一種電芬頓法處理有機(jī)廢水的方法和裝置與流程

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導(dǎo)航： X技術(shù)> 最新專利>環(huán)保節(jié)能,再生,污水處理設(shè)備的制造及其應(yīng)用技術(shù)

本公開(kāi)涉及有機(jī)廢水處理領(lǐng)域，具體地，涉及一種電芬頓法處理有機(jī)廢水的方法和裝置。

背景技術(shù)：

隨著社會(huì)的不斷發(fā)展，環(huán)境污染問(wèn)題成為全球關(guān)注對(duì)象，大量的農(nóng)業(yè)、生活、工業(yè)污水的排放，對(duì)于水體環(huán)境遭受了嚴(yán)重的污染，其中，有機(jī)污染物呈現(xiàn)出種類多，物質(zhì)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，有毒有害性強(qiáng)，濃度高等一系列問(wèn)題，因此，如何處理水體中有機(jī)污染物是環(huán)保研究中的重點(diǎn)和難點(diǎn)。

近年來(lái)，高級(jí)氧化技術(shù)處理難降解有機(jī)污染廢水的研究取得了顯著的進(jìn)展。以臭氧氧化、電化學(xué)氧化、光催化氧化、超聲協(xié)同氧化等為代表的氧化技術(shù)的出現(xiàn)為我們提供了處理水體污染的新思路。這些技術(shù)是通過(guò)不同的途徑產(chǎn)生羥基自由基誘發(fā)一系列的自由基連反應(yīng)，可以有效的氧化去除傳統(tǒng)廢水處理技術(shù)無(wú)法去除的難降解有機(jī)污染物，直至將其降解為CO₂、H₂O和其他礦物鹽。這些技術(shù)因其效率高操作簡(jiǎn)單，反應(yīng)快速等優(yōu)點(diǎn)而備受青睞。

電化學(xué)技術(shù)可產(chǎn)生H₂O₂,同時(shí)加入少量的Fe²⁺即可產(chǎn)生大量的羥基自由基·OH，費(fèi)用低廉，操作簡(jiǎn)單，是一種很有發(fā)展?jié)摿Φ膹U水處理方法。但是在此過(guò)程中，F(xiàn)e²⁺會(huì)與降解過(guò)程中間產(chǎn)物形成絡(luò)合，阻礙了Fe²⁺的循環(huán)利用，影響了電芬頓法降解的效果。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本公開(kāi)的目的是提供一種電芬頓法處理有機(jī)廢水的方法和裝置，該方法和裝置可以對(duì)有機(jī)廢水的處理簡(jiǎn)單高效，有機(jī)污染物去除率高。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本公開(kāi)提供一種電芬頓法處理有機(jī)廢水的方法，該方法包括：

(1)使復(fù)合催化劑與有機(jī)廢水接觸，并吸附所述有機(jī)廢水中的有機(jī)污染物；

(2)使所述有機(jī)廢水在通氧或曝氣條件下進(jìn)行電解處理，以使氧氣在陰極表面發(fā)生還原反應(yīng)產(chǎn)生過(guò)氧化氫，所述過(guò)氧化氫與亞鐵離子反應(yīng)產(chǎn)生羥基自由基，所述有機(jī)廢水中的有機(jī)污染物與所述羥基自由基發(fā)生氧化反應(yīng)，得到處理后的廢水；

其中，所述復(fù)合催化劑為礦物性索瑪瑅復(fù)合材料，所述復(fù)合催化劑與所述有機(jī)廢水接觸，得到所述亞鐵離子。

可選地，電解處理中，有機(jī)廢水的pH值為2-6。

可選地，相對(duì)于1L有機(jī)廢水，復(fù)合催化劑的用量為1-15g。

可選地，電解處理在微波輻射下進(jìn)行，微波輻射的功率為100-220W。

可選地，電解處理在紫外光輻射下進(jìn)行。

可選地，有機(jī)廢水中的有機(jī)污染物的濃度為10-1000mg/L，有機(jī)污染物的去除率為95-100％。

可選地，陽(yáng)極的材料為選自鉑電極、活性炭纖維電極、摻硼金剛石膜電極、鈦基二氧化鉛/二氧化錫復(fù)合電極和石墨電極中的至少一種；陰極的材料為選自不銹鋼電極、石墨電極、鉑電極和鈦網(wǎng)中的至少一種。

本公開(kāi)還提供一種電芬頓法處理有機(jī)廢水的裝置，包括反應(yīng)器殼體、陽(yáng)極板、陰極板、曝氣裝置、直流電源、蠕動(dòng)泵、進(jìn)水口、出水口和進(jìn)氣口；所述曝氣裝置與進(jìn)氣口連通，所述蠕動(dòng)泵與所述出水口連通；所述陰極板和所述陽(yáng)極板的面積為5-25cm²，間距為1-4cm，所述直流電源使得所述陽(yáng)極板和所述陰極板之間的電流密度為4-90mA/cm²。

可選地，該裝置還包括微波實(shí)驗(yàn)爐，反應(yīng)器殼體置于微波實(shí)驗(yàn)爐內(nèi)部。

可選地，該裝置還包括紫外光源，紫外光源為無(wú)極紫外燈。

通過(guò)上述技術(shù)方案，本公開(kāi)的處理方法將礦物性索瑪瑅復(fù)合材料作為復(fù)合催化劑與電芬頓反應(yīng)體系結(jié)合，對(duì)有機(jī)廢水進(jìn)行處理，該復(fù)合催化劑可以一方面對(duì)有機(jī)廢水中的有機(jī)污染物起到吸附凈化作用，另一方面還可以產(chǎn)生作為電芬頓體系催化劑的亞鐵離子，與電解體系中產(chǎn)生的過(guò)氧化氫作用生成羥基自由基，在羥基自由基的氧化作用下進(jìn)一步除去有機(jī)廢水中的有機(jī)污染物；同時(shí)該復(fù)合催化劑可以重復(fù)利用，將其與電芬頓法結(jié)合處理有機(jī)廢水的方法高效環(huán)保。本公開(kāi)的處理有機(jī)廢水的方法和裝置對(duì)有機(jī)廢水的處理簡(jiǎn)單高效，有機(jī)污染物去除率高。

本公開(kāi)的其他特征和優(yōu)點(diǎn)將在隨后的具體實(shí)施方式部分予以詳細(xì)說(shuō)明。

附圖說(shuō)明

附圖是用來(lái)提供對(duì)本公開(kāi)的進(jìn)一步理解，并且構(gòu)成說(shuō)明書(shū)的一部分，與下面的具體實(shí)施方式一起用于解釋本公開(kāi)，但并不構(gòu)成對(duì)本公開(kāi)的限制。在附圖中：

圖1是本公開(kāi)的電芬頓法處理有機(jī)廢水的裝置的一種具體實(shí)施方式的結(jié)構(gòu)示意圖。

附圖標(biāo)記說(shuō)明

1 陽(yáng)極板 2 陰極板

3 紫外光源 4 曝氣裝置

5 直流電源 6 微波實(shí)驗(yàn)爐

7 蠕動(dòng)泵 8 復(fù)合催化劑

9 反應(yīng)器殼體 10 進(jìn)水口

11 出水口 12 進(jìn)氣口

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖對(duì)本公開(kāi)的具體實(shí)施方式進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)當(dāng)理解的是，此處所描述的具體實(shí)施方式僅用于說(shuō)明和解釋本公開(kāi)，并不用于限制本公開(kāi)。

在本公開(kāi)中，在未作相反說(shuō)明的情況下，使用的方位詞如“上、下”通常是指裝置在正常使用狀態(tài)下的“上”和“下”，具體可以參考圖1的圖面方向，“內(nèi)、外”是指針對(duì)裝置本身的輪廓而言的。

本公開(kāi)提供一種電芬頓法處理有機(jī)廢水的方法，該方法包括：(1)使復(fù)合催化劑與有機(jī)廢水接觸，并吸附所述有機(jī)廢水中的有機(jī)污染物；(2)使所述有機(jī)廢水在通氧或曝氣條件下進(jìn)行電解處理，以使氧氣在陰極表面發(fā)生還原反應(yīng)產(chǎn)生過(guò)氧化氫，所述過(guò)氧化氫與亞鐵離子反應(yīng)產(chǎn)生羥基自由基，所述有機(jī)廢水中的有機(jī)污染物與所述羥基自由基發(fā)生氧化反應(yīng)，得到處理后的廢水；其中，所述復(fù)合催化劑為礦物性索瑪瑅復(fù)合材料，所述復(fù)合催化劑與所述有機(jī)廢水接觸，得到所述亞鐵離子。

本公開(kāi)的方法采用礦物性索瑪瑅復(fù)合材料作為復(fù)合催化劑應(yīng)用于電芬頓體系中，對(duì)有機(jī)廢水進(jìn)行處理，該復(fù)合催化劑可以一方面對(duì)有機(jī)廢水中的有機(jī)污染物起到吸附凈化作用，另一方面還可以產(chǎn)生作為電芬頓體系催化劑的亞鐵離子，與電解體系中產(chǎn)生的過(guò)氧化氫作用生成羥基自由基，在羥基自由基的氧化作用下進(jìn)一步除去有機(jī)廢水中的有機(jī)污染物；同時(shí)該復(fù)合催化劑可以重復(fù)利用，將其與電芬頓法結(jié)合處理有機(jī)廢水的方法高效環(huán)保。本公開(kāi)的處理有機(jī)廢水的方法和裝置對(duì)有機(jī)廢水的處理簡(jiǎn)單高效，有機(jī)污染物去除率高。

根據(jù)本公開(kāi)，電芬頓法處理有機(jī)廢水的原理包括：利用氧氣分子在陰極表面電化學(xué)還原成過(guò)氧化氫，過(guò)氧化氫與具有亞鐵離子發(fā)生芬頓反應(yīng)，產(chǎn)生羥基自由基，羥基自由基氧化降解有機(jī)污染物。其中亞鐵離子在反應(yīng)中可以起催化作用，它與過(guò)氧化氫反應(yīng)生成三價(jià)鐵離子后，可以在陰極發(fā)生還原反應(yīng)生成亞鐵離子，作為催化劑繼續(xù)參與芬頓反應(yīng)。電芬頓體系中發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)可以包括下式(1)-式(3)所示；

O₂+2H⁺+2e→H₂O₂ 式(1)

Fe²⁺+H₂O₂→Fe³⁺+·OH+OH^- 式(2)

Fe³⁺+e→Fe²⁺ 式(3)。

根據(jù)本公開(kāi)，礦物性索瑪瑅的復(fù)合多功能尖端材料(簡(jiǎn)稱礦物性索瑪瑅復(fù)合材料)為含有礦物類索瑪瑅量子能量生物體(Quantum Energy Living Body:QEBY)的康復(fù)多功能天然凝膠，具有抑制癌細(xì)胞、增強(qiáng)免疫力、VOC去除，屏蔽吸收有害電磁波、促進(jìn)堆肥發(fā)酵腐熟等功能。本申請(qǐng)的發(fā)明人在進(jìn)一步的研究中發(fā)現(xiàn)，這種多功能材料在廢水處理中可作為吸附劑吸附有機(jī)污染物質(zhì)，并通過(guò)富含的固體鐵系催化過(guò)氧化氫形成非均相類芬頓氧化體系，同時(shí)，固體礦物表面釋放的亞鐵離子催化過(guò)氧化氫形成均相芬頓反應(yīng)體系，降解有機(jī)污染物，能夠達(dá)到將污染物質(zhì)吸附富集于材料表面并原位催化氧化的目的。

礦物性索瑪瑅復(fù)合材料的制備方法可以包括：(a)礦物采集步驟，從地下采集不包含對(duì)生物體有害的重金屬或放射性物質(zhì)、而全包含未被污染的SiO₂、Al₂O₃、Fe₂O₃、MgO的無(wú)機(jī)物的天然礦石；(b)礦物粉碎步驟，將上述采集的天然礦石粉碎成45微米～2納米的粒子以形成粉末狀；(c)礦物粉末提純步驟，從粉末狀的礦石粉末中提純及分離對(duì)生物體有害的重金屬及放射性物質(zhì)；(d)礦物粉末燃燒步驟，燃燒經(jīng)提純的礦物粉末，以改變礦石本身的質(zhì)量、比重、電子數(shù)、離子數(shù)；(e)混合及發(fā)酵工藝步驟，以一定比率混合經(jīng)燃燒的礦物粉末和H₂O及由石花菜構(gòu)成的天然植物提取物，并將混合的礦物混合粉末發(fā)酵一定時(shí)間以提高礦物性索瑪瑅和微生物的活性；(f)滅菌干燥步驟，對(duì)熟成發(fā)酵的礦物混合粉末進(jìn)行滅菌及干燥；(g)陶瓷混合粉末培養(yǎng)步驟，將經(jīng)干燥的礦物混合粉末放在容器之后，添加混合有一定量的水、蒸餾水、磁化水、葡萄糖或糖類的溶液，并向添加溶液的礦物混合粉末添加糖類或用于培養(yǎng)微生物的培養(yǎng)基并進(jìn)行1小時(shí)以上的培養(yǎng)；(h)礦物性索瑪瑅提取步驟，從上述(g)步驟中培養(yǎng)出的礦物混合粉末中分離提取微生物，并分離提取在提取出的微生物中包含的礦物性索瑪瑅。上述的礦物性索瑪瑅復(fù)合材料也可以通過(guò)商購(gòu)獲得，例如購(gòu)自韓國(guó)量子能公司。

根據(jù)本公開(kāi)，電芬頓體系的pH可以為本領(lǐng)域技術(shù)人員所熟知的常規(guī)范圍，為了提高有機(jī)污染物的去除率和催化劑亞鐵離子的轉(zhuǎn)化效率，優(yōu)選情況下，電解處理中，有機(jī)廢水的pH值為2-6，進(jìn)一步優(yōu)選為2-4?？梢圆捎帽绢I(lǐng)域的常規(guī)方法調(diào)節(jié)有機(jī)廢水的pH，本公開(kāi)不做特別的限定。

上述復(fù)合催化劑的用量可以在很大范圍內(nèi)變化，為了提高有機(jī)廢水的處理效率，優(yōu)選地，相對(duì)于1L有機(jī)廢水，復(fù)合催化劑的用量可以為1-15g，進(jìn)一步優(yōu)選為2-10g。

根據(jù)本公開(kāi)的方法可以處理多種來(lái)源和有機(jī)污染物含量的有機(jī)廢水，其中，有機(jī)污染物可以包括有機(jī)染料、抗生素、內(nèi)分泌干擾物、多環(huán)芳烴和有機(jī)農(nóng)藥中的至少一種，為了進(jìn)一步提高有機(jī)污染物去除效率，優(yōu)選地，有機(jī)廢水中的有機(jī)污染物的總濃度可以為10-1000mg/L，有機(jī)污染物的去除率可以為50-100％，優(yōu)選為95-100％。

為了進(jìn)一步提高有機(jī)廢水中有機(jī)污染物的去除效率，在本公開(kāi)優(yōu)選的一種實(shí)施方式中，電解處理可在微波輻射下進(jìn)行，微波輻射的功率優(yōu)選為100-220W。在這一優(yōu)選的實(shí)施方式中，微波輻射增強(qiáng)了電芬頓反應(yīng)中過(guò)氧化氫的生成與消耗，提高了Fe²⁺的再生速率，有效促進(jìn)電芬頓的反應(yīng)速率；微波輻射同時(shí)有效地促進(jìn)了羥基自由基的產(chǎn)生，加快了有機(jī)污染物的降解速率。

為了進(jìn)一步提高反應(yīng)體系中過(guò)氧化氫的分解效率，提高羥基自由基的濃度，優(yōu)選地，電解處理可以在紫外光輻射下進(jìn)行，在這一優(yōu)選的實(shí)施方式中，過(guò)氧化氫通過(guò)電芬頓體系轉(zhuǎn)化為羥基自由基的同時(shí)，一部分過(guò)氧化氫還可以在紫外輻射作用下分解為羥基自由基，提高了反應(yīng)體系中羥基自由基的含量，從而提升了有機(jī)污染物的氧化降解效率。

在本公開(kāi)特別優(yōu)選的一種具體實(shí)施方式中，上述電解處理同時(shí)在微波輻射和紫外光輻射下進(jìn)行，在這一優(yōu)選的實(shí)施方式中，微波輻射和紫外光輻射協(xié)同促進(jìn)電芬頓反應(yīng)的進(jìn)行，明顯提高了有機(jī)廢水中有機(jī)污染物的降解速度和去除率，有機(jī)污染物的去除率可達(dá)到95-100％。

根據(jù)本公開(kāi)，電芬頓體系中陽(yáng)極和陰極的材料可以為用于電芬頓反應(yīng)的常規(guī)種類，為了提高電極表面反應(yīng)的效率，減緩電極鈍化，優(yōu)選情況下，陽(yáng)極的材料為選自鉑電極、活性炭纖維電極、摻硼金剛石膜電極、鈦基二氧化鉛/二氧化錫復(fù)合電極和石墨電極中的至少一種；陰極的材料為選自不銹鋼電極、石墨電極、鉑電極和鈦網(wǎng)中的至少一種。

本公開(kāi)還提供一種電芬頓法處理有機(jī)廢水的裝置，如圖1所示，該裝置包括反應(yīng)器殼體9、陽(yáng)極板1、陰極板2、曝氣裝置4、直流電源5、蠕動(dòng)泵7、進(jìn)水口10、出水口和進(jìn)氣口12；所述曝氣裝置4與進(jìn)氣口12連通，所述蠕動(dòng)泵7與所述出水口11連通；所述陰極板2和所述陽(yáng)極板1的面積為5-25cm²，間距為1-4cm，所述直流電源5使得所述陽(yáng)極板1和所述陰極板2之間的電流密度為4-90mA/cm²。本公開(kāi)的裝置操作簡(jiǎn)便、應(yīng)用范圍廣，可以高效去除有機(jī)廢水中的有機(jī)污染物。

為了進(jìn)一步提高裝置的處理效率，該裝置還可以包括微波實(shí)驗(yàn)爐6，上述的反應(yīng)器殼體9可以置于微波實(shí)驗(yàn)爐6內(nèi)部，以使電芬頓體系置于微波輻射的環(huán)境中。

為了更進(jìn)一步提高上述裝置處理有機(jī)廢水的效率和凈化效果，該裝置還可以包括紫外光源3，紫外光源3優(yōu)選為無(wú)極紫外燈。紫外光源3的安裝位置沒(méi)有限制，例如可以設(shè)置于上述的反應(yīng)器殼體9內(nèi)。

以下通過(guò)實(shí)施例進(jìn)一步說(shuō)明本公開(kāi)，但是本公開(kāi)并不因此而受到任何限制。在本公開(kāi)的下述實(shí)施例中，復(fù)合催化劑為購(gòu)自韓國(guó)量子能公司的礦物性索瑪瑅復(fù)合材料。

實(shí)施例1