申请日2012.12.17
公开(公告)日2013.03.20
IPC分类号C02F1/46; C02F1/78; C02F1/72
摘要
一种原位电产生H2O2协同O3氧化的废水处理装置及方法，装置包括反应容器，反应容器的底部设有磁力搅拌器，搅拌磁子设在反应容器内，反应容器的内部设有不锈钢微孔曝气头、惰性阳极和气体扩散阴极，惰性阳极和气体扩散阴极竖直相对，反应容器还设有通入O3的管路，惰性阳极和气体扩散阴极采用直流电源;方法为：先将惰性阳极和气体扩散阴极插入到被处理废水溶液中，并与直流电源连接，然后使用聚四氟乙烯管将纯氧气与臭氧发生器连接，并在臭氧发生器出气口处接上不锈钢微孔曝气头，插入废水的溶液底部，最后接通直流电源，处理废水溶液，本发明持续、高效产生H2O2，并能与O3迅速反应产生·OH高效去除水体中难降解有机污染物。
权利要求书
1.一种原位电产生H2O2协同O3氧化的废水处理装置，包括反 应容器(4)，其特征在于：反应容器(4)的底部设有磁力搅拌器(1)， 搅拌磁子(2)设在反应容器(4)内，反应容器(4)的内部设有不 锈钢微孔曝气头(3)、惰性阳极(5)和气体扩散阴极(6)，搅拌磁 子(2)、不锈钢微孔曝气头(3)、惰性阳极(5)和气体扩散阴极(6) 浸没在废水溶液中，惰性阳极(5)和气体扩散阴极(6)竖直相对， 反应容器(4)还设有通入O3的管路，惰性阳极(5)和气体扩散阴 极(6)采用直流电源。
2.根据权利要求1所述的一种原位电产生H2O2协同O3氧化的 废水处理装置，其特征在于：阴极O2还原过程需要对废水溶液进行 微孔曝气，所曝气体为O2与O3的混合气体，其中O2体积分数大于 95%，所曝O3的量为0-20g/(h·L废水)，采用不锈钢微孔曝气，曝气 流量范围为0-0.5L/min，曝气同时伴随着800-1200rpm的搅拌。
3.根据权利要求1所述的一种原位电产生H2O2协同O3氧化的 废水处理装置，其特征在于：所述的气体扩散阴极(6)采用C-PTFE 气体扩散电极，在直流电场中，制得C-PTFE阴极表面在废水溶液中 形成固液气三相界面，并于此三相界面处还原溶解的O2生成H2O2， 进而与通入的O3反应生成具有强氧化性的·OH。
4.根据权利要求1所述的一种原位电产生H2O2协同O3氧化的 废水处理装置，其特征在于：所述直流电源为恒定电流的直流电源， 通电时阴极电流密度范围为0-60mA/cm2。
5.根据权利要求1所述的一种原位电产生H2O2协同O3氧化的 废水处理装置，其特征在于：所述的废水的溶液初始TOC范围为 0-100000ppm;允许的pH范围为2-12。
6.根据权利要求1所述的一种原位电产生H2O2协同O3氧化的 废水处理装置，其特征在于：废水 处理方法包括以下步骤：
第一步将准备好的惰性阳极(5)和气体扩散阴极(6)插入到 被废水溶液中，并将之与直流电源连接，通电时阴极电流密度范围为 0-60mA/cm2;
第二步，使用臭氧发生器向反应容器4中通过微孔曝气头3曝入 O3，所曝气体流速为0-0.5L/min;
第三步，根据恒定电流、O2和O3混合气体流量，打开气瓶，接 通直流电源，处理废水溶液。
说明书
一种原位电产生H2O2协同O3氧化的废水处理装置及方法
技术领域
本发明属于电化学废水处理技术领域，具体涉及一种原位电产生 H2O2协同O3氧化的废水处理装置及方法。
背景技术
O3氧化技术被广泛用于污水治理和净化工艺。O3在氧化过程中 有两种机理：(1)直接氧化。在酸性溶液中，由于其氧化还原电位较 高2.07Vvs.NHE，O3分子可亲电进攻有机物使其氧化。(2)间接氧 化。在碱性溶液中，其氧化还原电位为1.25V vs.NHE，O3分子先产 生具有强氧化性的·OH，从而降解有机物。根据以上特点，O3氧化具 有氧化能力有限、受pH影响较大等缺陷，不适用于实际污水的处理。
近些年，一些基于O3氧化的高级氧化技术(如UV/O3、 H2O2/O3(Peroxone)等)得到了广泛研究，这些新技术可有效处理含氯、 有机农药以及药物的污水。
Peroxone过程是指在水溶液中，利用H2O2和O3反应产生·OH而 降解有机污染物的过程。Ormad等人研究了使用Peroxone过程处理 有机氯废水(三氯杀螨醇和涕滴恩)，结果表明Peroxone氧化体系比 O3氧化体系能更有效的去除氯苯类物质。Ku等人将Peroxone过程用 于降解丙酮溶液，其结果表明：(1)在碱性条件下Peroxone降解效 率更高(2)H2O2与O3的摩尔比为0.5时，降解效果最佳。
1894年，法国人Fenton在研究中发现亚铁离子(Fe2+)与过氧 化氢(H2O2)在酸性水溶液中，可以有效氧化酒石酸，这种亚铁盐和 H2O2的反应叫做Fenton反应。随着进一步的研究，电-芬顿 (Electro-Fenton)综合了电化学过程和Fenton过程，将电化学过程 产生的Fe2+和H2O2作为Fenton试剂的持续来源，在反应过程中无须 添加任何试剂，且大大提高了Fenton处理的效率。基于此，可在 Peroxone反应中引入电化学持续产H2O2过程，从而进一步提高 Peroxone过程降解有机污染物的效率。
发明内容
为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种原位 电产生H2O2协同O3氧化的废水处理装置及方法，完全不需加药剂， 利用电化学方法持续、高效产生H2O2，并能与O3迅速反应产生·OH 高效去除水体中难降解有机污染物。
为了达到上述目的，本发明采取的技术方案为：
一种原位电产生H2O2协同O3氧化的废水处理装置，包括反应容 器4，反应容器4的底部设有磁力搅拌器1，搅拌磁子2设在反应容 器4内，反应容器4的内部设有不锈钢微孔曝气头3、惰性阳极5和 气体扩散阴极6，搅拌磁子2、不锈钢微孔曝气头3、惰性阳极5和 气体扩散阴极6浸没在废水溶液中，惰性阳极5和气体扩散阴极6竖 直相对，反应容器4还设有通入O3的管路，惰性阳极5和气体扩散 阴极6采用直流电源。
阴极O2还原过程需要对废水溶液进行微孔曝气，所曝气体为O2与O3的混合气体，其中O2体积分数大于95%，所曝O3的量为0-20 g/(h·L废水)，采用不锈钢微孔曝气，曝气流量范围为0-0.5L/min，曝 气同时伴随着800-1200rpm的搅拌。
所述的气体扩散阴极6采用炭黑-聚四氟乙烯(C-PTFE)气体扩 散电极，在直流电场中，制得C-PTFE阴极表面在废水溶液中形成固 液气三相界面，并于此三相界面处还原溶解的O2生成H2O2，进而与 通入的O3反应生成具有强氧化性的·OH。
所述直流电源为恒定电流的直流电源，通电时阴极电流密度范围 为0-60mA/cm2。
所述的废水的溶液初始TOC范围为0-100000ppm;允许的pH 范围为2-12。
一种原位电产生H2O2协同O3氧化的废水处理方法，包括以下步 骤：
第一步，将准备好的惰性阳极5和气体扩散阴极6插入到废水溶 液中，并将之与直流电源连接，通电时阴极电流密度范围为0-60 mA/cm2;
第二步，向反应容器4中通过微孔曝气头3曝入O2和O3的混合 气体，所曝气体流速范围为0-0.5L/min;
第三步，根据恒定电流、O2和O3混合气体流量，接通直流电源， 处理废水溶液。
原位电产生H2O2协同O3氧化处理废水0.5h-12h之后，可达到 明显的去除效果。
与传统电化学处理废水方法(直接电化学氧化、Electro-Fenton 等等)相比，本发明的独特优点和有益效果如下：
(1)不需要加入化学药剂，大幅降低处理成本。
(2)H2O2由气体扩散阴极持续原位产生，提高了安全性能。
(3)持续原位产生的H2O2与持续制得的O3可充分发生反应，提高 反应效率。
(4)处理废水的pH范围广，无需调节pH。
(5)处理过程清洁，不会产生污泥以及二次污染。
(6)处理过程中只需控制直流电流以及曝气流速，易于控制。
(7)可与其他废水处理技术联用，提高处理效率。
可见，本发明是处理难降解、高浓度有机废水的一种高效技术， 具有良好的发展前景。
