申请日2017.06.26
公开(公告)日2017.10.17
IPC分类号C02F9/06
摘要
本发明属于水处理领域，涉及一种铁循环电化学芬顿水处理方法和装置。所使用的设备包括一级隔膜电解槽，二级隔膜电解槽，芬顿氧化池，混合池和沉淀池。pH的降低是通过一级隔膜电解槽和二级隔膜电解槽的阳极析氧反应完成，pH的升高是通过一级隔膜电解槽和二级隔膜电解槽阴极的析氢反应完成;铁泥被酸性废水溶解出Fe3+，Fe3+被二级隔膜电解槽的阴极还原为Fe2+，Fe2+与双氧水形成芬顿反应形成含铁絮体，含铁絮体在沉淀池固液分离形成铁泥，铁泥再被酸性废水溶解，形成铁元素的循环。
权利要求书
1.一种铁循环电化学芬顿水处理方法，其特征在于，所使用的设备包括一级隔膜电解槽，二级隔膜电解槽，芬顿氧化池，混合池和沉淀池;处理流程如下：
有机废水输送至一级隔膜电解槽的阳极室电解，并使出水pH<3;
一级隔膜电解槽的阳极室出水进入二级隔膜电解槽的阳极室电解，并使出水pH<2;
二级隔膜电解槽的阳极室出水进入混合池，同时沉淀池中的铁泥输送至混合池，二者混合，将铁泥溶解;
溶解有Fe3+的混合池废水输送至二级隔膜电解槽的阴极室电解，Fe3+被还原为Fe2+，同时使pH>3;
二级隔膜电解槽的阴极室出水进入芬顿氧化池，与加入芬顿氧化池的双氧水混合发生芬顿反应，pH降低至3～4，Fe3+以絮体形式沉淀，CODCr进一步大幅降低;
芬顿氧化池的出水进入沉淀池，含铁絮体沉淀到池底形成铁泥，铁泥输送至混合池使铁循环使用，上清液输送至一级隔膜电解槽的阴极室电解，使pH=6～9后排放或进入其他处理步骤。
2.根据权利要求1所述的水处理方法，其特征在于，所述一级隔膜电解槽和二级隔膜电解槽，通过隔膜将电解槽分隔成阳极室和阴极室，阳极室里的阳极为不溶性阳极，与直流电源的正极相连，阴极室里的阴极为不溶性阴极，与直流电源的负极相连。
3.根据权利要求2所述的水处理方法，其特征在于，所述隔膜为阴离子交换膜、阳离子交换膜或多孔绝缘膜中的任何一种。
4.一种铁循环电化学芬顿水处理装置，包括一级隔膜电解槽，二级隔膜电解槽，芬顿氧化池，混合池和沉淀池;所述一级隔膜电解槽的阳极室的进水口连接水泵来输入有机废水，一级隔膜电解槽阳极室的出水口连接二级隔膜电解槽的阳极室，二级隔膜电解槽阳极室的出水口连接混合池，所述混合池还通过污泥泵与沉淀池的底部连接，所述混合池的出水口通过水泵与二级隔膜电解槽的阴极室连接，二级隔膜电解槽的阴极室出水口连接芬顿氧化池，所述芬顿氧化池上还有双氧水投料口，芬顿氧化池的出水口连接沉淀池，所述沉淀池的上部通过水泵与一级隔膜电解槽的阴极室连接。
5.根据权利要求4所述的水处理装置，其特征在于，所述一级隔膜电解槽和二级隔膜电解槽，通过隔膜将电解槽分隔成阳极室和阴极室，阳极室里的阳极为不溶性阳极，与直流电源的正极相连，阴极室里的阴极为不溶性阴极，与直流电源的负极相连。
6.根据权利要求4所述的水处理装置，其特征在于，所述隔膜为阴离子交换膜、阳离子交换膜或多孔绝缘膜中的任何一种。
说明书
一种铁循环电化学芬顿水处理方法和装置
技术领域
本发明属于水处理领域，涉及一种铁循环电化学芬顿水处理方法和装置。
背景技术
电化学水处理技术是一种新型的水处理技术，该技术的特点是利用电能去除废水中的有机污染物。电化学水处理在电解槽中进行，在阳极区有机污染物被直接或间接氧化、降解直至矿化，同时在阴极区，有机污染物可被还原改性，但无法被降解。由于废水中的有机污染物浓度远低于废水中水的浓度，所以阳极区用于氧化有机物的电流效率较低，一般低于30%，剩余约70%的电流效率用于发生析氧、析氯等电极反应;同时，阴极区用于还原有机物的电流效率也比较低，一般低于30%，剩余约70%的电流效率用于发生析氢反应。因此，大量的电流能耗被浪费。
芬顿反应是基于芬顿试剂(双氧水和亚铁离子)的一类反应，在反应中产生具有强氧化性的羟基自由基(·OH)，可以将废水中的有机污染物氧化、降解直至矿化为无机物。由于双氧水和亚铁离子在摩尔比1:1左右，且双氧水的用量与废水中的有机污染物成正比，所以在实际工程使用时，会使用较多的双氧水和亚铁盐，且芬顿反应结束后一般会将pH调至中性，此时Fe3+会以Fe(OH)3、FeOOH等固体形式沉淀，产生大量铁泥，不但增加了废水的处理成本，还产生固废。
现有技术，中国专利201521128822.4采用纳滤膜或超滤膜分离出Fe3+，并循环使用，膜的投资成本大且易堵塞。
中国专利201610033998.4通过碳粉和铁泥的热催化还原实现铁元素的循环使用，还原过程采用高温(180～200℃)高压密闭反应釜，能耗高且对设备要求高。
中国专利201610335240.6通过阴极还原Fe3+为Fe2+，虽然解决了Fe3+到Fe2+的转化，但溶解铁泥需要外加酸，生成铁泥又需要外加碱。另外，由于O2在废水中的饱和溶解度较低(20℃纯水中为45mg/L，实际废水中约10mg/L)，采用O2阴极还原制备H2O2累积到芬顿反应所需的H2O2浓度需要大幅增加废水在电解槽中的停留时间，导致电耗大幅上升。
发明内容
本发明所要解决的问题是提供一种铁循环电化学芬顿水处理方法。本发明方法充分利用阳极反应和阴极反应，无需加酸、碱，并且铁元素可循环使用。
为解决上述技术问题，本发明采取的技术方案是：
一种铁循环电化学芬顿水处理方法，所使用的设备包括一级隔膜电解槽，二级隔膜电解槽，芬顿氧化池，混合池和沉淀池;
处理流程如下：
有机废水输送至一级隔膜电解槽的阳极室电解，并使出水pH<3;
一级隔膜电解槽的阳极室出水进入二级隔膜电解槽的阳极室电解，并使出水pH<2;
二级隔膜电解槽的阳极室出水进入混合池，同时沉淀池中的铁泥输送至混合池，二者混合，将铁泥溶解;
溶解有Fe3+的混合池废水输送至二级隔膜电解槽的阴极室电解，Fe3+被还原为Fe2+，同时使pH>3;
二级隔膜电解槽的阴极室出水进入芬顿氧化池，与加入芬顿氧化池的双氧水混合发生芬顿反应，pH降低至3～4，Fe3+以絮体形式沉淀，CODCr进一步大幅降低;
芬顿氧化池的出水进入沉淀池，含铁絮体沉淀到池底形成铁泥，铁泥输送至混合池使铁循环使用，上清液输送至一级隔膜电解槽的阴极室电解，使pH=6～9后排放或进入其他处理步骤。
本发明还涉及一种铁循环电化学芬顿水处理装置，包括一级隔膜电解槽，二级隔膜电解槽，芬顿氧化池，混合池和沉淀池;所述一级隔膜电解槽的阳极室的进水口连接水泵来输入有机废水，一级隔膜电解槽阳极室的出水口连接二级隔膜电解槽的阳极室，二级隔膜电解槽阳极室的出水口连接混合池，所述混合池还通过污泥泵与沉淀池的底部连接，所述混合池的出水口通过水泵与二级隔膜电解槽的阴极室连接，二级隔膜电解槽的阴极室出水口连接芬顿氧化池，所述芬顿氧化池上还有双氧水投料口，芬顿氧化池的出水口连接沉淀池，所述沉淀池的上部通过水泵与一级隔膜电解槽的阴极室连接。
所述一级隔膜电解槽和二级隔膜电解槽，通过隔膜将电解槽分隔成阳极室和阴极室，阳极室里的阳极为不溶性阳极，与直流电源的正极相连，阴极室里的阴极为不溶性阴极，与直流电源的负极相连。所述隔膜为阴离子交换膜、阳离子交换膜或多孔绝缘膜中的任何一种。
本发明方法充分利用电解槽的阳极对有机污染物的氧化反应和析氧反应，既降低化学需氧量(CODCr)，又降低废水的pH以溶解芬顿反应产生的铁泥;同时充分利用电解槽的阴极的析氢反应以及对Fe3+的还原作用，既能将Fe3+还原为Fe2+参与后续芬顿反应，又能提高废水的pH。
析氧反应降低废水pH的原理是产生H+：
H2O–2e-=H++1/2O2↑……………………………(1)
析氢反应提高废水pH的原理是产生OH-：
H2O+e-=OH-+1/2H2↑……………………………(2)
本发明方法的特点是，pH的降低是通过一级隔膜电解槽和二级隔膜电解槽的阳极析氧反应完成，pH的升高是通过一级隔膜电解槽和二级隔膜电解槽阴极的析氢反应完成;铁泥被酸性废水溶解出Fe3+，Fe3+被二级隔膜电解槽的阴极还原为Fe2+，Fe2+与双氧水形成芬顿反应形成含铁絮体，含铁絮体在沉淀池固液分离形成铁泥，铁泥再被酸性废水溶解，形成铁元素的循环。只需要通过调节投加给废水的电量即可调节废水在各工艺段的pH，不需要常规工艺中加酸、加碱的工艺步骤，因此不需要常规工艺中加酸、加碱的设备。只需要在系统启动时在芬顿氧化池内添加铁盐，系统运行稳定后，铁元素在系统内循环，无需再投加铁盐。
