氧化的廢水處理方法
【專利說明】_種原位電產生H2〇2協(xié)同〇3氧化的廢水處理方法
[00011本申請是申請?zhí)枮?0121054947 2.3的發(fā)明專利申請的分案申請。
技術領域
[0002] 本發(fā)明屬于電化學廢水處理技術領域，具體涉及一種原位電產生H202協(xié)同03氧化 的廢水處理裝置及方法。
【背景技術】
[0003] 03氧化技術被廣泛用于污水治理和凈化工藝。03在氧化過程中有兩種機理：（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分子可親電進攻有機物 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分子先產生具 有強氧化性的· 0H，從而降解有機物。根據以上特點，03氧化具有氧化能力有限、受pH影響 較大等缺陷，不適用于實際污水的處理。
[0004] 近些年，一些基于〇3氧化的高級氧化技術(如UV/〇3、H2O2/O3(Peroxone)等)得到了 廣泛研究，這些新技術可有效處理含氯、有機農藥以及藥物的污水。
[0005] Peroxone過程是指在水溶液中，利用H2O2和〇3反應產生· 0H而降解有機污染物的 過程。Ormad等人研究了使用Peroxone過程處理有機氯廢水(三氯殺螨醇和涕滴恩），結果表 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。Ku等人將Peroxone過程用 于降解丙酮溶液，其結果表明：（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，降解效果最佳。
[0006] 1894年，法國人Fenton在研究中發(fā)現亞鐵離子(Fe2+)與過氧化氫(H202)在酸性水 溶液中，可以有效氧化酒石酸，這種亞鐵鹽和H202的反應叫做Fenton反應。隨著進一步的研 究，電-芬頓(Electro-Fenton)綜合了電化學過程和Fenton過程，將電化學過程產生的Fe2+ 和H2O2作為Fenton試劑的持續(xù)來源，在反應過程中無須添加任何試劑，且大大提高了Fenton 處理的效率。基于此，可在Peroxone反應中引入電化學持續(xù)產H2O2過程，從而進一步提高 Peroxone過程降解有機污染物的效率。

【發(fā)明內容】

[0007] 為了克服上述現有技術的缺點，本發(fā)明的目的在于提供一種原位電產生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，利用電化學方法持續(xù)、高效產生h2〇2，并能 與〇3迅速反應產生· 0H高效去除水體中難降解有機污染物。
[0008] 為了達到上述目的，本發(fā)明采取的技術方案為：
[0009] -種原位電產生H202協(xié)同03氧化的廢水處理裝置，包括反應容器4,反應容器4的底 部設有磁力攪拌器1，攪拌磁子2設在反應容器4內，反應容器4的內部設有不銹鋼微孔曝氣 頭3、惰性陽極5和氣體擴散陰極6,攪拌磁子2、不銹鋼微孔曝氣頭3、惰性陽極5和氣體擴散 陰極6浸沒在廢水溶液中，惰性陽極5和氣體擴散陰極6豎直相對，反應容器4還設有通入0 3 的管路，惰性陽極5和氣體擴散陰極6采用直流電源。
[0010]陰極〇2還原過程需要對廢水溶液進行微孔曝氣，所曝氣體為〇2與〇3的混合氣體，其 中〇2體積分數大于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，曝氣同時伴隨著800-1200rpm的攪拌。
[0011]所述的氣體擴散陰極6采用炭黑-聚四氟乙烯(C-PTFE)氣體擴散電極，在直流電場 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,進而與通入的〇3反應生成具有強氧化性的· 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，將準備好的惰性陽極5和氣體擴散陰極6插入到廢水溶液中，并將之與直 流電源連接，通電時陰極電流密度范圍為0-60mA/cm2;
[0016] 第二步，向反應容器4中通過微孔曝氣頭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] 原位電產生H202協(xié)同03氧化處理廢水0.5h_12h之后，可達到明顯的去除效果。
[0019]與傳統(tǒng)電化學處理廢水方法(直接電化學氧化、Electro-Fenton等等）相比，本發(fā) 明的獨特優(yōu)點和有益效果如下：
[0020] (1)不需要加入化學藥劑，大幅降低處理成本。
[0021] (2)H202由氣體擴散陰極持續(xù)原位產生，提高了安全性能。
[0022] (3)持續(xù)原位產生的H202與持續(xù)制得的03可充分發(fā)生反應，提高反應效率。
[0023] (4)處理廢水的pH范圍廣，無需調節(jié)pH。
[0024] (5)處理過程清潔，不會產生污泥以及二次污染。
[0025] (6)處理過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聯用，提高處理效率。
[0027]可見，本發(fā)明是處理難降解、高濃度有機廢水的一種高效技術，具有良好的發(fā)展前 景。
【附圖說明】
[0028]圖1為本發(fā)明的裝置結構示意圖。
【具體實施方式】
[0029]下面結合附圖和實施例對本發(fā)明做詳細描述。
[0030] 參照附圖，一種原位電產生H202協(xié)同03氧化的廢水處理裝置，包括反應容器4,反應 容器4的底部設有磁力攪拌器1，攪拌磁子2設在反應容器4內，反應容器4的內部設有不銹鋼 微孔曝氣頭3、惰性陽極5和氣體擴散陰極6,攪拌磁子2、不銹鋼微孔曝氣頭3、惰性陽極5和 氣體擴散陰極6浸沒在廢水溶液中，惰性陽極5和氣體擴散陰極6豎直相對，反應容器4還設 有通入〇 3的管路，惰性陽極5和氣體擴散陰極6采用直流電源。
[0031]陰極02還原過程需要對廢水溶液進行微孔曝氣，所曝氣體為02與〇3的混合氣體，其 中以〇2體積分數大于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，曝氣同時伴隨著800-1200rpm的攪拌，有利于反應物的液相傳質，提 高反應幾率和處理效果。
[0032]所述的氣體擴散陰極6采用C-PTFE氣體擴散電極，在直流電場中，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，進而與 通入的〇3反應生成具有強氧化性的· 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，向有機廢水的溶液中通入02和03的混合氣體，在直流電場中，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)生反應生成具有強氧化性的· 0H，從而氧化 降解有機污染物，此過程中需根據情況，向被處理廢水中加入或不加入一定量電解質使其 具有良好的導電性能。
[0037] 一種原位電產生H202協(xié)同03氧化的廢水處理方法，包括以下步驟：
[0038]第一步，將準備好的惰性陽極5和氣體擴散陰極6插入到廢水溶液中，并將之與直 流電源連接，通電時陰極電流密度范圍為0-60mA/cm2;
[0039] 第二步，向反應容器4中通過微孔曝氣頭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