[發明專利]一種三維?類電芬頓降解水楊酸的水處理系統及方法

在審

• 申請號: 201710947690.5
• 申請日: 2017-10-12
• 公開（公告）號: CN107512762A
• 公開（公告）日: 2017-12-26
• 發明（設計）人: 于衍真;李雪;趙春輝;李滿屯;鞏玉帥;程磊
• 申請（專利權）人: 齊魯理工學院
• 主分類號: C02F1/461
• 分類號: C02F1/461;C02F1/72;C02F101/34
• 代理公司: 濟南譽豐專利代理事務所(普通合伙企業)37240
• 代理人: 高強

技術領域

本發明涉及水處理技術領域，尤其涉及一種用于處理含水楊酸的污水的三維-類電芬頓降解水楊酸的水處理系統及方法。

背景技術

PPCP(pharmaceuticals and personal care products)即藥品和個人護理用品，是一類包括處方類和非處方類醫藥品、防曬劑、清潔劑、殺菌劑和香料等化學用品在內的污染物的總稱，水楊酸(SA)是PPCPs類污染物中一類非甾體抗炎鎮痛類藥物，具有殺菌、消炎等作用，臨床和日常護膚品大量使用，以痕量濃度廣泛存在，在地表水、地下水、土壤中均能檢測到，具有高度水溶性、持久性、生物積累性(有的具有脂溶性)、長距離遷移的特性，能污染飲用水，對生物體有生物毒性。目前，處理污水中的水楊酸的方法有生物法、膜處理技術和混凝技術等，但這些方法對SA的去除效果都不理想。

高級氧化法產生的強氧化活性物質對大分子有機物具有強氧化作用，有利于處理污水中的水楊酸，而三維電極是一種新型的高級氧化方法，其三維-類電芬頓反應區域不再局限于電極的簡單幾何表面上，而是在整個床層的三維空間表面上進行，近年來有較多的研究。專利CN 102070230A公開了一種三維電極電芬頓去除水中有機物的方法及裝置，所述的裝置包括反應室和氣室，反應室內設置碳材料陰極、鐵板陽極和固定床三維粒子電極，碳材料陰極和鐵板陽極分別連接電源的兩極，通電后，陽極氧化生成鐵離子，陰極表面生成過氧化氫，鐵離子和過氧化氫構成電芬頓試劑氧化去除廢水中的有機物。陽極氧化生成鐵離子后，陽極被消耗，一方面，使處理過程中需要不斷更換陽極板，成本較高，更換時需要停工，影響上游工藝運行，不能形成連續處理；另一方面，陽極消耗后生成的鐵離子會隨著污水一起流出，無法繼續使用，需要不斷消耗陽極產生鐵離子，不利于循環利用，增加成本，且鐵泥隨污水流出后沉淀在污水中形成會形成二次污染，增加處理成本；此外，電芬頓反應對污水的pH要求較為苛刻，且羥基自由基產生量直接受陰極過氧化氫產量的影響，間接影響處理效果，易導致處理效果不穩定。

發明內容

本發明針對現有技術的不足，提供一種三維-類電芬頓降解水楊酸的水處理系統及方法，有效處理污水中的水楊酸。

本發明是通過如下技術方案實現的，提供一種三維-類電芬頓降解水楊酸的水處理系統，包括反應器、供水裝置、曝氣裝置和電源裝置，所述供水裝置、所述曝氣裝置和所述電源裝置分別連接所述反應器；

所述反應器包括三維-類電芬頓反應區，所述三維-類電芬頓反應區填充錳渣基Cu/Fe粒子電極，且所述三維-類電芬頓反應區內交叉放置有主電極陽極和主電極陰極，所述電源裝置的正負極分別電連接所述主電極陽極和主電極陰極。

本發明提供的水處理系統，可以通過加藥裝置向反應器中加入一定濃度的過硫酸鹽，當供水裝置中的污水進入反應器后，過硫酸鹽和污水混合，污水和過硫酸鹽共同到達三維-類電芬頓反應區后，在三維-類電芬頓反應區中粒子電極負載的Fe作用下，過硫酸鹽被活化產生硫酸根自由基，粒子電極基體中的過渡金屬電催化產生羥基自由基，硫酸根自由基和羥基自由基有效降解水中的SA污染物。

本發明中，錳渣基Cu/Fe粒子電極在電場的作用下被復極化而兩端分別帶正負電荷，形成一個個微小的電場，增大了反應器內的有效反應面積，過硫酸鹽隨進水在反應器中與粒子電極相接觸，錳渣基Cu/Fe粒子電極所負載的Fe氧化物在電荷的作用下解離出Fe²⁺，進而激活過硫酸鹽，生成硫酸根自由基，即：

Fe³⁺+e^-→Fe²⁺；

所生成的Fe³⁺可以在陰極被還原成Fe²⁺，Fe²⁺激活過硫酸鹽后，生成的Fe³⁺還可以在陰極被還原成Fe²⁺繼續激活過硫酸鹽，保證錳渣基Cu/Fe粒子電極持久高效催化SA污染物；另外，電場強化活化過硫酸鹽：粒子電極基體中的過渡金屬經電場催化產生羥基自由基，在三維-類電芬頓反應區同時存在羥基自由基和硫酸根自由基，兩種自由基的共同作用高效降解污水中的SA。

本發明將Fe負載于粒子電極上，不需要消耗陽極產生Fe²⁺，減少了陽極消耗的成本，不需要停工更換陽極，不影響上游運行，不需要持續添加活化劑Fe，減少運行成本。并且負載于粒子電極上的Fe²⁺與粒子電極形成一個統一的整體，不會隨污水流出，持續發揮作用的同時不會對污水造成進一步污染。