CN105198049A - 一种污水处理的方法 - Google Patents

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Abstract

一种污水处理的方法。双氧水为氧化剂,以电池阴极供电子和阳极吸电子作催化剂,将双氧水催化为更强氧化能力的自由羟基,以降解污水中的有机物。本方法称为电催化氧化。

Description

-种巧水处理的方法
技术领域
[0001] 本方式属于污水处理中高级氧化法的一种。双氧水为氧化剂,W电池阴极供电子 和阳极吸电子作催化剂,将双氧水催化为更强氧化能力的自由径基,W降解污水中的有机 物。本方法称为电催化氧化。
背景技术
[0002] 污水处理的方法有物理、化学和生物=种方法。生物法是主流,一般包括好氧、缺 氧和厌氧等生物过程。物理法W膜分离为主。化学法主要是高级氧化法,即用化学反应将 污水中的污染物降解掉。
[0003] 高级氧化法有电氧化法、芬顿法、臭氧法、铁碳微电解法、次氯酸法。
[0004] 电氧化法,也称电解法,即用电池的阳极直接氧化污水中的污染物或阳极产生的 径基自由基来降解污染物。阳极一般采用DSA电极,即不溶性阳极。电解法氧化能力强,无 需添加化学药剂。电解法的弱点是能耗高,降解lOOg污染物用电在20度W上,费用大约是 芬顿法的10倍,在实际工程中应用很有限。一般作为污水处理工艺中的预处理,如用在印 染废水中,W改善废水的可生化性。
[0005] 铁碳微电解和电解法类似,W铁和碳组成微电池,氧化能力强。其弱点是铁碳是消 耗品,需要不断添加,同时产生大量的铁泥。
[0006] 次氯酸法因其氧化能力极弱,应用非常有限。
[0007] 运些方法中,芬顿和臭氧的应用最为广泛。
[0008] 臭氧的产生工艺成熟,属于易得的一种氧化剂。臭氧的弱点是氧化能力差,其氧化 电位只有自由径基的70%,仅能氧化易氧化的污染物。某些污染物,如聚酸等,臭氧不能氧 化。臭氧为气体,臭氧与污水的良好接触混合,是臭氧效率的一个关键因素,也是该技术的 一个制约因素。臭氧的缺点是氧化能力差,因此,业内在广泛寻找催化臭氧生成径基自由基 的催化剂,目前的方向有UV光催化和贵金属催化。
[0009] 芬顿法,是污水处理领域化学氧化的典型方法。先将污水的PH调至3~4,运是芬 顿反应所需要的环境。氧化剂为双氧水,催化剂为硫酸亚铁,其摩尔比在1 :〇. 2~1,双氧水 被催化为氧化能力更强的自由径基,反应一般需要3至4小时,反应后,亚铁被氧化为=价 铁。芬顿反应后,因=价铁的黄色,水呈现黄色,一般加碱中和,并将铁沉淀为氨氧化=铁。 氨氧化=铁有一定的絮凝作用,可吸附部分COD物质,进一步降低水的COD。该絮体颗粒微 小,一般加入絮凝剂PAM和助凝剂PAC,W利于过滤。芬顿法应用的范围广,处理效果好,但 设及到六种化学试剂,且反应产生可观的固废,运些成为芬顿法应用的制约因素。寻找更清 洁的催化剂是芬顿法的发展方向。目前,有两种应用,一种为UV光催化,另一种为贵金属催 化剂。
[0010] 本发明的方法电催化氧化,用阳极吸电子和阴极给电子作为双氧水的催化剂,既 克服了臭氧的低氧化性弱点,也克服了芬顿法中大量化学试剂和固废的缺点,用清洁的方 法催化出强的催化效果。
发明内容
[0011] 双氧水为氧化剂,W电池阴极供电子和阳极吸电子作催化剂,将双氧水催化为更 强氧化能力的自由径基,W降解污水中的有机物。装置类似于电解装置,由电源、阳极、阴 极、反应室组成。反应如下: 阳极:自為画护'去謀:與涂柴瞧;;翻潜致: 阴极:;機資|:華趕;嗎.瓣终;栓每接 与电解(电氧化)工艺不同,本发明的电流密度非常小,一般不高于100A/平米,而电解 工艺一般要不低于300A/平米。电解的氧化性来自于阳极直接反应和间接反应,电解的阴 极不发生氧化反应。而本发明中的电,仅仅为双氧水的催化剂,且阴极供电子作为重要的催 化剂,不限于阳极。电解法处理污水,80%W上的电能用来分解水为氨气、氧气,10%W上用 来发热,因此电能氧化污水的效率很低,一般在10%W下。本发明中,电能为催化剂,双氧水 为氧化剂,过程中,产生的气体大大降低,且体系升溫不超过5摄氏度,电催化效率高,双氧 水的利用率一般超过50%,与芬顿相当。
[0012] 电催化氧化与电芬顿不同。电芬顿是芬顿反应的一种,其阳极为铁基材料,电处理 过程中,阳极不断溶解于水中,产生新鲜的亚铁离子和=价铁离子,由运些离子催化双氧水 产生自由径基。电芬顿过程中需不断更换阳极,其催化双氧水的为阳极溶解出的铁离子,而 不是电子。电芬顿方法产生固废,本发明不产生固废。
[0013] 本发明的阳极有S种。第一种为抓D电极,即金刚石电极,它是一种W铁或妮为基 材,表面涂一层渗碰的金刚石涂层,该阳极也可作为电氧化的阳极,析氧电位高,但价格昂 贵。第二种为DSA电极,铁基做基材,表面涂钉、银、粗、氧化铅、锡,或它们的组合。该电极 为电解(电氧化)工艺的典型阳极,价格适中。第=种为石墨材料,又分为两种形式,一种直 接选用石墨基材,另一种在金属材料表面涂一层石墨締。
[0014] 本发明的阴极可选金属,如铁材、不诱钢,也可选石墨电极或金属表面涂石墨締。 [001引本发明的电流密度为5~300安/平米,优选为10~100安/平米。
[0016] 电流密度过高会有明显的副作用。电流高时,在阳极会发生过度氧化反应,即催化 反应不能停留在自由径基阶段,而直接将双氧水氧化为氧气,反应如下: 阳极巧断祭-进學壤譯擊:本後 该反应将大大降低双氧水的利用率。
[0017] 电流密度小,电催化反应时间将会增长。当电流密度低于5安/平米时,双氧水的 催化时间超过20小时,不利于工业化应用。
[001引本发明的供电电源为直流电源。
[0019] 本发明供电电源为交流电源,交流的频率不高于50监,优选为不高于10监。实验 发现,交流电频率过高,如常用的50监或更高,电催化效率变差,原因是电催化氧化反应发 生在电极表面,双氧水的扩散、自由径基的扩散需要时间,交流电频率高,催化反应不能完 成或者完成后,被过度氧化。
[0020] 本发明的反应一般在常溫下进行。溫度升高,反应会加速,但溫度超过60摄氏度, 将对阳极的寿命有不利影响。所W-般在常溫下进行。
[0021] 本发明研究了多种废水。包括工业园区污水处理厂生化出水、ABS污水、焦化废 水、钢铁厂串接水、脱硫废水、垃圾渗滤液超滤出水、油墨废水、印染废水、电锻废水、洗羊毛 水、电厂废水,均表现出良好的处理效果。运些水均为工业相关。实验中,阳极、阴极面积为 0. 01平米,取样1.化,27. 5%双氧水的添加量0. 1~3g,对应COD的降解量为10~240mg/ L。本发明重点关注了COD数据,用本发明的技术处理污水,对氨氮的除去也有效,运与芬顿 法类似。
附图说明
[0022] 附图可W更好地展示本技术的要素。在一个容器内,放置阳极板和阴极板,将待 处理的污水倒入容器中,外加直流电源或交流电源。本图为直流电源,阳极一直是阳极,阴 极一直是阴极。如果供电电源为交流电,那么阳极和阴极会不断置换,即阳极变为阴极,阴 极变为阳极。向容器中加入双氧水,揽拌或其他方式保持污水的流动,控制电流密度为合适 值。双氧水可W-次性加入,或者分时间不断加入。反应前后分别取样,测试COD。
具体实施方式
[0023]W萧山工业园污水处理厂生化后出水为例。该水C0D150,外观呈淡红色,不可生 化。该水用臭氧处理,COD不能下降。W附图的装置进行实验,电极面积0.01平米,每次取 水1.化,双氧水浓度27. 5%。下面是实验结果。
Figure CN105198049AD00061
[0024] 另取典型的洗涂废水,洗涂剂为聚酸型。该水C0D1500,臭氧处理无效果。W附图 的装置进行实验,电极面积0. 01平米,每次取水1.化,双氧水浓度27. 5%,均选直流电源。下 面是实验结果D
Figure CN105198049AD00071
[00巧]用该方法处理ABS工业废水,原水C0D1700,不可生化。w附图的装置进行实验,电 极面积0. 01平米,每次取水1.化,双氧水浓度27. 5%,均选直流电源。下面是实验结果。
Figure CN105198049AD00072

Claims (10)

1. 一种污水处理的方法,双氧水为氧化剂,以电池阴极供电子和阳极吸电子作催化剂, 将双氧水催化为更强氧化能力的自由羟基,以降解污水中的有机物。
2. 根据权利要求1所述的电池,其阳极为BDD电极,即金刚石电极。
3. 根据权利要求1所述的电池,其阳极为DSA电极,钛基做基材,表面涂钌、铱、钽、氧化 铅、锡,或它们的组合。
4. 根据权利要求1所述的电池,其阳极为石墨电极。
5. 根据权利要求1所述的电池,其阴极为石墨电极。
6. 根据权利要求1所述的电池,其阴极为金属材料,如钛、不锈钢。
7. 根据权利要求1所述的电池,其阴极和阳极为金属材料表面涂一层石墨烯,金属材 料可以是钛、不锈钢。
8. 根据权利要求1所述的方法,电池的电流密度为5~300安/平米,优选为10~100安 /平米。
9. 根据权利要求1所述的方法,电池的供电电源为直流电源。
10. 根据权利要求1所述的方法,电池的供电电源为交流电源,交流的频率不高于 50HZ,优选为不高于10HZ。
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