一種污水處理的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本方式屬于污水處理中高級(jí)氧化法的一種。雙氧水為氧化劑，W電池陰極供電子 和陽極吸電子作催化劑，將雙氧水催化為更強(qiáng)氧化能力的自由徑基，W降解污水中的有機(jī) 物。本方法稱為電催化氧化。
【背景技術(shù)】
[0002] 污水處理的方法有物理、化學(xué)和生物=種方法。生物法是主流，一般包括好氧、缺 氧和厭氧等生物過程。物理法W膜分離為主。化學(xué)法主要是高級(jí)氧化法，即用化學(xué)反應(yīng)將 污水中的污染物降解掉。
[0003] 高級(jí)氧化法有電氧化法、芬頓法、臭氧法、鐵碳微電解法、次氯酸法。
[0004] 電氧化法，也稱電解法，即用電池的陽極直接氧化污水中的污染物或陽極產(chǎn)生的 徑基自由基來降解污染物。陽極一般采用DSA電極，即不溶性陽極。電解法氧化能力強(qiáng)，無 需添加化學(xué)藥劑。電解法的弱點(diǎn)是能耗高，降解lOOg污染物用電在20度W上，費(fèi)用大約是 芬頓法的10倍，在實(shí)際工程中應(yīng)用很有限。一般作為污水處理工藝中的預(yù)處理，如用在印 染廢水中，W改善廢水的可生化性。
[0005] 鐵碳微電解和電解法類似，W鐵和碳組成微電池，氧化能力強(qiáng)。其弱點(diǎn)是鐵碳是消 耗品，需要不斷添加，同時(shí)產(chǎn)生大量的鐵泥。
[0006] 次氯酸法因其氧化能力極弱，應(yīng)用非常有限。
[0007] 運(yùn)些方法中，芬頓和臭氧的應(yīng)用最為廣泛。
[0008] 臭氧的產(chǎn)生工藝成熟，屬于易得的一種氧化劑。臭氧的弱點(diǎn)是氧化能力差，其氧化 電位只有自由徑基的70%，僅能氧化易氧化的污染物。某些污染物，如聚酸等，臭氧不能氧 化。臭氧為氣體，臭氧與污水的良好接觸混合，是臭氧效率的一個(gè)關(guān)鍵因素，也是該技術(shù)的 一個(gè)制約因素。臭氧的缺點(diǎn)是氧化能力差，因此，業(yè)內(nèi)在廣泛尋找催化臭氧生成徑基自由基 的催化劑，目前的方向有UV光催化和貴金屬催化。
[0009] 芬頓法，是污水處理領(lǐng)域化學(xué)氧化的典型方法。先將污水的PH調(diào)至3~4,運(yùn)是芬 頓反應(yīng)所需要的環(huán)境。氧化劑為雙氧水，催化劑為硫酸亞鐵，其摩爾比在1 :〇. 2~1，雙氧水 被催化為氧化能力更強(qiáng)的自由徑基，反應(yīng)一般需要3至4小時(shí)，反應(yīng)后，亞鐵被氧化為=價(jià) 鐵。芬頓反應(yīng)后，因=價(jià)鐵的黃色，水呈現(xiàn)黃色，一般加堿中和，并將鐵沉淀為氨氧化=鐵。 氨氧化=鐵有一定的絮凝作用，可吸附部分COD物質(zhì)，進(jìn)一步降低水的COD。該絮體顆粒微 小，一般加入絮凝劑PAM和助凝劑PAC，W利于過濾。芬頓法應(yīng)用的范圍廣，處理效果好，但 設(shè)及到六種化學(xué)試劑，且反應(yīng)產(chǎn)生可觀的固廢，運(yùn)些成為芬頓法應(yīng)用的制約因素。尋找更清 潔的催化劑是芬頓法的發(fā)展方向。目前，有兩種應(yīng)用，一種為UV光催化，另一種為貴金屬催 化劑。
[0010] 本發(fā)明的方法電催化氧化，用陽極吸電子和陰極給電子作為雙氧水的催化劑，既 克服了臭氧的低氧化性弱點(diǎn)，也克服了芬頓法中大量化學(xué)試劑和固廢的缺點(diǎn)，用清潔的方 法催化出強(qiáng)的催化效果。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011] 雙氧水為氧化劑，W電池陰極供電子和陽極吸電子作催化劑，將雙氧水催化為更 強(qiáng)氧化能力的自由徑基，W降解污水中的有機(jī)物。裝置類似于電解裝置，由電源、陽極、陰 極、反應(yīng)室組成。反應(yīng)如下： 陽極：自為畫護(hù)'去謀:與涂柴瞧;;翻潛致： 陰極：;機(jī)資|:華趕;嗎.瓣終;栓每接 與電解（電氧化）工藝不同，本發(fā)明的電流密度非常小，一般不高于100A/平米，而電解 工藝一般要不低于300A/平米。電解的氧化性來自于陽極直接反應(yīng)和間接反應(yīng)，電解的陰 極不發(fā)生氧化反應(yīng)。而本發(fā)明中的電，僅僅為雙氧水的催化劑，且陰極供電子作為重要的催 化劑，不限于陽極。電解法處理污水，80%W上的電能用來分解水為氨氣、氧氣，10%W上用 來發(fā)熱，因此電能氧化污水的效率很低，一般在10%W下。本發(fā)明中，電能為催化劑，雙氧水 為氧化劑，過程中，產(chǎn)生的氣體大大降低，且體系升溫不超過5攝氏度，電催化效率高，雙氧 水的利用率一般超過50%，與芬頓相當(dāng)。
[0012] 電催化氧化與電芬頓不同。電芬頓是芬頓反應(yīng)的一種，其陽極為鐵基材料，電處理 過程中，陽極不斷溶解于水中，產(chǎn)生新鮮的亞鐵離子和=價(jià)鐵離子，由運(yùn)些離子催化雙氧水 產(chǎn)生自由徑基。電芬頓過程中需不斷更換陽極，其催化雙氧水的為陽極溶解出的鐵離子，而 不是電子。電芬頓方法產(chǎn)生固廢，本發(fā)明不產(chǎn)生固廢。
[0013] 本發(fā)明的陽極有S種。第一種為抓D電極，即金剛石電極，它是一種W鐵或妮為基 材，表面涂一層滲碰的金剛石涂層，該陽極也可作為電氧化的陽極，析氧電位高，但價(jià)格昂 貴。第二種為DSA電極，鐵基做基材，表面涂釘、銀、粗、氧化鉛、錫，或它們的組合。該電極 為電解（電氧化）工藝的典型陽極，價(jià)格適中。第=種為石墨材料，又分為兩種形式，一種直 接選用石墨基材，另一種在金屬材料表面涂一層石墨締。
[0014] 本發(fā)明的陰極可選金屬，如鐵材、不誘鋼，也可選石墨電極或金屬表面涂石墨締。 [001引本發(fā)明的電流密度為5~300安/平米，優(yōu)選為10~100安/平米。
[0016] 電流密度過高會(huì)有明顯的副作用。電流高時(shí)，在陽極會(huì)發(fā)生過度氧化反應(yīng)，即催化 反應(yīng)不能停留在自由徑基階段，而直接將雙氧水氧化為氧氣，反應(yīng)如下： 陽極巧斷祭-進(jìn)學(xué)壤譯擊:本後 該反應(yīng)將大大降低雙氧水的利用率。
[0017] 電流密度小，電催化反應(yīng)時(shí)間將會(huì)增長。當(dāng)電流密度低于5安/平米時(shí)，雙氧水的 催化時(shí)間超過20小時(shí)，不利于工業(yè)化應(yīng)用。
[001引本發(fā)明的供電電源為直流電源。
[0019] 本發(fā)明供電電源為交流電源，交流的頻率不高于50監(jiān)，優(yōu)選為不高于10監(jiān)。實(shí)驗(yàn) 發(fā)現(xiàn)，交流電頻率過高，如常用的50監(jiān)或更高，電催化效率變差，原因是電催化氧化反應(yīng)發(fā) 生在電極表面，雙氧水的擴(kuò)散、自由徑基的擴(kuò)散需要時(shí)間，交流電頻率高，催化反應(yīng)不能完 成或者完成后，被過度氧化。
[0020] 本發(fā)明的反應(yīng)一般在常溫下進(jìn)行。溫度升高，反應(yīng)會(huì)加速，但溫度超過60攝氏度， 將對(duì)陽極的壽命有不利影響。所W-般在常溫下進(jìn)行。
[0021] 本發(fā)明研究了多種廢水。包括工業(yè)園區(qū)污水處理廠生化出水、ABS污水、焦化廢 水、鋼鐵廠串接水、脫硫廢水、垃圾滲濾液超濾出水、油墨廢水、印染廢水、電鍛廢水、洗羊毛 水、電廠廢水，均表現(xiàn)出良好的處理效果。運(yùn)些水均為工業(yè)相關(guān)。實(shí)驗(yàn)中，陽極、陰極面積為 0. 01平米，取樣1.化，27. 5%雙氧水的添加量0. 1~3g，對(duì)應(yīng)COD的降解量為10~240mg/ L。本發(fā)明重點(diǎn)關(guān)注了COD數(shù)據(jù)，用本發(fā)明的技術(shù)處理污水，對(duì)氨氮的除去也有效，運(yùn)與芬頓 法類似。
【附圖說明】
[0022] 附圖可W更好地展示本技術(shù)的要素。在一個(gè)容器內(nèi)，放置陽極板和陰極板，將待 處理的污水倒入容器中，外加直流電源或交流電源。本圖為直流電源，陽極一直是陽極，陰 極一直是陰極。如果供電電源為交流電，那么陽極和陰極會(huì)不斷置換，即陽極變?yōu)殛帢O，陰 極變?yōu)殛枠O。向容器中加入雙氧水，攬拌或其他方式保持污水的流動(dòng)，控制電流密度為合適 值。雙氧水可W-次性加入，或者分時(shí)間不斷加入。反應(yīng)前后分別取樣，測試COD。
【具體實(shí)施方式】
[0023]W蕭山工業(yè)園污水處理廠生化后出水為例。該水C0D150,外觀呈淡紅色，不可生 化。該水用臭氧處理，COD不能下降。W附圖的裝置進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，電極面積0.01平米，每次取 水1.化，雙氧水濃度27. 5%。下面是實(shí)驗(yàn)結(jié)果。
[0024] 另取典型的洗涂廢水，洗涂劑為聚酸型。該水C0D1500,臭氧處理無效果。W附圖 的裝置進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，電極面積0. 01平米，每次取水1.化，雙氧水濃度27. 5%，均選直流電源。下 面是實(shí)驗(yàn)結(jié)果D
[00巧]用該方法處理ABS工業(yè)廢水，原水C0D1700,不可生化。w附圖的裝置進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，電 極面積0. 01平米，每次取水1.化，雙氧水濃度27. 5%，均選直流電源。下面是實(shí)驗(yàn)結(jié)果。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種污水處理的方法，雙氧水為氧化劑，以電池陰極供電子和陽極吸電子作催化劑， 將雙氧水催化為更強(qiáng)氧化能力的自由羥基，以降解污水中的有機(jī)物。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的電池，其陽極為BDD電極，即金剛石電極。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的電池，其陽極為DSA電極，鈦基做基材，表面涂釕、銥、鉭、氧化 鉛、錫，或它們的組合。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的電池，其陽極為石墨電極。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的電池，其陰極為石墨電極。6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的電池，其陰極為金屬材料，如鈦、不銹鋼。7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的電池，其陰極和陽極為金屬材料表面涂一層石墨烯，金屬材 料可以是鈦、不銹鋼。8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，電池的電流密度為5~300安/平米，優(yōu)選為10~100安 /平米。9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，電池的供電電源為直流電源。10. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，電池的供電電源為交流電源，交流的頻率不高于 50HZ，優(yōu)選為不高于10HZ。
【專利摘要】一種污水處理的方法。雙氧水為氧化劑，以電池陰極供電子和陽極吸電子作催化劑，將雙氧水催化為更強(qiáng)氧化能力的自由羥基，以降解污水中的有機(jī)物。本方法稱為電催化氧化。
【IPC分類】C02F1/467
【公開號(hào)】CN105198049
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510429993
【發(fā)明人】左衛(wèi)雄, 劉雅妮
【申請(qǐng)人】昆山美淼環(huán)?？萍加邢薰?br>【公開日】2015年12月30日
【申請(qǐng)日】2015年7月21日