CN210237340U - 用于垃圾渗滤液浓液处理的电芬顿系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种用于垃圾渗滤液浓液处理的电芬顿系统，包括电芬顿装置、循环反应装置和沉淀池，电芬顿装置包括电芬顿装置本体、阳极、阴极和电解电源，所述阳极采用DSA材料制作，阴极采用不锈钢材料制作；所述循环反应装置包括反应装置本体和搅拌装置。本实用新型将电解过程与芬顿过程进行耦合，基于电解过程中阴极的还原作用，将三价铁转化为二价铁，重复利用系统内铁离子，有效减少芬顿过程中铁盐用量，解决常规芬顿处理垃圾渗滤液浓液过程中会产生大量污泥的技术问题。

Description

用于垃圾渗滤液浓液处理的电芬顿系统

技术领域

本实用新型专利属于垃圾渗滤液纳滤浓液处理技术领域，具体涉及一种芬顿类综合处理纳滤浓液的系统。

背景技术

芬顿技术为常用的一种处理废水的物化技术，尤其是高浓度(COD一般5000mg/L以上)的废水处理。芬顿处理技术一般需要添加较多化学药剂(如：H₂O₂、硫酸亚铁等)，导致后续产生大量铁泥，同时，一次性投加较多量的化学药剂，还会导致反应过程中副反应发生量大，造成化学药剂浪费，增加垃圾渗滤液整体处理费用。

实用新型内容

针对现有技术不足，本实用新型提供一种用于垃圾渗滤液浓液处理的电芬顿系统，将电解过程与芬顿过程进行耦合，以解决常规芬顿处理垃圾渗滤液浓液过程中产生大量污泥的技术问题。

本实用新型公开的一种用于垃圾渗滤液浓液处理的电芬顿系统，基于电解过程中阴极的还原作用，将三价铁转化为二价铁，重复利用系统内铁离子，有效减少芬顿过程中铁盐用量，实现减少芬顿处理垃圾渗滤液浓液过程中产生大量污泥问题。具体技术方案如下：

一种用于垃圾渗滤液浓液处理的电芬顿系统，包括电芬顿装置、循环反应装置和沉淀池，其中：所述电芬顿装置包括电芬顿装置本体、阳极、阴极和电解电源，所述电芬顿装置本体配置有第一进水口和第一出水口，所述阳极采用DSA材料制作，阴极采用不锈钢材料制作，所述电解电源的正极连接阳极，负极连接阴极；所述循环反应装置包括反应装置本体和搅拌装置，所述反应装置本体配置有第二进水口、第二出水口、循环反应进水口、循环反应出水口、第一加药口和第二加药口；所述沉淀池具有第三进水口、第三出水口和排渣口，所述第三进水口通过管道与第二出水口连接；所述第二进水口通过管道连接废水源，所述循环反应进水口连接第一进水口，所述循环反应出水口通过管道连接第一进水口；所述第二出水口通过管道连接第三进水口。

作为一种优选方案，所述电芬顿装置本体为不锈钢材料制作的中空圆筒状结构，并作为电芬顿装置的阴极使用；所述阳极为竖直布置在圆筒中心的圆柱状结构；所述第一进水口布置在所述圆筒的下部侧壁，所述第一出水口布置在圆筒的上部侧壁；所述电芬顿装置的阳极为沿圆筒中心轴向布置的DSA材料制作的圆柱状结构。

作为一种优选方案，所述圆筒的直径为200～300mm，所述圆柱直径为20～30mm。

作为一种优选方案，所述循环反应出水口和第一进水口连接的管道上设有离心泵；所述第一进水口处设有倾斜向上布置的导流板，用于促使泵入电芬顿装置的废水沿圆筒内壁旋流而上。

作为一种优选方案，该系统还包括用于添加硫酸亚铁硫酸溶液的第一加药装置和用于添加H₂O₂溶液的第二加药装置，所述第一加药装置通过管道和第一计量泵与第一加药口连接，所述第二加药装置通过管道和第二计量泵与第二加药口连接。

作为一种优选方案，该系统还包括用于添加NaOH溶液的第三加药装置，所述第三加药装置通过管道和第三计量泵与循环反应槽和沉淀池之间的管道或沉淀池连接。

有益效果：

(1)本实用新型针对现有芬顿技术处理渗滤液浓液的工艺，将电解工艺及芬顿工艺进行耦合形成电芬顿技术，取代常规芬顿技术，利用电解过程产生的电场作用增强芬顿处理废水效果，将三价铁转化为二价铁，重复利用系统内的铁离子，有效的减少亚铁离子的使用量，减少加入的盐分，达到对垃圾渗滤液浓缩液的有效处理，并克服了芬顿技术处理垃圾渗滤液浓液时产生大量污泥的问题。

(2)在电芬顿反应过程中，阴极表面连续释放二价铁，使H₂O₂与二价铁反应产生羟基自由基过程更均匀，有利于羟基自由基充分的与有机物进行矿化反应，提高H₂O₂的利用率；同时电芬顿过程，对大分子链状物及环状物，具有开环断链过程，有利于提高废水的可生化性；通过调整系统中的废水pH在2～4之间，可防止垃圾渗滤液浓缩液内富集的钙镁离子在阴极表面沉积结垢问题，使电芬顿过程可稳定运行。

(3)其中的电芬顿装置采用不锈钢作为阴极，具有较好的阴极反应特性，有利于Fe³⁺往Fe²⁺的转化，同时在pH为2～4的酸性反应环境中，还具有一定的抗酸腐蚀特性；采用DSA电极作为阳极，避免采用铁系金属作为阳极，在电解过程中产生大量的铁泥结垢，以及易发生阳极钝化影响芬顿反应的反应效率的问题。

(4)进一步通过电芬顿装置的特殊结构设计，在电芬顿装置内形成的旋流，可使废水与阴极充分接触，提高三价铁在阴极表面还原成二价铁能力，从而有效提高H₂O₂及二价铁在电芬顿体系内的利用率，同时，电芬顿过程产生的未被反应掉的二价铁，进入循环反应槽后，通过搅拌装置的扰动作用，继续与H₂O₂共同作用继续氧化降解污染物。

(5)电芬顿系统中引入的铁离子，经沉淀后还可采用硫酸酸溶液进行反应，再转化成离子形式重新进入电芬顿系统重复使用，进一步避免了过多的铁盐固体废物的产生。

附图说明

图1为实施例中公开的电芬顿系统的结构示意图；

图2为实施例中公开的电芬顿装置的结构示意图；

电芬顿装置1、阳极11、阴极12和电解电源13、进水口14、出水口15、导流板 16，循环反应槽2、废水进水口21、循环出水口22、废水出水口23、循环进水口24、双氧水加药口25、加药口26、搅拌器27，沉淀池3、进液口31、排液口32和排渣口 33，双氧水加药装置4、计量泵41，硫酸亚铁硫酸加药装置5、计量泵51，氢氧化钠加药装置6、计量泵61，离心泵7。

具体实施方式

如图1所示，实施例1中公开一种电芬顿系统，主要包括电芬顿装置1、循环反应槽2、沉淀池3、双氧水加药装置4、硫酸亚铁硫酸加药装置5和氢氧化钠加药装置6。

结合图2所示，电芬顿装置1主要包括阳极11、阴极12和电解电源13。阳极11 为采用DSA电极制成的直径在20～30mm之间的圆柱形结构，阴极12采用316L不锈钢制成直径在200～300mm之间的中空圆筒状结构；阳极11位于阴极12中心位置，筒高 1m～1.5m。316L不锈钢作为电芬顿阴极时具有较好的阴极反应特性，有利于Fe³⁺往Fe²⁺的转化，同时在pH为2～3的反应环境中，316L不锈钢还具有一定的抗酸腐蚀特性。电解电源13为可稳定提供大小为1000～2000A的恒流稳压电源，电源的正极接线端连接阳极11，电源的负极接线端连接阴极12。阴极12，即中空筒体的底部侧壁设有进水口14，顶部侧壁设有出水口15。优选的，在进水口14位于电芬顿内部处可通过焊接方式设置倾斜向上的导流板16，导流板16可采用与阴极一样的不锈钢材料。废水泵入至电芬顿装置1的进水口14后，经导流板16的作用在装置内形成沿筒壁旋流向上的状态，使循环反应槽2内芬顿反应过程中产生的三价铁更易在阴极被还原为二价铁。

需要说明的是，其它实施例中，电芬顿装置1中的阳极11和阴极12可采用板式电极、网状电极等设计样式，阳极及阴极的安装方式采用常规的交替排列即可。在本实用新型所述的实施例中，电芬顿装置1内，将阴极12直接设计为电芬顿装置的壳体，同时在壳体上增加导流板16，使泵送入电芬顿装置的废水可通过导流板16的作用，废水内的Fe³⁺充分于阴极12表面相接触，提高Fe³⁺往Fe²⁺的转化速率；阴极12直接作为电芬顿装置的壳体，还可简化电芬顿装置的结构，缩小装置的体积。

循环反应槽2的顶部设有废水进水口21和循环进水口24，底部侧壁设有循环出水口22，底部与循环出水口22相对的侧壁设有废水出水口23。废水进水口21连接废水源，循环出水口22通过管路与电芬顿装置1的进水口14连接，循环进水口24通过管路与电芬顿装置1的出水口15连接，废水出水口23通过管路与沉淀池3相连。循环反应槽2的顶部还设有加药口25和加药口26，分别与双氧水加药装置4和硫酸亚铁硫酸加药装置5连接。循环反应槽2内还配置有搅拌器27，用于搅拌循环反应槽内液体，加速循环反应槽2内的芬顿反应。

沉淀池3设有进液口31、排液口32和排渣口33。在循环反应槽2的进液口31连接的管道上增加一个三通(图中未示出)，一路连接循环反应槽2的废水出水口23，另一路通过计量泵61连接氢氧化钠加药装置6，用于调节排出的废液的pH值，再进入沉淀池3进行沉淀以去除引入的铁离子。

双氧水加药装置4通过计量泵41将浓度为25～36％(例如，浓度为30％的工业双氧水)的H₂O₂泵送至循环反应槽2内参与电芬顿反应。

硫酸亚铁硫酸加药装置5通过计量泵51将配置好的硫酸亚铁硫酸溶液(1mol/L硫酸亚铁及1mol/L硫酸溶液配置组成)泵入至循环反应槽2内，调节废水的pH值至2～4，同时往废水内引入一定量的Fe²⁺，为后续的芬顿反应提供条件。氢氧化钠加药装置6可通过三通与循环反应槽2和沉淀池3之间的管路连接，采用计量泵61使浓度为20～30％的NaOH溶液进入管道及沉淀池3，使出水保持在pH≥7，并通过沉淀方式去除废水中残留的铁离子。

进一步的，循环反应槽2与电芬顿装置1之间还设有离心泵7，可使进入电芬顿装置1内的废水具有较大流量，进一步保证废水在电芬顿装置1内的旋流状态。

在上述电芬顿系统中：废水首先在循环反应槽2内进行芬顿反应，新引入的Fe²⁺在pH在2～3的酸性环境下，与引入的H₂O₂发生芬顿反应：Fe²⁺+H₂O₂→Fe³⁺+(OH)^-+·OH，芬顿反应过程中产生的·OH可降解废水内的有机物；芬顿反应在循环反应槽2内停留 20min～30min，引入的Fe²⁺在芬顿反应过程中转变为Fe³⁺，难以继续参与芬顿反应。

经芬顿反应后富含Fe³⁺的废水，进入电芬顿装置1，通过电芬顿装置1阴极的还原作用：Fe³⁺+e→Fe²⁺，电解过程中产生的二价铁离子，与废水内存在的H₂O₂继续发生芬顿反应，待H₂O₂量减少较为明显，通过H₂O₂加药设备往循环反应槽2内继续投加一定量的H₂O₂，具体可根据检测循环反应槽内污染物的浓度，进行H₂O₂的投加，尽量保证双氧水和废水中COD的比值为1：1～3：1；同时阴极表面还发生：2H⁺+e²→H₂，因此不断消耗反应体系内的酸度值；在电芬顿反应过程中，电解阳极发生水的电解： H₂O-2e→2H⁺+1/2O₂，可补充被阴极还原消耗的H⁺，同时，阳极还发生氯离子被氧化生成活性氯：Cl^--e→·Cl，·Cl可降解废水中部分有机物及氨态氮；废水中部分有机物还可在电极表面发生直接电氧化反应，降解部分有机物。在整个电芬顿系统中，由于阴阳极的 H⁺还原及阳极的水的电解，酸碱度值得到平衡，在整个电芬顿反应过程中，系统pH值无明显变化。

待处理废水经废水进水口21进入循环反应槽2，通过硫酸亚铁硫酸溶液调节循环反应槽2内废水的pH值至2～4之间，然后往循环反应槽2内泵入一定量H₂O₂，在循环反应槽内发生芬顿反应：Fe²⁺+H₂O₂→Fe³⁺+(OH)^-+·OH，芬顿反应产生的·OH具有高的氧化电位，可氧化废水内有机污染物。循环反应槽2内反应后的废水经循环出水口22 流出，通过离心泵7泵送至电芬顿装置1。

在电芬顿装置1内，阳极11发生水的电解过程：H₂O+2e→2H⁺+1/2O₂，氯的氧化： Cl^-+e→·Cl，以及部分有机物的直接氧化降解过程；阴极12主要发生还原过程，可将由于芬顿反应转变为Fe³⁺还原为Fe²⁺：Fe³⁺+e→Fe²⁺，Fe²⁺继续与H₂O₂共同作用发生芬顿反应，降解废水内COD。

需要说明的是，电芬顿阴极因整个电解体系为酸性环境，阴极表面不会发生水的电解产生OH^-过程，所以，阴极阴极表面不易发生钙镁离子的沉积，电芬顿过程可长期稳定的运行。电芬顿装置1内反应后的废水经出水口15流入循环反应槽2，并重复以上反应过程；同时，循环反应槽2内产生的废水，通过循环反应槽2底部的废水出水口23 流向沉淀池3。

电芬顿出水至沉淀池3之间管道内，通过计量泵61加入的氢氧化钠碱液调节电芬顿出水的pH值在7～8范围之内，然后经进水口31进入沉淀池3进行沉淀处理。在沉淀池3内，沉淀后的上层清液经排液口32进入下一步处理过程，下部固体沉淀则经排渣口33外排处理。

采用实施例1所述的垃圾渗滤液浓液处理系统来处理垃圾渗滤液的方法，包括以下步骤：

步骤S1：将垃圾渗滤液纳滤浓液泵入循环反应槽，调节pH值至2～4之间。

具体的，将垃圾渗滤液纳滤浓缩液泵入循环反应槽内，采用硫酸亚铁硫酸溶液调节废水pH值在2～4内；在调节pH的同时，往废水内引入Fe²⁺，为后续芬顿反应提供反应调节。

步骤S2：向步骤S1得到调节pH后的废水中加入H₂O₂，进行芬顿反应。

在循环反应槽内，泵入一定量的H₂O₂溶液，利用步骤S1所构成的芬顿反应条件进行芬顿反应，降解废水内污染物；具体可根据进入循环反应槽废水内污染物的量调节 H₂O₂的投加量；在循环反应槽内芬顿反应停留时间控制在20min～30min。

步骤S3：将步骤S2得到经芬顿反应的废水泵入至电芬顿装置，进行电芬顿反应。

将在循环反应槽内经芬顿反应的废水泵入至电芬顿装置内，通过调节阴阳极上施加的电流密度大小控制电芬顿过程的进行，在阳极表面施加的电流密度控制在1000 A/m²～2000A/m²；电芬顿过程中，阳极发生水的电解：H₂O-2e→2H⁺+1/2O₂，Cl-e→·Cl及有机物的直接电解过程，阳极表面产生的·Cl可降解废水内的氨态氮；阴极主要发生 2H⁺+2e→H₂，同时废水内的Fe³⁺+e→Fe²⁺,Fe²⁺继续与废水内存在H₂O₂发生芬顿反应；在电芬顿体系内，芬顿反应反生在阴阳极之间，阴阳极之间所形成的电场，可增强体系内的芬顿反应。其中的电芬顿装置是采用DSA阳极电极与不锈钢阴极电极组成。

步骤S4：将步骤S3出水送至循环反应槽2，加入H₂O₂，继续进行芬顿反应。

经过电芬顿装置后，废水内的Fe²⁺离子含量明显增加，需继续往电芬顿体系内添加H₂O₂，使整个反应持续进行；通过检测经电芬顿反应后，废水内污染物的含量，选择 H₂O₂的添加量。

步骤S5：重复步骤S3及步骤S4，直至电芬顿系统中垃圾渗滤液浓液中的污染物(主要是指COD)降至目标值。

重复步骤S3及S4过程，即重复进行在循环反应槽内的芬顿反应和在电芬顿装置内的电芬顿反应，待废水内污染物降至目标值后，进行排放；

步骤S6：将循环反应槽2内的废液泵送至沉淀池3，其间，经过管道混合器将出水pH值调至8左右，经沉淀后的出水排出电芬顿系统。

步骤S5出水排放过程中，需采用氢氧化钠溶液将排放废水内pH调节至8左右后进入斜板沉淀池内，实现固体废物与水的分离，上层处理后的废水排出电芬顿系统，下层氢氧化铁沉淀物外排处理。

其中，纳滤浓缩液指的是渗滤液MBR工艺后纳滤浓液，纳滤浓液指标范围： COD≤6000mg/L，BOD₅≤120mg/L，NH₃-N≤20mg/L，TN≤200mg/L，钙离子≤300mg/L，镁离子≤1000mg/L，总硅≤50mg/L，pH值：6～9。

综上可见，本实用新型采用电芬顿技术，可将芬顿反应产生的三价铁转化为二价铁，有效的减少亚铁离子的使用量；在电芬顿装置内，阴极表面发生还原反应，并连续释放二价铁，使H₂O₂与二价铁反应产生羟基自由基的过程更均匀，有利于羟基自由基充分的与有机物进行矿化反应，提高H₂O₂的利用率；通过这种电芬顿技术，可重复利用系统内的铁离子，减少往废水系统内加入盐分，有利于经电芬顿处理后，废水的生化处理过程；系统内引入的铁离子在后续沉淀过程中从系统内排出后，经沉淀出的氢氧化铁固体，可采用硫酸进行回调pH值，使氢氧化铁重新溶解成为富含F³⁺的硫酸铁溶液，再进入前端的电芬顿系统，将F³⁺还原为F²⁺重新参与到系统的电芬顿反应，可重复使用，从而避免过多的铁盐固体废物的产生。

此外，区别于现有技术中的电解反应，阳极为铁系金属，在电解过程中，阳极发生溶解，产生二价铁离子参与到系统的芬顿反应过程中，同样会产生大量的铁泥，同时铁系阳极在使用过程中易发生阳极钝化过程，阳极二价铁离子难以持续产生，影响芬顿反应的反应效率。而本实用新型的电芬顿反应体系中，循环反应槽内发生的芬顿及电芬顿装置内的电芬顿过程在酸性条件下(pH在2～4之间)进行反应，电解过程中，电芬顿阴极因整个反应体系为酸性环境，阴极表面不易发生钙镁离子的沉积，使电芬顿过程可长期稳定的运行。因此，该电芬顿系统，可以提高H₂O₂的利用效率，减少铁泥产量，同时减少往废水内引入较多量的盐分，提高废水的可生化性。

尽管以上结合附图对本实用新型的实施方案进行了描述，但本实用新型并不局限于上述的具体实施方案和应用领域，上述的具体实施方案仅仅是示意性的、指导性的，而不是限制性的。本领域的普通技术人员在本说明书的启示下，在不脱离本实用新型权利要求所保护的范围的情况下，还可以做出很多种的形式，这些均属于本实用新型保护之列。

Claims (6)

1.一种用于垃圾渗滤液浓液处理的电芬顿系统，其特征在于，包括电芬顿装置、循环反应装置和沉淀池，其中：

所述电芬顿装置包括电芬顿装置本体、阳极、阴极和电解电源，所述电芬顿装置本体配置有第一进水口和第一出水口，所述阳极采用DSA材料制作，阴极采用不锈钢材料制作，所述电解电源的正极连接阳极，负极连接阴极；

所述循环反应装置包括反应装置本体和搅拌装置，所述反应装置本体配置有第二进水口、第二出水口、循环反应进水口、循环反应出水口、第一加药口和第二加药口；

所述沉淀池具有第三进水口、第三出水口和排渣口，所述第三进水口通过管道与第二出水口连接；

所述第二进水口通过管道连接废水源，所述循环反应进水口连接第一进水口，所述循环反应出水口通过管道连接第一进水口；所述第二出水口通过管道连接第三进水口。

2.如权利要求1所述的电芬顿系统，其特征在于，所述电芬顿装置本体为不锈钢材料制作的中空圆筒状结构，并作为电芬顿装置的阴极使用；所述阳极为竖直布置在圆筒中心的圆柱状结构；所述第一进水口布置在所述圆筒的下部侧壁，所述第一出水口布置在圆筒的上部侧壁；所述电芬顿装置的阳极为沿圆筒中心轴向布置的DSA材料制作的圆柱状结构。

3.如权利要求2所述的电芬顿系统，其特征在于，所述圆筒的直径为200～300mm，所述圆柱直径为20～30mm。

4.如权利要求2所述的电芬顿系统，其特征在于，所述循环反应出水口和第一进水口连接的管道上设有离心泵；所述第一进水口处设有倾斜向上布置的导流板，用于促使泵入电芬顿装置的废水沿圆筒内壁旋流而上。

5.如权利要求1所述的电芬顿系统，其特征在于，还包括用于添加硫酸亚铁硫酸溶液的第一加药装置和用于添加H₂O₂溶液的第二加药装置，所述第一加药装置通过管道和第一计量泵与第一加药口连接，所述第二加药装置通过管道和第二计量泵与第二加药口连接。

6.如权利要求1所述的电芬顿系统，其特征在于，还包括用于添加NaOH溶液的第三加药装置，所述第三加药装置通过管道和第三计量泵与循环反应槽和沉淀池之间的管道或沉淀池连接。

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