本發(fā)明屬于水處理領(lǐng)域，涉及一種鐵循環(huán)電化學(xué)芬頓水處理方法和裝置。
背景技術(shù)：
電化學(xué)水處理技術(shù)是一種新型的水處理技術(shù)，該技術(shù)的特點(diǎn)是利用電能去除廢水中的有機(jī)污染物。電化學(xué)水處理在電解槽中進(jìn)行，在陽極區(qū)有機(jī)污染物被直接或間接氧化、降解直至礦化，同時(shí)在陰極區(qū)，有機(jī)污染物可被還原改性，但無法被降解。由于廢水中的有機(jī)污染物濃度遠(yuǎn)低于廢水中水的濃度，所以陽極區(qū)用于氧化有機(jī)物的電流效率較低，一般低于30％，剩余約70％的電流效率用于發(fā)生析氧、析氯等電極反應(yīng)；同時(shí)，陰極區(qū)用于還原有機(jī)物的電流效率也比較低，一般低于30％，剩余約70％的電流效率用于發(fā)生析氫反應(yīng)。因此，大量的電流能耗被浪費(fèi)。
芬頓反應(yīng)是基于芬頓試劑(雙氧水和亞鐵離子)的一類反應(yīng)，在反應(yīng)中產(chǎn)生具有強(qiáng)氧化性的羥基自由基(·oh)，可以將廢水中的有機(jī)污染物氧化、降解直至礦化為無機(jī)物。由于雙氧水和亞鐵離子在摩爾比1:1左右，且雙氧水的用量與廢水中的有機(jī)污染物成正比，所以在實(shí)際工程使用時(shí)，會(huì)使用較多的雙氧水和亞鐵鹽，且芬頓反應(yīng)結(jié)束后一般會(huì)將ph調(diào)至中性，此時(shí)fe3+會(huì)以fe(oh)3、feooh等固體形式沉淀，產(chǎn)生大量鐵泥，不但增加了廢水的處理成本，還產(chǎn)生固廢。
現(xiàn)有技術(shù)，中國(guó)專利201521128822.4采用納濾膜或超濾膜分離出fe3+，并循環(huán)使用，膜的投資成本大且易堵塞。
中國(guó)專利201610033998.4通過碳粉和鐵泥的熱催化還原實(shí)現(xiàn)鐵元素的循環(huán)使用，還原過程采用高溫(180～200℃)高壓密閉反應(yīng)釜，能耗高且對(duì)設(shè)備要求高。
中國(guó)專利201610335240.6通過陰極還原fe3+為fe2+，雖然解決了fe3+到fe2+的轉(zhuǎn)化，但溶解鐵泥需要外加酸，生成鐵泥又需要外加堿。另外，由于o2在廢水中的飽和溶解度較低(20℃純水中為45mg/l，實(shí)際廢水中約10mg/l)，采用o2陰極還原制備h2o2累積到芬頓反應(yīng)所需的h2o2濃度需要大幅增加廢水在電解槽中的停留時(shí)間，導(dǎo)致電耗大幅上升。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明所要解決的問題是提供一種鐵循環(huán)電化學(xué)芬頓水處理方法。本發(fā)明方法充分利用陽極反應(yīng)和陰極反應(yīng)，無需加酸、堿，并且鐵元素可循環(huán)使用。
為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采取的技術(shù)方案是：
一種鐵循環(huán)電化學(xué)芬頓水處理方法，所使用的設(shè)備包括一級(jí)隔膜電解槽，二級(jí)隔膜電解槽，芬頓氧化池，混合池和沉淀池；
處理流程如下：
有機(jī)廢水輸送至一級(jí)隔膜電解槽的陽極室電解，并使出水ph<3；
一級(jí)隔膜電解槽的陽極室出水進(jìn)入二級(jí)隔膜電解槽的陽極室電解，并使出水ph<2；
二級(jí)隔膜電解槽的陽極室出水進(jìn)入混合池，同時(shí)沉淀池中的鐵泥輸送至混合池，二者混合，將鐵泥溶解；
溶解有fe3+的混合池廢水輸送至二級(jí)隔膜電解槽的陰極室電解，fe3+被還原為fe2+，同時(shí)使ph>3；
二級(jí)隔膜電解槽的陰極室出水進(jìn)入芬頓氧化池，與加入芬頓氧化池的雙氧水混合發(fā)生芬頓反應(yīng)，ph降低至3～4，fe3+以絮體形式沉淀，codcr進(jìn)一步大幅降低；
芬頓氧化池的出水進(jìn)入沉淀池，含鐵絮體沉淀到池底形成鐵泥，鐵泥輸送至混合池使鐵循環(huán)使用，上清液輸送至一級(jí)隔膜電解槽的陰極室電解，使ph＝6～9后排放或進(jìn)入其他處理步驟。
本發(fā)明還涉及一種鐵循環(huán)電化學(xué)芬頓水處理裝置，包括一級(jí)隔膜電解槽，二級(jí)隔膜電解槽，芬頓氧化池，混合池和沉淀池；所述一級(jí)隔膜電解槽的陽極室的進(jìn)水口連接水泵來輸入有機(jī)廢水，一級(jí)隔膜電解槽陽極室的出水口連接二級(jí)隔膜電解槽的陽極室，二級(jí)隔膜電解槽陽極室的出水口連接混合池，所述混合池還通過污泥泵與沉淀池的底部連接，所述混合池的出水口通過水泵與二級(jí)隔膜電解槽的陰極室連接，二級(jí)隔膜電解槽的陰極室出水口連接芬頓氧化池，所述芬頓氧化池上還有雙氧水投料口，芬頓氧化池的出水口連接沉淀池，所述沉淀池的上部通過水泵與一級(jí)隔膜電解槽的陰極室連接。
所述一級(jí)隔膜電解槽和二級(jí)隔膜電解槽，通過隔膜將電解槽分隔成陽極室和陰極室，陽極室里的陽極為不溶性陽極，與直流電源的正極相連，陰極室里的陰極為不溶性陰極，與直流電源的負(fù)極相連。所述隔膜為陰離子交換膜、陽離子交換膜或多孔絕緣膜中的任何一種。
本發(fā)明方法充分利用電解槽的陽極對(duì)有機(jī)污染物的氧化反應(yīng)和析氧反應(yīng)，既降低化學(xué)需氧量(codcr)，又降低廢水的ph以溶解芬頓反應(yīng)產(chǎn)生的鐵泥；同時(shí)充分利用電解槽的陰極的析氫反應(yīng)以及對(duì)fe3+的還原作用，既能將fe3+還原為fe2+參與后續(xù)芬頓反應(yīng)，又能提高廢水的ph。
析氧反應(yīng)降低廢水ph的原理是產(chǎn)生h+：
h2o–2e-＝h++1/2o2↑……………………………(1)
析氫反應(yīng)提高廢水ph的原理是產(chǎn)生oh-：
h2o+e-＝oh-+1/2h2↑……………………………(2)
本發(fā)明方法的特點(diǎn)是，ph的降低是通過一級(jí)隔膜電解槽和二級(jí)隔膜電解槽的陽極析氧反應(yīng)完成，ph的升高是通過一級(jí)隔膜電解槽和二級(jí)隔膜電解槽陰極的析氫反應(yīng)完成；鐵泥被酸性廢水溶解出fe3+，fe3+被二級(jí)隔膜電解槽的陰極還原為fe2+，fe2+與雙氧水形成芬頓反應(yīng)形成含鐵絮體，含鐵絮體在沉淀池固液分離形成鐵泥，鐵泥再被酸性廢水溶解，形成鐵元素的循環(huán)。只需要通過調(diào)節(jié)投加給廢水的電量即可調(diào)節(jié)廢水在各工藝段的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(shè)備。只需要在系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)在芬頓氧化池內(nèi)添加鐵鹽，系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定后，鐵元素在系統(tǒng)內(nèi)循環(huán)，無需再投加鐵鹽。
附圖說明
圖1：一種電化學(xué)鐵循環(huán)芬頓水處理裝置圖。
1-一級(jí)隔膜電解槽，2-水泵，3-一級(jí)隔膜電解槽陽極室，4-一級(jí)隔膜電解槽隔膜，5-雙氧水投料口，6-一級(jí)隔膜電解槽陰極室，7-二級(jí)隔膜電解槽，8-二級(jí)隔膜電解槽陰極室，9-二級(jí)隔膜電解槽陽極室，10-二級(jí)隔膜電解槽隔膜，11-芬頓氧化池，12-沉淀池，13-鐵泥，14-污泥泵，15-混合池。
具體實(shí)施方式
本發(fā)明的一種鐵循環(huán)電化學(xué)芬頓水處理方法，使用如附圖1所示的裝置。
工藝步驟如下：
廢水通過水泵2輸送至一級(jí)隔膜電解槽1的一級(jí)隔膜電解槽陽極室3，接通電源電解，一級(jí)隔膜電解槽陽極室3出水codcr降低，并使ph<3。
一級(jí)隔膜電解槽陽極室3出水進(jìn)入二級(jí)隔膜電解槽陽極室9，接通二級(jí)隔膜電解槽電源，電解，二級(jí)隔膜電解槽陽極室9出水codcr進(jìn)一步降低，并使ph<2。
二級(jí)隔膜電解槽陽極室9出水進(jìn)入混合池15；同時(shí)，沉淀池12中的鐵泥通過污泥泵14輸送至混合池15，二者混合，將鐵泥溶解。
溶解有fe3+的混合池廢水通過水泵20輸送至二級(jí)隔膜電解槽的陰極室8，電解，fe3+被還原為fe2+，同時(shí)使ph>3。
二級(jí)隔膜電解槽的陰極室8出水進(jìn)入芬頓氧化池11；與加入芬頓氧化池的雙氧水混合發(fā)生芬頓反應(yīng)，ph降低至3～4，fe3+以絮體形式沉淀，codcr進(jìn)一步大幅降低。
芬頓氧化池11的出水進(jìn)入沉淀池12，含鐵絮體沉淀到池底形成鐵泥，沉淀池鐵泥13通過污泥泵14輸送至混合池15，與二級(jí)隔膜電解槽陽極室9出水混合，形成鐵循環(huán)。
沉淀池12上清液通過上水泵2輸送至一級(jí)隔膜電解槽陰極室6，電解，使ph＝6～9，一級(jí)隔膜電解槽陰極室6出水排放或進(jìn)入后續(xù)其他處理步驟。
實(shí)施例1
某地垃圾填埋場(chǎng)滲濾液生化出水(codcr＝430mg/l，ph＝7.2)采用附圖1的處理工藝。
垃圾填埋場(chǎng)滲濾液生化出水通過進(jìn)水泵輸送至一級(jí)隔膜電解槽的陽極室，投加電量200ah/m3，一級(jí)隔膜電解槽的陽極室出水codcr＝406mg/l，ph＝2.6；
一級(jí)隔膜電解槽的陽極室的出水進(jìn)入二級(jí)隔膜電解槽的陽極室電解，投加電量600ah/m3，二級(jí)隔膜電解槽的陽極室出水codcr＝325mg/l，ph＝1.6；
二級(jí)隔膜電解槽的陽極室的出水進(jìn)入混合池與來自沉淀池的鐵泥混合反應(yīng)40min，混合池出水ph＝1.9，fe3+含量＝11mmol/l；
混合池的出水通過水泵輸送至二級(jí)隔膜電解槽的陰極室電解，將fe3+還原為fe2+，投加電量600ah/m3，二級(jí)隔膜電解槽的陰極室出水ph＝4.5，fe2+含量＝11mmol/l；
二級(jí)隔膜電解槽的陰極室的出水進(jìn)入芬頓氧化池，同時(shí)投加濃度為27wt％的雙氧水3‰，與加入的雙氧水形成芬頓反應(yīng)，芬頓反應(yīng)停留時(shí)間1.5h。
芬頓氧化池的出水進(jìn)入沉淀池，沉淀池上清液的codcr＝86mg/l，ph＝3；
沉淀池上清液通過水泵輸送至一級(jí)隔膜電解槽的陰極室，電解，將ph調(diào)節(jié)至中性，最后排放或進(jìn)入后續(xù)其他處理步驟，一級(jí)隔膜電解槽的陰極室出水codcr＝87mg/l，ph＝7.8；
沉淀池鐵泥通過污泥泵輸送至混合池，與二級(jí)隔膜電解槽的陽極室出水混合，形成鐵循環(huán)。
本發(fā)明方法，使有機(jī)廢水依次流經(jīng)一級(jí)隔膜電解槽和二級(jí)隔膜電解槽的陽極區(qū)，使廢水的ph降低到酸性，并進(jìn)入泥水混合池與鐵泥混合，將鐵泥溶解，含有fe3+的廢水進(jìn)入二級(jí)隔膜電解槽的陰極區(qū)，將fe3+還原為fe2+，并提高廢水的ph，再進(jìn)入芬頓氧化池與外加的雙氧水形成芬頓反應(yīng)，最后進(jìn)入沉淀池進(jìn)行固液分離，上清液進(jìn)入一級(jí)隔膜電解槽的陰極區(qū)，ph上升至中性之后排放或進(jìn)入后續(xù)其他處理步驟，鐵泥返回混合池與酸性廢水混合，使鐵循環(huán)使用。本發(fā)明方法中電化學(xué)裝置具有調(diào)節(jié)廢水ph和還原fe3+為fe2+的功能，與外加的廉價(jià)商品雙氧水結(jié)合，共同實(shí)現(xiàn)鐵循環(huán)的電化學(xué)芬頓處理技術(shù)。