專利名稱：：基于電芬頓反應(yīng)的廢水處理方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種利用電催化氧化進(jìn)行廢水處理的方法，具體涉及一種采用簡(jiǎn)易而經(jīng)濟(jì)的鋼材結(jié)構(gòu)作為電芬頓反應(yīng)電極的廢水處理方法，適于處理高濃度印染、化工、制藥等行業(yè)難降解的有機(jī)廢水。
背景技術(shù)：
：一直以來，高濃度難降解有機(jī)廢水是水處理技術(shù)的難點(diǎn)問題。此類廢水主要是染料、農(nóng)藥、醫(yī)藥、化工、焦化等生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的廢水，廢水污染物濃度高、毒性大、鹽份較高難于生物降解，因此必須采用預(yù)處理技術(shù)和方法，才能有效妥善處理。如果這些物質(zhì)不加治理地向環(huán)境排放，勢(shì)必嚴(yán)重污染環(huán)境和威脅人類身體健康。隨著工農(nóng)業(yè)的迅速發(fā)展，人們合成了越來越多的有機(jī)物，其中難降解有機(jī)物占了很大比例，因此難降解有機(jī)物的治理研究已引起國(guó)內(nèi)外有關(guān)專家的高度重視，是目前水污染防治研究的熱點(diǎn)與難點(diǎn)。高級(jí)氧化技術(shù)在處理難降解有機(jī)廢水領(lǐng)域具有非常明顯的優(yōu)勢(shì)。芬頓反應(yīng)是典型的高級(jí)氧化方法利用過氧化氫和亞鐵離子反應(yīng)生成羥基自由基，可以快速去除傳統(tǒng)技術(shù)無法去除的難降解有機(jī)物。芬頓(Fenton)試劑在廢水處理中的研究與應(yīng)用日益受到國(guó)內(nèi)外的關(guān)注。芬頓試劑氧化法的優(yōu)點(diǎn)在于H2O2分解速度快、氧化速率高，但由于大量Fe2+的存在，H2O2的利用率不高，使有機(jī)污染物降解不完全，且反應(yīng)必須在酸性條件下進(jìn)行，否則因析出Fe(OH)3沉淀而使加入的Fe2+或Fe3+失效，并且溶液的中和還需消耗大量的酸堿，另外處理成本高也制約這一方法的廣泛應(yīng)用。鑒于此，廣大環(huán)境科學(xué)工作者致力于此法的改進(jìn)，芬頓法基本上是沿著光化學(xué)和電化學(xué)兩條路線向前發(fā)展的。電芬頓法是利用電化學(xué)法產(chǎn)生的，以及作為芬頓試劑的持續(xù)來源，兩者產(chǎn)生后立即作用而生成具有高度活性的羥基自由基，使有機(jī)物得到降解，其實(shí)質(zhì)就是在電解過程中直接生成芬頓試劑。與傳統(tǒng)芬頓法相比，電芬頓法有它獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)不需或只需加人少量化學(xué)藥劑；可以大幅度降低處理成本；處理過程清潔，不會(huì)對(duì)水質(zhì)產(chǎn)生二次污染；設(shè)備相對(duì)簡(jiǎn)單，電解過程需控制的參數(shù)只有電流和電壓，易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制。電芬頓法除羥基自由基的氧化作用外，還有陽極氧化，電吸附等伴隨的凈化作用，所以處理效率比傳統(tǒng)芬頓法高、占地面積小、處理周期短、條件要求不苛刻、易于和其它方法結(jié)合，為廢水的綜合治理提供了一條有效途徑。電芬頓法主要包括陰極電芬頓法，犧牲陽極法，和通過電極反應(yīng)生成芬頓反應(yīng)所需兩種物質(zhì)的方法。前兩種方法都需要外加藥劑進(jìn)行反應(yīng)，成本較高，反應(yīng)效率也比較低。電極本身產(chǎn)生芬頓反應(yīng)所需兩種物質(zhì)的方法可以在發(fā)生芬頓反應(yīng)的同時(shí)，利用過量的鐵離子生成氫氧化物絮凝沉淀去除有機(jī)物，這樣就可以在廣泛PH范圍內(nèi)達(dá)到凈化廢水的作用。但現(xiàn)有技術(shù)狀況下，該方法普遍采用鐵泥或不銹鋼板作為電芬頓反應(yīng)的陽極材料，副產(chǎn)物較多，且成本較高。
發(fā)明內(nèi)容鑒于上述通過電極反應(yīng)生成芬頓反應(yīng)所需兩種物質(zhì)的方法在富含難降解有機(jī)物的廢水處理過程中的優(yōu)勢(shì)以及存在的不足，本發(fā)明的目的旨在提供一種基于電芬頓反應(yīng)的水處理方法，實(shí)現(xiàn)成本低廉化、高效化的廢水處理。上述本發(fā)明的目的，將通過以下技術(shù)方案得以實(shí)現(xiàn)基于電芬頓反應(yīng)的廢水處理方法，對(duì)廢水中含鐵元素的電極施加電源，電極本身的鐵元素失去電子形成亞鐵離子，而在廢水中的溶解氧在不銹鋼陰極表面還原產(chǎn)生過氧化氫，過氧化氫與水中的亞鐵離子反應(yīng)產(chǎn)生氫氧自由基氧化降解廢水中的有機(jī)物，其特征在于所述廢水處理方法采用不銹鋼網(wǎng)作為電化學(xué)反應(yīng)的陰陽兩極，且所施加到陰陽兩極上的電源采用可切換正負(fù)極方向的電源。進(jìn)一步地，前述基于電芬頓反應(yīng)的廢水處理方法，其中該電芬頓反應(yīng)的液態(tài)環(huán)境酸堿度為PH值介于28之間，在pH值介于25的酸性環(huán)境下，所述電芬頓反應(yīng)以氫氧自由基氧化降解有機(jī)物為主；中性環(huán)境下，反應(yīng)機(jī)理主要為絮凝沉淀機(jī)理。進(jìn)一步地，前述基于電芬頓反應(yīng)的廢水處理方法，其中該電芬頓反應(yīng)的液態(tài)環(huán)境中實(shí)時(shí)注有氧氣，可用簡(jiǎn)單的曝氣裝置向廢水通入空氣。進(jìn)一步地，前述基于電芬頓反應(yīng)的廢水處理方法，其中該不銹鋼網(wǎng)可以為多種目數(shù)，其材質(zhì)選擇可以包括0Crl8Ni9、0Crl9Nil0、0Cr25Ni20及0Crl7Nil2Mo2等；而且該不銹鋼網(wǎng)的陰陽兩極可以根據(jù)實(shí)際廢水處理裝置情況加工成任意所需形狀。本發(fā)明基于電芬頓反應(yīng)的廢水處理方法應(yīng)用后，其有益效果在于采用市售不銹鋼網(wǎng)作為電芬頓反應(yīng)的陽極，能緩慢釋放電芬頓反應(yīng)所需的鐵離子，減少電化學(xué)反應(yīng)的副產(chǎn)物；由于不銹鋼網(wǎng)本身具有導(dǎo)電性佳及較高的比表面積，能有效提高反應(yīng)效率，降低廢水處理成本。同時(shí)，采用程控電源定時(shí)轉(zhuǎn)換陰陽極方向，有效延長(zhǎng)了電極的使用壽命，能應(yīng)用于廣泛PH值的廢水處理之中。具體實(shí)施例方式本發(fā)明提供了一種廉價(jià)而高效的有機(jī)廢水的電芬頓處理方法。該方法將市售不銹鋼網(wǎng)作為電化學(xué)反應(yīng)的陰陽極，反應(yīng)過程中作為陽極的不銹鋼網(wǎng)可相對(duì)于其它鐵質(zhì)材料可以緩慢釋放出亞鐵離子，該亞鐵與陰極產(chǎn)生的過氧化氫產(chǎn)生高效的芬頓催化劑(氫氧自由基)，相對(duì)于直接采用不銹鋼板和鐵作為陽極的反應(yīng)，產(chǎn)生的污泥量更少。不銹鋼網(wǎng)柔軟可以加工成各種形狀的電極，便于實(shí)際應(yīng)用；而且此反應(yīng)陰陽極同質(zhì)，通過程控電源即可輕松控制正負(fù)極的方向，增加電極的使用壽命。該水處理方法能應(yīng)用于廢水酸堿度pH值介于28的的廢水處理中，可適當(dāng)加入電解質(zhì)，并調(diào)節(jié)電解質(zhì)濃度為0.lg/L20g/L，并在廢水中通入氧氣，陰陽極接通程控電源后即可基于電芬頓反應(yīng)進(jìn)行廢水處理。該不銹鋼網(wǎng)可以為多種目數(shù)，其材質(zhì)選擇可以包括0Crl8Ni9、0Crl9Nil0、0Cr25Ni20及0Crl7Nil2Mo2等；而且該不銹鋼網(wǎng)的陰陽兩極可以根據(jù)實(shí)際廢水處理裝置情況加工成任意所需形狀。上述電解質(zhì)可以是硫酸鹽或者鹽酸鹽。通過優(yōu)化，可以加入活性炭、Ti02/C納米復(fù)合材料等多種導(dǎo)電材料，同時(shí)提高裝置的整體催化降解效率。下面通過具體的實(shí)施例，詳述本發(fā)明的技術(shù)特征和優(yōu)點(diǎn)。將陰極板和陽極板以一定間距固定在500mL的反應(yīng)器中，在陰陽極板間通入空氣，陰陽極板間距2cm左右，同時(shí)連接好電源線路。將pH2pH8左右的含一定濃度有機(jī)物的廢水注入反應(yīng)器中，加入一定量的支持電解質(zhì)。開啟曝氣裝置，接入直流電源，通過調(diào)節(jié)直流電源的輸入電壓和電流強(qiáng)度，使反應(yīng)得以進(jìn)行，達(dá)到最佳處理效果。實(shí)施例1處理濃度為40mg/L，體積為300mL的次甲基藍(lán)和剛果紅有機(jī)染料水溶液，未調(diào)節(jié)體系的PH值，其中次甲基藍(lán)水溶液pH6.35，剛果紅水溶液pH6.97。陽極和陰極為40目牌號(hào)為SUS304的不銹鋼網(wǎng)。調(diào)節(jié)硫酸鈉電解質(zhì)的濃度為3g/L，通入空氣進(jìn)行曝氣。接通直流電源控制電流為0.6A，計(jì)時(shí)反應(yīng)。處理效果見表1<table>tableseeoriginaldocumentpage5</column></row><table>表1從實(shí)施例1可以看出，在中性ρΗ左右，此電芬頓反應(yīng)對(duì)有機(jī)廢水就可以進(jìn)行高效處理，效果明顯。實(shí)施例2處理濃度為20mg/L，體積為300mL的次甲基藍(lán)水溶液，分別考察調(diào)節(jié)與未調(diào)節(jié)體系PH的反應(yīng)效果，未調(diào)時(shí)本征pH6.50，用鹽酸溶液調(diào)節(jié)體系的pH3.00；陽極和陰極為80目牌號(hào)為SUS304的不銹鋼網(wǎng)。調(diào)節(jié)硫酸鈉電解質(zhì)的濃度為3g/L，通入空氣進(jìn)行曝氣。接通直流電源控制電流為0.3A，計(jì)時(shí)反應(yīng)。處理效果見表2<table>tableseeoriginaldocumentpage5</column></row><table>表2從實(shí)施例2可以看出，在酸性ρΗ條件下，電化學(xué)反應(yīng)的效率更高，這是因?yàn)樗嵝驭薛路翌D反應(yīng)的氫氧自由基反應(yīng)占主導(dǎo)地位，而中性PH下，主要是絮凝沉淀作用。實(shí)施例3處理濃度為40mg/L，體積為300mL的次甲基藍(lán)水溶液，分別考察采用不同目數(shù)的不銹鋼網(wǎng)和不銹鋼板作為反應(yīng)陰陽極的效果。未調(diào)節(jié)體系的ρΗ。調(diào)節(jié)硫酸鈉電解質(zhì)的濃度為3g/L，通入空氣進(jìn)行曝氣，計(jì)時(shí)反應(yīng)，處理效果詳見表3時(shí)間(h)12次甲基藍(lán)(去除率)電極目數(shù)為40目的不銹鋼網(wǎng)80%94.5%次甲基藍(lán)(去除率)電極目數(shù)為80目的不銹鋼網(wǎng)95%99.4%次甲基藍(lán)(去除率)電極不銹鋼板72.3%95%表3從實(shí)施例3可看出，隨著不銹鋼網(wǎng)目數(shù)的提高，有機(jī)物的去除效率提高，且觀察到的副產(chǎn)物黃色沉淀比較少。如果采用不銹鋼板做陰陽極，很快便可以觀察到大量的黃色絮狀沉淀，說明副產(chǎn)物非常多，這不利于實(shí)際污水處理。權(quán)利要求基于電芬頓反應(yīng)的廢水處理方法，對(duì)廢水中含鐵元素的電極施加電源，電極本身的鐵元素失去電子形成亞鐵離子，而在廢水中的溶解氧在不銹鋼陰極表面還原產(chǎn)生過氧化氫，過氧化氫與水中的亞鐵離子反應(yīng)產(chǎn)生氫氧自由基氧化降解廢水中的有機(jī)物，其特征在于所述廢水處理方法采用不銹鋼網(wǎng)作為電化學(xué)反應(yīng)的陰陽兩極，且所施加到陰陽兩極上的電源采用可切換正負(fù)極方向的電源。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于電芬頓反應(yīng)的廢水處理方法，其特征在于所述電芬頓反應(yīng)的液態(tài)環(huán)境酸堿度為PH值介于28之間，在pH值介于25的酸性環(huán)境下，所述電芬頓反應(yīng)以氫氧自由基氧化降解有機(jī)物為主；而在中性的廢水中，反應(yīng)機(jī)理為絮凝沉淀機(jī)理。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于電芬頓反應(yīng)的廢水處理方法，其特征在于所述電芬頓反應(yīng)的液態(tài)環(huán)境中實(shí)時(shí)注有氧氣。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于電芬頓反應(yīng)的廢水處理方法，其特征在于所述電源至少包括直流電源、高壓脈沖電源或方波電源。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于電芬頓反應(yīng)的廢水處理方法，其特征在于所述不銹鋼網(wǎng)的陰陽兩極可加工成任意所需形狀。全文摘要本發(fā)明揭示了一種基于電芬頓反應(yīng)的廢水處理方法，對(duì)廢水中含鐵元素的電極施加電源，電極本身的鐵元素失去電子形成亞鐵離子，而在廢水中的溶解氧在不銹鋼陰極表面還原產(chǎn)生過氧化氫，過氧化氫與水中的亞鐵離子反應(yīng)產(chǎn)生氫氧自由基氧化降解廢水中的有機(jī)物，其特征在于所述廢水處理方法采用不銹鋼網(wǎng)作為電化學(xué)反應(yīng)的陰陽兩極，且所施加到陰陽兩極上的電源采用可切換正負(fù)極方向的電源。本發(fā)明通過采用市售不銹鋼網(wǎng)作為電芬頓反應(yīng)的陽極，能減少電化學(xué)反應(yīng)的副產(chǎn)物及后續(xù)廢水處理成本，提高反應(yīng)效率；同時(shí)采用程控電源定時(shí)轉(zhuǎn)換陰陽極方向，有效延長(zhǎng)了電極的使用壽命，能應(yīng)用于廣泛pH值的廢水處理之中。文檔編號(hào)C02F1/461GK101798130SQ20101014609公開日2010年8月11日申請(qǐng)日期2010年4月2日優(yōu)先權(quán)日2010年4月2日發(fā)明者張鐵鍇,陳韋申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院蘇州納米技術(shù)與納米仿生研究所