铁碳内电解FENTON氧化电解电催化氧化法联合处理废水的方法及装置.pdf

本发明涉及一种铁碳内电解-Fenton氧化-电解电催化氧化法联合处理废水的方法及装置，采用铁碳内电解-Fenton氧化-电解电催化氧化，废水先在铁碳内电解填料塔内进行铁碳内电解再进行Fenton法处理，使铁碳内电解后溶液中剩余的Fe2+得到充分氧化反应，再进行电解催化氧化反应使废水中的杂环有机物彻底分解。无二次污染，可高效降解高盐废水中各类有机物，COD去除率可达到75％以上，可生化性BOD5/CODcr从0.03提高至0.3以上，可生化性显著提高，且出水中盐分低、色度小、氨氮含量低。

权利要求书
1.  一种铁碳内电解-Fenton氧化-电解电催化氧化联合工艺处理废水的方法，其特征在于：采用铁碳内电解-Fenton氧化-电解电催化氧化，废水先在铁碳内电解填料塔内进行铁碳内电解再进行Fenton法处理，使铁碳内电解后溶液中剩余的Fe2+得到充分氧化反应，再进行电解催化氧化反应使废水中的杂环有机物彻底分解。

2.  如权利要求1所述的铁碳内电解-Fenton氧化-电解电催化氧化法联合处理废水的方法，其特征在于：所述的废水的COD含量为31000-40000mg/L，BOD/COD小于0.1，含有吡啶、氰化物、烷烃类、苯醌类、咪唑酮类有机物。

3.  如权利要求1所述的铁碳内电解-Fenton氧化-电解电催化氧化法联合处理废水的方法，其特征在于：铁碳内电解填料塔内是以铁碳催化剂颗粒混合填充；所述的铁碳催化剂体积比为1:3-8。

4.  如权利要求1所述的铁碳内电解-Fenton氧化-电解电催化氧化法联合处理废水的方法，其特征在于：电解催化氧化反应中，阳极电极采用钛基稀土金属氧化物掺杂材料，掺杂的稀土金属氧化物材料为Ta、Bi、Pr中两种或两种以上任意比例掺杂复合。

5.  如权利要求1所述的铁碳内电解-Fenton氧化-电解电催化氧化法联合处理废水的方法，其特征在于：Fenton试剂是由Fe2+离子和H2O2组成。

6.  应用于权利要求1~5任一所述的铁碳内电解-Fenton氧化-电解电催化氧化法联合处理废水的方法中的装置，其特征在于：主要由铁碳内电解填料塔、Fenton池、电解池、出水混凝沉淀池和出水池串联。

7.  如权利要求6所述的应用于铁碳内电解-Fenton氧化-电解电催化氧化法联合处理废水的方法中的装置，其特征在于：还设有曝气装置气泵，气泵与铁碳内电解填料塔相连。

说明书铁碳内电解-Fenton氧化-电解电催化氧化法联合处理废水的方法及装置
技术领域
本发明涉及废水处理技术领域，特指应用铁碳内电解-Fenton氧化-电解电催化氧化法联合处理 含有吡啶、氰化物、烷烃类、苯醌类、咪唑酮类、高盐分废水的一种复合处理方法。
背景技术
全国工业每年排放的废水约为1亿t。废水具有有机物浓度高，毒性大，污染物成分复杂，难 生物降解物质多，水质、水量常有波动等特点。其中已进行处理的占总量的7％，处理达标的仅占已 处理的1％。这些废水排入江河水体，直接造成环境总磷、氨氮等超标，使水体富营养化，藻类植 物大量繁殖。另外有些含高毒农药及酚、氰等化合物的废水排放，不仅严重地破坏了水体生态，而 且对人类的生存环境构成了极大的威胁。
铁碳内电解氧化的基本原理为低电位的Fe与高电位的C在废水中产生电位差，具有一定导电性 的废水充当电解质，形成无数的微小原电池，产生了电极反应，由此引发的一系列反应。
Fenton法是研究最为广泛的一种工艺。Fenton试剂是由H2O2和Fe2+混合后得到的一种强氧化剂。 通过在足够低的pH条件下(2～5)，Fe2+与H2O2作用，生成羟自由基·OH而进行的游离基反应氧化有 机物。
电解电催化氧化法主要是电解池中的电极在外电场下阳极发生氧化反应和阴极发生还原反应， 利用电极产生的活性羟基自由基氧化有机物，利用阴极还原水中的溶解氧还原产生H2O2，在亚铁离 子的催化作用下，发生“类Fenton”效应，降解废水中有机污染物，将能大大提高电流效率，降低 处理成本。
这三种废水处理方法已得到普遍研究，但各自存在一些缺点，限制了废水处理的实际应用。针 对含有吡啶、氰化物、烷烃类、苯醌类、咪唑酮类、高盐分废水的特点，采用将铁碳内电解法、Fenton 氧化法和电解电催化氧化法三种方法串联起来，取长补短，共同作用，可以高效处理废水。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中存在的不足，结合废水的性质，提供一种铁碳内电解-Fenton 氧化-电解电催化氧化法联合处理废水的方法及装置，可以高效处理难降解废水。
本发明的技术方案为：一种铁碳内电解-Fenton氧化-电解电催化氧化联合工艺处理废水的方法， 采用铁碳内电解-Fenton氧化-电解电催化氧化，废水先在铁碳内电解填料塔内进行铁碳内电解再进 行Fenton法处理，使铁碳内电解后溶液中剩余的Fe2+得到充分氧化反应，再进行电解催化氧化反应 使废水中的杂环有机物彻底分解。
所述的废水的COD含量为31000-40000mg/L，BOD/COD小于0.1，含有吡啶、氰化物、烷烃类、 苯醌类、咪唑酮类有机物。
铁碳内电解填料塔内是以铁碳催化剂颗粒混合填充；所述的铁碳催化剂体积比为1:3-8。
电解催化氧化反应中，阳极电极采用钛基稀土金属氧化物掺杂材料，掺杂的稀土金属氧化物材 料为Ta、Bi、Pr中两种或两种以上任意比例掺杂复合。
Fenton试剂是由Fe2+离子和H2O2组成。
应用于所述的铁碳内电解-Fenton氧化-电解电催化氧化法联合处理废水的方法中的装置，主要 由铁碳内电解填料塔、Fenton池、电解池、出水混凝沉淀池和出水池串联。
还设有曝气装置气泵，气泵与铁碳内电解填料塔相连。
所述的铁碳内电解-Fenton氧化-电解电催化氧化法联合处理废水的反应均在常温、常压下进行。
有益效果：
1.本发明公开了铁碳内电解-Fenton氧化-电解电催化氧化联合工艺技术处理废水法。
2.开发出的铁碳内电解-Fenton氧化-电解电催化氧化联合工艺技术再经混凝沉淀工 艺具有高效的降解作用，针对含有难降解的大分子有毒有害有机物、杂环类，高 COD的废水处理效果出色，无二次污染,出水COD去除率到达75％以上，BOD5/CODcr从0.1以下可达到0.3以上，可生化性大大提高。
3.操作可行，整个反应均在常温、常压条件下进行，节约资源，产生的废渣亚铁离 子可进行循环利用。
附图说明
图1为本发明流程示意图。
其中，1为废水池，2为气泵，3为铁碳内电解填料塔，4为Fenton池，5为电解池，6为出水混凝 沉淀池，7为出水池。
具体实施方式
本发明铁碳内电解-Fenton氧化-电解电催化氧化处理废水的方法，废水盐分高，含有吡啶、氰 化物、烷烃类、苯醌类、咪唑酮类有机物，毒性大、色度高、COD高，BOD/COD低，可生化性差。包 括铁碳内电解、Fenton氧化和电解电催化氧化三部分组成，先将废水进行内电解处理，再进行Fenton 氧化处理，最后进行电解。
将三种方法串联起来组成完整工艺处理废水，可以处理含多种该类有机类物质的废水。Fe/C内 电解过程通过原电池反应中由电位差引起的腐蚀反应和铁的羟基络合物作用，使有机物发生断裂、 开环等作用；无需再添加亚铁盐，产生的Fe2+和加入的H2O2形成Fenton试剂，产生大量具有强氧化 能力的羟基自由基，诱发链反应，再通过电解电催化过程中催化性能出色的金属氧化物电极，产生 具有强氧化能力的羟基自由基或超氧自由基，活泼的自由基与一些有机物发生电化学作用，可对该 类废水完全高效降解，
所述的设备中加曝气装置一方面不断补充氧气，氧化有机物，另一方面起到与搅拌相同作用， 避免铁屑结块。
内电解填充颗粒由不同铁碳比的颗粒物混合组成；电解的阴极采用不锈钢电极，阳极采用钛基 Ta、Bi、Pr等两种或两种以上稀土金属氧化物掺杂复合材料。
实施例1
1.将1L初始COD含量为32000mg/L，BOD/COD小于0.1的废水由气泵打入内电解填料塔中，填料使用自 制的铁碳体积比为1:1的混合颗粒物，调节pH到2.5，曝气，处理完毕后；经Fenton池,加入20g H2O2溶液,调节pH至2进行氧化反应，反应完毕后；进入电解池进行电解氧化，电解阳极材料采用自己制 作的钛基掺杂Pr金属氧化物材料，制备方法参考Z.He,C.Huang,Q.Wang,Z.Jiang,J.Chen,S.Song, Int.J.Electrochem.Sci.6(2011)4341–4354.。控制电流密度，电解电压，调节好电解工艺，处理完毕； 调节pH至8.5，经出水混凝沉淀池混凝沉淀工艺处理完毕经过出水池排出。出水的COD含量为9000mg/L， COD去除率为71.8％，BOD/COD为0.35。
实施例2
将1L初始COD含量为33000mg/L，BOD/COD小于0.1的废水由气泵打入内电解填料塔中，填料使用自制的 铁碳体积比为1:2.5的混合颗粒物，调节pH到2.5，曝气，处理完毕后；经Fenton氧化过程,加入20g H2O2溶液,调节pH至3，反应完毕后；进行电解，电解阳极材料采用自己制作的钛基掺杂Bi金属氧化物材 料，制备方法参考C.A.Martínez-Huitle,E.Brillas,Appl.Catal.B:Environ.87(2009)105–145.。控制 电流密度，电解电压，调节好电解工艺，处理完毕；调节pH至8，混凝沉淀工艺处理完毕。出水的COD 含量为8200mg/L，COD去除率为75.2％，BOD/COD为0.38。
实施例3
将1L初始COD含量为34000mg/L，BOD/COD小于0.1的废水由气泵打入内电解填料塔中，填料使用自制的 铁碳体积比为1:5的混合颗粒物，调节pH到2.5，曝气，处理完毕后；经Fenton氧化过程,加入20g H2O2 溶液,调节pH至6，反应完毕后；进行电解，电解阳极材料采用自己制作的钛基掺杂Ta金属氧化物、 Pr金属氧化物材料，制备方法参考G.Chen,Sep.Purif.Technol.38(2004)11–41.，Ta金属氧化物和 Pr金属氧化物质量比为2:1。控制电流密度，电解电压，调节好电解工艺，处理完毕；调节pH至8.5， 混凝沉淀工艺处理完毕。出水的COD含量为7400mg/L，COD去除率为78.2％，BOD/COD为0.48。
实施例4
将1L初始COD含量为35000mg/L，BOD/COD小于0.1的废水由气泵打入内电解填料塔中，填料使用自制的 铁碳体积比为1:5的混合颗粒物，调节pH到2.5，曝气，处理完毕后；经Fenton氧化过程,加入10g H2O2溶液,调节pH至3，反应完毕后；进行电解，电解阳极材料采用自己制作的钛基掺杂Ta金属氧化物材 料，制备方法参考C.A.Martínez-Huitle,S.Ferro,Chem.Soc.Rev.35(2006)1324–1340.。控制电流密度， 电解电压，调节好电解工艺，处理完毕；调节pH至12，混凝沉淀工艺处理完毕。出水的COD含量为8200mg/L， COD去除率为76.6％，BOD/COD为0.37。
实施例5
将1L初始COD含量为36000mg/L，BOD/COD小于0.1的废水由气泵打入内电解填料塔中，填料使用自 制的铁碳体积比为1:1.5的混合颗粒物，调节pH到2.5，曝气，处理完毕后；经Fenton氧化过程,加入 100g H2O2溶液,调节pH至3，反应完毕后；进行电解，电解阳极材料采用自己制作的钛基掺杂Ta金属 氧化物、Pr金属氧化物、Bi金属氧化物，制备方法参考M.Panizza,G.Cerisola,Chem.Rev.109(2009) 6541–6569.，三者对应的掺杂质量比为4:2:3[3-5]。控制电流密度，电解电压，调节好电解工艺，处 理完毕；调节pH至8.5，混凝沉淀工艺处理完毕。出水的COD含量为6800mg/L，COD去除率为81.1％， BOD/COD为0.48。