CN101704600A - 一种高浓度高色度染料废水的分段式处理方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于高浓度染料废水技术领域，具体涉及一种高浓度高色度染料废水的分段式处理方法。本发明将电化学氧化与光催化氧化技术优化组合成为电化学预氧化-光电协同氧化-光催化氧化的三段式污水处理新工艺，选用兼具优良光电催化性能的Sb dopedSnO₂/TiO₂-NTs/Ti光电一体化电极作为降解处理的阳极材料。本工艺取得了预期高效的处理效果，并最大化的节约能耗，体现了节能的优点，为实现高浓度高色度染料废水的降解提供了一种崭新的方法，具有广阔的应用前景和开发潜力。

Description

一种高浓度高色度染料废水的分段式处理方法

技术领域

本发明属于高浓度染料废水技术领域，具体涉及一种高浓度高色度染料废水的分段式处理方法。

背景技术

随着染料的品种和数量日益增加，染料废水已成为水环境的重点污染源之一。染料废水具有有机物浓度高、色度高、无机盐含量高、成份复杂、可生化性差、脱色困难等特点，难以采用常规方法进行治理，且含有多种具有生物毒性或“三致”(致癌、致畸、致突变)性能的有机物，一直是工业污水处理中的难点，也是当前国内外水污染控制领域急需解决的一大难题。

高级氧化技术是一类目前被认为具有良好发展前景的热门研究技术，主要包括湿式催化氧化、光催化氧化、电催化氧化、声化学氧化、臭氧氧化、超临界水氧化等。其中光催化氧化和电化学氧化由于设备简单，操作简便，处理效果好，其在污染物处理中的应用较为广泛。但是对于高浓度高色度的染料废水，采用单一的光催化氧化很难取得很好的降解效果。单独的电化学氧化虽然可以达到降解的目的，但是由于在反应后期，随着污染物浓度的降低和副反应的比率升高，电流效率迅速降低，电化学能耗升高。因此有必要设计一种新的方法来实现上述废水的高效节能的降解。

发明内容

本发明的目的是提供一种高浓度高色度染料废水的分段式处理新方法。

本发明提出的高浓度高色度染料废水的分段式处理方法，采用分段式处理装置，其结构如图1所示，包括阴极电极1、阳极电极2、磁力搅拌器3、反应池4；阴极电极1和阳极电极2插入反应池4内，反应池4放置于磁力搅拌器3上，阴极电极1和阳极电极2分别连接电源的负极、正极，反应池1内设有紫外光光源。，紫外光光源位于石英管内，石英管插入反应池1的待处理废水中；具体步骤如下：将待处理废水置于反应池4中，反应池1外加带有循环水的套杯，保持反应体系恒温在25℃；首先在阴极电极1和阳极电极2间施加电压，在恒电流状态下，电化学氧化实现高色度染料废水的部分脱色，使其变成一个透光性良好的体系；然后外加紫外光进行光电协同氧化，使得染料废水的TOC值大幅度降低；最后去掉外加电压，光催化氧化将染料彻底矿化；其中：当水样体积为100-300ml时，阳极电极2和阴极电极1的面积均为4.5-15cm²，阳极电极2与阴极电极1的间距为1-2cm，电流密度为2-30mA/cm²，紫外光光照强度为3mW/cm²，阳极电极2与光源(套上石英管后置于溶液中)的距离为2-15.0cm。

本发明中，所述阳极电极2采用Sb doped SnO₂/TiO₂-NTs/Ti电极，所述阴极电极1采用Ti电极。

本发明中，所述紫外光进行光电协同氧化时间为2-6小时。

本发明中，所述反应池4采用石英反应池。

本发明中，其中所使用的电极是兼具优良光电催化性能的Sb doped SnO₂/TiO₂-NTs/Ti光电一体化电极。

与现有技术相比，本发明具有如下优点：

1.本发明采用了电化学氧化作为废水处理过程中的预处理方法。通过其使染料废水脱色，从而为光催化氧化的发生创造了条件。解决了光催化氧化不能对高色度染料废水降解的问题。

2.本发明采用了兼具优良光催化和电催化性能的SnO₂/TiO₂-NTs/Ti光电一体化电极作为阳极材料，其既有TiO₂-NTs电极优良的光催化氧化性能，光电转化效率由原来的8.2％提高到26.1％，同时具有Sb doped SnO₂/Ti电极优异的电化学氧化能力，析氧电位较高，达到1.8V(vs SCE)，对有机污染物具有良好的电催化氧化特性。有利于保持整个降解过程高效的进行。

3.本发明采用了电化学预氧化-光电协同氧化-光催化氧化的三段式分段处理方法，有利于保证在每一段都能最优化的实现染料废水的高效节能的处理。

附图说明

图1为本发明的高浓度高色度染料废水处理装置示意图。

图中标号：1为阴极电极，2为阳极电极，3为磁力搅拌器，4为反应池。

具体实施方式

下面通过实施例进一步说明本发明。

实施例1是以高浓度甲基橙废水为例。

分别以Sb doped SnO₂/Ti电极作为阳极电极2，以钛电极作为阴极电极1，阴极电极1和阳极电极2的面积均为4.5cm²，电极间距为1cm，电流密度为30mA/cm²；300W紫外灯作为紫外光光源(中心波长365nm)，光照强度为3mW·cm^-2，阳极电极2与光源(套上石英管后置于溶液中)距离15.0cm。模拟废水甲基橙的浓度为500mg/L，TOC为237.35mg/L，色度高达10⁵倍，透光率几乎为0，支持电解质硫酸钠的浓度为0.1mol/L，体积为100ml。首先，将待处理废水置于反应池4，反应池4采用石英反应池，反应池4外加带有循环水的套杯，保持反应体系恒温在25℃；保持反应体系恒温在25℃，接着进行恒电流降解1.5h，然后引入紫外光进行光电协同氧化2.5h，最后再以单独光催化氧化进行后续的降解。单独电化学降解和单独光催化氧化降解作为对比试验进行效果比较。单独电化学氧化和单独光催化氧化降解10h时的TOC去除率分别为58.6％和16.5％；采用三段式氧化技术10h时的去除率提高至68.3％，脱色率达到100％，同时其能耗小于单独电化学降解过程中的能耗更加小于光催化氧化降解过程中的能耗。

实施例2是以高色度亚甲基蓝废水为例。

分别作为阳极电极和阴极电极的Sb doped SnO₂/Ti电极和钛电极的面积为4.5cm²，电极间距为1cm，电流密度为30mA/cm²；300W紫外灯作为紫外光光源(中心波长365nm)，光照强度为3mW·cm^-2，阳极电极与光源(套上石英管后置于溶液中)距离15.0cm.模拟废水亚甲基蓝的浓度为100mg/L，TOC为53.46mg/L，透光率几乎为0，支持电解质硫酸钠的浓度为0.1mol/L，体积为100ml.首先进行恒电流降解1.5h，然后引入紫外光进行光电协同氧化2.5h，最后再以单独光催化氧化进行后续的降解.单独电化学降解和单独光催化氧化降解作为对比试验进行效果比较.单独电化学氧化和单独光催化氧化降解6h时的TOC去除率分别为67.1％和12.5％；采用三段式氧化技术6h时的去除率提高至95％，脱色率达到100％，同时其能耗小于单独电化学降解过程中的能耗更加小于光催化氧化降解过程中的能耗.

上述实例证明：对于高浓度高色度的典型偶氮类类污染物甲基橙，采用电化学预氧化-光电协同氧化-光催化氧化的三段式分段处理工艺的降解效果非常理想。这种工艺是对现有环保技术的突破和发展，能够起到保护水资源的作用，符合目前国家提倡的环保意识，兼具十分广阔的应用前景和产业开发价值。

Claims (4)

1.一种高浓度高色度染料废水的分段式处理方法，其特征在于采用分段式处理装置，包括阴极电极(1)、阳极电极(2)、磁力搅拌器(3)、反应池(4)；阴极电极(1)和阳极电极(2)插入反应池(4)内，反应池(4)放置于磁力搅拌器(3)上，阴极电极(1)和阳极电极(2)分别连接电源的负极、正极，反应池(4)内设有紫外光光源，紫外光光源位于石英管内，石英管插入反应池(4)的待处理废水中；具体步骤如下：将待处理废水置于反应池(4)中，反应池(1)外加带有循环水的套杯，保持反应体系恒温在25℃；首先在阴极电极(1)和阳极电极(2)间施加电压，在恒电流状态下，电化学氧化实现高色度染料废水的部分脱色，使其变成一个透光性良好的体系；然后外加紫外光进行光电协同氧化，使得染料废水的TOC值大幅度降低；最后去掉外加电压，光催化氧化将染料彻底矿化；其中：当水样体积为100-300ml时，阳极电极(2)和阴极电极(1)的面积均为4.5-15cm²，阳极电极(2)与阴极电极(1)的间距为1-2cm，电流密度为2-30mA/cm²，紫外光光照强度为3mW/cm²，阳极电极(2)与光源的距离为2-15.0cm。

2.根据权利要求1所述的高浓度高色度染料废水的分段式处理方法，其特征在于所述阳极电极(2)采用Sb doped SnO₂/TiO₂-NTs/Ti，所述阴极电极(1)采用Ti电极。

3.根据权利要求1所述的高浓度高色度染料废水的分段式处理方法，其特征在于所述紫外光进行光电协同氧化时间为2-6小时。

4.根据权利要求1所述的高浓度高色度染料废水的分段式处理方法，其特征在于所述反应池(4)采用石英反应池。

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