质，并继续产生次氯酸根；

S5：开启第十一阀门48，末端废水从电解装置4出口流出，当观察到电解装置4出口处的在线氨氮测定仪45的读数为0、COD测定仪44的读数为0、ORP测定仪43的读数为1802mV时，说明末端废水中的氨氮、COD等还原性溶解物已处理合格，且工业杀菌剂同步制得，此时，关闭电解装置4至废水调节池1的回流阀即第九阀门46，则工业杀菌剂送至杀菌剂缓冲罐6，反应产生的氢气由杀菌剂缓冲罐6顶部排出；

S6：当杀菌剂缓冲罐6内有足量工业杀菌剂后，打开第十五阀门611，启动杀菌剂输送泵61，将工业杀菌剂输送至循环水或废水系统使用，第二流量计612可测量到制得的工业杀菌剂的流量；

S7：电解装置4断电，对电解装置4的电极进行清洗，以保持电极清洁，具体步骤：将电解装置4与电极酸洗回路管道49两端连通形成酸洗回路，所述电极酸洗回路管道49上依次连通酸洗箱5和循环泵51；在所述酸洗箱5中配制质量百分比为4～5％的盐酸溶液，打开第十二阀门511、第十三阀门512、第十四阀门513，启动循环泵51进行循环酸洗。

通常，折点加氯工艺的运行成本集中在次氯酸钠溶液消耗量上。近几年来折点加氯法处理氨氮废水实际运行经验表明：针对氨氮初始浓度为60～150mg/L的废水，当pH＝6～9，Cl-与NH4+质量浓度比为7∶1，反应时间为30～60min左右时，氨氮的去除率为98％左右。目前，10％的次氯酸钠溶液采购价按800元/t计，则计算得：折点加氯工艺的运行成本约为0.12元/g。

本发明电解工艺的运行成本主要集中在电解装置电耗上。经对实施例1的测试结果可知：将氨氮初始浓度为150mg/L的末端废水处理至氨氮浓度为0并产生125mg/L有效氯的电耗约为0.40kW·h/g，若厂用电价按0.32元/kW·h计，则计算得：电解工艺的运行成本约为0.128元/g，这与折点加氯工艺的运行成本相当，但额外产生了与末端废水等量有效氯为125mg/L的工业杀菌剂。所以，本发明能将末端废水变废为宝，不仅制取出杀菌剂，而且制取成本低廉，经济效益高。

实施例2

一种火电厂废水中氨氮和COD的协同脱除方法，包括如下步骤：

S1：打开第一阀门11，将含有氨氮、有机物以及溶解盐的末端废水送入废水调节池1中；

S2：观察废水调节池1中计算型pH计14，当读数为5时，开启第二阀门12，加入适量工业烧碱，将pH调节至7；pH调节过程中启动罗茨风机2，并打开第七阀门21、第八阀门22，通过气流搅拌，保证废水与酸混合均匀；

S3：打开第四阀门161，启动稳流输送泵16，通过变频器17调节频率，使末端废水以20m3/h的流量经自清洗过滤器3过滤后进入电解装置4；开启自清洗过滤器排污阀32可将自清洗过滤器3中的污垢通过排污管道33排入废水调节池1中进行下一轮循环；

S4：第九阀门46与第十阀门47保持开启，启动电解装置4，交流电经过整流柜41转化为直流电，观察废水调节池1中氯根测定仪15，当读数为5580mg/L时选择恒电流模式，控制电流在2050A，停留时间约1.9min；在电流及氯根的共同催化下，废水中的氨氮和COD转化为氮气和氢气等无害物质，并继续产生次氯酸根；

S5：开启第十一阀门48，末端废水从电解装置4出口流出，当观察到电解装置4出口处的在线氨氮测定仪45的读数为0、COD测定仪44的读数为0、ORP测定仪43的读数为1780mV时，说明末端废水中的氨氮、COD等还原性溶解物已处理合格，且工业杀菌剂同步制得，此时，关闭电解装置4至废水调节池1的回流阀即第九阀门46，则工业杀菌剂送至杀菌剂缓冲罐6，反应产生的氢气由杀菌剂缓冲罐6顶部排出；

S6：当杀菌剂缓冲罐6内有足量工业杀菌剂后，打开第十五阀门611，启动杀菌剂输送泵61，将工业杀菌剂输送至循环水或废水系统使用，第二流量计612可测量到制得的工业杀菌剂的流量；

S7：电解装置4断电，对电解装置4的电极进行清洗，以保持电极清洁，具体步骤：将电解装置4与电极酸洗回路管道49两端连通形成酸洗回路，所述电极酸洗回路管道49上依次连通酸洗箱5和循环泵51；在所述酸洗箱5中配制质量百分比为4～5％的盐酸溶液，打开第十二阀门511、第十三阀门512、第十四阀门513，启动循环泵51进行循环酸洗。

通常，折点加氯工艺的运行成本集中在次氯酸钠溶液消耗量上。近几年来折点加氯法处理氨氮废水实际运行经验表明：针对氨氮初始浓度为150～500mg/L的废水，当pH＝6～9，Cl-与NH4+质量浓度比为7∶1，反应时间为30～60min左右时，氨氮的去除率为98％左右。目前10％的次氯酸钠溶液采购价按800元/t计，则计算得：折点加氯工艺的运行成本约为0.12元/g。

本发明电解工艺的运行成本主要集中在电解装置电耗上。经对实施例2的测试结果可知：将氨氮初始浓度为200mg/L的末端废水处理至氨氮浓度为0并产生140mg/L有效氯的电耗约为0.42kW·h/g，若厂用电价按0.32元/kW·h计，则计算得：电解工艺的运行成本约为0.134元/g，这与折点加氯工艺的运行成本相当，但额外产生了与末端废水等量有效氯为140mg/L的工业杀菌剂。所以，本发明能将末端废水变废为宝，不仅制取出杀菌剂，而且制取成本低廉，经济效益高。

实施例3

一种火电厂废水中氨氮和COD的协同脱除方法，包括如下步骤：

S1：打开第一阀门11，将含有氨氮、有机物以及溶解盐的末端废水送入废水调节池1中；

S2：观察废水调节池1中计算型pH计14，当读数为9时，开启第二阀门12，加入适量工业盐酸，将pH调节至7.5；pH调节过程中启动罗茨风机2，并打开第七阀门21、第八阀门22，通过气流搅拌，保证废水与酸混合均匀；

S3：打开第四阀门161，启动稳流输送泵16，通过变频器17调节频率，使末端废水以25m3/h的流量经自清洗过滤器3过滤后进入电解装置4；开启自清洗过滤器排污阀32可将自清洗过滤器3中的污垢通过排污管道33排入废水调节池1中进行下一轮循环；

S4：第九阀门46与第十阀门47保持开启，启动电解装置4，交流电经过整流柜41转化为直流电，观察废水调节池1中氯根测定仪15，当读数为4000mg/L时选择恒电压模式，控制电压在152V，停留时间约2min；在电流及氯根的共同催化下，废水中的氨氮和COD转化为氮气和氢气等无害物质，并继续产生次氯酸根；

S5：开启第十一阀门48，末端废水从电解装置4出口流出，当观察到电解装置4出口处的在线氨氮测定仪45的读数为0、COD测定仪44的读数为0、ORP测定仪43的读数为1685mV时，说明末端废水中的氨氮、COD等还原性溶解物已处理合格，且工业杀菌剂同步制得，此时，关闭电解装置4至废水调节池1的回流阀即第九阀门46，则工业杀菌剂送至杀菌剂缓冲罐6，反应产生的氢气由杀菌剂缓冲罐6顶部排出；

S6：当杀菌剂缓冲罐6内有足量工业杀菌剂后，打开第十五阀门611，启动杀菌剂输送泵61，将工业杀菌剂输送至循环水或废水系统使用，第二流量计612可测量到制得的工业杀菌剂的流量；

S7：电解装置4断电，对电解装置4的电极进行清洗，以保持电极清洁，具体步骤：将电解装置4与电极酸洗回路管道49两端连通形成酸洗回路，所述电极酸洗回路管道49上依次连通酸洗箱5和循环泵51；在所述酸洗箱5中配制质量百分比为4～5％的盐酸溶液，打开第十二阀门511、第十三阀门512、第十四阀门513，启动循环泵51进行循环酸洗。

通常，折点加氯工艺的运行成本集中在次氯酸钠溶液消耗量上。近几年来折点加氯法处理氨氮废水实际运行经验表明：针对氨氮初始浓度为60～150mg/L的废水，当pH＝6～9，Cl-与NH4+质量浓度比为7∶1，反应时间为30～60min左右时，氨氮的去除率为98％左右。目前10％的次氯酸钠溶液采购价按812元/t计，则计算得：折点加氯工艺的运行成本约为0.12元/g。

本发明电解工艺的运行成本主要集中在电解装置电耗上。经对实施例3的测试结果可知：将氨氮初始浓度为150mg/L的末端废水处理至氨氮浓度为0并产生120mg/L有效氯的电耗约为0.43kW·h/g，若厂用电价按0.32元/kW·h计，则计算得：电解工艺的运行成本约为0.138元/g，这与折点加氯工艺的运行成本相当，但额外产生了与末端废水等量有效氯为120mg/L的工业杀菌剂。所以，本发明能将末端废水变废为宝，不仅制取出杀菌剂，而且制取成本低廉，经济效益高。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。