[發明專利]用于難降解有機廢水處理的電化學高級氧化體系及方法

有效

• 申請號: 201110446107.5
• 申請日: 2011-12-28
• 公開（公告）號: CN102531107A
• 公開（公告）日: 2012-07-04
• 發明（設計）人: 褚衍洋
• 申請（專利權）人: 青島科技大學
• 主分類號: C02F1/461
• 分類號: C02F1/461;C02F1/74;C02F1/72;C02F9/06
• 代理公司: 暫無信息
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技術領域

本發明涉及廢水處理領域，具體涉及一種難降解有機廢水的新型電化學高級氧化處理系統及其處理方法。

背景技術

隨著我國工業的快速發展，污水排放量日益增加，水資源污染日趨嚴重，水體污染已經成為制約經濟發展的重要因素之一。尤其是污染物成分越來越復雜，如由焦化、染料、制藥、有機化學品合成、造紙等工業過程排放的污水及垃圾填埋場晚期滲濾液等，具有毒性高、濃度大且難生物降解的特點，治理難度很大，利用傳統的水處理技術對這些污水的處理難以獲得滿意的效果甚至完全失效。高級氧化技術正是由于處理這類高濃度難降解污染物的需要而發展起來的新興處理技術。該技術是通過運用電、光、輻照及催化劑生成具有極強氧化能力的自由基(如羥基自由基·OH)將水體中的大分子難降解有機物氧化降解成低毒或無毒的小分子物質甚至直接降解成為二氧化碳、水及無機離子。

在眾多的高級氧化技術中，電化學氧化技術具有反應條件溫和、有機物礦化效果好及操作運行方便的優點，因此具有良好的應用前景。電化學氧化技術主要包括電Fenton氧化和陽極氧化。電Fenton氧化法采用合適的電極材料，利用O₂在陰極還原生成H₂O₂，并與外加的Fe²⁺在電化學反應器內發生Fenton反應，生成具有強氧化性的·OH降解有機物；電化學陽極氧化則利用陽極產生的·OH、高價態氧化物等強氧化性物種將水中有機物降解生成CO₂、H₂O及小分子有機物。但這類電化學氧化方法還存在不足：①能耗較高；②H₂O₂利用效率不理想。

發明內容

為了克服以上問題，本發明提供了一種在同一電化學體系下，利用陽極氧化和電Fenton氧化降解有機物，充分利用電能，降低電化學氧化處理有機廢水的能耗，同時通過Fe²⁺的陸續進入被處理廢液提高H₂O₂利用效率，縮短處理時間的高效率處理廢水的方法。

該發明的核心為一個四電極雙電源氧化體系：①氣體擴散陰極(Gas?diffusion?cathode)：此電極由高純度石墨與有機聚合物乳液以及少量無機添加劑制備而成，其主要功能是將水中溶解氧還原為H₂O₂(O₂+2H⁺+2e^-→H₂O₂)，生成H₂O₂的電流效率超過50％；②鈦基氧化物陽極：采用熱氧化分解法制備鈦基氧化物陽極，采用板狀鈦基體外涂氧化物SnO₂，Sb₂O₅和IrO₂制成，其中，Sn、Sb和Ir的質量比為10∶1∶0.2～10∶2∶1。反應過程中，H₂O在該陽極表面發生羥基化作用生成吸附態·OH；③鐵陽極(Fe?anode)：金屬鐵作為陽極，反應過程中發生陽極溶解，釋放Fe²⁺進入液相(Fe-2e^-→Fe²⁺)。④鐵陰極：作為鐵陽極的對電極。該氧化工藝實現的物質基礎是良好的電極性能。

其中，制備氣體擴散陰極的高純度石墨純度為99.5％以上；有機聚合物乳液為聚四氟乙烯乳液，加入量為石墨質量的30-50％；無機添加劑為碳酸氫銨，加入量為石墨質量的5-10％。

利用該氧化體系處理有機廢水的電化學高級氧化方法，具體包括以下操作：

在水質調節池內將待處理廢水pH值調節至3.0-3.5后，進入電化學反應體系；

電化學反應體系中，通過空氣壓縮機向氣體擴散陰極引入空氣，以提供還原產生H₂O₂反應所需要的O₂(空氣量與廢水量的體積比為5∶1-15∶1)，同時引入的空氣起到攪拌反應器內的廢水的作用；

利用一個較大功率的直流電源提供氣體擴散陰極和鈦基氧化物陽極間的電壓，使氣體擴散陰極的電位在-0.20～-1.40V之間，氣體擴散陰極用于將水中溶解氧還原為H₂O₂，鈦基氧化物陽極用于將H₂O在該陽極表面發生羥基化作用生成吸附態·OH，利用該電位設置實現高效率的過氧化氫生成和良好的陽極氧化效果；