公布日：2023.10.13
申请日：2023.08.18
分类号：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
本发明提供了一种同步实现有机磷酸废水磷去除和回收的类电芬顿处理系统，属于水污染控制领域，解决了传统芬顿工艺降解有机磷酸效能低且易受基质Cl-抑制干扰的难题，类电芬顿过程中Cl-向活性物种HClO和FeIVO2+的转化，实现了基质废物的有益利用。所述类电芬顿处理系统由pH调节区和类电芬顿反应区组成，所述pH调节区包括pH调节池、酸/碱加药箱和pH控制器，所述类电芬顿反应区包括芬顿反应池、Fe源/氯化钠加药箱、电极板、电源以及沉淀导管。采用所述类电芬顿系统处理有机磷酸废水，可使有机结合磷高效降解为正磷，同步实现富营养化污染物有机磷酸以磷酸铁形式回收。该类电芬顿系统为有机磷酸废水处理提供了可行方案。
权利要求书
1.一种同步实现有机磷酸废水磷去除和回收的类电芬顿处理系统，包括pH调节区和类电芬顿反应区，其特征在于：所述pH调节区包括pH调节池、pH调节池进水口、pH调节池加药箱、pH控制器、pH调节池隔板和pH调节池搅拌器；所述pH调节池进水口通过泵机接收有机磷酸废水；所述pH调节池加药箱和所述pH控制器均与pH调节池连通；所述pH调节池隔板置于pH调节池出水端左侧；所述类电芬顿反应区包括芬顿反应池、芬顿反应池进水口、电源、阳极板、阴极板、芬顿反应池加药箱、芬顿反应池搅拌器、沉淀导管、沉淀出口、芬顿反应池隔板和排水口；所述芬顿反应池底部设计为锥形斗状；所述芬顿反应池进水口通过泵机接收pH调节池出水；所述阳极板和所述阴极板均垂直于反应器底部平行正对排列，并通过导线分别与电源正极和负极相连；所述芬顿反应池加药箱与芬顿反应池连通；所述沉淀导管使沉淀物与沉淀出口连通；所述芬顿反应池隔板置于排水口左侧；所述排水口使芬顿反应池已处理废水通过泵机排出。
2.根据权利要求1所述的类电芬顿处理系统，其特征在于：所述阳极板为钛基底表面涂覆氧化钌铱电极，所述阴极板为不锈钢电极。
3.采用权利要求1-2的类电芬顿系统处理有机磷酸废水的类电芬顿方法，其特征在于，具体包含以下步骤：(1)有机磷酸废水通过所述pH调节池进水口泵入pH调节池，通过所述pH调节池加药箱和所述pH控制器通过投加酸/碱调控溶液pH，于所述pH调节池搅拌器搅拌下使药剂与废水充分混合；(2)pH调节池内有机磷酸出水通过所述芬顿反应池进水口泵入芬顿反应池，经芬顿反应池加药箱投加硫酸亚铁/氯化钠，接通所述电源于所述芬顿反应池搅拌器搅拌下开启类电芬顿反应，处理达标后废水通过所述排水口排出，沉淀物通过所述沉淀导管由所述沉淀出口排出。
4.采用权利要求1-2的类电芬顿系统处理有机磷酸废水的类电芬顿方法，其特征在于：所述有机磷酸废水进行类电芬顿反应前，废水pH值要求为3.5，含盐量(以NaCl计)要求为28.2-225.7mM，Fe(II)/有机磷酸摩尔比要求为18.2:1。
5.采用权利要求1-2的类电芬顿系统处理有机磷酸废水的类电芬顿方法，其特征在于：所述有机磷酸废水类电芬顿过程电流密度要求为4.3-21.3mA/cm2。
6.采用权利要求1-2的类电芬顿系统处理有机磷酸废水的类电芬顿方法，其特征在于：所述磷回收为有机磷酸转化为沉淀物中具有商用价值的正磷而被回收。
发明内容
针对现有的技术问题，本发明的目的在于提供一种有机磷酸废水高效降解并同步磷回收的类电芬顿处理系统和方法。该系统处理含盐有机磷酸废水，可实现HClO、FeIVO2+和1O2的高效生成和有效利用，显著提高有机磷酸转化为正磷效率，且生成磷酸铁沉淀使得富营养化污染物有机磷酸最终以正磷形式回收。
基于上述目的，本发明一方面在于提供一种用于处理有机磷酸废水的类电芬顿系统，包括pH调节区和类电芬顿反应区。
所述pH调节区前端连通有机磷酸废水进水口，经所述pH调节池加药箱投加酸/碱由所述pH控制器监测废水pH，以满足所述芬顿反应池中类电芬顿反应运行的初始pH要求，所述pH调节池隔板设置于pH调节池废水出水端左侧以改变水流方向，缓冲进水。
所述类电芬顿反应区前端设置进水口，与所述pH调节区连通，后端分别设置排水口和沉淀出口，锥形斗的设计以便于磷沉淀回收。所述类电芬顿反应区单独设置亚铁/氯化钠供给装置，根据有机磷酸废水水质参数确定其供给量，为Fe(II)/HClO类电芬顿反应提供亚铁催化剂和氯化钠。所述电源正极和负极分别连接钛基底表面涂覆氧化钌铱的阳极板和不锈钢阴极板，通过调节适宜的电流强度，以满足类电芬顿反应的运行需求。所述芬顿反应池隔板设置于排水口左侧以利于类芬顿反应进行和沉淀物沉降。
本发明另一方面在于提供采用所述类电芬顿系统处理有机磷酸废水的类电芬顿方法，具体包括：
所述类电芬顿系统处理有机磷酸废水的含盐量以氯化钠计，氯化钠的浓度范围优选为28.2-225.7mM，氯离子广泛存在于有机磷酸赋存废水，如：有机磷酸生产废水和纺织印染废水等，当废水中自有Cl-含量可满足类电芬顿反应要求，则无需外加氯化钠。
在进行类电芬顿反应前，有机磷酸废水的初始pH优选为3.5，向类电芬顿反应区外加硫酸亚铁以催化类电芬顿反应的运行，Fe(II)/有机磷酸摩尔比优选为18.2:1。
所述类电芬顿系统处理有机磷酸废水时电流密度优选为4.3-21.3mA/cm2，随电流密度的增加有机磷酸的降解平衡时间有效缩短。
本发明提供的有机磷酸废水类电芬顿处理系统发生类电芬顿反应的原理：
废水基质Cl-在阳极氧化为Cl2后溶于水中快速生成HClO(式1-2)，酸性条件下与Fe(II)结合类芬顿反应生成FeIVO2+(式3)；不仅来源于Fe(II)，FeIVO2+也可从Fe(III)活性位点产生，由Fe(III)衍生的途径倾向于Fe(III)与H2O2自发相互作用产生的
2+络合物中O-O键均裂生成FeIVO2+(式4-5)；所述H2O2来源于阴极表面单电子还原O2·-的歧化反应(式6-7)。此外Fe(II)与水中溶解氧产生的O2·-可进而转化为1O2(式8)。综上HClO、FeIVO2+和1O2为有机磷酸高效降解的主要活性物种。碱金属Fe的存在为正磷的沉淀回收提供活性位点。
本发明的有益效果在于：
本发明针对有机磷酸废水中非正磷酸盐的一步脱除和磷回收提出了解决方案，客服了从非正磷酸盐中回收磷的技术挑战。相比于传统芬顿工艺降解有机磷酸效能低且易受基质Cl-抑制干扰的难题，本发明提出的类电芬顿法在运行中将基质废物Cl-转化为HClO并间接转化为FeIVO2+氧化剂，实现了变废为宝，使有机磷酸中有机结合磷转化为正磷效率大幅提高至近90％。
进一步，本发明提出的有机磷酸一步脱除和磷回收的类电芬顿处理系统，有机磷酸最终以沉淀物中正磷形式回收，可作为生产磷酸铁锂电池、磷肥或磷酸盐的原料以进行有益的再利用，减少了水处理企业固废处理成本并增加收益，向磷循环经济迈出了重要一步。
进一步，本发明提出的有机磷酸一步脱除和磷回收的类电芬顿处理系统，结构简单、操作方便、运行成本较低、适于工程应用。
（发明人：赵旭;孙赛楠）