申请日2016.09.07
公开(公告)日2016.11.23
IPC分类号C02F9/08; C02F101/30
摘要
本发明公开了一种废水多重氧化处理方法及装置。本发明公开的废水多重氧化处理方法包括以下步骤：a)、将废水在中性条件下进行阳极电催化氧化;b)、将步骤a)的反应产物在酸性条件下进行芬顿氧化;c)、将步骤b)处理后的废水排出，部分排出的废水流至中性条件下进行阴极氧还原;d)、将步骤c)处理后的废水再次经历步骤b)的处理过程;上述反应步骤均在超声条件下进行。本发明公开的装置包括：反应池、进水管、出水管、回流管和进气管;所述反应池包括：阳极室、阴极室和混合室。所述废水多重氧化处理方法及装置可破坏废水中的难降解的有机物分子，提高废水的可生化性，并能对废水进行深度处理，实现对废水的稳定处理并达标排放。
摘要附图
权利要求书
1.一种废水多重氧化处理方法，其特征在于，包括以下步骤：
a)、将废水在中性条件下进行阳极电催化氧化，所述阳极电催化氧化的电流密度为10～20mA/cm2，所述阳极电催化氧化的反应时间为0.2～2.0h;
b)、将步骤a)的反应产物在在酸性条件下进行芬顿氧化，所述芬顿氧化的反应时间为0.5h;
c)、将经步骤b)处理后的废水排出，部分排出的废水流至中性条件下进行阴极氧还原，所述阴极和阳极的电位差不高于2.6伏，所述氧还原的反应时间为1.0～3.0h;
d)、经步骤c)处理后的废水再次经历步骤b)的处理过程;
上述反应步骤均在超声条件下进行。
2.根据权利要求1所述的废水多重氧化处理方法，其特征在于，步骤b)所述的酸性条件为pH 3.0～4.0。
3.根据权利要求1所述的废水多重氧化处理方法，其特征在于，所述超声的频率为21KHz，所述超声的功率为960W，所述超声为间隔进行，每次超声的时间为7min。
4.一种废水多重氧化处理装置，包括：反应池、进水管、出水管、回流管和进气管，其特征在于，所述反应池包括：阳极室、阴极室和混合室;
所述混合室与所述阳极室和所述阴极室之间均设置有离子膜，所述离子膜将所述混合室分别与所述阳极室和所述阴极室进行隔离;
所述进水管与所述阳极室连通，废水通过所述进水管从所述阳极室流入;
所述混合室内设置出水槽，所述出水槽的底部高于所述阳极室和所述阴极室的底部;
所述出水管的入水口与所述出水槽的底部连通，废水通过所述出水管从所述出水槽的底部流出;
所述出水管的入水口高于所述所述进水管的进水口;
所述回流管的入水口与所述出水管的出水口处连通，所述回流管的出水口与所述阴极室连通，经所述出水管流出的废水部分经所述回流管回流至所述阴极室;
所述进气管与所述阴极室连通，氧气通过所述进气管进入所述阴极室;
所述阳极室设置有阳极电极，所述阴极室设置有阴极电极，所述阳性电极与所述阴极电极的放置位置与水流平行;
所述废水多重氧化处理装置还包括超声振子，所述超声振子设置在所述反应池的底部。
5.根据权利要求4所述的废水多重氧化处理装置，其特征在于，所述阳极电极为钛基电极，所述钛基电极的表面负载TiO2、SnO2、PbO2、ZnO中的一种或多种物质。
6.根据权利要求4所述的废水多重氧化处理装置，其特征在于，所述阴极电极为空气扩散电极，所述阴极电极可以为活性碳纤维电极，也可以为多孔石墨电极。
7.根据权利要求4所述的废水多重氧化处理装置，其特征在于，所述阳极电极与所述阴极电极分别与高频脉冲电源的正极和负极连接。
8.根据权利要求4所述的废水多重氧化处理装置，其特征在于，所述废水多重氧化处理装置还包括穿孔板，所述穿孔板设置于所述出水槽的下方;
所述穿孔板的顶部与所述出水槽的底部连接，所述穿孔板的底部与所述反应池的底部连接，所述穿孔板用于对所述阳极室和所述阴极室进行分隔。
9.根据权利要求4所述的废水多重氧化处理装置，其特征在于，所述废水多重氧化处理装置还包括流量控制装置，所述流量控制装置分别设置于所述阳极室、所述阴极室和所述混合室内，用于对所述阴极室、所述阴极室和所述混合室的水流量进行控制。
10.根据权利要求4所述的废水多重氧化处理装置，其特征在于，所述废水多重氧化处理装置还包括压力溶气罐，所述压力溶气罐与所述进气管连接，用于将氧气通过所述进气管加压溶入所述阴极室中。
说明书
一种废水多重氧化处理方法及装置
技术领域
本发明涉及废水处理领域，尤其涉及一种废水多重氧化处理方法及装置。
背景技术
随着工农业的迅速发展，造纸、制药、精细化工、染料、焦化、塑料、合成纤维、农药和畜牧养殖等行业排出的废水中含有的污染物包括有机染料、表面活性剂、多环芳烃、卤代烃、杂环类化合物、有机氛化物和有机磷农药等，所排出废水中的污染物不仅有机物浓度高，且毒性大，不可生物降解，多为持久性有机物(POPs)，对环境和人体的危害极大，被称为“三致”(致畸、致癌、致突变)物质和环境荷尔蒙(EDCs)物质，因此该类污染物成为环境保护的“优先控制污染物”。如何治理这类物质已成为水污染防治界研究的热点和难点问题之一，目前共同的认识是降解此类有机污染物的有效方法需要高级氧化技术。
废水的高级氧化技术有电化学氧化、强氧化剂法、催化氧化法和光电催化法。其中，强氧化剂需要电解法产生，催化氧化需要过氧化氢或臭气等强氧化剂，光电催化需要较大的能耗。相比之下，电化学法更直接、方便，且易于控制，电化学方法作为高级氧化技术中的一类，是最有可能大规模应用的有效技术。
电催化氧化(Electro-catalytic Oxidation)是指阳极采用氧化物涂层电极，通过反应直接降解有机物，或产生羟基自由基·OH、Cl2、O2及O3一类的氧化剂来降解有机物的方法。经过电催化后，难生物降解的大分子有机物分解成为易生物降解的小分子有机物，提高了废水的可生化性，甚至将其完全矿化为CO2和H2O等无机物。电催化技术氧化能力强，无需添加化学药剂，但电能的消耗偏高。
在电解槽里，不仅阳极在反应，阴极也需要有反应发生，以此构成完整的电流回路。若在阴极附近通入氧气，氧气便有可能在电极的作用下还原生成过氧化氢或水分子。控制得当，氧气分子还原为过氧化氢。电极材料可采用石墨、玻璃碳、活性炭或石墨烯等，也可在电极材料上覆盖醌类化合物以修饰电极，提高产过氧化氢效率。
芬顿(Fenton)试剂是亚铁盐(Fe2+)与H2O2组合而成的一种很有效的有机物氧化剂，使用这种试剂的反应相应地称为芬顿氧化反应。反应的机理主要为电子转移，即通过金属阳离子氧化态和还原态的变化使H2O2催化分解产生羟基自由基(·OH)，利用·OH氧化分解废水中的有机污染物。芬顿试剂既可以用作废水的预处理，也可以用作废水最终的深度处理，有着广泛的应用前景。然而传统的芬顿试剂存在H2O2利用率低、处理成本高、有机物氧化不彻底等缺点。
不同氧化处理技术具有不同的特点和优缺点，单一处理技术的应用存在局限，将这些方法巧妙地组合起来，可获得最佳处理效果和最低的处理成本。
近年来，超声波也引入到废水处理领域，超声波对催化反应有促进作用。
因此，研究一种能综合上述氧化处理技术的废水处理方法和装置，是本领域技术人员需要解决的技术问题。
发明内容
本发明的目的在于克服单一氧化处理技术的不足，公开了一种基于超声波作用的废水多重氧化处理方法，所述废水多重氧化处理方法耦合了电催化氧化、氧还原和芬顿氧化这三种氧化技术。本发还公开了一种三室废水多重氧化处理装置，所述装置为耦合了电催化氧化、氧现场还原产生过氧化氢和芬顿氧化这三种氧化处理技术的一体化装置。所述废水多重氧化处理方法及装置可使难降解的有机物分子被破坏，提高了废水的可生化性，并能对废水进行深度处理，实现对废水的稳定处理并达标排放。
本发明公开了一种废水多重氧化处理方法，包括以下步骤：
a)、将废水在中性条件下进行阳极电催化氧化，所述阳极电催化氧化的电流密度为10～20mA/cm2，所述阳极电催化氧化的反应时间为0.2～2.0h;
b)、将步骤a)的反应产物在酸性条件下进行芬顿氧化，所述芬顿氧化的反应时间为0.5h;
c)、将步骤b)处理后的废水排出，部分排出的废水流至中性条件下进行阴极氧还原，所述阴极和阳极的电位差不高于2.6伏，所述氧还原的反应时间为1.0～3.0h;
上述反应步骤均在超声条件下进行。
优选地，步骤b)所述的酸性条件为pH 3.0～4.0。
优选地，所述超声的频率为21KHz，所述超声的功率为960w，所述超声为间隔进行，每次超声的时间为7min。
本发明公开了一种废水多重氧化处理装置，所述废水多重氧化处理装置使用了上述废水多重氧化处理方法对废水进行处理。本发明公开的废水多重氧化处理装置包括：反应池、进水管、出水管、回流管和进气管;
所述反应池包括：阳极室、阴极室和混合室;
所述所述混合室与所述阳极室和所述阴极室之间均设置有离子膜，所述离子膜将所述混合室分别与所述阳极室和所述阴极室进行隔离;
所述进水管与所述阳极室连通，废水通过所述进水管从所述阳极室流入;
所述混合室内设置出水槽，所述出水槽的底部高于所述阳极室和所述阴极室的底部;
所述出水管的入水口与所述出水槽的底部连通，废水通过所述出水管从所述出水槽的底部流出;
所述出水管的入水口高于所述所述进水管的进水口;
所述回流管的入水口与所述出水管的出水口处连通，所述回流管的出水口与所述阴极室连通，经所述出水管流出的废水部分经所述回流管回流至所述阴极室;
所述进气管与所述阴极室连通，氧气通过所述进气管进入所述阴极室;
所述阳极室设置有阳极电极，所述阴极室设置有阴极电极，所述阳性电极与所述阴极电极的放置位置与水流平行;
所述废水多重氧化处理装置还包括超声振子，所述超声振子设置在所述反应池的底部。
优选地，所述阳极电极为钛基电极，所述钛基电极采用高价过渡金属氧化物涂层，所述钛基电极的表面负载TiO2、SnO2、PbO2、ZnO中的一种或多种物质。
优选地，所述阴极电极为空气扩散电极，所述阴极电极可以为导电活性碳纤维电极，也可以为多孔石墨电极。
优选地，所述所述阳极电极与所述阴极电极分别与高频脉冲电源的正极和负极连接。
优选地，所述阳极电极与所述阴极电极的间距为10～15mm。
优选地，所述废水多重氧化处理装置还包括穿孔板，所述穿孔板设置于所述出水槽的下方;
所述穿孔板的顶部与所述所述出水槽的底部连接，所述穿孔板的底部与所述反应池的底部连接，所述穿孔板用于对所述阳极室和所述阴极室进行分隔。
优选地，所述废水多重氧化处理装置还包括流量控制装置，所述流量控制装置分别设置于所述阳极室、所述阴极室和所述混合室内，用于对所述阴极室、所述阴极室和所述混合室的水流量进行控制。
优选地，所述废水多重氧化处理装置还包括压力溶气罐，所述压力溶气罐与所述进气管连接，用于将氧气通过所述进气管加压溶入所述阴极室中。
优选地，所述废水多重氧化处理装置还包括pH调节池，所述pH调节池设置于所所述废水多重氧化处理装置的外部，用于对待处理废水的pH进行调节。
待处理的废水先在所述pH调节池内将pH调至中性，然后通过所述进水管进入所述阳极室，废水的有机物在所述阳极室进行电催化氧化;经初步氧化后的废水进入所述混合室进行芬顿氧化，反应完后从所述出水槽底部的的所述出水管流出;经所述出水管流出的废水部分回流至阴极室，在所述阴极室内进行阴极氧还原;经阴极氧还原处理后的废水再次进入混合室，与从所述阳极室流入混合室的废水汇合，在所述混合室内进行芬顿氧化。
综上所述，本发明公开的废水多重氧化处理方法及装置具有以下有益效果：本发明公开的废水多重氧化处理方法及装置耦合了电催化氧化、氧现场还原产生过氧化氢和芬顿氧化这三种对废水的氧化处理技术，可使难降解的有机物分子被破坏，提高了废水的可生化性，并能对废水进行深度处理，实现对废水的稳定处理并达标排放。
