一種耦合分子氧活化的高效中性電芬頓氧化水處理方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種耦合分子氧活化的高效中性電芬頓氧化水處理方法，它是在pH預(yù)調(diào)節(jié)為5-9的待處理廢水體系中，以含單質(zhì)鐵的物質(zhì)為陽極，多孔碳電極為陰極，多聚磷酸鹽為支持電解質(zhì)，構(gòu)成電芬頓體系，然后通電，同時(shí)向陰極處持續(xù)提供空氣或氧氣，對(duì)待處理廢水進(jìn)行電芬頓氧化處理。本發(fā)明所使用的電解質(zhì)多聚磷酸鹽不僅能大幅提高廢水中有機(jī)污染物的去除率、實(shí)際廢水的COD去除率，同時(shí)還能避免由于鐵離子水解而產(chǎn)生的大量鐵泥，簡(jiǎn)化了后續(xù)處理過程。本發(fā)明適用于各種有機(jī)廢水的處理。
【專利說明】一種耦合分子氧活化的高效中性電芬頓氧化水處理方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于水污染控制【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種耦合分子氧活化的高效中性電芬頓氧化水處理方法，適用于印染、化工、農(nóng)業(yè)領(lǐng)域等難降解有機(jī)廢水的處理。
【背景技術(shù)】
[0002]1894年,法國(guó)化學(xué)家Fenton首次發(fā)現(xiàn)酸性條件下,Fe2+和H2O2的混合溶液(芬頓試劑)可以有效氧化酒石酸。芬頓試劑最初主要用于酶反應(yīng)、有機(jī)合成以及細(xì)胞損傷機(jī)理的研究和應(yīng)用。1964年加拿大科學(xué)家Eisenhaner首次將芬頓試劑應(yīng)用到廢水處理中。研究表明，芬頓試劑能有效氧化去除傳統(tǒng)廢水處理技術(shù)無法去除的難降解有機(jī)污染物。芬頓試劑既可以作為廢水的預(yù)處理，也可以作為最終的深度處理，有著廣泛的應(yīng)用前景。然而傳統(tǒng)的芬頓試劑存在雙氧水利用率低、處理成本高、有機(jī)物氧化不徹底等缺點(diǎn)，因此將芬頓試劑與其他技術(shù)聯(lián)合處理廢水的方法應(yīng)運(yùn)而生。目前研究的主要有:超聲芬頓法、光芬頓法、電芬頓法、光電芬頓法等。其中電芬頓法由于處理效率高、處理周期短、設(shè)備簡(jiǎn)單、條件溫和等優(yōu)點(diǎn)而被廣泛研究，已在有機(jī)氯化物和苯類等污染物的處理中被證實(shí)可行，并取得良好效果。
[0003]電芬頓法的實(shí)質(zhì)是以電化學(xué)法產(chǎn)生的Fe2+和(或)H2O2作為芬頓試劑的持續(xù)來源，降解污染物。根據(jù)Fe2+和H2O2產(chǎn)生方式的不同，電芬頓法可分為陰極電芬頓法，犧牲陽極法、雙極電芬頓法等。雙極電芬頓法無需外加藥劑，F(xiàn)e2+和H2O2都可以通過電極反應(yīng)產(chǎn)生。其中Fe2+可以由Fe在陽極氧化產(chǎn)生，H2O2由O2在陰極還原產(chǎn)生。該方法的裝置多以平板鐵或鐵網(wǎng)為陽極，多孔碳電極為陰極，硫酸鈉為支持電解質(zhì)構(gòu)成。反應(yīng)過程中在陰極通以空氣。為了提高陰極雙氧水生成的電流效率，同時(shí)避免陽極產(chǎn)生的Fe2+被氧化為Fe(OH)JX淀，溶液的PH值一般不應(yīng)大于3.5。為了維持較低的pH值要求，反應(yīng)過程中需要加酸調(diào)節(jié)，加酸不僅增加了廢水的處理成本，不利于廢水排放，同時(shí)也會(huì)腐蝕設(shè)備。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)存在的不足而提供一種耦合分子氧活化的高效中性電芬頓氧化水處理方法，其使用多聚磷酸鹽作為支持電解質(zhì)，在較寬的pH范圍內(nèi)均可大幅提高廢水中有機(jī)污染物的去除率、COD去除率，同時(shí)還能避免鐵離子水解產(chǎn)生大量鐵泥。
[0005]本發(fā)明為解決上述提出的問題所采用的技術(shù)方案為:
[0006]一種耦合分子氧活化的高效中性電芬頓氧化水處理方法，它是在pH預(yù)調(diào)節(jié)為5-9的待處理廢水體系中，以含單質(zhì)鐵的物質(zhì)為陽極，多孔碳電極為陰極，多聚磷酸鹽為支持電解質(zhì)，構(gòu)成電芬頓體系，然后通電，同時(shí)向陰極處持續(xù)提供空氣或氧氣，對(duì)待處理廢水進(jìn)行電芬頓氧化處理。
[0007]按上述方案，所述預(yù)調(diào)節(jié)pH的試劑為常規(guī)的酸或堿，所述酸可以選用鹽酸、硫酸、醋酸等無機(jī)酸，所述堿可以選用氫氧化鈉、氫氧化鉀等無機(jī)堿。
[0008]按上述方案，所述多聚磷酸鹽在廢水體系中的濃度為0.1~I毫摩爾/升。[0009]按上述方案，所述含單質(zhì)鐵的物質(zhì)可以是鐵絲、鐵片、不銹鋼片、不銹鋼網(wǎng)等含鐵物質(zhì)。
[0010]按上述方案，所述多孔碳電極可以是活性炭纖維、炭氈等多孔碳電極。
[0011]按上述方案，所述的多聚磷酸鹽是四聚磷酸鹽或三聚磷酸鹽，所述的四聚磷酸鹽選自四聚磷酸鈉、四聚磷酸鉀、四聚磷酸銨等；所述的三聚磷酸鹽選自三聚磷酸鈉、三聚磷酸鉀、三聚磷酸銨等。
[0012]按上述方案，所述電芬頓氧化處理過程在恒流條件下進(jìn)行，電流范圍控制為0.3-1.0 暈安。
[0013]按上述方案，所述電芬頓氧化處理過程中陽極電流密度控制為2-10安/平方米。
[0014]按上述方案,所述陰極處空氣或氧氣流速為40~100毫升/分鐘。
[0015]本發(fā)明的技術(shù)原理:通電時(shí)，氧氣在陰極通過2(還原產(chǎn)生雙氧水，單質(zhì)鐵在陽極氧化生成亞鐵離子。亞鐵離子與電解質(zhì)多聚磷酸鹽發(fā)生配位反應(yīng)形成Fe2+L配合物(L表示多聚磷酸鹽)，該配合物既可以直接與陰極產(chǎn)生的雙氧水發(fā)生芬頓反應(yīng)產(chǎn)生羥基自由基，也可以與溶解氧通過一系列反應(yīng)產(chǎn)生羥基自由基，具體的反應(yīng)式如下所示:
[0016]陽極反應(yīng):FeK=Fe2+
[0017]陰極反應(yīng):02+2H++2e_=H202 [0018]溶液中的反應(yīng)Fe2++L=Fe2+L (L表示多聚磷酸鹽)
[0019]O2+Fe2+L=.02 +Fe3+L
[0020].02 +Fe2+L+2H+=H2O2+Fe3+L
[0021]Fe2+L+H202=Fe3+L+0r+.0H
[0022]上述反應(yīng)產(chǎn)生的羥基自由基具有很高的氧化活性，可以和水中的有機(jī)污染物反應(yīng)，降解廢水中有機(jī)污染物，形成相應(yīng)的氧化產(chǎn)物，氧化產(chǎn)物再經(jīng)過進(jìn)一步與羥基自由基反應(yīng)生成二氧化碳和水及無機(jī)鹽。
[0023]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是:
[0024]1.本發(fā)明使用多聚磷酸鹽作支持電解質(zhì)不僅能大幅提高廢水中有機(jī)污染物的去除率和廢水的COD去除率，另與傳統(tǒng)電解質(zhì)硫酸鈉相比，使用多聚磷酸鹽作為支持電解質(zhì)還可以在較寬的PH范圍內(nèi)取得良好的污水處理效果，適用于各種有機(jī)廢水的處理；
[0025]2.多聚磷酸鹽比較穩(wěn)定，不易分解，因此相比其他有機(jī)配體對(duì)電芬頓處理有機(jī)廢水的促進(jìn)效果更持久；
[0026]3.本發(fā)明所述方法能避免由于鐵離子水解而產(chǎn)生的大量鐵泥，簡(jiǎn)化了后續(xù)處理過程;
[0027]4.多聚磷酸鹽通常被用作食品添加劑，屬于環(huán)境友好型添加劑，對(duì)人體無毒。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0028]圖1為實(shí)施例1采用四聚磷酸鈉為支持電解質(zhì)與對(duì)比例采用硫酸鈉為支持電解質(zhì)治理污水中羅丹明B效果對(duì)比圖；
[0029]圖2為實(shí)施例2采用三聚磷酸鈉為支持電解質(zhì)治理污水中阿特拉津效果圖；
[0030]圖3為實(shí)施例3采用四聚磷酸鈉為支持電解質(zhì)在不同初始pH值條件下治理污染水中阿特拉津效果圖；[0031]圖4為實(shí)施例4采用四聚磷酸鈉為支持電解質(zhì)治理皂洗廢水效果圖。
【具體實(shí)施方式】
[0032]下面通過具體實(shí)施例來詳細(xì)說明本發(fā)明的
【發(fā)明內(nèi)容】
，所描述的具體實(shí)施例僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
[0033]實(shí)施例1治理含染料羅丹明B的污水
[0034]針對(duì)染料污染水源的電芬頓修復(fù)，本實(shí)例采用自行配制的羅丹明B水溶液為實(shí)驗(yàn)對(duì)象進(jìn)行耦合分子氧活化的高效中性電芬頓處理實(shí)驗(yàn)。
[0035]以濃度為10mg/L的羅丹明B水溶液作模擬廢水，羅丹明B水溶液的pH值為6.6(無需加酸堿調(diào)節(jié)pH)。取模擬廢水25mL，向其中加入四聚磷酸鈉使其濃度為0.3mmol/L。以鐵絲為陽極，活性炭纖維為陰極，恒電流0.6mA,陽極電流密度為6安/平方米，通過曝氣裝置在陰極鼓入空氣，氣流流速為40mL/min，對(duì)模擬廢水進(jìn)行電芬頓氧化處理。如圖1所示，電芬頓氧化處理反應(yīng)Ih后，廢水中羅丹明B的脫色率達(dá)89%，即降解率達(dá)到89%。
[0036]對(duì)比例:采用硫酸鈉為支持電解質(zhì)來替代上述實(shí)驗(yàn)中的三聚磷酸鈉進(jìn)行電芬頓氧化處理，其他實(shí)驗(yàn)條件與上述實(shí)驗(yàn)條件均相同。結(jié)果見圖1，如圖1所示:其羅丹明B的脫色率僅能達(dá)到20%。
[0037]實(shí)施例2治理含農(nóng)藥阿特拉津的污水
[0038]針對(duì)農(nóng)藥污染水源的電芬頓修復(fù)，本實(shí)例采用自行配制的阿特拉津水溶液為實(shí)驗(yàn)對(duì)象進(jìn)行耦合分子氧活化的高效中性電芬頓治理實(shí)驗(yàn)。
[0039]以濃度為15mg/L`的阿特拉津水溶液為模擬廢水，阿特拉津水溶液溶液的pH值為
6.8(無需加酸堿調(diào)節(jié)pH)。取模擬廢水25mL，向其中加入三聚磷酸鈉使其濃度為0.5mmol/L。以鐵絲為陽極，活性炭纖維為陰極，恒電流0.5mA，陽極電流密度為5安/平方米，通過曝氣裝置在陰極鼓入空氣，氣流速為60mL/min，對(duì)模擬廢水進(jìn)行電芬頓氧化處理。如圖2所示，電芬頓氧化處理反應(yīng)Ih后，水中阿特拉津的降解率達(dá)97%以上。
[0040]實(shí)施例3在不同pH值條件下治理含農(nóng)藥阿特拉津的污水
[0041]本實(shí)例采用自行配制的阿特拉津水溶液為實(shí)驗(yàn)對(duì)象進(jìn)行耦合分子氧活化的高效中性電芬頓治理實(shí)驗(yàn)。
[0042]以濃度為15mg/L的阿特拉津水溶液為模擬廢水，向其中加入四聚磷酸鈉的濃度為0.5mmol/L，用NaOH或HCl溶液調(diào)節(jié)溶液的初始pH分別為5.3,6.3,7.3,8.3,9.3。分別取不同初始PH的模擬廢水25mL，以鐵絲為陽極，活性炭纖維為陰極，恒電流0.5mA,陽極電流密度為5安/平方米，通過曝氣裝置在陰極鼓入空氣，氣流速為60mL/min，對(duì)模擬廢水進(jìn)行電芬頓氧化處理。如圖3所示，電芬頓氧化處理反應(yīng)Ih后，不同pH值條件下水中阿特拉津的降解率均達(dá)80%以上。
[0043]實(shí)施例4治理印染廠阜洗廢水
[0044]本實(shí)例采用印染廠皂洗廢水為實(shí)驗(yàn)對(duì)象進(jìn)行耦合分子氧活化的高效中性電芬頓治理實(shí)驗(yàn)。
[0045]印染廠皂洗廢水的pH值為8.5 (無需加酸堿調(diào)節(jié)pH)，初始COD為450mg/L，向其中加入四聚磷酸鈉使其濃度為lmmol/L，然后取樣IOOmL,以鐵絲為陽極，活性炭纖維為陰極，恒電流1.0mA，陽極電流密度為10安/平方米，通過曝氣裝置在陰極鼓入空氣，氣流速為100mL/min，對(duì)廢水進(jìn)行電芬頓氧化處理。如圖4所示，電芬頓氧化處理反應(yīng)Ih后，廢水的COD為95mg/L，即印染廠皂洗廢水C`OD去除率為79%。
【權(quán)利要求】
1.一種耦合分子氧活化的高效中性電芬頓氧化水處理方法，其特征在于:它是在PH預(yù)調(diào)節(jié)為5-9的待處理廢水體系中，以含單質(zhì)鐵的物質(zhì)為陽極，多孔碳電極為陰極，多聚磷酸鹽為支持電解質(zhì)，構(gòu)成電芬頓體系，然后通電，同時(shí)向陰極處持續(xù)提供空氣或氧氣，對(duì)待處理廢水進(jìn)行電芬頓氧化處理。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種耦合分子氧活化的高效中性電芬頓氧化水處理方法，其特征在于:所述多聚磷酸鹽在廢水體系中的濃度為0.1~I毫摩爾/升。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種耦合分子氧活化的高效中性電芬頓氧化水處理方法，其特征在于:所述含單質(zhì)鐵的物質(zhì)是鐵絲、鐵片、不銹鋼片、不銹鋼網(wǎng)中的一種。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種耦合分子氧活化的高效中性電芬頓氧化水處理方法，其特征在于:所述多孔碳電極為活性炭纖維、炭氈中的一種。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種耦合分子氧活化的高效中性電芬頓氧化水處理方法，其特征在于:所述的多聚磷酸鹽是四聚磷酸鹽或三聚磷酸鹽中一種。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種耦合分子氧活化的高效中性電芬頓氧化水處理方法，其特征在于:所述的四聚磷酸鹽選自四聚磷酸鈉、四聚磷酸鉀、四聚磷酸銨；所述的三聚磷酸鹽選自三聚磷酸鈉、三聚磷酸鉀、三聚磷酸銨。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種耦合分子氧活化的高效中性電芬頓氧化水處理方法，其特征在于:所述電芬頓氧化處理過程在恒流條件下進(jìn)行，電流范圍控制為0.3-1.0毫安。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種耦合分子氧活化的高效中性電芬頓氧化水處理方法，其特征在于:所述電芬頓氧化處理過程中陽極電流密度控制為2-10安/平方米。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種耦合分子氧活化的高效中性電芬頓氧化水處理方法，其特征在于:所 述陰極處空氣或氧氣流速為30~100毫升/分鐘。
【文檔編號(hào)】C02F1/461GK103864183SQ201410107965
【公開日】2014年6月18日 申請(qǐng)日期:2014年3月21日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月21日
【發(fā)明者】張禮知, 王麗 申請(qǐng)人:華中師范大學(xué)