公布日：2023.10.13

申請(qǐng)日：2023.08.18

分類(lèi)號(hào)：C02F1/467(2023.01)I;C02F1/72(2023.01)I;C02F1/66(2023.01)I;C01B25/37(2006.01)I;C02F101/30(2006.01)N

摘要

本發(fā)明提供了一種同步實(shí)現(xiàn)有機(jī)磷酸廢水磷去除和回收的類(lèi)電芬頓處理系統(tǒng)，屬于水污染控制領(lǐng)域，解決了傳統(tǒng)芬頓工藝降解有機(jī)磷酸效能低且易受基質(zhì)Cl-抑制干擾的難題，類(lèi)電芬頓過(guò)程中Cl-向活性物種HClO和FeIVO2+的轉(zhuǎn)化，實(shí)現(xiàn)了基質(zhì)廢物的有益利用。所述類(lèi)電芬頓處理系統(tǒng)由pH調(diào)節(jié)區(qū)和類(lèi)電芬頓反應(yīng)區(qū)組成，所述pH調(diào)節(jié)區(qū)包括pH調(diào)節(jié)池、酸/堿加藥箱和pH控制器，所述類(lèi)電芬頓反應(yīng)區(qū)包括芬頓反應(yīng)池、Fe源/氯化鈉加藥箱、電極板、電源以及沉淀導(dǎo)管。采用所述類(lèi)電芬頓系統(tǒng)處理有機(jī)磷酸廢水，可使有機(jī)結(jié)合磷高效降解為正磷，同步實(shí)現(xiàn)富營(yíng)養(yǎng)化污染物有機(jī)磷酸以磷酸鐵形式回收。該類(lèi)電芬頓系統(tǒng)為有機(jī)磷酸廢水處理提供了可行方案。

權(quán)利要求書(shū)

1.一種同步實(shí)現(xiàn)有機(jī)磷酸廢水磷去除和回收的類(lèi)電芬頓處理系統(tǒng)，包括pH調(diào)節(jié)區(qū)和類(lèi)電芬頓反應(yīng)區(qū)，其特征在于：所述pH調(diào)節(jié)區(qū)包括pH調(diào)節(jié)池、pH調(diào)節(jié)池進(jìn)水口、pH調(diào)節(jié)池加藥箱、pH控制器、pH調(diào)節(jié)池隔板和pH調(diào)節(jié)池?cái)嚢杵鳎凰��?/span>pH調(diào)節(jié)池進(jìn)水口通過(guò)泵機(jī)接收有機(jī)磷酸廢水；所述pH調(diào)節(jié)池加藥箱和所述pH控制器均與pH調(diào)節(jié)池連通；所述pH調(diào)節(jié)池隔板置于pH調(diào)節(jié)池出水端左側(cè)；所述類(lèi)電芬頓反應(yīng)區(qū)包括芬頓反應(yīng)池、芬頓反應(yīng)池進(jìn)水口、電源、陽(yáng)極板、陰極板、芬頓反應(yīng)池加藥箱、芬頓反應(yīng)池?cái)嚢杵鳌⒊恋韺?dǎo)管、沉淀出口、芬頓反應(yīng)池隔板和排水口；所述芬頓反應(yīng)池底部設(shè)計(jì)為錐形斗狀；所述芬頓反應(yīng)池進(jìn)水口通過(guò)泵機(jī)接收pH調(diào)節(jié)池出水；所述陽(yáng)極板和所述陰極板均垂直于反應(yīng)器底部平行正對(duì)排列，并通過(guò)導(dǎo)線分別與電源正極和負(fù)極相連；所述芬頓反應(yīng)池加藥箱與芬頓反應(yīng)池連通；所述沉淀導(dǎo)管使沉淀物與沉淀出口連通；所述芬頓反應(yīng)池隔板置于排水口左側(cè)；所述排水口使芬頓反應(yīng)池已處理廢水通過(guò)泵機(jī)排出。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的類(lèi)電芬頓處理系統(tǒng)，其特征在于：所述陽(yáng)極板為鈦基底表面涂覆氧化釕銥電極，所述陰極板為不銹鋼電極。

3.采用權(quán)利要求1-2的類(lèi)電芬頓系統(tǒng)處理有機(jī)磷酸廢水的類(lèi)電芬頓方法，其特征在于，具體包含以下步驟：(1)有機(jī)磷酸廢水通過(guò)所述pH調(diào)節(jié)池進(jìn)水口泵入pH調(diào)節(jié)池，通過(guò)所述pH調(diào)節(jié)池加藥箱和所述pH控制器通過(guò)投加酸/堿調(diào)控溶液pH，于所述pH調(diào)節(jié)池?cái)嚢杵鲾嚢柘率顾巹┡c廢水充分混合；(2)pH調(diào)節(jié)池內(nèi)有機(jī)磷酸出水通過(guò)所述芬頓反應(yīng)池進(jìn)水口泵入芬頓反應(yīng)池，經(jīng)芬頓反應(yīng)池加藥箱投加硫酸亞鐵/氯化鈉，接通所述電源于所述芬頓反應(yīng)池?cái)嚢杵鲾嚢柘麻_(kāi)啟類(lèi)電芬頓反應(yīng)，處理達(dá)標(biāo)后廢水通過(guò)所述排水口排出，沉淀物通過(guò)所述沉淀導(dǎo)管由所述沉淀出口排出。

4.采用權(quán)利要求1-2的類(lèi)電芬頓系統(tǒng)處理有機(jī)磷酸廢水的類(lèi)電芬頓方法，其特征在于：所述有機(jī)磷酸廢水進(jìn)行類(lèi)電芬頓反應(yīng)前，廢水pH值要求為3.5，含鹽量(以NaCl計(jì))要求為28.2-225.7mM，Fe(II)/有機(jī)磷酸摩爾比要求為18.2:1。

5.采用權(quán)利要求1-2的類(lèi)電芬頓系統(tǒng)處理有機(jī)磷酸廢水的類(lèi)電芬頓方法，其特征在于：所述有機(jī)磷酸廢水類(lèi)電芬頓過(guò)程電流密度要求為4.3-21.3mA/cm2。

6.采用權(quán)利要求1-2的類(lèi)電芬頓系統(tǒng)處理有機(jī)磷酸廢水的類(lèi)電芬頓方法，其特征在于：所述磷回收為有機(jī)磷酸轉(zhuǎn)化為沉淀物中具有商用價(jià)值的正磷而被回收。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)現(xiàn)有的技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明的目的在于提供一種有機(jī)磷酸廢水高效降解并同步磷回收的類(lèi)電芬頓處理系統(tǒng)和方法。該系統(tǒng)處理含鹽有機(jī)磷酸廢水，可實(shí)現(xiàn)HClO、FeIVO2+和1O2的高效生成和有效利用，顯著提高有機(jī)磷酸轉(zhuǎn)化為正磷效率，且生成磷酸鐵沉淀使得富營(yíng)養(yǎng)化污染物有機(jī)磷酸最終以正磷形式回收。

基于上述目的，本發(fā)明一方面在于提供一種用于處理有機(jī)磷酸廢水的類(lèi)電芬頓系統(tǒng)，包括pH調(diào)節(jié)區(qū)和類(lèi)電芬頓反應(yīng)區(qū)。

所述pH調(diào)節(jié)區(qū)前端連通有機(jī)磷酸廢水進(jìn)水口，經(jīng)所述pH調(diào)節(jié)池加藥箱投加酸/堿由所述pH控制器監(jiān)測(cè)廢水pH，以滿足所述芬頓反應(yīng)池中類(lèi)電芬頓反應(yīng)運(yùn)行的初始pH要求，所述pH調(diào)節(jié)池隔板設(shè)置于pH調(diào)節(jié)池廢水出水端左側(cè)以改變水流方向，緩沖進(jìn)水。

所述類(lèi)電芬頓反應(yīng)區(qū)前端設(shè)置進(jìn)水口，與所述pH調(diào)節(jié)區(qū)連通，后端分別設(shè)置排水口和沉淀出口，錐形斗的設(shè)計(jì)以便于磷沉淀回收。所述類(lèi)電芬頓反應(yīng)區(qū)單獨(dú)設(shè)置亞鐵/氯化鈉供給裝置，根據(jù)有機(jī)磷酸廢水水質(zhì)參數(shù)確定其供給量，為Fe(II)/HClO類(lèi)電芬頓反應(yīng)提供亞鐵催化劑和氯化鈉。所述電源正極和負(fù)極分別連接鈦基底表面涂覆氧化釕銥的陽(yáng)極板和不銹鋼陰極板，通過(guò)調(diào)節(jié)適宜的電流強(qiáng)度，以滿足類(lèi)電芬頓反應(yīng)的運(yùn)行需求。所述芬頓反應(yīng)池隔板設(shè)置于排水口左側(cè)以利于類(lèi)芬頓反應(yīng)進(jìn)行和沉淀物沉降。

本發(fā)明另一方面在于提供采用所述類(lèi)電芬頓系統(tǒng)處理有機(jī)磷酸廢水的類(lèi)電芬頓方法，具體包括：

所述類(lèi)電芬頓系統(tǒng)處理有機(jī)磷酸廢水的含鹽量以氯化鈉計(jì)，氯化鈉的濃度范圍優(yōu)選為28.2-225.7mM，氯離子廣泛存在于有機(jī)磷酸賦存廢水，如：有機(jī)磷酸生產(chǎn)廢水和紡織印染廢水等，當(dāng)廢水中自有Cl-含量可滿足類(lèi)電芬頓反應(yīng)要求，則無(wú)需外加氯化鈉。

在進(jìn)行類(lèi)電芬頓反應(yīng)前，有機(jī)磷酸廢水的初始pH優(yōu)選為3.5，向類(lèi)電芬頓反應(yīng)區(qū)外加硫酸亞鐵以催化類(lèi)電芬頓反應(yīng)的運(yùn)行，Fe(II)/有機(jī)磷酸摩爾比優(yōu)選為18.2:1。

所述類(lèi)電芬頓系統(tǒng)處理有機(jī)磷酸廢水時(shí)電流密度優(yōu)選為4.3-21.3mA/cm2，隨電流密度的增加有機(jī)磷酸的降解平衡時(shí)間有效縮短。

本發(fā)明提供的有機(jī)磷酸廢水類(lèi)電芬頓處理系統(tǒng)發(fā)生類(lèi)電芬頓反應(yīng)的原理：

廢水基質(zhì)Cl-在陽(yáng)極氧化為Cl2后溶于水中快速生成HClO(式1-2)，酸性條件下與Fe(II)結(jié)合類(lèi)芬頓反應(yīng)生成FeIVO2+(式3)；不僅來(lái)源于Fe(II)，FeIVO2+也可從Fe(III)活性位點(diǎn)產(chǎn)生，由Fe(III)衍生的途徑傾向于Fe(III)與H2O2自發(fā)相互作用產(chǎn)生的

2+絡(luò)合物中O-O鍵均裂生成FeIVO2+(式4-5)；所述H2O2來(lái)源于陰極表面單電子還原O2·-的歧化反應(yīng)(式6-7)。此外Fe(II)與水中溶解氧產(chǎn)生的O2·-可進(jìn)而轉(zhuǎn)化為1O2(式8)。綜上HClO、FeIVO2+和1O2為有機(jī)磷酸高效降解的主要活性物種。堿金屬Fe的存在為正磷的沉淀回收提供活性位點(diǎn)。

本發(fā)明的有益效果在于：

本發(fā)明針對(duì)有機(jī)磷酸廢水中非正磷酸鹽的一步脫除和磷回收提出了解決方案，客服了從非正磷酸鹽中回收磷的技術(shù)挑戰(zhàn)。相比于傳統(tǒng)芬頓工藝降解有機(jī)磷酸效能低且易受基質(zhì)Cl-抑制干擾的難題，本發(fā)明提出的類(lèi)電芬頓法在運(yùn)行中將基質(zhì)廢物Cl-轉(zhuǎn)化為HClO并間接轉(zhuǎn)化為FeIVO2+氧化劑，實(shí)現(xiàn)了變廢為寶，使有機(jī)磷酸中有機(jī)結(jié)合磷轉(zhuǎn)化為正磷效率大幅提高至近90％。

進(jìn)一步，本發(fā)明提出的有機(jī)磷酸一步脫除和磷回收的類(lèi)電芬頓處理系統(tǒng)，有機(jī)磷酸最終以沉淀物中正磷形式回收，可作為生產(chǎn)磷酸鐵鋰電池、磷肥或磷酸鹽的原料以進(jìn)行有益的再利用，減少了水處理企業(yè)固廢處理成本并增加收益，向磷循環(huán)經(jīng)濟(jì)邁出了重要一步。

進(jìn)一步，本發(fā)明提出的有機(jī)磷酸一步脫除和磷回收的類(lèi)電芬頓處理系統(tǒng)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作方便、運(yùn)行成本較低、適于工程應(yīng)用。

（發(fā)明人：趙旭;孫賽楠）