CN106904693B - 一种脉冲电吸附-电催化氧化协同处理污水的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种脉冲电吸附‑电催化氧化协同处理废水的方法，包括：将污水加入电化学反应器中，向电化学反应器中加持续正向直流脉冲双电流，废水在电极上形成电吸附、电催化氧化、电吸附和电催化氧化的循环反应，反应完后排出污水，正向直流脉冲双电流采用直流脉冲双电源，包括直流电源和脉冲电源两个电源。本方法技术参数可控，而且操作简便，同时解决了电吸附的再生问题和电催化氧化扩散控制的难点问题，实现了高效的电吸附和电催化氧化协同效应，大大提高了电化学反应器降解污水中有机污染物的处理效率。

Description

一种脉冲电吸附-电催化氧化协同处理污水的方法
技术领域
本发明涉及一种脉冲电吸附和电催化氧化协同处理污水的方法，属于污水处理领域。
背景技术
目前水污染仍是水资源环境保护中最严重的问题之一，而难降解有机污染物的高效处理法是当前水污染控制领域的重要研发技术。电吸附技术是通过施加电压或电流，在电极表面形成双电层并吸附废水溶液中的污染物，具有操作简便和环境友好等优点。电催化氧化技术是高级氧化法的一种形式，利用电极产生强氧化性的羟基自由基来处理废水中的有机污染物，具有氧化能力强、占地面积少等特点。但传统的电吸附技术中吸附剂饱和后需要脱附再生，而且脱附产生的有机废液浓度高，处理难度大。另一方面，电催化氧化过程是扩散控制过程，单一的直流电源电解会存在浓差极化等问题，降低电流效率，导致能耗比较高；而单一的脉冲(方波)电源为“断电-供电-断电-供电”反应过程，在断电阶段，电化学反应即发生了中断。专利CN200710164483.9公开的一种高频脉冲电化学废水处理工艺，采用单一的直流高频脉冲方波电源对废水进行处理，COD去除率达30～80％。
发明内容
发明目的：本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种脉冲电吸附-电催化氧化协同处理污水的方法，采用正向直流脉冲双电流将电吸附和电催化氧化技术优势互补，有机组合成一体，实现高效的电吸附和电催化氧化协同效应。
为了解决上述技术问题，本发明公开了一种脉冲电吸附-电催化氧化协同处理废水的方法，包括：将污水加入电化学反应器中，向电化学反应器中加持续正向直流脉冲双电流，废水在电极上形成电吸附、电催化氧化、电吸附和电催化氧化的循环反应，反应完后排出污水；所述正向直流脉冲双电流采用直流脉冲双电源，包括直流电源和脉冲电源两个电源。
其中，电化学反应器为二维电极电催化反应装置或三维电极电催化反应装置中的一种。
其中，所述直流电源控制电吸附过程，所述脉冲电源控制电催化氧化过程。
其中，直流电源的电流密度为0.5～2mA/cm2。
其中，脉冲电源的平均电流密度为2～30mA/cm2。
其中，脉冲电源的脉冲占空比为0.2～0.8；频率为100～3000Hz。
其中，电极为棒状、网状、板式、或管式电极中的一种或多种。
其中，循环反应的反应时间为15～300分钟。
有益效果：
采用正向直流脉冲双电流将电吸附和电催化氧化技术有机组合成一体，即同步采用了直流电源和脉冲电源，通过直流脉冲双电源形成“电吸附-电催化氧化-电吸附-电催化氧化”脉冲循环反应过程；直流电源形成“电吸附”过程，将废水中污染物吸附在电极上，脉冲电源形成“电催化氧化”过程，强化降解电极表面的有机污染物，使得电极再生，而“电吸附”过程又大大增强了污水中污染物的扩散速度，有效的缓解了电催化氧化体系中扩散速度跟不上电催化速度、污染物来不及扩散到电极表面发生反应的问题。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明做更进一步的具体说明，本发明的上述和/或其他方面的优点将会变得更加清楚。
图1为正向直流脉冲双电源的直流电源和脉冲电源电流波形示意图。
图2为实施例1、2和对比例1、2对苯甲酸废水COD去除效率图。
具体实施方式
根据下述实施例，可以更好地理解本发明。然而，本领域的技术人员容易理解，实施例所描述的内容仅用于说明本发明，而不应当也不会限制权利要求书中所详细描述的本发明。
实施例1
将120mg/L的苯甲酸废水(含0.05mol/L硫酸钠电解质)加入二维电化学反应器中处理，阳极采用钛基多孔二氧化锡电极，阴极为不锈钢电极，采用直流脉冲双电源，通过持续的正向直流脉冲双电流在电极上形成“电吸附-电催化氧化-电吸附-电催化氧化”脉冲循环反应过程：直流电源的电流密度为1mA/cm2，形成电吸附控制过程；脉冲电源的平均电流密度为12mA/cm2，形成电催化氧化控制过程，脉冲占空比为0.5，频率为1000Hz。反应4小时后，苯甲酸废水的化学需氧量COD去除率为96.8％，去除率高于对比案例1单一电吸附(去除率为6.5％)和对比案例2脉冲电催化氧化(去除率为75.6％)之和，即实现了高效的电吸附和电催化氧化协同效应。
实施例2
将120mg/L的苯甲酸废水(含0.05mol/L硫酸钠电解质)加入三维电化学反应器中处理，阳极采用钛基多孔二氧化锡电极，粒子电极为金属催化剂陶粒，阴极为不锈钢电极，采用直流脉冲双电源，通过持续的正向直流脉冲双电流在电极上形成“电吸附-电催化氧化-电吸附-电催化氧化”脉冲循环反应过程：直流电源的电流密度为1.5mA/cm2，形成电吸附控制过程；脉冲电源的平均电流密度为25mA/cm2，形成电催化氧化控制过程，脉冲占空比为0.7，频率为100Hz。反应4小时后，苯甲酸废水的化学需氧量COD去除率为98.5％，实现了高效的电吸附和电催化氧化协同效应。
实施例3
将20mg/L的苯甲酸废水(含0.05mol/L硫酸钠电解质)加入二维电化学反应器中处理，阳极采用钛基多孔二氧化锡电极，阴极为不锈钢电极，采用直流脉冲双电源，通过持续的正向直流脉冲双电流在电极上形成“电吸附-电催化氧化-电吸附-电催化氧化”脉冲循环反应过程：直流电源的电流密度为2mA/cm2，形成电吸附控制过程；脉冲电源的平均电流密度为30mA/cm2，形成电催化氧化控制过程，脉冲占空比为0.8，频率为3000Hz。反应15分钟，苯甲酸废水的化学需氧量COD去除率为86.3％，实现了高效的电吸附和电催化氧化协同效应。
实施例4
将40mg/L的苯甲酸废水(含0.05mol/L硫酸钠电解质)加入二维电化学反应器中处理，阳极采用钛基多孔二氧化锡电极，阴极为不锈钢电极，采用直流脉冲双电源，通过持续的正向直流脉冲双电流在电极上形成“电吸附-电催化氧化-电吸附-电催化氧化”脉冲循环反应过程：直流电源的电流密度为0.5mA/cm2，形成电吸附控制过程；脉冲电源的平均电流密度为2mA/cm2，形成电催化氧化控制过程，脉冲占空比为0.5，频率为500Hz。反应300分钟，苯甲酸废水的化学需氧量COD去除率为90.2％，实现了高效的电吸附和电催化氧化协同效应。
实施例5
将60mg/L的苯甲酸废水(含0.05mol/L硫酸钠电解质)加入二维电化学反应器中处理，阳极采用钛基多孔二氧化锡电极，阴极为不锈钢电极，采用直流脉冲双电源，通过持续的正向直流脉冲双电流在电极上形成“电吸附-电催化氧化-电吸附-电催化氧化”脉冲循环反应过程：直流电源的电流密度为1.5mA/cm2，形成电吸附控制过程；脉冲电源的平均电流密度为20mA/cm2，形成电催化氧化控制过程，脉冲占空比为0.2，频率为1500Hz。反应100分钟，苯甲酸废水的化学需氧量COD去除率为93.5％，实现了高效的电吸附和电催化氧化协同效应。
实施例6
将100mg/L的苯甲酸废水(含0.05mol/L硫酸钠电解质)加入三维电化学反应器中处理，阳极采用钛基多孔二氧化锡电极，粒子电极为金属催化剂陶粒，阴极为不锈钢电极，采用直流脉冲双电源，通过持续的正向直流脉冲双电流在电极上形成“电吸附-电催化氧化-电吸附-电催化氧化”脉冲循环反应过程：直流电源的电流密度为2.0mA/cm2，形成电吸附控制过程；脉冲电源的平均电流密度为10mA/cm2，形成电催化氧化控制过程，脉冲占空比为0.3，频率为2000Hz。反应200分钟，苯甲酸废水的化学需氧量COD去除率为91.1％，实现了高效的电吸附和电催化氧化协同效应。
对比例1
将120mg/L的苯甲酸废水(含0.05mol/L硫酸钠电解质)加入二维电化学反应器中处理，阳极采用钛基多孔二氧化锡电极，阴极为不锈钢电极，仅采用直流电源，直流电流密度为1mA/cm2形成电吸附过程。反应4小时后，苯甲酸废水的化学需氧量COD去除率为6.5％。
对比例2
将120mg/L的苯甲酸废水(含0.05mol/L硫酸钠电解质)加入二维电化学反应器中处理，阳极采用钛基多孔二氧化锡电极，阴极为不锈钢电极，仅采用脉冲电源，脉冲平均电流密度为12mA/cm2形成电催化氧化过程，脉冲占空比为0.5，频率为1000Hz，反应4小时后，苯甲酸废水的化学需氧量COD去除率为75.6％。
本发明提供了一种脉冲电吸附-电催化氧化协同处理废水的方法的思路及方法，具体实现该技术方案的方法和途径很多，以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。本实施例中未明确的各组成部分均可用现有技术加以实现。

Claims (5)

1.一种脉冲电吸附-电催化氧化协同处理废水的方法，其特征在于，包括：将污水加入电化学反应器中，向电化学反应器中加持续正向直流脉冲双电流，废水在电极上形成电吸附、电催化氧化、电吸附和电催化氧化的循环反应，反应完后排出污水；所述正向直流脉冲双电流采用直流脉冲双电源，包括直流电源和脉冲电源两个电源；
所述直流电源控制电吸附过程，所述脉冲电源控制电催化氧化过程；
所述直流电源的电流密度为0.5～2mA/cm2；
所述脉冲电源的平均电流密度为2～30mA/cm2。
2.根据权利要求1所述的一种脉冲电吸附-电催化氧化协同处理废水的方法，其特征在于，所述电化学反应器为二维电极电催化反应装置或三维电极电催化反应装置中的一种。
3.根据权利要求2所述的一种脉冲电吸附-电催化氧化协同处理废水的方法，其特征在于，所述脉冲电源的脉冲占空比为0.2～0.8，频率为100～3000Hz。
4.根据权利要求3所述的一种脉冲电吸附-电催化氧化协同处理废水的方法，其特征在于，所述电极为棒状、网状、板式、或管式电极中的一种或多种。
5.根据权利要求4所述的一种脉冲电吸附-电催化氧化协同处理废水的方法，其特征在于，所述循环反应的反应时间为15～300分钟。
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