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
本發明公開了一種高鹽脫硫廢水深度氧化處理系統，包括電催化Fenton氧化反應單元、電化學催化膜反應單元、電滲析單元以及電解單元，所述電催化Fenton氧化反應單元、電滲析單元、電解單元依次串聯，電催化Fenton氧化反應單元與電化學催化膜反應單元并聯形成循環，電滲析單元還與脫硫系統串聯。本發明合理采用多種技術耦合聯用、協同處理，使高鹽脫硫廢水的COD能夠有效處理，使處理后的水質能夠在脫硫系統的循環利用，實現脫硫廢水的零排放。
權利要求書
1.一種高鹽脫硫廢水深度氧化處理系統，其特征在于，包括電催化Fenton氧化反應單元、電化學催化膜反應單元、電滲析單元以及電解單元，所述電催化Fenton氧化反應單元、電滲析單元、電解單元依次串聯，電催化Fenton氧化反應單元與電化學催化膜反應單元并聯形成循環，電滲析單元還與脫硫系統串聯；所述電催化Fenton氧化反應單元使陽極產生的Fe2+在陰極與H2O2反應產生·OH，所述電化學催化膜反應單元使陽極發生氧化絡合Fe2+和Fe3+的絡合物釋放Fe2+和Fe3+，同時Fe3+在陰極還原產生Fe2+，使Fe2+在電催化Fenton氧化反應、電化學催化膜反應單元循環；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富集，電滲析單元淡水區出水進入脫硫系統循環利用；所述電解單元利用復合離子膜的選擇性使氯離子在陽極產生氯氣。
2.根據權利要求1所述的一種高鹽脫硫廢水深度氧化處理系統，其特征在于，電催化Fenton氧化反應單元通過平板式電極發生電催化Fenton氧化反應；電化學催化膜反應單元通過過濾管式膜電極發生電化學氧化反應；電催化Fenton氧化反應單元的陰極的出水口與電化學催化膜反應單元的陽極的進水口連通，電化學催化膜反應單元的陰極的出水口與電催化Fenton氧化反應單元的陽極進水口連通，所述電滲析單元濃縮區的出水口與電解單元連通，所述電滲析單元淡化區出水口與脫硫系統連通，電催化Fenton氧化反應單元的陽極出水口與電滲析單元淡化區進水口連通。
3.根據權利要求1所述的一種高鹽脫硫廢水深度氧化處理系統，其特征在于，控制電催化Fenton氧化反應單元中Fe2+的濃度保持在16.8～28mg/L。
4.根據權利要求1所述的一種高鹽脫硫廢水深度氧化處理系統，其特征在于，投加的H2O2的初始質量濃度與COD的質量濃度的比例為1.8～2.2:1。
5.根據權利要求1所述的一種高鹽脫硫廢水深度氧化處理系統，其特征在于，電催化Fenton氧化反應單元的平板式電極的陰極、陽極均為板式多孔復合型電極，且陰極、陽極材料均為利用鐵粉和稀土金屬壓制、利用粉末冶金技術進行燒結制成。
6.根據權利要求5所述的一種高鹽脫硫廢水深度氧化處理系統，其特征在于，稀土金屬選用金屬鐠；鐵粉與金屬鐠的質量比為1:0.12～0.2。
7.根據權利要求1所述的一種高鹽脫硫廢水深度氧化處理系統，其特征在于，電化學催化膜反應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、利用粉末冶金技術進行燒結制成。
8.根據權利要求7所述的一種高鹽脫硫廢水深度氧化處理系統，其特征在于，納米鈦基體選用納米氧化鈦。
9.根據權利要求1～8任一項所述的一種高鹽脫硫廢水深度氧化處理系統，其特征在于，所述高鹽脫硫廢水深度氧化處理系統的深度處理方法，包括以下步驟：(1)高鹽脫硫廢水進入電催化Fenton氧化反應單元，電解產生Fe2+，投加H2O2，開啟電化學催化膜反應單元，電催化Fenton氧化反應單元、電化學催化膜反應單元形成循環，共同運行一段時間后，關閉電催化Fenton氧化反應單元的電源，電催化Fenton氧化反應單元、電化學催化膜反應單元保持循環，對脫硫廢水中的COD進行循環處理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氧化反應單元出水進入電滲析單元，對脫硫廢水中的鹽度進行濃縮富集處理；(3)當步驟(2)中處理的脫硫廢水中電滲析單元淡水區的氯離子濃度小于2000mg/L后，富集氯離子的電滲析單元濃縮區出水進入電解單元，對富含的氯離子利用電解法制成次氯酸鈉溶液，電滲析單元淡水區出水進入脫硫系統再利用。
發明內容
針對上述現有技術存在的問題，本發明提供一種高鹽脫硫廢水深度氧化處理系統。
為了實現上述目的，本發明采用如下技術方案：一種高鹽脫硫廢水深度氧化處理系統，該深度氧化處理系統包括電催化Fenton氧化反應單元、電化學催化膜反應單元、電滲析單元以及電解單元，所述電催化Fenton氧化反應單元、電滲析單元、電解單元依次串聯，電催化Fenton氧化反應單元與電化學催化膜反應單元并聯形成循環，電滲析單元還與脫硫系統串聯；
所述電催化Fenton氧化反應單元通過平板式電極發生電催化Fenton氧化反應，所述電化學催化膜反應單元通過過濾管式膜電極發生電化學氧化反應，使Fe2+循環利用，促進Fe2+催化H2O2產生的·OH將有機物礦化為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，用于生產次氯酸鈉溶液，可用于循環水系統的消毒，電滲析單元淡水區的出水進入脫硫系統循環利用。
其中，所述電催化Fenton氧化反應單元通過平板式電極發生電催化Fenton氧化，使陽極產生的Fe2+在陰極與H2O2反應產生·OH，·OH將有機物為低分子有機酸、CO2、H2O；
其中，所述電化學催化膜反應單元通過過濾管式膜電極發生電化學氧化反應，使陽極發生氧化反應將低分子有機酸與Fe2+、Fe3+形成的絡合物礦化為CO2和H2O，釋放的Fe2+、Fe3+，同時Fe3+在陰極還原產生Fe2+，Fe2+進入電催化Fenton氧化反應單元參與反應，實現Fe2+循環利用；
優選地，電催化Fenton氧化反應單元的陰極的出水口與電化學催化膜反應單元的陽極的進水口連通，電化學催化膜反應單元的陰極的出水口與電催化Fenton氧化反應單元的陽極進水口連通，使Fe2+得到循壞利用，降低了芬頓反應鐵泥產量，延長陰陽電極的使用壽命。
優選地，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富集，電滲析單元濃縮區出水口與電解單元進水口連通，電滲析單元的淡化區出水口與脫硫系統進水口連通，電催化Fenton氧化反應單元的陽極出水口與電滲析單元的淡化區進水口連通。
優選地，電解單元利用復合離子膜的選擇性使氯離子在陽極產生氯氣，在陰極產生氫氧離子和氫氣，使用氯氣與氫氧鈉溶液反應產生次氯酸鈉溶液，可用于循環水系統的消毒。
優選地，電催化Fenton氧化反應單元的平板式電極的陰極、陽極均為板式多孔復合型電極，且陰極、陽極材料均為利用鐵粉和稀土金屬壓制、利用粉末冶金技術進行燒結制成。
其中，稀土金屬選用金屬鐠；鐵粉與金屬鐠的質量比為1:0.12～0.2。
其中，多孔復合型電極的孔徑為25～35μm。
優選地，電化學催化膜反應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、利用粉末冶金技術進行燒結制成。
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；電化學催化膜反應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。
優選地，所述高鹽脫硫廢水深度氧化處理系統的深度處理方法，包括以下步驟：
(1)高鹽脫硫廢水進入電催化Fenton氧化反應單元，電解產生Fe2+后，投加H2O2，開啟電化學催化膜反應單元，電催化Fenton氧化反應單元、電化學催化膜反應單元形成循環，共同運行一段時間后，關閉電催化Fenton氧化反應單元的電源，電催化Fenton氧化反應單元、電化學催化膜反應單元保持循環，對脫硫廢水中的COD進行循環處理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氧化反應單元出水進入電滲析單元，對脫硫廢水中的鹽度進行濃縮富集處理；
(3)當步驟(2)中處理的脫硫廢水中電滲析單元淡水區氯離子濃度小于2000mg/L后，富集氯離子的電滲析單元濃縮區出水進入電解單元，對富含的氯離子利用電解法制成次氯酸鈉溶液，可用于循環水系統的消毒，電滲析單元淡水區出水進入脫硫系統再利用。
其中，控制電催化Fenton氧化反應單元中Fe2+的濃度保持在16.8～28mg/L。
其中，投加的H2O2的初始質量濃度與COD的質量濃度的比例為1.8～2.2:1。
本發明的有益效果：1、本發明的高鹽脫硫廢水深度氧化處理系統通過電催化Fenton氧化反應單元并聯電化學催化膜反應單元，電催化Fenton氧化反應單元、電滲析單元依次串聯，滲析單元串聯電解單元，各單元相互協作，實現廢水在脫硫制漿的循環利用，且最終實現水中的COD、鹽度達到排放標準。
2、本發明將電催化Fenton氧化反應單元并聯電化學催化膜反應單元進行循環處理，實現亞鐵離子的循環利用，有效促進Fenton氧化的進行，提高電化學氧化效率；而且電催化Fenton氧化反應單元、電化學催化膜反應單元的協同，大大降低傳統Fenton氧化反應的鐵泥產量，在溫和條件下實現COD可持續降解。
3、本發明同時利用以鐵粉和鐠制成的多孔復合型電極，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，能夠實現Fe2+濃度可控性。
4、本發明同時利用電滲析單元降低廢水中的鹽度，能夠使低鹽水質在脫硫系統的循環利用，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，可用于循環水系統的消毒。
5、本發明針對現有的單一處理技術很難使高鹽脫硫廢水達到水質排放要求，且在氧化效果、生物活性、污染物殘留等方面存在瓶頸，本發明合理采用多種技術耦合聯用、協同處理，使高鹽脫硫廢水的COD能夠有效處理，使處理后的水質能夠在脫硫系統的循環利用，實現脫硫廢水的零排放。
（發明人：孔維維）
