氧化的廢水處理方法
【專利說(shuō)明】_種原位電產(chǎn)生H2〇2協(xié)同〇3氧化的廢水處理方法
[00011本申請(qǐng)是申請(qǐng)?zhí)枮?0121054947 2.3的發(fā)明專利申請(qǐng)的分案申請(qǐng)。
技術(shù)領(lǐng)域
[0002] 本發(fā)明屬于電化學(xué)廢水處理技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種原位電產(chǎn)生H202協(xié)同03氧化 的廢水處理裝置及方法。
【背景技術(shù)】
[0003] 03氧化技術(shù)被廣泛用于污水治理和凈化工藝。03在氧化過(guò)程中有兩種機(jī)理：（1)直 接氧化。在酸性溶液中，由于其氧化還原電位較高2.07Vvs.NHE，03分子可親電進(jìn)攻有機(jī)物 使其氧化。（2)間接氧化。在堿性溶液中，其氧化還原電位為1.25Vvs.NHE，03分子先產(chǎn)生具 有強(qiáng)氧化性的· 0H，從而降解有機(jī)物。根據(jù)以上特點(diǎn)，03氧化具有氧化能力有限、受pH影響 較大等缺陷，不適用于實(shí)際污水的處理。
[0004] 近些年，一些基于〇3氧化的高級(jí)氧化技術(shù)(如UV/〇3、H2O2/O3(Peroxone)等)得到了 廣泛研究，這些新技術(shù)可有效處理含氯、有機(jī)農(nóng)藥以及藥物的污水。
[0005] Peroxone過(guò)程是指在水溶液中，利用H2O2和〇3反應(yīng)產(chǎn)生· 0H而降解有機(jī)污染物的 過(guò)程。Ormad等人研究了使用Peroxone過(guò)程處理有機(jī)氯廢水(三氯殺螨醇和涕滴恩），結(jié)果表 明Peroxone氧化體系比〇3氧化體系能更有效的去除氯苯類物質(zhì)。Ku等人將Peroxone過(guò)程用 于降解丙酮溶液，其結(jié)果表明：（1)在堿性條件下Peroxone降解效率更高(2)H202與03的摩爾 比為0.5時(shí)，降解效果最佳。
[0006] 1894年，法國(guó)人Fenton在研究中發(fā)現(xiàn)亞鐵離子(Fe2+)與過(guò)氧化氫(H202)在酸性水 溶液中，可以有效氧化酒石酸，這種亞鐵鹽和H202的反應(yīng)叫做Fenton反應(yīng)。隨著進(jìn)一步的研 究，電-芬頓(Electro-Fenton)綜合了電化學(xué)過(guò)程和Fenton過(guò)程，將電化學(xué)過(guò)程產(chǎn)生的Fe2+ 和H2O2作為Fenton試劑的持續(xù)來(lái)源，在反應(yīng)過(guò)程中無(wú)須添加任何試劑，且大大提高了Fenton 處理的效率?；诖?，可在Peroxone反應(yīng)中引入電化學(xué)持續(xù)產(chǎn)H2O2過(guò)程，從而進(jìn)一步提高 Peroxone過(guò)程降解有機(jī)污染物的效率。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，本發(fā)明的目的在于提供一種原位電產(chǎn)生h2o2協(xié)同 〇3氧化的廢水處理裝置及方法，完全不需加藥劑，利用電化學(xué)方法持續(xù)、高效產(chǎn)生h2〇2，并能 與〇3迅速反應(yīng)產(chǎn)生· 0H高效去除水體中難降解有機(jī)污染物。
[0008] 為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采取的技術(shù)方案為：
[0009] -種原位電產(chǎn)生H202協(xié)同03氧化的廢水處理裝置，包括反應(yīng)容器4,反應(yīng)容器4的底 部設(shè)有磁力攪拌器1，攪拌磁子2設(shè)在反應(yīng)容器4內(nèi)，反應(yīng)容器4的內(nèi)部設(shè)有不銹鋼微孔曝氣 頭3、惰性陽(yáng)極5和氣體擴(kuò)散陰極6,攪拌磁子2、不銹鋼微孔曝氣頭3、惰性陽(yáng)極5和氣體擴(kuò)散 陰極6浸沒在廢水溶液中，惰性陽(yáng)極5和氣體擴(kuò)散陰極6豎直相對(duì)，反應(yīng)容器4還設(shè)有通入0 3 的管路，惰性陽(yáng)極5和氣體擴(kuò)散陰極6采用直流電源。
[0010]陰極〇2還原過(guò)程需要對(duì)廢水溶液進(jìn)行微孔曝氣，所曝氣體為〇2與〇3的混合氣體，其 中〇2體積分?jǐn)?shù)大于95%，所曝〇3的量為0-20g/(h·L廢水），采用不銹鋼微孔曝氣，曝氣流量 范圍為〇-〇.5L/min，曝氣同時(shí)伴隨著800-1200rpm的攪拌。
[0011]所述的氣體擴(kuò)散陰極6采用炭黑-聚四氟乙烯(C-PTFE)氣體擴(kuò)散電極，在直流電場(chǎng) 中，制得C-PTFE陰極表面在廢水溶液中形成固液氣三相界面，并于此三相界面處還原溶解 的〇2生成H2〇2,進(jìn)而與通入的〇3反應(yīng)生成具有強(qiáng)氧化性的· 0H。
[0012] 所述直流電源為恒定電流的直流電源，通電時(shí)陰極電流密度范圍為0-60mA/cm2。 [0013]所述的廢水的溶液初始T0C范圍為0-100000ppm;允許的pH范圍為2-12。
[0014] 一種原位電產(chǎn)生H2〇2協(xié)同〇3氧化的廢水處理方法，包括以下步驟：
[0015] 第一步，將準(zhǔn)備好的惰性陽(yáng)極5和氣體擴(kuò)散陰極6插入到廢水溶液中，并將之與直 流電源連接，通電時(shí)陰極電流密度范圍為0-60mA/cm2;
[0016] 第二步，向反應(yīng)容器4中通過(guò)微孔曝氣頭3曝入02和〇3的混合氣體，所曝氣體流速范 圍為CK0.5L/min;
[0017] 第三步，根據(jù)恒定電流、02和03混合氣體流量，接通直流電源，處理廢水溶液。
[0018] 原位電產(chǎn)生H202協(xié)同03氧化處理廢水0.5h_12h之后，可達(dá)到明顯的去除效果。
[0019]與傳統(tǒng)電化學(xué)處理廢水方法(直接電化學(xué)氧化、Electro-Fenton等等）相比，本發(fā) 明的獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)和有益效果如下：
[0020] (1)不需要加入化學(xué)藥劑，大幅降低處理成本。
[0021] (2)H202由氣體擴(kuò)散陰極持續(xù)原位產(chǎn)生，提高了安全性能。
[0022] (3)持續(xù)原位產(chǎn)生的H202與持續(xù)制得的03可充分發(fā)生反應(yīng)，提高反應(yīng)效率。
[0023] (4)處理廢水的pH范圍廣，無(wú)需調(diào)節(jié)pH。
[0024] (5)處理過(guò)程清潔，不會(huì)產(chǎn)生污泥以及二次污染。
[0025] (6)處理過(guò)程中只需控制直流電流以及曝氣流速，易于控制。
[0026] (7)可與其他廢水處理技術(shù)聯(lián)用，提高處理效率。
[0027]可見，本發(fā)明是處理難降解、高濃度有機(jī)廢水的一種高效技術(shù)，具有良好的發(fā)展前 景。
【附圖說(shuō)明】
[0028]圖1為本發(fā)明的裝置結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0029]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做詳細(xì)描述。
[0030] 參照附圖，一種原位電產(chǎn)生H202協(xié)同03氧化的廢水處理裝置，包括反應(yīng)容器4,反應(yīng) 容器4的底部設(shè)有磁力攪拌器1，攪拌磁子2設(shè)在反應(yīng)容器4內(nèi)，反應(yīng)容器4的內(nèi)部設(shè)有不銹鋼 微孔曝氣頭3、惰性陽(yáng)極5和氣體擴(kuò)散陰極6,攪拌磁子2、不銹鋼微孔曝氣頭3、惰性陽(yáng)極5和 氣體擴(kuò)散陰極6浸沒在廢水溶液中，惰性陽(yáng)極5和氣體擴(kuò)散陰極6豎直相對(duì)，反應(yīng)容器4還設(shè) 有通入〇 3的管路，惰性陽(yáng)極5和氣體擴(kuò)散陰極6采用直流電源。
[0031]陰極02還原過(guò)程需要對(duì)廢水溶液進(jìn)行微孔曝氣，所曝氣體為02與〇3的混合氣體，其 中以〇2體積分?jǐn)?shù)大于95%，所曝〇3的量為0-20g/(h·L廢水），采用不銹鋼微孔曝氣，曝氣流 量范圍為o-o. 5L/min，曝氣同時(shí)伴隨著800-1200rpm的攪拌，有利于反應(yīng)物的液相傳質(zhì)，提 高反應(yīng)幾率和處理效果。
[0032]所述的氣體擴(kuò)散陰極6采用C-PTFE氣體擴(kuò)散電極，在直流電場(chǎng)中，制得C-PTFE陰極 表面在廢水溶液中形成固液氣三相界面，并于此三相界面處還原溶解的〇2生成H2〇2，進(jìn)而與 通入的〇3反應(yīng)生成具有強(qiáng)氧化性的· 0H。
[0033]所述直流電源為恒定電流的直流電源，通電時(shí)陰極電流密度范圍為0-60mA/cm2。[0034]所述的廢水的溶液初始T0C范圍為0-100000ppm;允許的pH范圍為2-12。
[0035]本發(fā)明的工作原理為：
[0036]參照附圖，向有機(jī)廢水的溶液中通入02和03的混合氣體，在直流電場(chǎng)中，廢水中溶 解的〇2被還原為H2〇2,繼而與溶液中溶解的〇3發(fā)生反應(yīng)生成具有強(qiáng)氧化性的· 0H，從而氧化 降解有機(jī)污染物，此過(guò)程中需根據(jù)情況，向被處理廢水中加入或不加入一定量電解質(zhì)使其 具有良好的導(dǎo)電性能。
[0037] 一種原位電產(chǎn)生H202協(xié)同03氧化的廢水處理方法，包括以下步驟：
[0038]第一步，將準(zhǔn)備好的惰性陽(yáng)極5和氣體擴(kuò)散陰極6插入到廢水溶液中，并將之與直 流電源連接，通電時(shí)陰極電流密度范圍為0-60mA/cm2;
[0039] 第二步，向反應(yīng)容器4中通過(guò)微孔曝氣頭3曝入02和03的混合氣體，所曝氣體流速范 圍為CK0.5L/min;
[0040] 第三步，根據(jù)恒定電流、02和03混合氣體流量，接通直流電源，處理廢水溶液。
[0041]下面采用本裝