CN109879379A - 一种三段式电芬顿降低废水cod的系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了一种三段式电芬顿降低废水COD的方法及系统，方法包括：第一段将加入定量H₂O₂的废水通入到具有铁电极的电解槽中进行通电，电解产生过量的Fe²⁺与H₂O₂反应产生氧化废水中有机物的羟基自由基；第二段通过铁电极继续产生的Fe²⁺去除过量的H₂O₂；第三段鼓气氧化将Fe²⁺氧化成Fe³⁺便于后续分离。本发明实施例的三段式电芬顿法氧化有机物的能力非常强，几乎能氧化目前自然界中的大部分有机物，而且消除了处理废水COD检测值受H₂O₂过量的影响，可将废水的COD由200～2000mg/L直接降至50mg/L以下；比其他高级氧化技术有更精准的能耗物料计算结果，基本不加入残留在处理后水里金属盐和药剂，获得更优质稳定的出水水质，该方法处理成本低，占地面积少。

Description

一种三段式电芬顿降低废水COD的系统及方法

技术领域

本发明实施例涉及废水处理技术领域，具体涉及一种三段式电芬顿降低废水COD的方法。

背景技术

目前，去除废水COD的方法主要为生物法和物理化学法等。随着废水排放标准的提高，传统去除废水COD的方法对于某些工业废水已经满足不了提标改造的要求，如现有的废水处理方法经过厌氧-好氧-混凝沉淀-过滤-活性炭吸附等一系列工艺后想要继续深度处理，进一步降低废水COD，某些工业废水用传统方法处理难以做到，有的方法即使能做到，其处理成本也太高。

另外，一些性质复杂的废水，例如，垃圾渗滤液，精细化工、制药、农药废水等其水质变化大，重金属和氨氮含量高，生化性很差，很难用生化法进行彻底处理。而受各种因素的影响，一般的物理化学方法也很难降低废水COD的浓度到达标的水平。

芬顿氧化降解工艺是一种高级氧化技术，反应产生的羟基自由基不仅具有非常高的氧化电极电势(E＝2.8V)，拥有仅次于F₂的氧化能力，还没有选择性，可以最大程度上提高对各类有机污染物的氧化效率，因此应用前景非常广阔。但是，该方法也存在许多不足，比如，H₂O₂利用率不高，从而造成了COD去除效率不高和双氧水过量等问题。而且H₂O₂遇到强氧化剂时容易被还原，干扰COD的测定。也有通过鼓气和加还原剂的方法将H₂O₂去除，但鼓气法效率不高，不能将全部H₂O₂去除，加药法的加药量又比较难控制。

综上所述，传统芬顿工艺对废水COD的去除过程中，存在着药剂利用率低、对自由基的产生量模糊，不能精准的能耗物料计算，加入残留在水中的金属盐和药剂多，不能获得更优质稳定的出水水质，药剂投加不经济，急待进一步改进。

发明内容

为此，本发明实施例提供一种三段式电芬顿降低废水COD的系统及方法，以解决现有技术中对废水COD处理工艺复杂，对自由基的产生量模糊，不能精准的能耗物料计算，加入残留在水中的金属盐和药剂多，不能获得更优质稳定的出水水质的问题。

为了实现上述目的，本发明实施例提供如下技术方案：

一种三段式电芬顿降低废水COD的方法，其包括：将加入定量H₂O₂的废水通入到具有铁电极的电解槽中进行通电电解，铁电极电解连续产生Fe²⁺，Fe²⁺与废水中的H₂O₂反应产生具有很强的氧化性的羟基自由基，发生充分氧化废水中有机物的芬顿反应，达到去除废水中COD的目的；

芬顿氧化反应完成后，继续通电电解，利用铁电极产生的Fe²⁺去除废水中过量的H₂O₂后，对处理的废水鼓气，通过氧气将Fe²⁺氧化成Fe³⁺，Fe³⁺与废水中OH^-结合，形成Fe(OH)₃。

本发明实施例的三段式电芬顿降低废水COD的方法，还包括在废水处理前，将废水的pH值调整到3-7的范围。

优选的，所述废水通过加入NaOH调节废水的pH值为7.5后，废水中Fe³⁺与OH^-结合形成Fe(OH)₃，再加入絮凝剂发生絮凝反应，形成沉淀物，去除沉淀物后，获得降低COD的废水。

优选的，所述絮凝剂为PAM。

本发明实施例还提供一种三段式电芬顿降低废水COD的系统，其包括第一pH调节槽、电芬顿槽、鼓气槽、第二pH调节槽、絮凝槽以及沉淀槽，所述电芬顿槽分别与所述第一pH调节槽、所述鼓气槽连接，所述第二pH调节槽分别与所述鼓气槽和所述絮凝槽连接，所述絮凝槽与所述沉淀槽连接；其中，所述电芬顿槽包括槽体，所述槽体内安装有串联的多级电解槽，每级电解槽内设有多个铁电极板，被处理的废水从进水口进入槽体，依次经过多级电解槽处理后，经出水口流出。

优选的，所述电解槽中设置多块阳极铁电极板和阴极铁电极板，所述多块阳极铁电极板和所述多块阴极铁电极板均并联连接。

优选的，所述铁电极板连接36V的直流电源。

优选的，所述槽体的内侧底部设有用于给废水通入空气的空气管。

优选的，所述槽体的顶部安装有用于收集槽体内产生气体的集气罩。

本发明实施例具有如下优点：

本发明实施例中，三段电芬顿降低废水中COD的的方法，其通过氧化+还原+氧化三个阶段，可将废水的COD由200～2000mg/L直接降至50mg/L以下，比其他高级氧化技术有更精准的能耗物料计算，基本不加入残留金属盐和药剂情况下，获得更优质稳定的出水水质。传统芬顿法处理废水加入硫酸亚铁，硫酸根残留在水中很多，增加次生污染；双氧水经过芬顿反应后的过量部分全部去除干净没有残留不会影响出水的检测；由于是电极产生Fe²⁺活性很高，铁的利用效率高，减少了铁泥的排放，污泥可能是传统法的60％左右；控制灵活只要调节电流就能控制水中Fe²⁺浓度，便于PID控制；反应终点肉眼看水的蓝色和红色就能判断，减少操作的盲目性。本发明实施例运用非常简单的操作巧妙解决了芬顿法中Fe²⁺和H₂O₂对COD检测的干扰问题。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是示例性的，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图引伸获得其它的实施附图。

本说明书所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。

图1为本发明实施例1提供的三段式电芬顿降低废水COD的系统的组成结构图；

图2为本发明实施例2提供的电芬顿槽的结构示意图；

图中：100-电芬顿槽；110-空气管；120-铁电极板；140-直流电源；150-集气罩；130-槽体；200-第一pH调节槽；300-鼓气槽；400-第二pH调节槽；500-絮凝槽；600-沉淀槽。

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明实施例提供一种三段式电芬顿降低废水COD的方法，其包括：首先，废水处理前，将废水的pH值调整到3-7的范围，由于Fenton试剂氧化有机物的适宜条件为酸性，反应的最佳pH为3～3.5左右，这与该试剂系统中铁离子的存在形态有关。为了达到有机物的最高的去除率，首先要将待处理的废水加酸调节pH至3～3.5，调节pH所采用的酸为硫酸，调节pH完毕后，将废水导入电芬顿槽100中。

然后将加入定量H₂O₂的废水通入到具有铁电极的电芬顿槽100中进行通电，电解产生的Fe²⁺与H₂O₂反应产生羟基自由基，发生芬顿反应，充分氧化废水中的有机物，此时，电芬顿槽100中的铁电极板120在通直流电的情况下失去电子产生Fe²⁺进入废水中，与H₂O₂反应生成具有很高氧化电极电位和很强亲电性的羟基自由基，从而达到去除废水中的COD的目的。待氧化反应一段时间后，达到设定的时间后，完成第一段反应过程，废水沿流程进入第二段反应过程，第二段反应过程中，铁电极板120继续产生Fe²⁺，电解产生的Fe²⁺将废水中存在的过量H₂O₂还原去除。本步骤中，通过调节电极板的电流大小和设定电极板的通电时间来使Fe²⁺过量，以保证H₂O₂被完全去除，当H₂O₂完全被去除后，待处理废水的混合液的颜色开始变绿，完成第二段反应过程。

将废水中H₂O₂去除后，将上述废水导入鼓气槽300中，进行第三段反应过程，利用鼓风机向废水处理液中通入空气鼓气一定时间，在O₂的作用下，废水溶液中的Fe²⁺被全部氧化成Fe³⁺，废水溶液的颜色变成黄褐色。将上述废水溶液导入到第二pH调节槽400内，加入NaOH将废水溶液的pH调至微碱性，废水溶液的pH值为7.5左右。将调节pH值后的废水溶液导入絮凝槽500中，向废水溶液中加入絮凝剂聚丙烯酰胺PAM，可以形成更大的絮体，经絮凝后的废水溶液，在沉淀槽600中靠重力作用絮体沉到底部，处理过的废水的上清液位于上部，底部污泥输送至污泥槽中，上清液达标排放。本发明实施例降低废水COD的工艺过程中所产生的Fe³⁺及其水解产物可对不溶性絮体进行凝聚，所以无需额外投加PAC等混凝药剂。

如图1和图2所示，本发明实施例还提供一种三段式电芬顿降低废水COD的系统，其包括第一pH调节槽200、电芬顿槽100、鼓气槽300、第二pH调节槽400、絮凝槽500以及沉淀槽600，电芬顿槽100分别与第一pH调节槽200、鼓气槽300连接，第二pH调节槽400分别与鼓气槽300和絮凝槽500连接，絮凝槽500与沉淀槽600连接；其中，电芬顿槽100包括槽体130，槽体130内安装有串联的多级电解槽，每级电解槽内设有多个铁电极板120，被处理的废水从进水口进入槽体130，依次经过多级电解槽处理后，经出水口流出。其中，电解槽中设置多块阳极铁电极板120和阴极铁电极板120，多块阳极铁电极板120和多块阴极铁电极板120均并联连接，铁电极板120连接36V的直流电源140。电解槽中铁电极板120并联连接电源，以及电解槽的多级串联连接，形成混合的通电型电解槽，连续通水，直流电源140的正负极可以根据设定时间自动倒换，以避免电极表面的结垢。

本发明实施例中，电芬顿槽100的技术参数中，电芬顿槽100以去除废水中300mg/LCOD为例，连接电源的直流电压为36V，铁电极板的电流密度为30A～80A/m²，其中，电极板的厚度3mm，相邻电极板之间的间距为10mm，电极极板率消耗指标为20g/m³废水，电流强度指标为1～3KVA/m³废水，停留时间为20～50min。本发明实施例中，电芬顿槽100中产生的Fe²⁺进入废水溶液的过程是连续不断的，Fe²⁺活性更强，且与废水溶液中H₂O₂的有效接触面更大，提高了H₂O₂的利用率，因此，去除废水COD的效果更为明显。同时，本发明实施例中的电芬顿槽100能根据进水实际情况调整通电参数，从而更容易控制废水溶液的处理，能够大大降低废水的处理成本。

本发明实施例中，废水处理的过程中，2000mg/L废水中，可投入一定量的30％的H₂O₂，当接通36V的直流电后，铁电极板120通电，铁电极板120在电解质中失去电子变为Fe²⁺进入废水中，与废水中加入的H₂O₂反应产生大量羟基自由基，羟基自由基具有极强的氧化能力，可有效地将废水溶液中的有机物氧化去除。

本发明实施例中，在处理废水中过量的H₂O₂的过程中，优选地，通电直流电压为36V，极板电流密度为60A～120A/m²，电极极板率消耗指标为40g/m³废水，铁电极板120的更换周期为5～6个月，电流强度指标为2～4KVA/m³废水，停留时间为20～40min。

本发明实施例的电芬顿槽100的槽体130的内侧底部设有用于给废水通入空气的空气管110，利用空气管110中导入槽体130底部的空气冲刷铁电极板120的表面，防止电极表面结泥钝化，有利于提高废水COD的去除效率。

槽体130的顶部安装有用于收集槽体130内产生气体的集气罩150，槽体130内经由空气管110进入的气体以及在槽体130内处理废水溶液的过程中，产生的气体都经过集气罩150的收集，再经过与集气罩150连接的排气系统，将气体排出。

对比例加药芬顿反应对废水COD的去除。

试验步骤：

1、取待处理废水3L；

2、将待处理废水样pH调节至3，加入30％H₂O₂ 6.3mL；

3、加入30％FeSO₄.7H₂O 26mL，在磁力搅拌器上搅拌50min；

4、停止搅拌，鼓气30min；

5、停止鼓气，取出1L水样，将pH调节至7.5；

6、加入3mL PAM后，沉淀15min后取样待测。

试验例1

实验仪器：1.直流电源140；36V 30A兆信电器；2.实验用铁板电极11片串联，三段式电芬顿玻璃槽3L；3.气泵；4.单联磁力搅拌机、pH计；5.烧杯、量筒等玻璃器皿；6.纯净水；7.药品：30％H₂O₂、13％H₂SO₄、10％NaOH，0.1％PAM。

试验步骤：

1、取待处理废水3L；

2、将待处理废水样pH调节至3，加入30％H₂O₂ 6.3mL；

3、电流0.5A通电30min后；

4、停止通电，鼓气30min；

5、停止鼓气，取出1L水样，将pH调节至7.5；

6、加入3mL PAM后，沉淀15min后取样待测。

试验例2

本试验例中，与试验例1的区别在于，将待处理废水样pH调节至4。

试验例3

本试验例中，与试验例的区别在于，将待处理废水样pH调节至5。

试验结果，如表1所示，

表1

由表1的结果可知，本发明实施例提高了废水中COD的去除效率，且消耗的试剂量少，并且消除了处理的废水COD测定中Fe²⁺和H₂O₂的干扰问题，通过铁电极极板产生的Fe²⁺在脱离极板进入溶液的瞬间与H₂O₂发生作用，最大可能地避免了Fe²⁺水解问题，极大减少了酸碱用量，进一步降低了对废水COD去除率的影响。本发明实施例中，通过三段式电芬顿槽可处理生化法难以处理的废水，比如垃圾渗滤液、污泥厂压滤废水、制药废液、化工废水、电子行业废水等。

本发明实施例中，三段电芬顿降低废水中COD的的方法，其通过氧化+还原+氧化三个阶段，在去除污染物的同时，不往水中加入残留物质，传统芬顿法处理废水加入硫酸亚铁，硫酸根残留在水中很多，增加次生污染；双氧水经过芬顿反应后的过量部分全部去除干净没有残留不会影响出水的检测；由于是电极产生Fe²⁺活性很高，铁的利用效率高，减少了铁泥的排放，污泥可能是传统法的60％左右；控制灵活只要调节电流就能控制水中Fe²⁺浓度，便于PID控制；反应终点肉眼看水的绿色和红色就能判断，减少操作的盲目性。

虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施例对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。

Claims (9)

1.一种三段式电芬顿降低废水COD的方法，其特征在于包括：将加入定量H₂O₂的废水通入到具有铁电极的电解槽中进行通电电解，铁电极电解连续产生Fe²⁺，Fe²⁺与废水中的H₂O₂反应产生具有很强的氧化性的羟基自由基，发生充分氧化废水中有机物的芬顿反应，达到去除废水中COD的目的；

芬顿氧化反应完成后，继续通电电解，利用铁电极产生的Fe²⁺去除废水中过量的H₂O₂后，对处理的废水鼓气，通过氧气将Fe²⁺氧化成Fe³⁺，Fe³⁺与废水中OH^-结合，形成Fe(OH)₃。

2.如权利要求1所述的三段式电芬顿降低废水COD的方法，其特征在于还包括在废水处理前，将废水的pH值调整到3-7的范围。

3.如权利要求1所述的三段式电芬顿降低废水COD的方法，其特征在于，

所述废水通过加入NaOH调节废水的pH值为7.5后，废水中Fe³⁺与OH^-结合形成Fe(OH)₃，再加入絮凝剂发生絮凝反应，形成沉淀物，去除沉淀物后，获得降低COD的废水。

4.如权利要求1所述的三段式电芬顿降低废水COD的方法，其特征在于，

所述絮凝剂为PAM。

5.一种三段式电芬顿降低废水COD的系统，其特征在于，包括第一pH调节槽、电芬顿槽、鼓气槽、第二pH调节槽、絮凝槽以及沉淀槽，所述电芬顿槽分别与所述第一pH调节槽、所述鼓气槽连接，所述第二pH调节槽分别与所述鼓气槽和所述絮凝槽连接，所述絮凝槽与所述沉淀槽连接；其中，所述三段式电芬顿槽包括槽体，所述槽体内安装有串联的多级电解槽，每级电解槽内设有多个铁电极板，被处理的废水从进水口进入槽体，依次经过多级电解槽处理后，经出水口流出。

6.如权利要求5所述的三段式电芬顿降低废水COD的系统，其特征在于，

所述电解槽中设置多块阳极铁电极板和阴极铁电极板，所述多块阳极铁电极板和所述多块阴极铁电极板均并联连接。

7.如权利要求5所述的三段式电芬顿降低废水COD的系统，其特征在于，

所述铁电极板连接36V的直流电源。

8.如权利要求5所述的三段式电芬顿降低废水COD的系统，其特征在于，

所述槽体的内侧底部设有用于给废水通入空气的空气管。

9.如权利要求5所述的三段式电芬顿降低废水COD的系统，其特征在于，

所述槽体的顶部安装有用于收集槽体内产生气体的集气罩。