一种基于管式膜电极的电催化氧化工艺

1.本发明涉及环保领域，尤其涉及污水处理技术，具体为一种基于管式膜电极的电催化氧化工艺。


背景技术：

2.化工行业作为中国一大产业，废水的排放量大，排放要求高，处理难度大。中国的化工行业污水主要来源于化工、医药、农药、染料、电镀和化学材料等精细化工产品的生产，所排放的废水具有成分复杂、毒性强及易于环境累积等特点。随着国家对污水排放标准的提高，化工企业及集中区废水处理厂排放限值执行新标准，对化工废水的提标改造深度处理和回用，也提出了新的要求。
3.管式膜电极设备是一种针对难以降解的化工类废水所开发的新型成套化装备，本成套装备由进水、主反应单元、循环系统、配电、在线仪表、控制系统等组成，其主反应单元核心部件为过滤式管式膜电极技术(tubular porous electrode,tpe)模块，创新性地将电催化氧化技术与膜过滤技术耦合，有效提高了电化学氧化效率，降低运行成本，本工艺可实现化工废水难降解污染物质预处理及深度削减，以达到化工废水达标排放、深度处理和回用的目标。
4.管式膜电极设备主要由不锈钢阴极及金属氧化物涂层微孔阳极组成，将电化学氧化和膜分离技术耦合。在外加动力作用下水流首先进入阴阳极之间的空腔，再强制穿过布满大量微孔的阳极。由于微孔阳极的孔道狭窄、不规则，极大地增加了污染物在穿过阳极孔道时与孔壁碰撞的概率，从而被高效去除。


技术实现要素：

5.本发明针对以上问题，创新性地开发了一种新型的电催化氧化工艺。本工艺是主要以管式膜电极为核心的利用电催化氧化的原理来处理污水，还可视进出水指标，将管式膜电极与芬顿反应耦合，解决“芬顿停滞”的问题，使芬顿反应的效率大大增加，从而使处理效果得以提升。本发明主要适用于以下几个场景：
6.(1)难生化处理的高有机物高氨氮废水(石化、焦化、煤化、精细化工、化工园区等)；
7.(2)现有生化出水提标(或从不达标提到达标)；
8.(3)ro浓水中有有机物和氨氮需进一步处理(进蒸发前或直接外排有要求)。
9.为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
10.一种基于管式膜电极的电催化氧化工艺，包括溶铁反应池、进水泵、管式膜电极、直流电源、循环水箱、沉淀池、产水箱、酸加药单元、过氧化氢加药单元；
11.所述溶铁反应池为pe材质的水池，内放置一定数量间距相等的铁合金极板，为芬顿反应提供一定量的二价铁离子；
12.所述的管式膜电极，外形为管状，内部结构为ti-ruo2过滤式电极、不锈钢阴极。多
支管式膜电极均匀布置在不锈钢反应器内，每个不锈钢反应器内放置3-6支管式膜电极并联排列，每个反应器为一套。每个反应器有一个进水口，一个出水口，一个循环口。其中，循环口为多支管式膜电极的阳极出水口互相连接汇集形成一个总循环口。
13.所述的直流电源，为输入交流电输出为直流电，且可以手动调整电流大小的设备。
14.所述沉淀池，ph在碱性条件下，将膜电极出水中的铁离子沉淀去除，并且其絮凝作用还可除去部分有机物等。
15.所述的酸加药的单元，使溶铁反应池维持在ph值2～3的酸性条件，目的是使溶铁反应池里的铁离子能够维持在二价铁的状态。
16.所述的过氧化氢加药的单元，是提供芬顿反应的原料h2o2。
17.进一步的，管式膜电极多个串联，以保证污水在设备内部有足够的停留时间。
18.进一步的，管式膜电极还可与芬顿反应耦合，进一步提升出水效果。
19.进一步的，所述进水泵将污水打进膜电极的动力设备。
20.进一步的，沉淀池排出的澄清水进入所述的产水箱。
21.进一步的，所述酸加药单元包括酸溶液箱、酸加药泵及管道和管道上的阀门。
22.进一步的，所述过氧化氢加药口位于膜电极的进水口处。
23.进一步的，所述沉淀池内碱性条件为的ph值在10左右。
24.与现有技术相比，本发明的有益效果是：
25.(1)本发明工艺简单，可用于高毒性、难降解化工废水；
26.(2)可根据水质来选择性电极数量，灵活多变，适应性更广。
27.(3)每个膜电极互不影响，检修时只需将单个膜电极拆除，检修、更换等更加方便。
28.(4)将电催化与芬顿反应耦合，改善电催化氧化效果的同时还可提高芬顿催化氧化的效率，使污水的处理效果更好。
附图说明
29.图1为本发明的工艺流程图；
30.图中各个标号的含义为：1-溶铁反应池；2-进水泵；3-直流电源组；4-循环水箱；5-管式膜电极组；6-酸加药的那元；7-过氧化氢加药单元；8-碱加药单元；9-沉淀池；10-产水箱；11-手动阀门组；12-管式膜电极反应器。
具体实施方式：
31.下面结合附图对本发明作详细描述：
32.如图1所示，一种基于管式膜电极的电催化氧化工艺，包括溶铁反应池、进水泵、管式膜电极、直流电源、循环水箱、沉淀池、产水箱、酸加药单元、过氧化氢加药单元；
33.所述的溶铁反应池为pe材质的水池，内放置一定数量的铁合金极板。
34.所述的铁合金极板材质主要为铁，极板上连接直流电源，且相邻两块极板分别连接电源的正极和负极。
35.所述的管式膜电极外形为管状，内部结构为ti-ruo2过滤式电极、不锈钢阴极。多支管式膜电极均匀布置在不锈钢反应器内，每个不锈钢反应器内放置3-6支管式膜电极并联排列，每个反应器为一套。每个反应器有一个进水口，一个出水口，一个循环口。其中，循
环口为多支管式膜电极的阳极出水口互相连接汇集形成一个总循环口。
36.所述的管式膜电极还可与芬顿反应耦合，进一步提升出水效果。
37.所述的直流电源可以输入交流电输出为直流电，且可以手动调整电流大小的设备。
38.所述的进水泵将污水打进膜电极的动力设备。
39.所述的沉淀池将膜电极出水中的铁离子沉淀去除。
40.所述的产水箱收集经过膜电极处理后、沉淀池排出的产水。
41.所述的酸加药单元为溶铁反应池提供ph＝3的酸性条件，使溶铁池里的铁离子维持在二价铁的状态。
42.所述的过氧化氢加药的单元为芬顿反应的原料h2o2，其加药口位于膜电极的进水管道上。
43.所述的碱加药的单元为沉淀池提供碱性条件，将水中的铁离子沉淀。
44.所述的碱性条件为ph值为10左右。
45.本发明的技术原理为：
46.污水首先进入溶铁反应池，根据有机物含量在反应池内通过调节电流的大小，控制加入的二价铁离子的含量，并在反应池内调节ph值为2～3，以维持二价铁离子的稳定。此后，含有二价铁离子的酸性废水通过进水泵泵入膜电极内部，同时过氧化氢加药口在膜电极进口处与污水混合一并进入膜电极内。在膜电极内部即发生电催化氧化反应，又发生芬顿反应。但芬顿反应会发生所谓的“反应停滞”的问题，即二价铁离子与低分子有机酸发生络合反应，导致二价铁的利用率降低。然而，膜电极内可破除二价铁离子与低分子有机酸的络合反应，因此可使芬顿反应效率大大提高。因此，在膜电极内部可以实现电催化氧化和芬顿氧化的完美耦合，达到“1 1＞2”的效果。经过膜电极反应后的出水进入沉淀池，沉淀池控制ph＝10左右，使反应后的铁离子沉淀，铁离子沉淀的同时其絮凝效果还能带走部分有机物。沉淀池内上层清水自流进入产水箱，产生的铁泥通过下部排泥口排出。