CN114031158A - 一种生活污水的处理方法及气体扩散电极的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种生活污水的处理方法及气体扩散电极的制备方法，包括如下步骤：构建电絮凝和电芬顿两个主体单元，逐级对污水中的难降解物质和病原微生物进行强化处理；启动电絮凝主体单元和电芬顿主体单元中的直流电源，并向电芬顿主体单元内间歇曝气；污水通过蠕动泵将储水箱内的污水抽至电絮凝主体单元后流向电芬顿主体单元，最终排至集水箱；该生活污水的处理方法及气体扩散电极的制备方法能够基于电化学氧化还原反应，同步强化污水中有机污染物和病原微生物，有效提高污水处理和资源化利用率，且通过两级电化学反应的强化处理实现了分散式生活污水无害化和再利用。
Description
技术领域
本发明涉及污水处理技术领域，尤其涉及一种生活污水的处理方法及气体扩散电极的制备方法。
背景技术
随着人口的增加和农业和工业活动的集约化，水资源短缺促使人们发展有效的方法针对性的处理不同类型的废水，如在人口不集中区域采用的分散式污水处理模式，通过一定处理仍能获得安全的再生水，用于作物灌溉，地下蓄水层补给和冲洗水等。分散式污水碳氮比低且有机质相对较少，并且含有细菌、病毒、原生动物等病原微生物，通常采用生物法进行一级和二级处理减少有机物和病原微生物的含量。然而单独使用生物方法无法满足达标回用需求，需要再加上深度处理单元处理难降解物质和病原微生物。
发明内容
本发明的目的是解决上述问题而提供一种能够基于电化学氧化还原反应，同步强化污水中有机污染物和病原微生物，有效提高污水处理和资源化利用率，且通过两级电化学反应的强化处理实现了分散式生活污水无害化和再利用的生活污水的处理方法及气体扩散电极的制备方法。
为实现上述目的，本发明的技术方案为：一种生活污水的处理方法，包括如下步骤： （1）构建电絮凝和电芬顿两个主体单元，逐级对污水中的难降解物质和病原微生物进行强化处理； （2）启动电絮凝主体单元和电芬顿主体单元中的直流电源，并向电芬顿主体单元内间歇曝气； （3）污水通过蠕动泵将储水箱内的污水抽至电絮凝主体单元后流向电芬顿主体单元，最终排至集水箱。
优选的，所述电絮凝主体单元内包括铁板阳极与铁板阴极，所述铁板阳极与铁板阴极之间通过直流电源连通，直流电源正极通过钛丝连接到铁板阳极，直流电源负级连接铁板阴极。
优选的，所述铁板阳极与铁板阴极的表面积均为20 cm2，所述铁板阳极与铁板阴极间隔距离为2 cm，所述直流电源向铁板阳极与铁板阴极施加300 A m2的电流。
优选的，所述电絮凝主体单元还包括控温装置，所述控温装置将电絮凝主体单元内的污水调节至25℃。
优选的，所述电芬顿主体单元分为阳极室和阴极室，并以稳压直流电源持续提供电能，阳极室和阴极室分别为金刚石掺硼电极和气体扩散电极。
优选的，所述金刚石掺硼电极和气体扩散电极之间通过阳离子交换膜隔开，污水从金刚石掺硼电极底部流出，气体扩散电极流入。
优选的，所述阳离子交换膜的厚度为1mm。
优选的，所述阴极室设有提供空气的气室，所述气室的一侧装配碳-PTFE气体扩散电极，通过所述曝气泵向气体扩散电极间歇曝气，在有氧条件下阴极发生氧还原反应和芬顿反应。
一种气体扩散电极的制备方法，包括如下步骤： a：将1 g碳纳米管超声分散在1g/L的三聚氰胺溶液中，加入2 mL重量比为30％的甲醛溶液并超声混合； b：向步骤a中的溶液加入NaOH溶液，将溶液的pH 值调至10，溶液在70℃搅拌反应30分钟； c：将步骤b中的溶液加入1 mL重量比为38％的乙酸； d：将步骤c中的溶液混合过滤，并用大量去离子水洗涤；e：将步骤d中洗涤后的溶液100℃下风干，并在 N2条件下在 400℃下煅烧2小时获得掺杂N的CNT作为催化剂； f：将N-CNT和聚四氟乙烯在含乙醇的烧杯中超声分散，然后将混合物在水浴中加热，在磁力搅拌下形成糊状物； g：将糊状物均匀涂布在泡沫镍基底上形成扩散层。
优选的，所述泡沫镍基底的厚度为1mm，将制备好的气体扩散电极固定在气室的一侧形成阴极反应中心。
本发明公开一种生活污水的处理方法及气体扩散电极的制备方法，包括如下步骤：构建电絮凝和电芬顿两个主体单元，逐级对污水中的难降解物质和病原微生物进行强化处理；启动电絮凝主体单元和电芬顿主体单元中的直流电源，并向电芬顿主体单元内间歇曝气；污水通过蠕动泵将储水箱内的污水抽至电絮凝主体单元后流向电芬顿主体单元，最终排至集水箱；该生活污水的处理方法及气体扩散电极的制备方法能够基于电化学氧化还原反应，同步强化污水中有机污染物和病原微生物，有效提高污水处理和资源化利用率，且通过两级电化学反应的强化处理实现了分散式生活污水无害化和再利用。
附图说明
图1为本发明的系统结构示意图。
其中：1.储水箱；2.蠕动泵；3.铁板阳极；4.铁板阴极；5.直流电源；6.控温装置；7.金刚石掺硼电极；8.阳离子交换膜；9.气体扩散电极；10.气室；11.曝气泵；12.集水箱。
具体实施方式
现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。附图为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。
请参照图1，一种生活污水的处理方法，包括如下步骤： （1）构建电絮凝和电芬顿两个主体单元，逐级对污水中的难降解物质和病原微生物进行强化处理； （2）启动电絮凝主体单元和电芬顿主体单元中的直流电源，并向电芬顿主体单元内间歇曝气； （3）污水通过蠕动泵2将储水箱1内的污水抽至电絮凝主体单元后流向电芬顿主体单元，最终排至集水箱12。
在本发明方案中，所述电絮凝主体单元内包括铁板阳极3与铁板阴极4，所述铁板阳极3与铁板阴极4之间通过直流电源5连通，直流电源5正极通过钛丝连接到铁板阳极3，直流电源5负级连接铁板阴极4，其中，所述铁板阳极3与铁板阴极4的表面积均为20 cm2，所述铁板阳极3与铁板阴极4间隔距离为2 cm，所述直流电源5向铁板阳极3与铁板阴极4施加300A/m2的电流。
因此，在高电流密度下，铁阳极氧化将铁离子释放到溶液中，这些离子与溶解氧结合产生羟基自由基和富含铁的沉淀物，随着铁沉淀物的产生病原微生物在团块上形成更大的聚集体从水中去除，细胞膜会在Fe(OH)n絮凝体和氧化剂的相互作用下被破坏导致细胞死亡，有机物也会被产生的羟基自由基氧化降解。
作为优选方案，所述电絮凝主体单元还包括控温装置6，所述控温装置6将电絮凝主体单元内的污水调节至25℃，以便在冬季或北方地区温度较低时也能使用。
在本发明方案中，所述电芬顿主体单元分为阳极室和阴极室，并以稳压直流电源持续提供电能，阳极室和阴极室分别为金刚石掺硼电极7和气体扩散电极9，所述金刚石掺硼电极7和气体扩散电极9之间通过阳离子交换膜8隔开，污水从金刚石掺硼电极7底部流出，气体扩散电极9流入，其中所述阳离子交换膜8的厚度为1mm。
进一步的，所述阴极室设有提供空气的气室10，所述气室10的一侧装配碳-PTFE气体扩散电极9，通过所述曝气泵11向气体扩散电极9间歇曝气，在有氧条件下阴极发生氧还原反应和芬顿反应。
经过电絮凝主体单元后的污水将进入电芬顿主体单元，此时，含有铁离子的污水经过pH调节后(pH=3)自上端进入二级电芬顿处理单元，阳极为6 cm2的硅基金刚石掺硼电极，阴极为6 cm2的空气扩散电极，两电极间隔2 cm，直流电源提供350 A/m2的电流。阳极室和阴极室中间设置1 mm的阳离子交换膜。向阴极室间歇曝气，间隔时间为1小时。利用气室结构传输空气，气室一端覆盖气体扩散电极9，在有氧条件下产生的过氧化氢与溶液中铁离子反应产生羟基自由基迅速破坏微生物细胞膜和有机物，产生的过氧化氢以及阳极氧化产生的M(OH)对微生物也有一定的氧化作用。通过制备改性的空气扩散电极提高氧还原反应产过氧化氢速率。
处理完成的污水从电芬顿主体单元上部流出至集水箱12，达到分散式生活污水的无害化处理要求，通过两级强化消毒处理后的出水可用于厕所冲水、灌溉等用途实现分散式污水资源化利用。
一种气体扩散电极的制备方法，包括如下步骤： a：将1 g碳纳米管超声分散在1g/L的三聚氰胺溶液中，加入2 mL重量比为30％的甲醛溶液并超声混合； b：向步骤a中的溶液加入NaOH溶液，将溶液的pH 值调至10，溶液在70℃搅拌反应30分钟； c：将步骤b中的溶液加入1 mL重量比为38％的乙酸； d：将步骤c中的溶液混合过滤，并用大量去离子水洗涤；e：将步骤d中洗涤后的溶液100℃下风干，并在 N2条件下在 400℃下煅烧2小时获得掺杂N的CNT作为催化剂； f：将N-CNT和聚四氟乙烯在含乙醇的烧杯中超声分散，然后将混合物在水浴中加热，在磁力搅拌下形成糊状物； g：将糊状物均匀涂布在泡沫镍基底上形成扩散层。
作为优选方案，所述泡沫镍基底的厚度为1mm，将制备好的气体扩散电极固定在气室的一侧形成阴极反应中心。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。
Claims (10)
1.一种生活污水的处理方法，其特征在于，包括如下步骤： （1）构建电絮凝和电芬顿两个主体单元，逐级对污水中的难降解物质和病原微生物进行强化处理； （2）启动电絮凝主体单元和电芬顿主体单元中的直流电源，并向电芬顿主体单元内间歇曝气； （3）污水通过蠕动泵将储水箱内的污水抽至电絮凝主体单元后流向电芬顿主体单元，最终排至集水箱。
2.根据权利要求1所述的生活污水的处理方法，其特征在于，所述电絮凝主体单元内包括铁板阳极与铁板阴极，所述铁板阳极与铁板阴极之间通过直流电源连通，直流电源正极通过钛丝连接到铁板阳极，直流电源负级连接铁板阴极。
3.根据权利要求2所述的生活污水的处理方法，其特征在于，所述铁板阳极与铁板阴极的表面积均为20 cm2，所述铁板阳极与铁板阴极间隔距离为2 cm，所述直流电源向铁板阳极与铁板阴极施加300 A m2的电流。
4.根据权利要求3所述的生活污水的处理方法，其特征在于，所述电絮凝主体单元还包括控温装置，所述控温装置将电絮凝主体单元内的污水调节至25℃。
5.根据权利要求4所述的生活污水的处理方法，其特征在于，所述电芬顿主体单元分为阳极室和阴极室，并以稳压直流电源持续提供电能，阳极室和阴极室分别为金刚石掺硼电极和气体扩散电极。
6.根据权利要求5所述的生活污水的处理方法，其特征在于，所述金刚石掺硼电极和气体扩散电极之间通过阳离子交换膜隔开，污水从金刚石掺硼电极底部流出，气体扩散电极流入。
7.根据权利要求6所述的生活污水的处理方法，其特征在于，所述阳离子交换膜的厚度为1mm。
8.根据权利要求7所述的生活污水的处理方法，其特征在于，所述阴极室设有提供空气的气室，所述气室的一侧装配碳-PTFE气体扩散电极，通过所述曝气泵向气体扩散电极间歇曝气，在有氧条件下阴极发生氧还原反应和芬顿反应。
9.一种气体扩散电极的制备方法，其特征在于，包括如下步骤： a：将1 g碳纳米管超声分散在1 g/L的三聚氰胺溶液中，加入2 mL重量比为30％的甲醛溶液并超声混合； b：向步骤a中的溶液加入NaOH溶液，将溶液的pH 值调至10，溶液在70℃搅拌反应30分钟； c：将步骤b中的溶液加入1 mL重量比为38％的乙酸； d：将步骤c中的溶液混合过滤，并用大量去离子水洗涤； e：将步骤d中洗涤后的溶液100℃下风干，并在 N2条件下在 400℃下煅烧2小时获得掺杂N的CNT作为催化剂； f：将N-CNT和聚四氟乙烯在含乙醇的烧杯中超声分散，然后将混合物在水浴中加热，在磁力搅拌下形成糊状物； g：将糊状物均匀涂布在泡沫镍基底上形成扩散层。
10.根据权利要求9所述的气体扩散电极的制备方法，其特征在于，所述泡沫镍基底的厚度为1mm，将制备好的气体扩散电极固定在气室的一侧形成阴极反应中心。
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| CN109502705A (zh) * | 2018-12-04 | 2019-03-22 | 天津大学 | 一种将电絮凝和电芬顿技术联用处理有机污染物的方法 |
| CN210656331U (zh) * | 2019-08-28 | 2020-06-02 | 华中科技大学 | 一种耦合微生物燃料电池和电芬顿系统的污水处理装置 |
| CN112479317A (zh) * | 2020-12-01 | 2021-03-12 | 北京工业大学 | 一种集高效原位电合成过氧化氢和催化性能于一体的复合阴极的制备方法及应用 |
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2021
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Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 徐夫元等: "C／PTFE 气体扩散电极的制备及其在电合成过氧化氢中的应用" * |
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