[發(fā)明專利]一種采用主動(dòng)擴(kuò)散式陰極的過氧絮凝高效處理有機(jī)廢水的方法

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010004617.6
• 申請(qǐng)日: 2020-01-03
• 公開（公告）號(hào): CN111072113A
• 公開（公告）日: 2020-04-28
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 周明華;李雅巍;張齊展
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 南開大學(xué)
• 主分類號(hào): C02F1/467
• 分類號(hào): C02F1/467;C02F1/463;C02F101/30
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本發(fā)明屬于難降解有機(jī)廢水處理領(lǐng)域，具體為一種采用主動(dòng)擴(kuò)散式陰極的過氧絮凝高效處理有機(jī)廢水的方法，采用空氣主動(dòng)擴(kuò)散陰極發(fā)展新型過氧絮凝方法，具有無需外加曝氣、能耗低、TOC去除效果好等優(yōu)點(diǎn)。該陰極可利用還原擴(kuò)散過來的空氣中的氧氣原位產(chǎn)生H₂O₂，與犧牲陽極產(chǎn)生的亞鐵反應(yīng)生成強(qiáng)氧化劑羥基自由基，并兼有電絮凝作用從而高效去除廢水中的有機(jī)污染物。該工藝無需常規(guī)過氧絮凝體系中的曝氣裝置提供氧氣，大大減少了曝氣帶來的額外能耗，且該主動(dòng)擴(kuò)散式陰極的H₂O₂產(chǎn)量遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)空氣擴(kuò)散陰極，從而可產(chǎn)生更多的羥基自由基而大大提升了有機(jī)物去除和礦化效果。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及污水處理技術(shù)領(lǐng)域，具體地，本發(fā)明是一種采用主動(dòng)擴(kuò)散式陰極用于過氧絮凝處理有機(jī)廢水的方法。

背景技術(shù)

隨著我國農(nóng)藥的廣泛應(yīng)用，其生產(chǎn)應(yīng)用等過程產(chǎn)生的廢水因濃度高、毒性大且難處理成為我國污染最嚴(yán)重、最難處理的工業(yè)廢水之一。目前我國大部分農(nóng)藥企業(yè)在廢水處理方面通常采用的方式是對(duì)廢水進(jìn)行簡單的預(yù)處理后進(jìn)入生化池再進(jìn)行生化處理。雖然生化法是技術(shù)比較成熟的工業(yè)化方法，但由于農(nóng)藥廢水毒性高，且含有很多難以生物降解的有機(jī)物，因而采用這種方式處理農(nóng)藥廢水往往難以取得理想的效果。

電化學(xué)高級(jí)氧化技術(shù)具有條件溫和、設(shè)備簡單、可控性好、氧化能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。高級(jí)氧化技術(shù)主要有芬頓、電芬頓、光電芬頓、臭氧催化氧化、過氧絮凝等工藝，其中芬頓工藝需要添加大量的化學(xué)試劑使其成本過高，電芬頓工藝雖然可持續(xù)產(chǎn)生雙氧水、但pH適用范圍較窄且亞鐵循環(huán)較差，使其礦化效果較差，光電芬頓和臭氧催化氧化等工藝因需要供給光源和維持臭氧產(chǎn)量使其需要較高的能耗輸入，而過氧絮凝因其能耗較低、無需外加試劑就可達(dá)到較高的污染物去除效果和礦化效果，使其近幾年來逐漸被應(yīng)用于高濃度有機(jī)廢水的處理。其技術(shù)原理如下：陽極為鐵板，主要發(fā)生失去兩個(gè)e-生成亞鐵離子的氧化反應(yīng)，陰極主要發(fā)生還原氧氣生成雙氧水，溶液中的亞鐵與雙氧水反應(yīng)生成強(qiáng)氧化劑·OH，亞鐵被氧化為三價(jià)鐵離子，從而對(duì)溶液中的有機(jī)物產(chǎn)生絮凝作用，達(dá)到強(qiáng)氧化劑礦化和絮凝劑對(duì)污染物去除的雙重作用。其反應(yīng)方程式如下：

陽極：Fe→Fe²⁺+2e^-

陰極：O₂+2H⁺+2e^-→H₂O₂

溶液中：4Fe²⁺+10H₂O+O₂→4Fe(OH)₃+8H⁺

H₂O₂+Fe²⁺+H⁺→·OH+Fe³⁺+H₂O

傳統(tǒng)的過氧絮凝體系采用需要外加曝氣的空氣擴(kuò)散電極作為陰極，將空氣或氧氣通過空氣泵等曝氣裝置直接通入陰極表面，從而還原產(chǎn)生雙氧水，其曝氣裝置會(huì)消耗大量的能耗，甚至占總處理能耗的一半左右。因此，在傳統(tǒng)的過氧絮凝體系的基礎(chǔ)上，減少曝氣能耗，將大大降低污水處理成本，提升處理效能。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明針對(duì)傳統(tǒng)過氧絮凝體系曝氣能耗高的問題，采用主動(dòng)擴(kuò)散式陰極，無需額外曝氣，且該陰極使用的炭黑和PTFE量遠(yuǎn)低于傳統(tǒng)的空氣擴(kuò)散陰極并產(chǎn)生更多的雙氧水產(chǎn)量，從而降低了運(yùn)行能耗并大大提高了廢水處理效果，在農(nóng)藥等有機(jī)廢水處理中具有較好的應(yīng)用前景。

本發(fā)明處理有機(jī)廢水的方法如下：

炭黑和聚四氟乙烯改性制備的主動(dòng)擴(kuò)散式電極為陰極，該陰極擴(kuò)散層一側(cè)與空氣接觸，而催化層一側(cè)浸沒在有機(jī)廢水中，陽極為鐵板，兩極間距為0.5-2cm 構(gòu)成無隔膜反應(yīng)器，調(diào)節(jié)廢水pH范圍為3-9，控制電流為25-300mA進(jìn)行處理。其中所述陰極催化層炭黑與60％聚四氟乙烯混合比例為0.4mL/g。