申请日2014.05.14
公开(公告)日2015.08.26
IPC分类号C02F1/467
摘要
本发明涉及一种三维电芬顿水处理方法，该方法中涉及的装置是由反应器、多孔电极板、活性炭负载的零价金属芬顿催化剂、出水口、进水口、正电极和负电极组成，以三维电强化芬顿氧化方法为核心，通过反应装置将反应区域分割为正电极电芬顿氧化区和负电极离子还原区，电极材料是由活性炭负载的零价金属铁、镍、铜、钴、铂、银或钯，进水经过正电极电芬顿氧化区，在电场的作用下，金属离子溶出形成区域高浓度离子溶液，强化均相芬顿反应;反应后水体进入负电极还原区，溶液中的金属离子被还原到阴极活性炭电极上进行回收;负电极反应区也可以通过氧气曝气产生双氧水，减少外加双氧水用量。处理印染废水的结果表明：采用本发明所述方法，可以显著提高印染废水中色度及CODCr的去除效率，使出水达到国家工业废水回用标准。
权利要求书
1.一种三维电芬顿水处理方法，其特征在于该方法中涉及的装置是由反应器、多孔电极板、活性炭负载的零价金属芬顿催化剂、出水口、进水口、正电极和负电极组成，具体操作按下列步骤进行：
a、将市售的椰壳，杏壳，石油焦，煤或煤焦油分别制备的活性炭颗粒，粉体或柱状进行酸洗、水洗后干燥备用，配制零价金属溶液，将活性炭加入零价金属溶液中，搅拌2h后，静置沉降，去除上清液，加入纯水50 mL洗涤并重复3次，将负载后的活性炭在温度120℃干燥，将干燥后的活性炭在氢气氛还原炉中进行温度300 ℃氢气氛还原，保存于无尘实验台中备用;
b、在反应器(1)中设有均等排列的多孔电极板(2)，在多孔电极板(2)之间放置有以活性炭负载的零价金属芬顿催化剂(3)，在反应器(1)的侧壁上分别固定正电极(7)和负电极(6)，正电极(7)与反应器(1)中下层的多孔电极板(2)连接形成氧化区，负电极(6)与反应器(1)中上层的多孔电极板(2)连接形成还原区，反应器(1)的顶端为出水口(4)，反应器(1)的底部为进水口(5);
c、在反应器(1)内利用正电极(7)与下层的多孔电极板(2)连接的氧化区域的氧化作用，强化金属离子的溶出，在反应器(1)内形成均相芬顿反应体系;
d、在反应器(1)内利用负电极(6)与上层的多孔电极板(2)连接的还原区域的还原作用，将反应器(1)内的反应体系中的金属离子原位还原并捕集于阴极活性炭载体上;
e、用恒流泵将印染废水和双氧水混合后由反应器(1)底部进水口(5)注入，流速为0.5 L/h，调节外加电场电压为2.5 V，检测出水色度、COD指标;
f、入水COD为300mg/L，完全去除水体中的色度，出水达到国家工业废水回用标准。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于步骤a中的活性炭负载的零价金属芬顿催化剂(3)为对芬顿试剂有催化作用的铁、镍、铜、钴、铂、银或钯。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于步骤b中反应器(1)中的正电极(7)与下层的多孔电极板(2)连接形成氧化区，负电极(6)与上层的多孔电极板(2)连接形成还原区，氧化区和还原区为上下排列组合或交错排列组合。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于步骤b中反应器(1)中的多孔电极板(2)间距为2 cm。
5.根据权利要求1中所述的方法，其特征在于步骤b中所述的多孔电极板(2)为钛板、钛网、不锈钢板、不锈钢网、Ti/Sb-SnO2电极或Ti/PbO2电极。
说明书
一种三维电芬顿水处理方法
技术领域
本发明属于废水处理技术领域，涉及一种三维电芬顿水处理方法。
背景技术
芬顿氧化技术是一种快速氧化去除有机污染物的高效水处理技术，具有广泛的应用前景。目前芬顿技术按照所采用催化剂的类型主要分为均相芬顿氧化技术和非均相芬顿氧化技术，其中均相芬顿氧化技术的氧化能力强、处理效率高，但是最重要的缺点是反应需要大量的Fe2+，需要后续处理，产生大量的含铁污泥;为了解决这一问题，又发展了非均相芬顿氧化技术，通过将活性组分或者氧化物负载在载体表面实现减少铁离子溶出的目的，但是到目前为止，所研发的非均相芬顿催化剂的效率仍然不能满足工业应用的需求。因此如何能够开发新型芬顿氧化技术，既保持均相芬顿氧化技术的强氧化能力，又能减少铁离子的排放对于发展芬顿催化氧化技术具有重要意义，具有良好的应用前景。
发明内容
本发明目的在于，提供一种三维电芬顿水处理方法，该方法中涉及的装置是由反应装置、多孔电极板、活性炭负载的零价金属芬顿催化剂、出水口、进水口、正电极和负电极组成，以三维电强化芬顿氧化方法为核心，通过反应装置设计将反应区域分割为正电极电芬顿氧化区和负电极离子还原区，活性炭负载的零价金属芬顿催化剂主要是由活性炭负载的零价金属铁、镍、钴、铂、银或钯，进水经过正电极电芬顿氧化区，在电场的作用下，金属离子溶出形成区域高浓度离子溶液，强化均相芬顿反应;反应后水体进入负电极还原区，溶液中的金属离子被还原到阴极活性炭电极上进行回收;同时反应中间区域可以设置低电压负电极还原区，将被氧化的金属离子还原成具有催化活性的低价离子，继续进行后续芬顿反应;负电极反应区也可以通过氧气曝气产生双氧水，减少外加双氧水用量。
本发明所述的一种三维电芬顿水处理方法，该方法中涉及的装置是由反应器、多孔电极板、活性炭负载的零价金属芬顿催化剂、出水口、进水口、正电极和负电极组成，具体操作按下列步骤进行：
a、将原料为椰壳、杏壳、石油焦、煤或煤焦油制备的活性炭颗粒、粉体或柱状进行酸洗、水洗后干燥备用，配制零价金属溶液，将活性炭加入零价金属溶液中，搅拌2h后，静置沉降，去除上清液，加入纯水50 mL洗涤并重复3次，将负载后的活性炭在温度120℃干燥，将干燥后的活性炭在氢气氛还原炉中进行温度300 ℃氢气氛还原，保存于无尘实验台中备用;
b、在反应器(1)中设有均等排列的多孔电极板(2)，在多孔电极板(2)之间放置有以活性炭负载的零价金属芬顿催化剂(3)，在反应器(1)的侧壁上分别固定正电极(7)和负电极(6)，正电极(7)与反应器(1)中下层的多孔电极板(2)连接形成氧化区，负电极(6)与反应器(1)上层的多孔电极板(2)连接形成还原区，反应器(1)的顶端为出水口(4)，反应器(1)的底部为进水口(5);
c、在反应器(1)内利用正电极(7)与下层的多孔电极板(2)连接的氧化区域的氧化作用，强化金属离子的溶出，在反应器(1)内形成均相芬顿反应体系;
d、在反应器(1)内利用负电极(6)与上层的多孔电极板(2)连接的还原区域的还原作用，将反应器(1)内的反应体系中的金属离子原位还原并捕集于阴极活性炭载体上;
e、用恒流泵将印染废水和双氧水混合后由反应器(1)底部进水口(5)注入，流速为0.5 L/h，调节外加电场电压为2.5 V，检测出水色度、COD指标;
f、入水COD为300mg/L，完全去除水体中的色度，出水达到国家工业废水回用标准。
步骤a中的活性炭负载的零价金属芬顿催化剂(3)为对芬顿试剂有催化作用的铁、镍、铜、钴、铂、银或钯。
步骤b中反应器(1)中的正电极(7)与下层的多孔电极板(2)连接形成氧化区，负电极(6)与上层的多孔电极板(2)连接形成还原区，氧化区和还原区为上下排列组合或交错排列组合。
步骤b中反应器(1)中的多孔电极板(2)间距为2 cm。
步骤b中所述的多孔电极板(2)为钛板、钛网、不锈钢板、不锈钢网、Ti/Sb-SnO2电极或Ti/PbO2电极。
本发明所述的一种三维电芬顿水处理方法，该方法的三维点强化芬顿氧化技术的特点主要有：(1)通过电场作用，实现电强化均相芬顿反应，提高反应效率;(2)负电极还原区可以有效调控还原能力，强化芬顿反应的去除效率;(3)通过负电极还原回收反应体系中的金属离子，减少金属离子排出以及后续处理所需费用;(4)反应的正电极电芬顿氧化区和负电极离子还原区可以通过改变外加电场方向进行调控，可以人为调整。
本发明中电芬顿氧化区和金属离子还原区的排布是按照废水处理过程中的实际需要进行调节的，可以采用交错排布或分段排布组合方式，本领域技术人员可以根据本发明实施案例所提供的技术方案，得到技术启示，采用不同的排布方法，达到同样的技术效果。
有益效果：本发明中所述的三维电芬顿水处理方法，该方法通过将反应区域分割为电芬顿氧化区和金属离子还原区，采用活性炭负载零价金属作为电极材料，不仅实现了均相芬顿反应体系的高效率，而且对金属离子实现有效回收，克服了金属离子排放所带来的环境污染、管道堵塞以及后处理成本增高的问题，利于实现芬顿氧化技术在实际水处理工艺中的应用。
本发明实施例中使用的三维电极材料为活性炭负载零价金属，并通过电场的作用形成电芬顿氧化区和金属离子还原区，最终构成三维电芬顿反应体系，由此推断：当三维电极材料采用其他导电载体(如石英砂负载SnO2材料等)时，也能实现本发明的技术效果。
本发明实施例中的活性炭负载零价金属是通过共沉淀+氢气氛还原的方法制得的，此类方法属于本领域技术人员所掌握的常规使用方法，广泛用于制备负载型催化剂材料，本领域技术人员也可通过其他方法或途径，获得相同催化性能的活性炭负载零价金属电极材料，从而实现本发明的技术效果。
本发明实施例中的多孔电极板为钛板、钛网、不锈钢板、不锈钢网、Ti/Sb-SnO2电极或Ti/PbO2电极，其中Ti/Sb-SnO2电极和Ti/PbO2电极是本领域技术人员所掌握的常规DSA电极，广泛应用于电催化水处理工艺中，本领域技术人员也可以通过采用其他材料的DSA电极来实现本发明的技术效果。
