[發明專利]一種漂浮式三明治型電芬頓污水處理裝置及方法

在審

• 申請號: 202210702922.1
• 申請日: 2022-06-21
• 公開（公告）號: CN114988530A
• 公開（公告）日: 2022-09-02
• 發明（設計）人: 周明華;張齊展;宋格
• 申請（專利權）人: 南開大學
• 主分類號: C02F1/461
• 分類號: C02F1/461;C02F9/06;C02F1/66;C02F1/28;C02F101/30
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本發明屬于污水處理領域，提出了一種漂浮式三明治型電芬頓污水處理裝置及方法。該裝置以空氣主動擴散電極為陰極，形穩電極為陽極，活性炭纖維氈為中間層構成三明治型結構。空氣主動擴散陰極漂浮于水面，利用空氣中的氧氣電合成H₂O₂；活性炭纖維氈中間層可吸附富集水中污染物，并有還原Fe³⁺的功能。該污水處理裝置結合了吸附富集和氧化降解功能，可高效去除有機污染物。該污水處理方法的pH和電導率適用范圍廣，特別是對水體中低濃度污染物的去除效能更具優勢。本發明解決了常規電芬頓工藝中H₂O₂合成和Fe³⁺還原效率低、對低濃度有機污染物去除效能低、pH值和電導率適用范圍窄等問題，可有效提高電芬頓工藝的處理效能。

技術領域

本發明涉及污水處理技術領域，具體地，本發明涉及一種有機污水的處理方法及裝置。

背景技術

電化學高級氧化污水處理工藝由于其綠色、安全、高效和可控性強的優點，在難生物降解有機污水的處理領域得到了越來越多的關注。電芬頓技術具有安全、可控、高效等優點，在污水處理領域受到廣泛關注。在電芬頓工藝中，陰極通過O₂的兩電子還原反應原位合成H₂O₂，H₂O₂與外加的Fe²⁺反應生成強氧化性的^·OH，可以將水中的有機污染物氧化甚至礦化。

H₂O₂的產量和溶液中的Fe²⁺量決定了電芬頓工藝產生^·OH的效率。H₂O₂與Fe²⁺發生芬頓反應的同時會將Fe²⁺轉化為Fe³⁺，造成溶液中的Fe²⁺含量下降，導致電芬頓工藝中的^·OH產率降低。在傳統電芬頓工藝中難以同時實現H₂O₂的高效合成和Fe²⁺快速再生，較低的H₂O₂生成效率或者較慢的Fe³⁺還原速率往往造成電芬頓工藝對污染物的氧化效率下降。此外，受限于污染物的傳質效率以及自由基短暫的壽命，傳統電化學工藝對污水中低濃度污染物的去除效率偏低，造成了工藝處理能耗相對更高。

綜上所述，電芬頓污水處理工藝具有綠色安全、操作簡便的優點，但同時也存在著H₂O₂產率低、Fe³⁺還原速率慢、對低濃度難降解污染物去除時空效率低等問題，因此構建一種改進型的電芬頓污水處理裝置和方法十分必要。

發明內容

針對現有技術的以上缺陷或改進需求，本發明提供了一種漂浮式三明治型電芬頓污水處理裝置及方法。該污水處理裝置包括空氣主動擴散電極、活性炭纖維氈、形穩電極、絕緣網、直流電源和反應容器；所述空氣主動擴散電極作為陰極，該陰極位于三明治結構最上方并漂浮于水面上，電極負載催化層一側向下與液體接觸，電極另一側的氣體擴散層暴露于空氣中；所述陰極下方為活性炭纖維氈層，該層為三明治結構的中間層；所述活性炭纖維氈下方為形穩電極，該電極作為陽極，位于三明治結構的最下方；所述活性炭纖維氈中間層與所述空氣主動擴散陰極和形穩陽極均不接觸，所述活性炭纖維氈與陰陽極之間通過絕緣網分隔，絕緣網厚度為1-10mm；所述活性炭纖維氈中間層和形穩陽極均位于液面以下，所述空氣主動擴散陰極與所述形穩陽極相對放置，并且電極面積接近；所述空氣主動擴散陰極通過貫穿其氣體擴散層的導電金屬絲與直流電源負極相連；所述形穩陽極通過導電金屬棒與直流電源正極相連；所述活性炭纖維氈中間層不與直流電源連接。