Fenton法結(jié)合雙極膜技術(shù)處理高鹽工業(yè)廢水電解槽的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種工業(yè)廢水的處理技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種利用Fenton法結(jié)合雙極膜技術(shù)處理高鹽工業(yè)廢水電解槽。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著我國工業(yè)的發(fā)展，工業(yè)廢水的排放量日益增加，其中很大一部分是高鹽工業(yè)廢水。該類廢水往往含有較高濃度的可溶性無機(jī)鹽，如Cl—，S042—，Na+，Ca2+以及難降解或有毒的有機(jī)物，且其產(chǎn)生量呈急劇增長的趨勢，如不加處理直接排放，會(huì)對生態(tài)環(huán)境造成諸多危害。高鹽工業(yè)廢水主要有2個(gè)來源:1)海水直接用于工業(yè)生產(chǎn)和生活后排放的廢水，如在工業(yè)上，海水已被用作鍋爐冷卻水。而在城市生活中，海水可以替代淡水作為沖廁水，此類廢水的含鹽量一般為2.5 X 14?3.5 X 104mg/L(質(zhì)量濃度，下同)；2)某些工業(yè)行業(yè)生產(chǎn)過程中排放的廢水，如皂素廢水、石油開采廢水以及印染、造紙、制藥、化工、奶制品加工和農(nóng)藥行業(yè)排放的廢水、含鹽量一般在15%?25%左右。
[0003]高鹽工業(yè)廢水具有較高鹽度，對微生物有毒害和抑制作用，還會(huì)造成活性污泥易于上浮流失，使生化處理系統(tǒng)難以正常運(yùn)行，所以此類廢水很難直接用生物法來處理。目前，工業(yè)上，高鹽工業(yè)廢水處理的主要方法有:1)利用高效耐鹽菌進(jìn)行處理；2)加水稀釋排放；3)焚燒爐焚燒處理。高效耐鹽菌環(huán)境適應(yīng)性有一定限度，培養(yǎng)困難，操作條件復(fù)雜，一般企業(yè)難以做到，而且無法去除鹽分。大部分企業(yè)采用加水稀釋排放，這既浪費(fèi)了大量水資源(將清水變成廢水)，增加廢水的排放量，又不能從總量上控制排入環(huán)境中的鹽量，顯然是不符合環(huán)保的要求。采用焚燒爐進(jìn)行焚燒處理，焚燒溫度高達(dá)1100°C左右，焚燒爐尾氣須進(jìn)行處理，鹽分容易集結(jié)在爐壁，需進(jìn)行沖洗，沖洗下來的廢水鹽分極高，仍然不能直接排放，還需處理。整個(gè)處理過程復(fù)雜，投資大，能耗極大，對設(shè)備耐腐蝕性能要求高。因此，高鹽工業(yè)廢水的處理已成為國內(nèi)環(huán)保行業(yè)急需解決的難題。
[0004]膜處理技術(shù)已在電鍍、印染、食品、造紙、制革等污水的處理中得到廣泛的應(yīng)用。雙極膜(BPM)是一種新型離子交換復(fù)合膜，通常由陰離子交換層、陽離子交換層復(fù)合而成。也可以在陰膜層、陽膜層之間加入第三層物質(zhì)促進(jìn)水的解離，形成陰離子交換層、陽離子交換層、中間反應(yīng)層構(gòu)成的三層結(jié)構(gòu)。在直流電場的作用下，雙極膜可以將水解離，在陽膜層、陰膜層兩側(cè)分別產(chǎn)生H+和0H—。自20世紀(jì)80年代開發(fā)成功以來發(fā)展迅速，國外已有多個(gè)雙極膜制備方面的專利。因雙極膜具有操作簡單、效率高、污染排放少等諸多優(yōu)點(diǎn)，已在資源回收、污染控制與化學(xué)工程等諸多領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。
[0005]電Fenton技術(shù)是將電化學(xué)法和Fenton技術(shù)相結(jié)合的協(xié)同處理技術(shù)。其基本原理是
O2在陰極還原為H202(或陽極直接滴加H2O2)并與Fe2+(可犧牲鐵陽極生成)發(fā)生反應(yīng)生成OH自由基，OH自由基具有極強(qiáng)的氧化能力(氧化電位僅次于氣，尚達(dá)2.80V)。此外，輕基自由基具有很高的電負(fù)性或親電性(電子親和能力達(dá)569.3kJ)，很強(qiáng)的加成反應(yīng)特性，可無選擇將水中大多數(shù)有機(jī)物氧化為COdPH2O或者小分子有機(jī)物，特別適用于生物難降解或一般化學(xué)氧化難以奏效的有機(jī)廢水的氧化處理。
[0006]本專利采用Fenton法結(jié)合雙極膜技術(shù)處理高鹽工業(yè)廢水，在降低廢水的COD和鹽分的同時(shí)，將廢水中的鹽分轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的酸、堿加以回收利用，實(shí)現(xiàn)廢水鹽分的資源化利用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的目的在于設(shè)計(jì)一種采用雙雙極膜同時(shí)與Fenton法相結(jié)合，可高效處理高鹽工業(yè)廢水的電解槽。該電解槽可將廢水中鹽分轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的酸、堿加以回收利用，實(shí)現(xiàn)廢水鹽分的資源化利用，與此同時(shí)，降低廢水的C0D。
[0008]為實(shí)現(xiàn)本專利的目的而采用的技術(shù)方案是:電解槽為長方體槽狀結(jié)構(gòu)，電解槽的左端頭設(shè)置有鐵陽極和惰性陽極，電解槽的右端頭設(shè)置有惰性陰極，鐵陽極、惰性陰極分別與直流穩(wěn)壓電源的正極和負(fù)極相連接，惰性陽極、惰性陰極分別與另一個(gè)直流穩(wěn)壓電源的正極和負(fù)極相連接;陽極與陰極之間設(shè)置有I?6個(gè)由雙極膜、陰離子交換膜、陽離子交換膜和雙極膜組成的高鹽工業(yè)廢水處理單元。鐵陽極和惰性陽極所處的空間為陽極室，陰極所處的空間為陰極室，雙極膜與陰離子交換膜之間為酸室；陰離子交換膜和陽離子交換膜之間為鹽室；陽離子交換膜和雙極膜之間為堿室。
[0009]當(dāng)所述的I?6個(gè)高鹽工業(yè)廢水處理單元僅設(shè)置有2個(gè)單元時(shí)，從電解槽陽極端開始，膜的排列依次為:雙極膜、陰離子交換膜、陽離子交換膜、雙極膜、陰離子交換膜、陽離子交換膜和雙極膜。
[0010]當(dāng)所述的I?6個(gè)高鹽工業(yè)廢水處理單元僅設(shè)置有3個(gè)單元時(shí)，從電解槽陽極端開始，膜的排列依次為:雙極膜、陰離子交換膜、陽離子交換膜、雙極膜、陰離子交換膜、陽離子交換膜、雙極膜、陰離子交換膜、陽離子交換膜和雙極膜。
[0011]當(dāng)所述的I?6個(gè)高鹽工業(yè)廢水處理單元僅設(shè)置有4個(gè)單元時(shí)，從電解槽陽極端開始，膜的排列依次為:雙極膜、陰離子交換膜、陽離子交換膜、雙極膜、陰離子交換膜、陽離子交換膜、雙極膜、陰離子交換膜、陽離子交換膜、雙極膜、陰離子交換膜、陽離子交換膜和雙極膜。
[0012]如上所述，當(dāng)所述的高鹽工業(yè)廢水處理單元有5個(gè)或6個(gè)時(shí)，同樣依據(jù)上述排列規(guī)律進(jìn)行。
[0013]所述的陽極室，其上方連有H2O2貯液槽，貯液槽通過導(dǎo)管以一定的流速將H2O2滴加到陽極室內(nèi)，此時(shí)鐵陽極在通電的狀態(tài)下失去電子，生成Fe2+，與H2O2發(fā)生反應(yīng)生成OH自由基，氧化降解廢水中有機(jī)污染物，從而使工業(yè)廢水的COD降低。
[0014]通過如上所述的結(jié)構(gòu)，當(dāng)直流穩(wěn)壓電源通電后，陽極和陰極之間形成直流電場，雙極膜陰、陽膜層間發(fā)生水解離，生成氫離子和氫氧根離子，在陰、陽兩極間電勢差的驅(qū)動(dòng)下，分別向陰、陽兩極迀移，同時(shí)各陰、陽離子在電解槽中也發(fā)生定向迀移。其結(jié)果是在酸室和堿室中雙極膜水解離產(chǎn)生的氫離子和氫氧根離子與迀移來的陰、陽離子形成酸、堿，實(shí)現(xiàn)回收酸、堿的目的。陽極室處理后的廢水經(jīng)調(diào)節(jié)PH值至中性，進(jìn)一步沉降后即可排放。
[0015]所述的電解槽鐵陽極可采用平板狀、柱狀或網(wǎng)狀。
[0016]所述的電解槽惰性陽極和陰極或?yàn)殁侂姌O、或?yàn)殁伜辖痣姌O、或?yàn)槭姌O，其構(gòu)型或?yàn)槠桨鍫睿驗(yàn)橹鶢?，或?yàn)槎嗫谞睢?br>[0017]所述直流穩(wěn)壓電源采用的電壓為10?20V。
[0018]利用本發(fā)明所述的Fenton法結(jié)合雙極膜技術(shù)處理高鹽工業(yè)廢水電解槽，可高效處理高鹽工業(yè)廢水。其處理過程如下:
[0019]第一次處理
[0020]將高鹽工業(yè)廢水注入各單元中的鹽室，通電后在直流電場的作用下，鹽室中的高鹽廢水的陰、陽離子分別通過陰離子交換膜和陽離子交換膜進(jìn)入酸室和堿室中，與雙極膜解離水生成的H+和0H—結(jié)合，生成相應(yīng)的酸或堿。從而去除高鹽廢水中的鹽分，生成的酸、堿可加以回收利用，實(shí)現(xiàn)廢水鹽分資源化利用的目的。
[0021 ] 第二次處理
[0022]去除鹽分后，鹽室中的廢水，調(diào)節(jié)pH值至3?5之間后栗入設(shè)置有鐵陽極的陽極室，陽極室相連的H2O2貯液槽通過導(dǎo)管將H2O2滴加到陽極室內(nèi)，在Fenton試劑的作用下進(jìn)行降解和絮凝，處理后的廢水經(jīng)調(diào)節(jié)PH值至中性進(jìn)一步沉降后即可排放。
[0023]在第二次處理過程中，F(xiàn)enton試劑在陽極室處理過程中會(huì)產(chǎn)生鐵水絡(luò)合物，對降解產(chǎn)物進(jìn)行吸附包裹沉降，具有良好的絮凝功能，進(jìn)一步降低廢水C0D。
[0024]電解槽采用兩個(gè)陽極(一為鐵陽電極、一為惰性電極)分別通過兩個(gè)直流穩(wěn)壓電源與陰極室陰極相連，以期在保證有足夠量的Fe2+生成的同時(shí)，適當(dāng)提高處理裝置電滲析時(shí)的電流密度。
[0025]本發(fā)明酸室、堿室需通入一定濃度的稀酸或稀堿，以降低體系的溶液阻抗;通入的酸、堿為廢水鹽分相應(yīng)的酸和堿，其濃度為0.1?1.5mol/L。
[0026]本發(fā)明所述的陰極室需通入一定濃度的電解液，可為硫酸鈉，或是硫酸鉀，或是硝酸鈉，或是硝酸鉀，其濃度為0.1?2mol/L。
[0027]本發(fā)明采用雙雙極膜，為電解槽設(shè)置多個(gè)處理單元提供了可能。而多個(gè)處理單元可以串聯(lián)使用，這樣可用一組電極同時(shí)處理多個(gè)鹽室，從而提高電解槽的空間利用率和廢水處理效率，減少電極及電極上電化學(xué)反應(yīng)的發(fā)生，降低能耗。
[0028]本發(fā)明具有如下有益效果:
[0029]1、將Fenton技術(shù)和雙極膜技術(shù)集成在一個(gè)處理裝置中，設(shè)備緊湊，在去除鹽分的同時(shí)，降低廢水的C0D。
[0030]2、去除鹽分，生成相應(yīng)的酸、堿，并加以回收利用，達(dá)到廢物資源化利用的目的，從而降低處理成本。
[0031]3、采用兩個(gè)陽極(一為鐵電極、一為惰性電極)分別通過兩個(gè)直流穩(wěn)壓電源與陰極相連，以期在保證有足夠量的Fe2+生成的同時(shí)，適當(dāng)提高處理裝置在電滲析時(shí)的電流密度。
[0032]4、通過將多個(gè)處理單元串聯(lián)，即在陽極室和陰極室之間交替串聯(lián)多個(gè)由一個(gè)酸室、一個(gè)鹽室和一個(gè)堿室組成的處理單元，達(dá)到采用一組陰、陽電極同時(shí)處理多個(gè)鹽室的目的，從而提高電槽的空間利用率，減少電極及電極上電化學(xué)反應(yīng)的發(fā)生，降低能耗。
【附圖說明】
[0033]圖1是本發(fā)明所述的Fenton法結(jié)合雙極膜技術(shù)處理高鹽工業(yè)廢水電解槽結(jié)構(gòu)示意圖。
[0034]圖2是本專利所述的Fenton法結(jié)合雙極膜技術(shù)處理高鹽工業(yè)廢水兩個(gè)處理單元串聯(lián)時(shí)的電解槽結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0035]為了對本發(fā)明更好的理解，現(xiàn)結(jié)合附圖1或附圖2對本發(fā)明做進(jìn)一步的說明。
[0036]圖1中，I是鐵陽極；2是惰性陽極；3是雙極膜;4是陰離子交換膜;5是陽離子交換膜;6是雙極膜;7是惰性陰極;8是直流穩(wěn)壓電源;9是雙氧水貯液槽;1是雙氧水流量計(jì)。I是鐵陽極I所處的陽極室；Π是酸室；