一种利用电化学pH调节装置和芬顿试剂处理废水的方法与流程

技术领域

本发明属于水处理领域，涉及一种利用电化学pH调节装置和芬顿试剂处理废水的方法。

背景技术：

羟基自由基（·OH）的氧化电位为2.8V，是自然界中仅次于氟的氧化剂。由于羟基自由基（·OH）极不稳定，半衰期只有10^-9s，因此必须在水中现场产生，才能实现对水中有机污染物的降解。芬顿试剂以亚铁离子(Fe²⁺)为催化剂，将水中的过氧化氢（H₂O₂）现场催化产生羟基自由基（·OH）氧化水中的有机污染物。化学芬顿、微电解和电芬顿分别通过外加亚铁盐、微电解和电解产生Fe²⁺，再与H₂O₂形成芬顿试剂。这三种最常见的利用芬顿试剂的水处理工艺，都需要在进水和出水端进行pH调节。化学芬顿工艺进水一般需要调节pH=3~6，微电解工艺进水一般需要调节pH=2~4，电芬顿工艺进水一般需要调节pH=2.5~3.5。上述三种工艺，芬顿反应后都在pH=3左右，而出水一般需要调节pH=7~8后再进入后续处理工艺步骤。因此，这些利用芬顿试剂的水处理工艺中，都需要pH调节系统。传统的pH调节的方法都是加酸、加碱，为了保证处理工艺在实际生产中可以自动、连续运行，需要配备酸储罐、碱储罐、加药泵、流量计、管路、阀门、液位计、监控系统等设备。这种pH调节方式存在以下问题：（1）设备的体积大，构造复杂，导致占地面积大，维护难度高；（2）由于酸、碱在水中充分混合，才能实现水的pH均一，所以通过加酸、加碱的方式调节pH需要一个混合的过程，导致pH调节响应速度慢；（3）酸、碱需要定期购买，运输、灌装和储存，三个环节都存在安全隐患；（4）对于特定使用场所，如荒野、沙漠、高山、船舶、钻井平台、地下等，酸、碱的运输和储存难度大、危险度高。

技术实现要素：

针对上述问题，本发明所要解决的技术问题是提供一种利用电化学pH调节装置和芬顿试剂处理废水的方法。该工艺方法能连续、精确控制出水pH，且可以自动化控制，不产生新废水，清洁环保。

本发明的一种利用电化学pH调节装置和芬顿试剂处理废水的方法，使用一种电化学pH调节装置，该装置包括电解槽、直流电源和自动控制装置；所述电解槽中间通过离子交换膜隔开成阴极室和阳极室，所述阴极室内有不溶性阴极，与直流电源的负极相连，所述阳极室内有不溶性阳极，与直流电源的正极相连；所述阴极室底部与阴极室进水管连接，阴极室侧壁或顶部与阴极室出水管连接；所述阳极室底部与阳极室进水管连接，阳极室侧壁或顶部与阳极室出水管连接；所述阴极室进水管和阳极室进水管上有流量计，所述阴极室出水管和阳极室出水管上有pH传感器，所述流量计、pH传感器和直流电源都与自动控制装置连接；

操作过程如下：

废水经电化学pH调节装置的阳极室进水管进入电化学pH调节装置的阳极室，在自动控制装置控制合适的流量和电流下，阳极室出水管中的出水被调节至pH=2.5~5，然后进行电芬顿、化学芬顿或微电解-芬顿反应；

反应后的废水pH=2.8~3.2，再经过电化学pH调节装置的阴极室进水管进入电化学pH调节装置的阴极室，在自动控制装置控制合适的流量和电流下，阴极室出水管中出水被调升至7.5~8.5；

阴极室出水经沉降分离后，上清液排放或进入后续处理工段，污泥进入污泥处理系统。

作为一种优选，废水在电化学pH调节装置的阳极室中调节至pH=3~5，然后进行化学芬顿反应；

废水在电化学pH调节装置的阳极室中调节至pH=2~4，然后进行微电解-芬顿反应；

废水在电化学pH调节装置的阳极室中调节至pH=2.5~3.5，然后进行电芬顿反应。

所述电化学pH调节装置中，作为一种优选，所述阴极室与阴极室进水管之间有一喇叭形阴极室入口，所述阳极室与阳极室进水管之间有一喇叭形阳极室入口，使得阴极室和阳极室的进水对流更均匀。

所述流量计采用蜗轮流量计、蜗街流量计、或电磁流量计。

所述自动控制装置采用PLC控制系统和电动实行机构(或PLC控制系统和变频电机、变频器)。所述自动控制装置中，需要根据实际情况设置参数。

所述不溶性阳极和不溶性阴极采用具有或不具有水平通孔的极板。

本发明工艺的特点是，降低废水的pH和提高废水的pH的过程都在同一个电化学pH调节装置中同时进行，只需要通过调节废水流量和电流的大小自动调节出水的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。

附图说明

图1，一种利用芬顿试剂的水处理工艺流程图。

图2，pH=7的某化工废水处理工艺流程图。

图3，电化学pH调节装置出水的pH与所给的电量。

图4，pH=11的某化工废水处理工艺流程图。

图5，电化学pH调节装置出水的pH与所给的电量。

图6，pH=7的某制药废水处理工艺流程图。

图7，电化学pH调节装置出水的pH与所给的电量。

图8，电化学pH调节装置的结构示意图，图中1-阴极室出水管，2-pH传感器，3-电解槽，4-阴极，5-阴极室，6-流量计，7-阴极室进水管，8-阳极室进水管，9-阳极室，10-离子交换膜，11-阳极，12-阳极室出水口，13-电源，14-自动控制装置。

具体实施方式

本发明的一种利用电化学pH调节装置和芬顿试剂处理废水的方法，使用如图8的一种电化学pH调节装置，该装置包括电解槽、直流电源和自动控制装置；所述电解槽中间通过离子交换膜隔开成阴极室和阳极室，所述阴极室内有不溶性阴极，与直流电源的负极相连，所述阳极室内有不溶性阳极，与直流电源的正极相连；所述阴极室底部与阴极室进水管连接，阴极室侧壁或顶部与阴极室出水管连接；所述阳极室底部与阳极室进水管连接，阳极室侧壁或顶部与阳极室出水管连接；所述阴极室进水管和阳极室进水管上有流量计，所述阴极室出水管和阳极室出水管上有pH传感器，所述流量计、pH传感器和直流电源都与自动控制装置连接；操作过程如下：

废水经电化学pH调节装置的阳极室进水管进入电化学pH调节装置的阳极室，在自动控制装置控制合适的流量和电流下，阳极室出水管中的出水被调节至pH=2.5~5，然后进行电芬顿、化学芬顿或微电解-芬顿反应；

反应后的废水pH=2.8~3.2，再经过电化学pH调节装置的阴极室进水管进入电化学pH调节装置的阴极室，在自动控制装置控制合适的流量和电流下，阴极室出水管中出水被调升至7.5~8.5；

阴极室出水经沉降分离后，上清液排放或进入后续处理工段，污泥进入污泥处理系统。

通过本发明所述工艺可达到如下效果：

本发明所述废水流经电化学pH调节装置的阳极室，pH可调降至适合电芬顿、化学芬顿和微电解-芬顿所需的pH范围，且无需添加酸试剂；芬顿反应后的废水流经电化学pH调节装置的阴极室，pH可调升至7~8.5，且不需添加碱试剂；pH调节同时进行，可根据需要，通过电流和废水流量自行调节。

本发明所述工艺的特点是，调降废水的pH和调升废水的pH的过程都在同一个pH调节装置中同时进行，只需要通过调节废水流量和电流的大小自动调节出水的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。

下面结合具体的实施例对本发明作更进一步的说明。

实施例1：pH=7的某化工废水处理：

pH=7的某化工废水采用图2的处理工艺。

废水经电化学pH调节装置的阳极室进水管进入电化学pH调节装置阳极室，在电化学pH调节装置阳极室中，废水pH被调降至2.9~3.0；电化学pH调节装置阳极室出水进入电解槽电解；电解槽出水加H₂O₂，完成电芬顿处理过程，电芬顿出水pH=2.8~3.2；电芬顿出水经电化学pH调节装置的阴极室进水管进入电化学pH调节装置的阴极室，在电化学pH调节装置阴极室中，废水pH被调升至7.5~8.5，电化学pH调节装置的阴极室出水经沉降分离后，上清液排放或进入后续处理工段，污泥进入污泥处理系统。电化学pH调节装置出水的pH与所给的电量如图3所示，从图3中可以看到将该废水PH被调降至2.9~3.0，所需的电量为150~175 Ah/m³。同时可将pH=2.8~3.2的电芬顿出水调节至7.5~8.5，若电流设定为90 A，则只需将流量调节为0.51~0.60 m³/h即可。因此，同一台电化学pH调节装置可同时完成电芬顿处理工艺的预调pH步骤和芬顿出水回调pH步骤。此时，该电化学pH调节装置可完全取代传统电芬顿工艺中酸碱调节的设备（包括酸储罐、碱储罐、加药泵、管路、控制器、监视器等），使系统简化。

实施例2：pH=11的某化工废水处理：

pH=11的某化工废水采用图4所示的处理工艺。

废水经电化学pH调节装置的阳极室进水管进入电化学pH调节装置阳极室，在电化学pH调节装置阳极室中，废水pH被调降至4.6~5.0；电化学pH调节装置阳极室出水加入亚铁盐和H₂O₂进行芬顿反应，芬顿出水pH=2.8~3.2；芬顿出水经电化学pH调节装置的阴极室进水管进入电化学pH调节装置的阴极室，在电化学pH调节装置阴极室中，废水pH被调升至8.2~8.8；电化学pH调节装置的阴极室出水经沉降分离后，上清液排放或进入后续处理工段，污泥进入污泥处理系统。电化学pH调节装置出水的pH与所给的电量如图5所示，从图5中可以看到，将该废水PH调降至4.6~5.0，所需的电量为160~170 Ah/m³，同时可将pH=2.8~3.2的芬顿出水调升至pH=8.2~8.8，流量为0.5m³/h时，将电流设定为80~85A即可。因此，同一台电化学pH调节装置可同时完成芬顿处理工艺的预调pH步骤和芬顿出水回调pH步骤，无需酸、碱加药和储存设备。

实施例3：pH=7的某制药废水采用图6的处理工艺。

废水经电化学pH调节装置的阳极室进水管进入电化学pH调节装置阳极室，在电化学pH调节装置阳极室中，废水pH被调降至2.8~3.0；电化学pH调节装置阳极室出水进入微电解电解槽；电解槽出水加H₂O₂，进行芬顿反应，芬顿出水pH=2.8~3.2；芬顿出水经电化学pH调节装置的阴极室进水管进入电化学pH调节装置的阴极室，在电化学pH调节装置阴极室中，废水pH被调升至7.0~8.0，电化学pH调节装置的阴极室出水经沉降分离后，上清液排放或进入后续处理工段，污泥进入污泥处理系统。电化学pH调节装置出水的pH与所给的电量如图7所示，从图7中可以看到，将该废水降至2.8～3.0，所需的电量为125~145Ah/m³，同时可将pH=2.8~3.2的电芬顿出水调升至7.0~8.0，若流量为0.5m³/h时，将电流设定为62.5~72.5A即可。因此，同一台电化学pH调节装置可同时完成微电解处理工艺的预调pH步骤和芬顿出水回调pH步骤。