申请日2014.03.21
公开(公告)日2016.02.10
IPC分类号C02F1/461
摘要
本发明提供了一种耦合分子氧活化的高效中性电芬顿氧化水处理方法，它是在pH预调节为5-9的待处理废水体系中，以含单质铁的物质为阳极，多孔碳电极为阴极，多聚磷酸盐为支持电解质，构成电芬顿体系，然后通电，同时向阴极处持续提供空气或氧气，对待处理废水进行电芬顿氧化处理。本发明所使用的电解质多聚磷酸盐不仅能大幅提高废水中有机污染物的去除率、实际废水的COD去除率，同时还能避免由于铁离子水解而产生的大量铁泥，简化了后续处理过程。本发明适用于各种有机废水的处理。
权利要求书
1.一种耦合分子氧活化的中性电芬顿氧化水处理方法，其特征在于：它是在pH预调节为5-9的待处理废水体系中，以含单质铁的物质为阳极，多孔碳电极为阴极，多聚磷酸盐为支持电解质，构成电芬顿体系，然后通电，同时向阴极处持续提供空气或氧气，对待处理废水进行电芬顿氧化处理;所述多聚磷酸盐在废水体系中的浓度为0.1~1毫摩尔/升，所述电芬顿氧化处理过程在恒流条件下进行，电流范围控制为0.3-1.0毫安。
2.根据权利要求1所述的一种耦合分子氧活化的中性电芬顿氧化水处理方法，其特征在于：所述含单质铁的物质是铁丝、铁片、不锈钢片、不锈钢网中的一种。
3.根据权利要求1所述的一种耦合分子氧活化的中性电芬顿氧化水处理方法，其特征在于：所述多孔碳电极为活性炭纤维、炭毡中的一种。
4.根据权利要求1所述的一种耦合分子氧活化的中性电芬顿氧化水处理方法，其特征在于：所述的多聚磷酸盐是四聚磷酸盐或三聚磷酸盐中一种。
5.根据权利要求4所述的一种耦合分子氧活化的中性电芬顿氧化水处理方法，其特征在于：所述的四聚磷酸盐选自四聚磷酸钠、四聚磷酸钾、四聚磷酸铵;所述的三聚磷酸盐选自三聚磷酸钠、三聚磷酸钾、三聚磷酸铵。
6.根据权利要求1所述的一种耦合分子氧活化的中性电芬顿氧化水处理方法，其特征在于：所述电芬顿氧化处理过程中阳极电流密度控制为2-10安/平方米。
7.根据权利要求1所述的一种耦合分子氧活化的中性电芬顿氧化水处理方法，其特征在于：所述阴极处空气或氧气流速为30~100毫升/分钟。
说明书
一种耦合分子氧活化的中性电芬顿氧化水处理方法
技术领域
本发明属于水污染控制技术领域，具体涉及一种耦合分子氧活化的高效中性电芬顿氧化水处理方法，适用于印染、化工、农业领域等难降解有机废水的处理。
背景技术
1894年，法国化学家Fenton首次发现酸性条件下，Fe2+和H2O2的混合溶液(芬顿试剂)可以有效氧化酒石酸。芬顿试剂最初主要用于酶反应、有机合成以及细胞损伤机理的研究和应用。1964年加拿大科学家Eisenhaner首次将芬顿试剂应用到废水处理中。研究表明，芬顿试剂能有效氧化去除传统废水处理技术无法去除的难降解有机污染物。芬顿试剂既可以作为废水的预处理，也可以作为最终的深度处理，有着广泛的应用前景。然而传统的芬顿试剂存在双氧水利用率低、处理成本高、有机物氧化不彻底等缺点，因此将芬顿试剂与其他技术联合处理废水的方法应运而生。目前研究的主要有：超声芬顿法、光芬顿法、电芬顿法、光电芬顿法等。其中电芬顿法由于处理效率高、处理周期短、设备简单、条件温和等优点而被广泛研究，已在有机氯化物和苯类等污染物的处理中被证实可行，并取得良好效果。
电芬顿法的实质是以电化学法产生的Fe2+和(或)H2O2作为芬顿试剂的持续来源，降解污染物。根据Fe2+和H2O2产生方式的不同，电芬顿法可分为阴极电芬顿法，牺牲阳极法、双极电芬顿法等。双极电芬顿法无需外加药剂，Fe2+和H2O2都可以通过电极反应产生。其中Fe2+可以由Fe在阳极氧化产生，H2O2由O2在阴极还原产生。该方法的装置多以平板铁或铁网为阳极，多孔碳电极为阴极，硫酸钠为支持电解质构成。反应过程中在阴极通以空气。为了提高阴极双氧水生成的电流效率，同时避免阳极产生的Fe2+被氧化为Fe(OH)3沉淀，溶液的pH值一般不应大于3.5。为了维持较低的pH值要求，反应过程中需要加酸调节，加酸不仅增加了废水的处理成本，不利于废水排放，同时也会腐蚀设备。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术存在的不足而提供一种耦合分子氧活化的高效中性电芬顿氧化水处理方法，其使用多聚磷酸盐作为支持电解质，在较宽的pH范围内均可大幅提高废水中有机污染物的去除率、COD去除率，同时还能避免铁离子水解产生大量铁泥。
本发明为解决上述提出的问题所采用的技术方案为：
一种耦合分子氧活化的高效中性电芬顿氧化水处理方法，它是在pH预调节为5-9的待处理废水体系中，以含单质铁的物质为阳极，多孔碳电极为阴极，多聚磷酸盐为支持电解质，构成电芬顿体系，然后通电，同时向阴极处持续提供空气或氧气，对待处理废水进行电芬顿氧化处理。
按上述方案，所述预调节pH的试剂为常规的酸或碱，所述酸可以选用盐酸、硫酸、醋酸等无机酸，所述碱可以选用氢氧化钠、氢氧化钾等无机碱。
按上述方案，所述多聚磷酸盐在废水体系中的浓度为0.1~1毫摩尔/升。
按上述方案，所述含单质铁的物质可以是铁丝、铁片、不锈钢片、不锈钢网等含铁物质。
按上述方案，所述多孔碳电极可以是活性炭纤维、炭毡等多孔碳电极。
按上述方案，所述的多聚磷酸盐是四聚磷酸盐或三聚磷酸盐，所述的四聚磷酸盐选自四聚磷酸钠、四聚磷酸钾、四聚磷酸铵等;所述的三聚磷酸盐选自三聚磷酸钠、三聚磷酸钾、三聚磷酸铵等。
按上述方案，所述电芬顿氧化处理过程在恒流条件下进行，电流范围控制为0.3-1.0毫安。
按上述方案，所述电芬顿氧化处理过程中阳极电流密度控制为2-10安/平方米。
按上述方案，所述阴极处空气或氧气流速为40~100毫升/分钟。
本发明的技术原理：通电时，氧气在阴极通过2e-还原产生双氧水，单质铁在阳极氧化生成亚铁离子。亚铁离子与电解质多聚磷酸盐发生配位反应形成Fe2+L配合物(L表示多聚磷酸盐)，该配合物既可以直接与阴极产生的双氧水发生芬顿反应产生羟基自由基，也可以与溶解氧通过一系列反应产生羟基自由基，具体的反应式如下所示：
阳极反应：Fe-2e-=Fe2+
阴极反应：O2+2H++2e-=H2O2
溶液中的反应Fe2++L=Fe2+L(L表示多聚磷酸盐)
O2+Fe2+L=·O2-+Fe3+L
·O2-+Fe2+L+2H+=H2O2+Fe3+L
Fe2+L+H2O2=Fe3+L+OH-+·OH
上述反应产生的羟基自由基具有很高的氧化活性，可以和水中的有机污染物反应，降解废水中有机污染物，形成相应的氧化产物，氧化产物再经过进一步与羟基自由基反应生成二氧化碳和水及无机盐。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1.本发明使用多聚磷酸盐作支持电解质不仅能大幅提高废水中有机污染物的去除率和废水的COD去除率，另与传统电解质硫酸钠相比，使用多聚磷酸盐作为支持电解质还可以在较宽的pH范围内取得良好的污水处理效果，适用于各种有机废水的处理;
2.多聚磷酸盐比较稳定，不易分解，因此相比其他有机配体对电芬顿处理有机废水的促进效果更持久;
3.本发明所述方法能避免由于铁离子水解而产生的大量铁泥，简化了后续处理过程;
4.多聚磷酸盐通常被用作食品添加剂，属于环境友好型添加剂，对人体无毒。
