技術領域

本發(fā)明屬于水處理領域，涉及一種利用電化學pH調(diào)節(jié)裝置和芬頓試劑處理廢水的方法。

背景技術：

羥基自由基（·OH）的氧化電位為2.8V，是自然界中僅次于氟的氧化劑。由于羥基自由基（·OH）極不穩(wěn)定，半衰期只有10^-9s，因此必須在水中現(xiàn)場產(chǎn)生，才能實現(xiàn)對水中有機污染物的降解。芬頓試劑以亞鐵離子(Fe²⁺)為催化劑，將水中的過氧化氫（H₂O₂）現(xiàn)場催化產(chǎn)生羥基自由基（·OH）氧化水中的有機污染物?；瘜W芬頓、微電解和電芬頓分別通過外加亞鐵鹽、微電解和電解產(chǎn)生Fe²⁺，再與H₂O₂形成芬頓試劑。這三種最常見的利用芬頓試劑的水處理工藝，都需要在進水和出水端進行pH調(diào)節(jié)?；瘜W芬頓工藝進水一般需要調(diào)節(jié)pH=3~6，微電解工藝進水一般需要調(diào)節(jié)pH=2~4，電芬頓工藝進水一般需要調(diào)節(jié)pH=2.5~3.5。上述三種工藝，芬頓反應后都在pH=3左右，而出水一般需要調(diào)節(jié)pH=7~8后再進入后續(xù)處理工藝步驟。因此，這些利用芬頓試劑的水處理工藝中，都需要pH調(diào)節(jié)系統(tǒng)。傳統(tǒng)的pH調(diào)節(jié)的方法都是加酸、加堿，為了保證處理工藝在實際生產(chǎn)中可以自動、連續(xù)運行，需要配備酸儲罐、堿儲罐、加藥泵、流量計、管路、閥門、液位計、監(jiān)控系統(tǒng)等設備。這種pH調(diào)節(jié)方式存在以下問題：（1）設備的體積大，構造復雜，導致占地面積大，維護難度高；（2）由于酸、堿在水中充分混合，才能實現(xiàn)水的pH均一，所以通過加酸、加堿的方式調(diào)節(jié)pH需要一個混合的過程，導致pH調(diào)節(jié)響應速度慢；（3）酸、堿需要定期購買，運輸、灌裝和儲存，三個環(huán)節(jié)都存在安全隱患；（4）對于特定使用場所，如荒野、沙漠、高山、船舶、鉆井平臺、地下等，酸、堿的運輸和儲存難度大、危險度高。

技術實現(xiàn)要素：

針對上述問題，本發(fā)明所要解決的技術問題是提供一種利用電化學pH調(diào)節(jié)裝置和芬頓試劑處理廢水的方法。該工藝方法能連續(xù)、精確控制出水pH，且可以自動化控制，不產(chǎn)生新廢水，清潔環(huán)保。

本發(fā)明的一種利用電化學pH調(diào)節(jié)裝置和芬頓試劑處理廢水的方法，使用一種電化學pH調(diào)節(jié)裝置，該裝置包括電解槽、直流電源和自動控制裝置；所述電解槽中間通過離子交換膜隔開成陰極室和陽極室，所述陰極室內(nèi)有不溶性陰極，與直流電源的負極相連，所述陽極室內(nèi)有不溶性陽極，與直流電源的正極相連；所述陰極室底部與陰極室進水管連接，陰極室側壁或頂部與陰極室出水管連接；所述陽極室底部與陽極室進水管連接，陽極室側壁或頂部與陽極室出水管連接；所述陰極室進水管和陽極室進水管上有流量計，所述陰極室出水管和陽極室出水管上有pH傳感器，所述流量計、pH傳感器和直流電源都與自動控制裝置連接；

操作過程如下：

廢水經(jīng)電化學pH調(diào)節(jié)裝置的陽極室進水管進入電化學pH調(diào)節(jié)裝置的陽極室，在自動控制裝置控制合適的流量和電流下，陽極室出水管中的出水被調(diào)節(jié)至pH=2.5~5，然后進行電芬頓、化學芬頓或微電解-芬頓反應；

反應后的廢水pH=2.8~3.2，再經(jīng)過電化學pH調(diào)節(jié)裝置的陰極室進水管進入電化學pH調(diào)節(jié)裝置的陰極室，在自動控制裝置控制合適的流量和電流下，陰極室出水管中出水被調(diào)升至7.5~8.5；

陰極室出水經(jīng)沉降分離后，上清液排放或進入后續(xù)處理工段，污泥進入污泥處理系統(tǒng)。

作為一種優(yōu)選，廢水在電化學pH調(diào)節(jié)裝置的陽極室中調(diào)節(jié)至pH=3~5，然后進行化學芬頓反應；

廢水在電化學pH調(diào)節(jié)裝置的陽極室中調(diào)節(jié)至pH=2~4，然后進行微電解-芬頓反應；

廢水在電化學pH調(diào)節(jié)裝置的陽極室中調(diào)節(jié)至pH=2.5~3.5，然后進行電芬頓反應。

所述電化學pH調(diào)節(jié)裝置中，作為一種優(yōu)選，所述陰極室與陰極室進水管之間有一喇叭形陰極室入口，所述陽極室與陽極室進水管之間有一喇叭形陽極室入口，使得陰極室和陽極室的進水對流更均勻。

所述流量計采用蝸輪流量計、蝸街流量計、或電磁流量計。

所述自動控制裝置采用PLC控制系統(tǒng)和電動實行機構(或PLC控制系統(tǒng)和變頻電機、變頻器)。所述自動控制裝置中，需要根據(jù)實際情況設置參數(shù)。

所述不溶性陽極和不溶性陰極采用具有或不具有水平通孔的極板。

本發(fā)明工藝的特點是，降低廢水的pH和提高廢水的pH的過程都在同一個電化學pH調(diào)節(jié)裝置中同時進行，只需要通過調(diào)節(jié)廢水流量和電流的大小自動調(diào)節(jié)出水的pH，不需要常規(guī)工藝中加酸、加堿的工藝步驟，因此不需要常規(guī)工藝中加酸、加堿的設備。

附圖說明

圖1，一種利用芬頓試劑的水處理工藝流程圖。

圖2，pH=7的某化工廢水處理工藝流程圖。

圖3，電化學pH調(diào)節(jié)裝置出水的pH與所給的電量。

圖4，pH=11的某化工廢水處理工藝流程圖。

圖5，電化學pH調(diào)節(jié)裝置出水的pH與所給的電量。

圖6，pH=7的某制藥廢水處理工藝流程圖。

圖7，電化學pH調(diào)節(jié)裝置出水的pH與所給的電量。

圖8，電化學pH調(diào)節(jié)裝置的結構示意圖，圖中1-陰極室出水管，2-pH傳感器，3-電解槽，4-陰極，5-陰極室，6-流量計，7-陰極室進水管，8-陽極室進水管，9-陽極室，10-離子交換膜，11-陽極，12-陽極室出水口，13-電源，14-自動控制裝置。

具體實施方式

本發(fā)明的一種利用電化學pH調(diào)節(jié)裝置和芬頓試劑處理廢水的方法，使用如圖8的一種電化學pH調(diào)節(jié)裝置，該裝置包括電解槽、直流電源和自動控制裝置；所述電解槽中間通過離子交換膜隔開成陰極室和陽極室，所述陰極室內(nèi)有不溶性陰極，與直流電源的負極相連，所述陽極室內(nèi)有不溶性陽極，與直流電源的正極相連；所述陰極室底部與陰極室進水管連接，陰極室側壁或頂部與陰極室出水管連接；所述陽極室底部與陽極室進水管連接，陽極室側壁或頂部與陽極室出水管連接；所述陰極室進水管和陽極室進水管上有流量計，所述陰極室出水管和陽極室出水管上有pH傳感器，所述流量計、pH傳感器和直流電源都與自動控制裝置連接；操作過程如下：

廢水經(jīng)電化學pH調(diào)節(jié)裝置的陽極室進水管進入電化學pH調(diào)節(jié)裝置的陽極室，在自動控制裝置控制合適的流量和電流下，陽極室出水管中的出水被調(diào)節(jié)至pH=2.5~5，然后進行電芬頓、化學芬頓或微電解-芬頓反應；

反應后的廢水pH=2.8~3.2，再經(jīng)過電化學pH調(diào)節(jié)裝置的陰極室進水管進入電化學pH調(diào)節(jié)裝置的陰極室，在自動控制裝置控制合適的流量和電流下，陰極室出水管中出水被調(diào)升至7.5~8.5；

陰極室出水經(jīng)沉降分離后，上清液排放或進入后續(xù)處理工段，污泥進入污泥處理系統(tǒng)。

通過本發(fā)明所述工藝可達到如下效果：

本發(fā)明所述廢水流經(jīng)電化學pH調(diào)節(jié)裝置的陽極室，pH可調(diào)降至適合電芬頓、化學芬頓和微電解-芬頓所需的pH范圍，且無需添加酸試劑；芬頓反應后的廢水流經(jīng)電化學pH調(diào)節(jié)裝置的陰極室，pH可調(diào)升至7~8.5，且不需添加堿試劑；pH調(diào)節(jié)同時進行，可根據(jù)需要，通過電流和廢水流量自行調(diào)節(jié)。

本發(fā)明所述工藝的特點是，調(diào)降廢水的pH和調(diào)升廢水的pH的過程都在同一個pH調(diào)節(jié)裝置中同時進行，只需要通過調(diào)節(jié)廢水流量和電流的大小自動調(diào)節(jié)出水的pH，不需要常規(guī)工藝中加酸、加堿的工藝步驟，因此不需要常規(guī)工藝中加酸、加堿的設備。

下面結合具體的實施例對本發(fā)明作更進一步的說明。

實施例1：pH=7的某化工廢水處理：

pH=7的某化工廢水采用圖2的處理工藝。

廢水經(jīng)電化學pH調(diào)節(jié)裝置的陽極室進水管進入電化學pH調(diào)節(jié)裝置陽極室，在電化學pH調(diào)節(jié)裝置陽極室中，廢水pH被調(diào)降至2.9~3.0；電化學pH調(diào)節(jié)裝置陽極室出水進入電解槽電解；電解槽出水加H₂O₂，完成電芬頓處理過程，電芬頓出水pH=2.8~3.2；電芬頓出水經(jīng)電化學pH調(diào)節(jié)裝置的陰極室進水管進入電化學pH調(diào)節(jié)裝置的陰極室，在電化學pH調(diào)節(jié)裝置陰極室中，廢水pH被調(diào)升至7.5~8.5，電化學pH調(diào)節(jié)裝置的陰極室出水經(jīng)沉降分離后，上清液排放或進入后續(xù)處理工段，污泥進入污泥處理系統(tǒng)。電化學pH調(diào)節(jié)裝置出水的pH與所給的電量如圖3所示，從圖3中可以看到將該廢水PH被調(diào)降至2.9~3.0，所需的電量為150~175 Ah/m³。同時可將pH=2.8~3.2的電芬頓出水調(diào)節(jié)至7.5~8.5，若電流設定為90 A，則只需將流量調(diào)節(jié)為0.51~0.60 m³/h即可。因此，同一臺電化學pH調(diào)節(jié)裝置可同時完成電芬頓處理工藝的預調(diào)pH步驟和芬頓出水回調(diào)pH步驟。此時，該電化學pH調(diào)節(jié)裝置可完全取代傳統(tǒng)電芬頓工藝中酸堿調(diào)節(jié)的設備（包括酸儲罐、堿儲罐、加藥泵、管路、控制器、監(jiān)視器等），使系統(tǒng)簡化。

實施例2：pH=11的某化工廢水處理：

pH=11的某化工廢水采用圖4所示的處理工藝。

廢水經(jīng)電化學pH調(diào)節(jié)裝置的陽極室進水管進入電化學pH調(diào)節(jié)裝置陽極室，在電化學pH調(diào)節(jié)裝置陽極室中，廢水pH被調(diào)降至4.6~5.0；電化學pH調(diào)節(jié)裝置陽極室出水加入亞鐵鹽和H₂O₂進行芬頓反應，芬頓出水pH=2.8~3.2；芬頓出水經(jīng)電化學pH調(diào)節(jié)裝置的陰極室進水管進入電化學pH調(diào)節(jié)裝置的陰極室，在電化學pH調(diào)節(jié)裝置陰極室中，廢水pH被調(diào)升至8.2~8.8；電化學pH調(diào)節(jié)裝置的陰極室出水經(jīng)沉降分離后，上清液排放或進入后續(xù)處理工段，污泥進入污泥處理系統(tǒng)。電化學pH調(diào)節(jié)裝置出水的pH與所給的電量如圖5所示，從圖5中可以看到，將該廢水PH調(diào)降至4.6~5.0，所需的電量為160~170 Ah/m³，同時可將pH=2.8~3.2的芬頓出水調(diào)升至pH=8.2~8.8，流量為0.5m³/h時，將電流設定為80~85A即可。因此，同一臺電化學pH調(diào)節(jié)裝置可同時完成芬頓處理工藝的預調(diào)pH步驟和芬頓出水回調(diào)pH步驟，無需酸、堿加藥和儲存設備。

實施例3：pH=7的某制藥廢水采用圖6的處理工藝。

廢水經(jīng)電化學pH調(diào)節(jié)裝置的陽極室進水管進入電化學pH調(diào)節(jié)裝置陽極室，在電化學pH調(diào)節(jié)裝置陽極室中，廢水pH被調(diào)降至2.8~3.0；電化學pH調(diào)節(jié)裝置陽極室出水進入微電解電解槽；電解槽出水加H₂O₂，進行芬頓反應，芬頓出水pH=2.8~3.2；芬頓出水經(jīng)電化學pH調(diào)節(jié)裝置的陰極室進水管進入電化學pH調(diào)節(jié)裝置的陰極室，在電化學pH調(diào)節(jié)裝置陰極室中，廢水pH被調(diào)升至7.0~8.0，電化學pH調(diào)節(jié)裝置的陰極室出水經(jīng)沉降分離后，上清液排放或進入后續(xù)處理工段，污泥進入污泥處理系統(tǒng)。電化學pH調(diào)節(jié)裝置出水的pH與所給的電量如圖7所示，從圖7中可以看到，將該廢水降至2.8～3.0，所需的電量為125~145Ah/m³，同時可將pH=2.8~3.2的電芬頓出水調(diào)升至7.0~8.0，若流量為0.5m³/h時，將電流設定為62.5~72.5A即可。因此，同一臺電化學pH調(diào)節(jié)裝置可同時完成微電解處理工藝的預調(diào)pH步驟和芬頓出水回調(diào)pH步驟。