申请日2012.12.17
公开(公告)日2016.03.30
IPC分类号C02F1/467
摘要
一种原位电产生H2O2协同O3氧化的废水处理方法，即，一种垃圾渗滤液的处理方法，其中，将准备好的惰性阳极和气体扩散阴极插入到垃圾渗滤液中，与直流电源连接;然后向反应容器中通过微孔曝气头曝入O2和O3的混合气体，同时搅拌;再根据恒定电流、O2和O3混合气体流量，接通直流电源，处理垃圾渗滤液;本发明的气体扩散阴极是C-PTFE气体扩散电极，其阴极表面在垃圾渗滤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;本发明的处理方法是原位电产生H2O2协同O3氧化的处理方法，能够持续、高效地产生H2O2，最终高效地去除水体中的难降解有机污染物。
权利要求书
1.一种垃圾渗滤液的处理方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
第一步，将准备好的惰性阳极和气体扩散阴极插入到垃圾渗滤液中，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，向反应容器中通过微孔曝气头曝入O2和O3的混合气体，所曝气体流速为0-0.5L/min，曝气同时伴随着800-1200rpm的搅拌;
第三步，根据恒定电流、O2和O3混合气体流量，接通直流电源，处理垃圾渗滤液;
其中，所述气体扩散阴极是C-PTFE气体扩散电极，其阴极表面在垃圾渗滤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;所述处理方法是原位电产生H2O2协同O3氧化的处理方法;
所述直流电源是恒定电流的直流电源，所述微孔曝气头是不锈钢微孔曝气头，所述O2和O3的混合气体中O2体积分数大于95%，所述处理垃圾渗滤液的时间为0.5h-12h。
2.一种染料废水的处理方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
第一步，将准备好的惰性阳极和气体扩散阴极插入到染料废水中，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，向反应容器中通过微孔曝气头曝入O2和O3的混合气体，所曝气体流速为0-0.5L/min，曝气同时伴随着800-1200rpm的搅拌;
第三步，根据恒定电流、O2和O3混合气体流量，接通直流电源，处理染料废水;
其中，所述气体扩散阴极是C-PTFE气体扩散电极，其阴极表面在染料废水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;
所述直流电源是恒定电流的直流电源，所述微孔曝气头是不锈钢微孔曝气头，所述O2和O3的混合气体中O2体积分数大于95%，所述 处理染料废水 的时间为0.5h-12h。
3.根据权利要求2所述的染料废水的处理方法，其特征在于：所述的染料是OrangeII。
4.根据权利要求3所述的染料废水的处理方法，其特征在于：所述的染料废水的pH值为3.02-10。
说明书
一种原位电产生H2O2协同O3氧化的废水处理方法
本申请是申请号为201210549472.3的发明专利申请的分案申请。
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1.25Vvs.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0-20g/(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。
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0-60mA/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。
