公布日：2023.11.03
申請日：2023.08.10
分類號：C02F1/461(2023.01)I;C02F1/469(2023.01)I;C02F1/72(2023.01)I;C02F103/18(2006.01)N
摘要
本發(fā)明公開了一種高鹽脫硫廢水深度氧化處理系統(tǒng)，包括電催化Fenton氧化反應(yīng)單元、電化學(xué)催化膜反應(yīng)單元、電滲析單元以及電解單元，所述電催化Fenton氧化反應(yīng)單元、電滲析單元、電解單元依次串聯(lián)，電催化Fenton氧化反應(yīng)單元與電化學(xué)催化膜反應(yīng)單元并聯(lián)形成循環(huán)，電滲析單元還與脫硫系統(tǒng)串聯(lián)。本發(fā)明合理采用多種技術(shù)耦合聯(lián)用、協(xié)同處理，使高鹽脫硫廢水的COD能夠有效處理，使處理后的水質(zhì)能夠在脫硫系統(tǒng)的循環(huán)利用，實(shí)現(xiàn)脫硫廢水的零排放。
權(quán)利要求書
1.一種高鹽脫硫廢水深度氧化處理系統(tǒng)，其特征在于，包括電催化Fenton氧化反應(yīng)單元、電化學(xué)催化膜反應(yīng)單元、電滲析單元以及電解單元，所述電催化Fenton氧化反應(yīng)單元、電滲析單元、電解單元依次串聯(lián)，電催化Fenton氧化反應(yīng)單元與電化學(xué)催化膜反應(yīng)單元并聯(lián)形成循環(huán)，電滲析單元還與脫硫系統(tǒng)串聯(lián)；所述電催化Fenton氧化反應(yīng)單元使陽極產(chǎn)生的Fe2+在陰極與H2O2反應(yīng)產(chǎn)生·OH，所述電化學(xué)催化膜反應(yīng)單元使陽極發(fā)生氧化絡(luò)合Fe2+和Fe3+的絡(luò)合物釋放Fe2+和Fe3+，同時Fe3+在陰極還原產(chǎn)生Fe2+，使Fe2+在電催化Fenton氧化反應(yīng)、電化學(xué)催化膜反應(yīng)單元循環(huán)；所述電滲析單元利用離子交換膜的選擇性使氯離子在電滲析單元濃縮區(qū)富集，電滲析單元淡水區(qū)出水進(jìn)入脫硫系統(tǒng)循環(huán)利用；所述電解單元利用復(fù)合離子膜的選擇性使氯離子在陽極產(chǎn)生氯氣。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高鹽脫硫廢水深度氧化處理系統(tǒng)，其特征在于，電催化Fenton氧化反應(yīng)單元通過平板式電極發(fā)生電催化Fenton氧化反應(yīng)；電化學(xué)催化膜反應(yīng)單元通過過濾管式膜電極發(fā)生電化學(xué)氧化反應(yīng)；電催化Fenton氧化反應(yīng)單元的陰極的出水口與電化學(xué)催化膜反應(yīng)單元的陽極的進(jìn)水口連通，電化學(xué)催化膜反應(yīng)單元的陰極的出水口與電催化Fenton氧化反應(yīng)單元的陽極進(jìn)水口連通，所述電滲析單元濃縮區(qū)的出水口與電解單元連通，所述電滲析單元淡化區(qū)出水口與脫硫系統(tǒng)連通，電催化Fenton氧化反應(yīng)單元的陽極出水口與電滲析單元淡化區(qū)進(jìn)水口連通。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高鹽脫硫廢水深度氧化處理系統(tǒng)，其特征在于，控制電催化Fenton氧化反應(yīng)單元中Fe2+的濃度保持在16.8～28mg/L。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高鹽脫硫廢水深度氧化處理系統(tǒng)，其特征在于，投加的H2O2的初始質(zhì)量濃度與COD的質(zhì)量濃度的比例為1.8～2.2:1。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高鹽脫硫廢水深度氧化處理系統(tǒng)，其特征在于，電催化Fenton氧化反應(yīng)單元的平板式電極的陰極、陽極均為板式多孔復(fù)合型電極，且陰極、陽極材料均為利用鐵粉和稀土金屬壓制、利用粉末冶金技術(shù)進(jìn)行燒結(jié)制成。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種高鹽脫硫廢水深度氧化處理系統(tǒng)，其特征在于，稀土金屬選用金屬鐠；鐵粉與金屬鐠的質(zhì)量比為1:0.12～0.2。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高鹽脫硫廢水深度氧化處理系統(tǒng)，其特征在于，電化學(xué)催化膜反應(yīng)單元通過過濾管式膜電極的陰極為管式不銹鋼殼體、陽極為管式多孔膜電極，陽極材料均為利用納米鈦基體粉末壓制、利用粉末冶金技術(shù)進(jìn)行燒結(jié)制成。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種高鹽脫硫廢水深度氧化處理系統(tǒng)，其特征在于，納米鈦基體選用納米氧化鈦。
9.根據(jù)權(quán)利要求1～8任一項(xiàng)所述的一種高鹽脫硫廢水深度氧化處理系統(tǒng)，其特征在于，所述高鹽脫硫廢水深度氧化處理系統(tǒng)的深度處理方法，包括以下步驟：(1)高鹽脫硫廢水進(jìn)入電催化Fenton氧化反應(yīng)單元，電解產(chǎn)生Fe2+，投加H2O2，開啟電化學(xué)催化膜反應(yīng)單元，電催化Fenton氧化反應(yīng)單元、電化學(xué)催化膜反應(yīng)單元形成循環(huán)，共同運(yùn)行一段時間后，關(guān)閉電催化Fenton氧化反應(yīng)單元的電源，電催化Fenton氧化反應(yīng)單元、電化學(xué)催化膜反應(yīng)單元保持循環(huán)，對脫硫廢水中的COD進(jìn)行循環(huán)處理8～10h；(2)此時步驟(1)中處理后的脫硫廢水使COD濃度小于150mg/L，電催化Fenton氧化反應(yīng)單元出水進(jìn)入電滲析單元，對脫硫廢水中的鹽度進(jìn)行濃縮富集處理；(3)當(dāng)步驟(2)中處理的脫硫廢水中電滲析單元淡水區(qū)的氯離子濃度小于2000mg/L后，富集氯離子的電滲析單元濃縮區(qū)出水進(jìn)入電解單元，對富含的氯離子利用電解法制成次氯酸鈉溶液，電滲析單元淡水區(qū)出水進(jìn)入脫硫系統(tǒng)再利用。
發(fā)明內(nèi)容
針對上述現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本發(fā)明提供一種高鹽脫硫廢水深度氧化處理系統(tǒng)。
為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：一種高鹽脫硫廢水深度氧化處理系統(tǒng)，該深度氧化處理系統(tǒng)包括電催化Fenton氧化反應(yīng)單元、電化學(xué)催化膜反應(yīng)單元、電滲析單元以及電解單元，所述電催化Fenton氧化反應(yīng)單元、電滲析單元、電解單元依次串聯(lián)，電催化Fenton氧化反應(yīng)單元與電化學(xué)催化膜反應(yīng)單元并聯(lián)形成循環(huán)，電滲析單元還與脫硫系統(tǒng)串聯(lián)；
所述電催化Fenton氧化反應(yīng)單元通過平板式電極發(fā)生電催化Fenton氧化反應(yīng)，所述電化學(xué)催化膜反應(yīng)單元通過過濾管式膜電極發(fā)生電化學(xué)氧化反應(yīng)，使Fe2+循環(huán)利用，促進(jìn)Fe2+催化H2O2產(chǎn)生的·OH將有機(jī)物礦化為CO2和H2O；
所述電滲析單元利用離子交換膜的選擇性使氯離子在電滲析單元濃縮區(qū)富集，富集氯離子的廢水在電解單元電解使氯離子制成氯氣，用于生產(chǎn)次氯酸鈉溶液，可用于循環(huán)水系統(tǒng)的消毒，電滲析單元淡水區(qū)的出水進(jìn)入脫硫系統(tǒng)循環(huán)利用。
其中，所述電催化Fenton氧化反應(yīng)單元通過平板式電極發(fā)生電催化Fenton氧化，使陽極產(chǎn)生的Fe2+在陰極與H2O2反應(yīng)產(chǎn)生·OH，·OH將有機(jī)物為低分子有機(jī)酸、CO2、H2O；
其中，所述電化學(xué)催化膜反應(yīng)單元通過過濾管式膜電極發(fā)生電化學(xué)氧化反應(yīng)，使陽極發(fā)生氧化反應(yīng)將低分子有機(jī)酸與Fe2+、Fe3+形成的絡(luò)合物礦化為CO2和H2O，釋放的Fe2+、Fe3+，同時Fe3+在陰極還原產(chǎn)生Fe2+，Fe2+進(jìn)入電催化Fenton氧化反應(yīng)單元參與反應(yīng)，實(shí)現(xiàn)Fe2+循環(huán)利用；
優(yōu)選地，電催化Fenton氧化反應(yīng)單元的陰極的出水口與電化學(xué)催化膜反應(yīng)單元的陽極的進(jìn)水口連通，電化學(xué)催化膜反應(yīng)單元的陰極的出水口與電催化Fenton氧化反應(yīng)單元的陽極進(jìn)水口連通，使Fe2+得到循壞利用，降低了芬頓反應(yīng)鐵泥產(chǎn)量，延長陰陽電極的使用壽命。
優(yōu)選地，電滲析單元利用離子交換膜的選擇性使氯離子離子在濃縮區(qū)富集，電滲析單元濃縮區(qū)出水口與電解單元進(jìn)水口連通，電滲析單元的淡化區(qū)出水口與脫硫系統(tǒng)進(jìn)水口連通，電催化Fenton氧化反應(yīng)單元的陽極出水口與電滲析單元的淡化區(qū)進(jìn)水口連通。
優(yōu)選地，電解單元利用復(fù)合離子膜的選擇性使氯離子在陽極產(chǎn)生氯氣，在陰極產(chǎn)生氫氧離子和氫氣，使用氯氣與氫氧鈉溶液反應(yīng)產(chǎn)生次氯酸鈉溶液，可用于循環(huán)水系統(tǒng)的消毒。
優(yōu)選地，電催化Fenton氧化反應(yīng)單元的平板式電極的陰極、陽極均為板式多孔復(fù)合型電極，且陰極、陽極材料均為利用鐵粉和稀土金屬壓制、利用粉末冶金技術(shù)進(jìn)行燒結(jié)制成。
其中，稀土金屬選用金屬鐠；鐵粉與金屬鐠的質(zhì)量比為1:0.12～0.2。
其中，多孔復(fù)合型電極的孔徑為25～35μm。
優(yōu)選地，電化學(xué)催化膜反應(yīng)單元通過過濾管式膜電極的陰極為管式不銹鋼殼體、陽極為管式多孔膜電極，陽極材料均為利用納米鈦基體粉末壓制、利用粉末冶金技術(shù)進(jìn)行燒結(jié)制成。
其中，納米鈦基體選用納米氧化鈦。
其中，管式多孔膜電極的孔徑為15～20μm。
其中，電催化Fenton氧化反應(yīng)單元的平板式電極的陰極、陽極之間的距離為2cm，電流控制在12～16mA；電化學(xué)催化膜反應(yīng)單元的過濾管式膜電極的陰極、陽極之間的距離為1.4cm，電流控制在12～16mA。
優(yōu)選地，所述高鹽脫硫廢水深度氧化處理系統(tǒng)的深度處理方法，包括以下步驟：
(1)高鹽脫硫廢水進(jìn)入電催化Fenton氧化反應(yīng)單元，電解產(chǎn)生Fe2+后，投加H2O2，開啟電化學(xué)催化膜反應(yīng)單元，電催化Fenton氧化反應(yīng)單元、電化學(xué)催化膜反應(yīng)單元形成循環(huán)，共同運(yùn)行一段時間后，關(guān)閉電催化Fenton氧化反應(yīng)單元的電源，電催化Fenton氧化反應(yīng)單元、電化學(xué)催化膜反應(yīng)單元保持循環(huán)，對脫硫廢水中的COD進(jìn)行循環(huán)處理8～10h；
(2)此時步驟(1)中處理后的脫硫廢水使COD濃度小于150mg/L，電催化Fenton氧化反應(yīng)單元出水進(jìn)入電滲析單元，對脫硫廢水中的鹽度進(jìn)行濃縮富集處理；
(3)當(dāng)步驟(2)中處理的脫硫廢水中電滲析單元淡水區(qū)氯離子濃度小于2000mg/L后，富集氯離子的電滲析單元濃縮區(qū)出水進(jìn)入電解單元，對富含的氯離子利用電解法制成次氯酸鈉溶液，可用于循環(huán)水系統(tǒng)的消毒，電滲析單元淡水區(qū)出水進(jìn)入脫硫系統(tǒng)再利用。
其中，控制電催化Fenton氧化反應(yīng)單元中Fe2+的濃度保持在16.8～28mg/L。
其中，投加的H2O2的初始質(zhì)量濃度與COD的質(zhì)量濃度的比例為1.8～2.2:1。
本發(fā)明的有益效果：1、本發(fā)明的高鹽脫硫廢水深度氧化處理系統(tǒng)通過電催化Fenton氧化反應(yīng)單元并聯(lián)電化學(xué)催化膜反應(yīng)單元，電催化Fenton氧化反應(yīng)單元、電滲析單元依次串聯(lián)，滲析單元串聯(lián)電解單元，各單元相互協(xié)作，實(shí)現(xiàn)廢水在脫硫制漿的循環(huán)利用，且最終實(shí)現(xiàn)水中的COD、鹽度達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)。
2、本發(fā)明將電催化Fenton氧化反應(yīng)單元并聯(lián)電化學(xué)催化膜反應(yīng)單元進(jìn)行循環(huán)處理，實(shí)現(xiàn)亞鐵離子的循環(huán)利用，有效促進(jìn)Fenton氧化的進(jìn)行，提高電化學(xué)氧化效率；而且電催化Fenton氧化反應(yīng)單元、電化學(xué)催化膜反應(yīng)單元的協(xié)同，大大降低傳統(tǒng)Fenton氧化反應(yīng)的鐵泥產(chǎn)量，在溫和條件下實(shí)現(xiàn)COD可持續(xù)降解。
3、本發(fā)明同時利用以鐵粉和鐠制成的多孔復(fù)合型電極，以及利用納米氧化鈦粉末壓制的管式多孔膜電極，通過控制通電時間和電流密度，能夠?qū)崿F(xiàn)Fe2+濃度可控性。
4、本發(fā)明同時利用電滲析單元降低廢水中的鹽度，能夠使低鹽水質(zhì)在脫硫系統(tǒng)的循環(huán)利用，同時可以回收氯離子利用電解單元制備氯氣，該氯氣制備次氯酸鈉溶液，可用于循環(huán)水系統(tǒng)的消毒。
5、本發(fā)明針對現(xiàn)有的單一處理技術(shù)很難使高鹽脫硫廢水達(dá)到水質(zhì)排放要求，且在氧化效果、生物活性、污染物殘留等方面存在瓶頸，本發(fā)明合理采用多種技術(shù)耦合聯(lián)用、協(xié)同處理，使高鹽脫硫廢水的COD能夠有效處理，使處理后的水質(zhì)能夠在脫硫系統(tǒng)的循環(huán)利用，實(shí)現(xiàn)脫硫廢水的零排放。
（發(fā)明人：孔維維）
