CN114804454B - 一种电芬顿式的污水处理工艺 - Google Patents
一种电芬顿式的污水处理工艺 Download PDFInfo
- Publication number
- CN114804454B CN114804454B CN202210290721.5A CN202210290721A CN114804454B CN 114804454 B CN114804454 B CN 114804454B CN 202210290721 A CN202210290721 A CN 202210290721A CN 114804454 B CN114804454 B CN 114804454B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- electro
- fenton
- tank
- sewage treatment
- treatment process
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 33
- 230000008569 process Effects 0.000 title claims abstract description 30
- 239000010865 sewage Substances 0.000 title claims abstract description 19
- 229920000049 Carbon (fiber) Polymers 0.000 claims abstract description 38
- 239000004917 carbon fiber Substances 0.000 claims abstract description 38
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 28
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 24
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 claims abstract description 18
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 claims abstract description 18
- 239000011259 mixed solution Substances 0.000 claims abstract description 14
- 238000001354 calcination Methods 0.000 claims abstract description 12
- CJTCBBYSPFAVFL-UHFFFAOYSA-N iridium ruthenium Chemical compound [Ru].[Ir] CJTCBBYSPFAVFL-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 10
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 10
- 229920000877 Melamine resin Polymers 0.000 claims abstract description 9
- KGBXLFKZBHKPEV-UHFFFAOYSA-N boric acid Chemical compound OB(O)O KGBXLFKZBHKPEV-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 9
- 239000004327 boric acid Substances 0.000 claims abstract description 9
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims abstract description 9
- 238000001035 drying Methods 0.000 claims abstract description 9
- JDSHMPZPIAZGSV-UHFFFAOYSA-N melamine Chemical compound NC1=NC(N)=NC(N)=N1 JDSHMPZPIAZGSV-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 9
- 238000004065 wastewater treatment Methods 0.000 claims abstract description 9
- 238000004062 sedimentation Methods 0.000 claims abstract description 8
- 239000002351 wastewater Substances 0.000 claims abstract description 8
- 239000002253 acid Substances 0.000 claims abstract description 7
- 230000001112 coagulating effect Effects 0.000 claims abstract description 7
- 238000009210 therapy by ultrasound Methods 0.000 claims abstract description 7
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 6
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 6
- 239000010936 titanium Substances 0.000 claims abstract description 6
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 claims abstract description 5
- 238000000576 coating method Methods 0.000 claims abstract description 5
- 238000007747 plating Methods 0.000 claims abstract description 5
- 238000002791 soaking Methods 0.000 claims abstract description 3
- KFZMGEQAYNKOFK-UHFFFAOYSA-N Isopropanol Chemical compound CC(C)O KFZMGEQAYNKOFK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 25
- MHAJPDPJQMAIIY-UHFFFAOYSA-N Hydrogen peroxide Chemical compound OO MHAJPDPJQMAIIY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 22
- 239000010406 cathode material Substances 0.000 claims description 15
- 229910021642 ultra pure water Inorganic materials 0.000 claims description 15
- 239000012498 ultrapure water Substances 0.000 claims description 15
- CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N Acetone Chemical compound CC(C)=O CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 14
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 claims description 13
- -1 polytetrafluoroethylene Polymers 0.000 claims description 12
- 239000000243 solution Substances 0.000 claims description 12
- 235000003891 ferrous sulphate Nutrition 0.000 claims description 10
- 239000011790 ferrous sulphate Substances 0.000 claims description 10
- BAUYGSIQEAFULO-UHFFFAOYSA-L iron(2+) sulfate (anhydrous) Chemical compound [Fe+2].[O-]S([O-])(=O)=O BAUYGSIQEAFULO-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims description 10
- 229910000359 iron(II) sulfate Inorganic materials 0.000 claims description 10
- 229920001343 polytetrafluoroethylene Polymers 0.000 claims description 10
- 239000004810 polytetrafluoroethylene Substances 0.000 claims description 10
- 238000004506 ultrasonic cleaning Methods 0.000 claims description 9
- 238000005273 aeration Methods 0.000 claims description 8
- MCMNRKCIXSYSNV-UHFFFAOYSA-N ZrO2 Inorganic materials O=[Zr]=O MCMNRKCIXSYSNV-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- JMGZBMRVDHKMKB-UHFFFAOYSA-L disodium;2-sulfobutanedioate Chemical compound [Na+].[Na+].OS(=O)(=O)C(C([O-])=O)CC([O-])=O JMGZBMRVDHKMKB-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims description 5
- RVTZCBVAJQQJTK-UHFFFAOYSA-N oxygen(2-);zirconium(4+) Chemical compound [O-2].[O-2].[Zr+4] RVTZCBVAJQQJTK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims description 4
- 238000007789 sealing Methods 0.000 claims description 4
- CWYNVVGOOAEACU-UHFFFAOYSA-N Fe2+ Chemical compound [Fe+2] CWYNVVGOOAEACU-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229910001448 ferrous ion Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 230000001590 oxidative effect Effects 0.000 claims description 3
- 229910052938 sodium sulfate Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 235000011152 sodium sulphate Nutrition 0.000 claims description 2
- 238000003860 storage Methods 0.000 claims description 2
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 20
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 abstract description 10
- ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N Boron Chemical compound [B] ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 8
- 229910052796 boron Inorganic materials 0.000 abstract description 8
- 230000027756 respiratory electron transport chain Effects 0.000 abstract description 4
- 230000008859 change Effects 0.000 abstract description 2
- 238000013461 design Methods 0.000 description 19
- 238000005868 electrolysis reaction Methods 0.000 description 12
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 11
- 239000007772 electrode material Substances 0.000 description 11
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 8
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 8
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 8
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 6
- 238000009825 accumulation Methods 0.000 description 5
- XKMRRTOUMJRJIA-UHFFFAOYSA-N ammonia nh3 Chemical compound N.N XKMRRTOUMJRJIA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 230000014759 maintenance of location Effects 0.000 description 5
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 5
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 5
- 230000001965 increasing effect Effects 0.000 description 4
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 4
- 239000012028 Fenton's reagent Substances 0.000 description 3
- DGAQECJNVWCQMB-PUAWFVPOSA-M Ilexoside XXIX Chemical compound C[C@@H]1CC[C@@]2(CC[C@@]3(C(=CC[C@H]4[C@]3(CC[C@@H]5[C@@]4(CC[C@@H](C5(C)C)OS(=O)(=O)[O-])C)C)[C@@H]2[C@]1(C)O)C)C(=O)O[C@H]6[C@@H]([C@H]([C@@H]([C@H](O6)CO)O)O)O.[Na+] DGAQECJNVWCQMB-PUAWFVPOSA-M 0.000 description 3
- 150000008051 alkyl sulfates Chemical class 0.000 description 3
- 150000001721 carbon Chemical class 0.000 description 3
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 3
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 3
- 238000006731 degradation reaction Methods 0.000 description 3
- 239000003814 drug Substances 0.000 description 3
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 3
- 238000006722 reduction reaction Methods 0.000 description 3
- 229910052708 sodium Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000011734 sodium Substances 0.000 description 3
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 2
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 description 2
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 description 2
- 238000006555 catalytic reaction Methods 0.000 description 2
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 2
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 description 2
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 2
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 2
- 239000004519 grease Substances 0.000 description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 2
- 239000007800 oxidant agent Substances 0.000 description 2
- 238000001556 precipitation Methods 0.000 description 2
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 2
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 2
- TZHYBRCGYCPGBQ-UHFFFAOYSA-N [B].[N] Chemical compound [B].[N] TZHYBRCGYCPGBQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000011203 carbon fibre reinforced carbon Substances 0.000 description 1
- 238000005253 cladding Methods 0.000 description 1
- 230000015271 coagulation Effects 0.000 description 1
- 238000005345 coagulation Methods 0.000 description 1
- 239000000356 contaminant Substances 0.000 description 1
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 1
- 230000000593 degrading effect Effects 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 1
- 239000003344 environmental pollutant Substances 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 238000001914 filtration Methods 0.000 description 1
- TUJKJAMUKRIRHC-UHFFFAOYSA-N hydroxyl Chemical compound [OH] TUJKJAMUKRIRHC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000011065 in-situ storage Methods 0.000 description 1
- 230000001939 inductive effect Effects 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 231100000252 nontoxic Toxicity 0.000 description 1
- 230000003000 nontoxic effect Effects 0.000 description 1
- 239000005416 organic matter Substances 0.000 description 1
- 230000033116 oxidation-reduction process Effects 0.000 description 1
- 230000020477 pH reduction Effects 0.000 description 1
- 239000002957 persistent organic pollutant Substances 0.000 description 1
- 231100000719 pollutant Toxicity 0.000 description 1
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 230000004044 response Effects 0.000 description 1
- 238000005070 sampling Methods 0.000 description 1
- 239000010802 sludge Substances 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F9/00—Multistage treatment of water, waste water or sewage
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
- C02F1/46—Treatment of water, waste water, or sewage by electrochemical methods
- C02F1/461—Treatment of water, waste water, or sewage by electrochemical methods by electrolysis
- C02F1/46104—Devices therefor; Their operating or servicing
- C02F1/46109—Electrodes
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
- C02F1/46—Treatment of water, waste water, or sewage by electrochemical methods
- C02F1/461—Treatment of water, waste water, or sewage by electrochemical methods by electrolysis
- C02F1/467—Treatment of water, waste water, or sewage by electrochemical methods by electrolysis by electrochemical disinfection; by electrooxydation or by electroreduction
- C02F1/4672—Treatment of water, waste water, or sewage by electrochemical methods by electrolysis by electrochemical disinfection; by electrooxydation or by electroreduction by electrooxydation
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
- C02F1/52—Treatment of water, waste water, or sewage by flocculation or precipitation of suspended impurities
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
- C02F1/46—Treatment of water, waste water, or sewage by electrochemical methods
- C02F1/461—Treatment of water, waste water, or sewage by electrochemical methods by electrolysis
- C02F1/46104—Devices therefor; Their operating or servicing
- C02F1/46109—Electrodes
- C02F2001/46123—Movable electrodes
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F2101/00—Nature of the contaminant
- C02F2101/30—Organic compounds
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F2305/00—Use of specific compounds during water treatment
- C02F2305/02—Specific form of oxidant
- C02F2305/023—Reactive oxygen species, singlet oxygen, OH radical
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F2305/00—Use of specific compounds during water treatment
- C02F2305/02—Specific form of oxidant
- C02F2305/026—Fenton's reagent
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Hydrology & Water Resources (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Environmental & Geological Engineering (AREA)
- Water Supply & Treatment (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Water Treatment By Electricity Or Magnetism (AREA)
Abstract
本发明公开了一种电芬顿式的污水处理工艺。污水经过废水处理系统进行处理,废水系统依次由加酸池、电解池、氧化池、混凝沉淀池和清水池构建而成,电解池中的阳极为钛板上镀有铱钌,形成铱钌镀层,电解池中的阴极使用的改性材料由以下步骤制备而成:将碳纤维、三聚氰胺和硼酸浸润在混合液中,超声处理后将剩余的混合液涂抹在阴极电极两侧,烘干、煅烧、冷却后获得改性材料。氮掺杂、氮硼掺杂材料性能单独的较为一般,但是通过氮硼掺杂在碳纤维中,促进电子传递过程,改变电催化性能,从而提高了电芬顿体系中H2O2的产生,进而使得电芬顿处理废水的能力大大提高。
Description
技术领域
本发明涉及电芬顿式的污水处理工艺领域,尤其是涉及一种电芬顿式的污水处理工艺。
背景技术
电芬顿技术(EF)是基于芬顿反应的电化学高级氧化技术,反应基本原理是利用溶液中存在的 Fe2+和 H2O2 作为芬顿试剂来源,具体过程为溶解氧在阴极材料表面发生两电子氧还原反应过程(ORR),O2+2H++2e-→H2O2生成的 H2O2 与存在于溶液中的 Fe2+反应,产生强氧化剂羟基自由基(·OH),Fe2++H2O2→Fe3++·OH +OH-;上述反应中产生的 Fe3+可在阴极被还原成 Fe2+,进一步作为芬顿试剂参与反应,从而使Fe2+能够循环利用,Fe3++e-→Fe2+,·OH 属于绿色无毒的强氧化剂,能与多种有机污染物反应,最终生成 CO2 和 H2O,实现污染物的去除,如RH+·OH→中间氧化产物、中间氧化产物+·OH→CO2+H2O+无机物。
作为高级氧化技术之一的电芬顿(electro-Fenton,EF)技术,因原位 2 电子氧还原(ORR)产 H2O2,诱发•OH 发生Fe2++H2O2→Fe3++·OH +OH-及 Fe3+还原Fe3++e-→Fe2+,克服了传统芬顿污泥产量大、H2O2运输危险的缺点,具有氧化效率高、绿色、可控性强等优势,成为高效处理难降解有机物关注技术之一。
然而在电芬顿体系中阴极 2 电子 ORR 选择性低,导致H2O2积累量低,致使后续EF 氧化难降解有机物效能受阻。基于此,阴极 H2O2积累量高的电芬顿体系,是目前急需攻克的难题。
发明内容
为了提高阴极H2O2的积累量,提高电芬顿体系的污水处理能力,本申请提供一种电芬顿式的污水处理工艺。
一种电芬顿式的污水处理工艺,污水经过废水处理系统进行处理,所述废水系统依次由加酸池、电解池、氧化池、混凝沉淀池和清水池构建而成,所述电解池中的阳极为钛板上镀有铱钌,形成铱钌镀层,所述电解池中的阴极使用的改性材料由以下步骤制备而成:将碳纤维、三聚氰胺和硼酸浸润在混合液中,超声处理后将剩余的混合液涂抹在阴极电极两侧,烘干、煅烧、冷却后获得改性材料。
优选的,所述碳纤维、三聚氰胺和硼酸的质量比为1:(0.06-0.1):(0.02-0.06)。
氮掺杂、氮硼掺杂材料性能单独的较为一般,但是通过氮硼掺杂在碳纤维中,促进电子传递过程,改变电催化性能,从而提高了电芬顿体系中 H2O2的产生和积累,进而使得电芬顿处理废水的能力大大提高。另外,通过氮、硼对电极材料进行掺杂实现对电极进行镀层保护提高稳定性,使电芬顿稳定运行。
优选的,所述混合液由二氧化锆、聚四氟乙烯、超纯水和异丙醇配成。
发明人原本想将氮、硼掺杂进碳纤维中,为阴极反应提供足够的活性位点。但随着电芬顿处理时间的加长,导致氮、硼迁出,使电芬顿处理能力下降。在更深一步研究发现,用上述混合液作粘结剂,将碳纤维、三聚氰胺及硼酸粘附在一起,同时利于氧气在阴极表面附近的传质过程,其最终的废水处理效率大大提高,可能是由于氮碳的掺杂出现了新的晶型结构,而且使碳结构变得无序,使其比表面积变大,从而利于氧气分子在阴极表面的传质过程,促进H2O2在阴极的积累,进而进一步提高了电芬顿的处理能力。
优选的,每1g碳纤维使用0.3-1.5mL聚四氟乙烯、5-30mL超纯水、0.3-1.5mL异丙醇。
在实践过程中发现,聚四氟乙烯含量过高会增大电极的电阻,从而导致电极电流响应反而降低。通过上述配比,对电极的改性促进了 H2O2 的电催化生产过程,使得H2O2 的电催化生产速率加快。
优选的,在所述阴极材料改性之前,将碳纤维浸入清洗溶液中超声清洗,之后用超纯水多次超声清洗,在 60-70℃的条件下烘干 20 h以上,冷却后密封保存备用,所述清洗溶液由丙酮、琥珀酸酯磺酸钠和伯烷基硫酸酯钠以1:(0.1-3):(0.05-0.1)的质量比复配而成。
对碳纤维进行清洗,以去除原始的污渍和油脂,清除碳纤维表面多余的电荷,以促进电芬顿的处理效率。
优选的,所述煅烧过程中的温度为300-330℃,煅烧40-50min。
煅烧过度使阴极中各材料的粘结性下降,使阴极材料变得疏松,进而使阴极材料容易损耗,并且还原Fe3+的的能力变弱,影响废水的处理效率。基于本申请的阴极改性使用的材料,通过上述的煅烧温度和时间,有效控制电极材料的煅烧程度,得到致密的电极材料,从而进一步提高废水的处理效率。
优选的,所述氧化池中使用双氧水氧化,投加H2O2在废水中的浓度mg/L与COD(mg/l)=1:1-2:1。
优选的,所述电解池中及时补充硫酸亚铁,使亚铁离子和双氧水的摩尔比为1:(0.2-0.5)。
通过芬顿试剂法是通过硫酸亚铁与双氧水相结合的一种深度处理工艺。利用硫酸亚铁和双氧水的强氧化还原性,生成反应强氧化性的羟基自由基,与难降解的有机物生成自由基,可以将许多高污物有效降解。在本申请的电解池的电极的基础下,调节硫酸亚铁和双氧水的添加比例,以使得有机物被降解的能力得以突破。因此,通过调节亚铁离子和双氧水的摩尔比为1:(0.2-0.5)实现这一目的。
优选的,所述电解池底部设计纳米溶气泵进行曝气,曝气量为2-4m3/h。
随着电芬顿处理的进行,Fe2+的扩散传质变慢,不能有效的构成芬顿反应,导致去除效果不理想。通过合适的空气补给,一方面能起到混合的作用,强化了反应器内的传质过程;另一方面能补充在反应过程中不断消耗的氧,当空气流量大到一定值后进入反应控制过程,曝气对有机物去除的影响减小。因此,需要合理控制曝气的量。
综上所述,本申请通过氮硼掺杂在碳纤维中,促进电子传递过程,改变电催化性能,提高了电芬顿体系中阴极 2 电子 ORR 选择性,从而提高了电芬顿体系中 H2O2的产生和积累,致使后续 EF 氧化难降解有机物效能提升,进而使得电芬顿处理废水的能力大大提高。另外,通过氮、硼对电极材料进行掺杂实现对电极进行镀层保护提高稳定性,使电芬顿稳定运行。
附图说明
图1是用于展示电芬顿废水系统的整体结构示意图。
附图标记说明:
1、加酸池;2、电解池;3、氧化池;4、混凝池;5、沉淀池;6、清水池。
具体实施方式
实施例1
本实施例公开一种电芬顿所用的阴极材料, 使用改性后的碳纤维作为电极材料。
在碳纤维改性之前,裁剪为尺寸(2 cm×2.5 cm)的碳纤维电极材料,将碳纤维浸入清洗溶液(丙酮)中超声清洗,之后用超纯水多次超声清洗,在 60℃的条件下烘干 24 h,冷却后密封保存备用。
将预处理后的碳纤维0.3g、三聚氰胺0.018g和硼酸0.006g浸润在20mL的混合液(超纯水和异丙醇1:1)中,在超声波清洗器中超声 10 min,使混合液分散均匀。用超声仪超声 30min,之后取出电极,超声处理后将剩余的混合液涂抹在阴极电极两侧,在60℃条件下把电极样品烘干 24 h,然后将样品放入马弗炉,在 300℃的条件下煅烧处理 50 min,冷却后即为改性电极。
实施例2
本实施例公开一种电芬顿所用的阴极材料, 使用改性后的碳纤维作为电极材料。
在碳纤维改性之前,裁剪为尺寸(2 cm×2.5 cm)的碳纤维电极材料,将碳纤维浸入清洗溶液(丙酮)中超声清洗,之后用超纯水多次超声清洗,在 70℃的条件下烘干 20 h,冷却后密封保存备用。
将预处理后的碳纤维0.3g、三聚氰胺0.03g和硼酸0.018g浸润在25mL的混合液(超纯水和异丙醇1:1)中,在超声波清洗器中超声 10 min,使混合液分散均匀。用超声仪超声30min,之后取出电极,超声处理后将剩余的混合液涂抹在阴极电极两侧,在70℃条件下把电极样品烘干 20 h,然后将样品放入马弗炉,在 330℃的条件下煅烧处理40 min,冷却后即为改性电极。
实施例3
本实施例公开一种电芬顿所用的阴极材料,与实施例2的区别在于:混合液由二氧化锆、聚四氟乙烯、超纯水和异丙醇配成,每1g碳纤维使用0.3mL聚四氟乙烯、5mL超纯水和0.3mL异丙醇。
实施例4
本实施例公开一种电芬顿所用的阴极材料,与实施例2的区别在于:混合液由二氧化锆、聚四氟乙烯、超纯水和异丙醇配成,每1g碳纤维使用1.5mL聚四氟乙烯、30mL超纯水、1.5mL异丙醇。
实施例5
本实施例公开一种电芬顿所用的阴极材料,与实施例4的区别在于:
清洗溶液由丙酮、琥珀酸酯磺酸钠和伯烷基硫酸酯钠以1:0.1:0.05的质量比复配而成。
实施例6
本实施例公开一种电芬顿所用的阴极材料,与实施例4的区别在于:
清洗溶液由丙酮、琥珀酸酯磺酸钠和伯烷基硫酸酯钠以1:3:0.1的质量比复配而成。
应用例1
本应用例提供一种电芬顿设计,包括加酸池、电解池、氧化池、混凝沉淀池和清水池构建而成。
①原水进加酸池,设计停留30min,催化剂加药停留30min,设计容积4m3, 1*1.2*3m,设计总宽度为2.7m。
②电解区域设计:
a.电解容积;设计5T/H,设计停留时间30-60min,总容积为5m3+3m=8m3/h。
b.电解池:设计锥底斜斗,进行排渣,锥底高1米,池子尺寸为1.8*3*3m。
c.纳米溶气设计:电解下设计纳米溶气泵进行曝气;设计气量为2m3/h,采用3个释放器。
d.高频超声波发生器:进行清洗电极板区域的清洗;28khz声强6w/cm2尺寸是设计700*200mm。
e.电极板设计:电解池中的阳极为钛板上镀有铱钌,形成铱钌镀层,阴极使用实施例1加工成的改性碳纤维。
f.电解设计S=5*400*200=10m2,设计比电流是5*400=2000A
g.双氧水反应:投加H2O2mg/L和CODmg/L=1:1-2:1,H2O2mg/L与Fe2+为1:1,设计停留时间为120min,设计容积16m3=2.2*2.6*2.8m。
h.设置PAM跟回调池,设计均停留时间为15min,使用搅拌机进行混合,容积为2/h,1*1.3*2.8m。
i.混凝沉淀区,设计停留时间为4H,4*8=32m3=4.5*2.6*2.8m。
应用例2
本应用例提供一种电芬顿设计,包括加酸池、电解池、氧化池、混凝沉淀池和清水池构建而成。
①原水进加酸池,设计停留30min,催化剂加药停留30min,设计容积4m3, 1*1.2*3m,设计总宽度为2.7m。
②电解区域设计:
a.电解容积;设计5T/H,设计停留时间30-60min,总容积为5m3+3m=8m3/h。
b.电解池:设计锥底斜斗,进行排渣,锥底高1米,池子尺寸为1.8*3*3m。
c.纳米溶气设计:电解下设计纳米溶气泵进行曝气;设计气量为4m3/h,采用3个释放器。
d.高频超声波发生器:进行清洗电极板区域的清洗;28khz声强6w/cm2尺寸是设计700*200mm。
e.电极板设计:电解池中的阳极为钛板上镀有铱钌,形成铱钌镀层,阴极使用实施例2加工成的改性碳纤维。
f.电解设计S=5*400*200=10m2,设计比电流是5*400=2000A
g.双氧水反应:投加H2O2mg/L和CODmg/L=2:1,H2O2mg/L与Fe2+为10:1,设计停留时间为120min,设计容积16m3=2.2*2.6*2.8m。
h.设置PAM跟回调池,设计均停留时间为15min,使用搅拌机进行混合,容积为3T/h,1*1.3*2.8m。
i.混凝沉淀区,设计停留时间为4H,32m3=4.5*2.6*2.8m。
应用例3-6
与实施例1的区别在于,应用例3-6的阴极材料依次分别使用的是实施例3-6加工的改性碳纤维。
对比例
对比例1
电解池的阴极材料使用碳纤维。
对比例2
电解池的阴极材料使用钛板。
实验
原水水质情况:(项目检测)
PH | 电导率us/cm | 氨氮mg/l | COD mg/l |
7.8 | 11260 | 2186 | 2077mg/L |
应用例1-6和对比例4-2的电芬顿处理详情如下:
1.进水条件设定:
pH | 电流 | 电压 | 超声波 | 进水流量 | 加药量 |
6.5 | 380-400A | 5.5V | 27.5KHZ | 400ml | 未加药 |
2.增加硫酸亚铁2%-5%电解1h,进水PH调节6±0.5。
3.开始原水增加10%的硫酸亚铁电解1h,进水PH控制在5,进行检测看电解产生双氧水的量,同时增加浓度看反应效果。
4.将原水PH调节到3.5 运行1h,电压调节5V 电流:500A,调节硫酸亚铁2L/h
5.将原水PH调节到3.5 运行1h,电压调节5V 电流:500A,调节硫酸亚铁2L/h,进水量400L/H,电解后PH调节到8,加PAM进行沉淀过滤后取水检测。
6.将原水PH调节到3.5 运行2h,电压调节5V 电流:500A,调节硫酸亚铁2L/h ,进水量400L/H。
右边电解1H的,左边电解2H的,的水质结果:色度有所下降
7.然后进加千分之一的H2O2-4ml,调节PH值到8 ,加PAM沉淀,清水排入清水池,取样检测,最终结果记录在表1中。
表1
电导率us/cm | 氨氮mg/l | COD mg/l | |
应用例1 | 13000 | 900.9 | 704.6 |
应用例2 | 13100 | 898.7 | 700.4 |
应用例3 | 13260 | 758.1 | 659.0 |
应用例4 | 13200 | 744.6 | 657.3 |
应用例5 | 13310 | 615.3 | 616.0 |
应用例6 | 13330 | 600.2 | 604.6 |
对比例1 | 11560 | 1618 | 1553.4 |
对比例2 | 11900 | 1648.4 | 1661.2 |
根据表1的水质测试结果,应用例1、2的电导率大于对比例1、2,应用例1、2的氨氮、COD含量小于对比例1、2,说明相对于碳纤维或者碳板作为阴极材料,本申请通过氮硼掺杂在碳纤维中,促进电子传递过程,改变电催化性能,提高了电芬顿体系中阴极 2 电子 ORR选择性,从而提高了电芬顿体系中 H2O2的产生和积累,致使后续 EF 氧化难降解有机物效能提升,进而使得电芬顿处理废水的能力大大提高。另外,通过氮、硼对电极材料进行掺杂实现对电极进行镀层保护提高稳定性,使电芬顿稳定运行。
根据表1中应用例3、4和应用例1、2对比可得,应用例3、4的电导率大于应用例1、2,应用例3、4的氨氮、COD含量小于应用例1、2,用由二氧化锆、聚四氟乙烯、超纯水和异丙醇混合的混合液作粘结剂,将碳纤维、三聚氰胺及硼酸粘附在一起,同时利于氧气在阴极表面附近的传质过程,其最终的废水处理效率大大提高,可能是由于氮碳的掺杂出现了新的晶型结构,而且使碳结构变得无序,使其比表面积变大,从而利于氧气分子在阴极表面的传质过程,促进H2O2在阴极的积累,进而进一步提高了电芬顿的处理能力。
据表1中应用例5、6和应用例3、4对比可得,应用例5、6的电导率大于应用例3、4,应用例5、6的氨氮、COD含量小于应用例3、4,说明在阴极材料改性之前,将碳纤维浸入由丙酮、琥珀酸酯磺酸钠和伯烷基硫酸酯钠以1:(0.1-3):(0.05-0.1)复配的清洗溶液中超声清洗,很好地去除原始的污渍和油脂,清除碳纤维表面多余的电荷,以促进电芬顿的处理效率。
以上所述实施例仅为本发明优选实施例,用于解释说明本发明而不用于限制本发明的范围。本发明的发明名称已经通过具体的实施例进行了描述。本领域技术人员可以借鉴本发明的内容适当改变原料、工艺条件等环节来实现相应的其它目的,其相关改变都没有脱离本发明的内容,所有类似的替换和改动对于本领域技术人员来说是显而易见的,都被视为包括在本发明的范围之内。
Claims (8)
1.一种电芬顿式的污水处理工艺,其特征在于:污水经过废水处理系统进行处理,所述废水处理 系统依次由加酸池、电解池、氧化池、混凝沉淀池和清水池构建而成,所述电解池中的阳极为钛板上镀有铱钌,形成铱钌镀层,所述电解池中的阴极使用的改性材料由以下步骤制备而成:将碳纤维、三聚氰胺和硼酸浸润在混合液中,超声处理后将剩余的混合液涂抹在阴极电极两侧,烘干、煅烧、冷却后获得改性材料;所述混合液由二氧化锆、聚四氟乙烯、超纯水和异丙醇配成。
2.根据权利要求1所述的一种电芬顿式的污水处理工艺,其特征在于:所述碳纤维、三聚氰胺和硼酸的质量比为1:(0.06-0.1):(0.02-0.06)。
3.根据权利要求1所述的一种电芬顿式的污水处理工艺,其特征在于:每1g碳纤维使用0.3-1.5mL聚四氟乙烯、5-30mL超纯水、0.3-1.5mL异丙醇。
4.根据权利要求1-3任一所述的一种电芬顿式的污水处理工艺,其特征在于:在所述阴极材料改性之前,将碳纤维浸入清洗溶液中超声清洗,之后用超纯水多次超声清洗,在 60-70℃的条件下烘干 20 h以上,冷却后密封保存备用,所述清洗溶液由丙酮、琥珀酸酯磺酸钠和伯烷基硫酸酯钠以1:(0.1-3):(0.05-0.1)的质量比复配而成。
5.根据权利要求1-3任一所述的一种电芬顿式的污水处理工艺,其特征在于:所述煅烧过程中的温度为300-330℃,煅烧40-50min。
6.根据权利要求1-3任一所述的一种电芬顿式的污水处理工艺,其特征在于:所述氧化池中使用双氧水氧化,投加H2O2在废水中的浓度mg/L与COD(mg/l)=1:1-2:1。
7.根据权利要求1-3任一所述的一种电芬顿式的污水处理工艺,其特征在于:所述电解池中及时补充硫酸亚铁,使亚铁离子和双氧水的摩尔比为1:(0.2-0.5)。
8.根据权利要求1-3任一所述的一种电芬顿式的污水处理工艺,其特征在于:所述电解池底部设计纳米溶气泵进行曝气,曝气量为2-4m3/h。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN202210290721.5A CN114804454B (zh) | 2022-03-23 | 2022-03-23 | 一种电芬顿式的污水处理工艺 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN202210290721.5A CN114804454B (zh) | 2022-03-23 | 2022-03-23 | 一种电芬顿式的污水处理工艺 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN114804454A CN114804454A (zh) | 2022-07-29 |
CN114804454B true CN114804454B (zh) | 2022-12-09 |
Family
ID=82530599
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN202210290721.5A Active CN114804454B (zh) | 2022-03-23 | 2022-03-23 | 一种电芬顿式的污水处理工艺 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN114804454B (zh) |
Family Cites Families (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN108128942A (zh) * | 2017-12-29 | 2018-06-08 | 武汉恒通源环境工程技术有限公司 | 一种模块式电化学污水处理设备 |
FR3078899B1 (fr) * | 2018-03-14 | 2021-03-05 | Univ Paris Est Marne La Vallee | Procede de regeneration du charbon actif par procede electro-fenton |
CN111422953A (zh) * | 2020-04-01 | 2020-07-17 | 北京林业大学 | 一种用于高盐废水深度处理的原位絮凝-芬顿耦合的电化学方法 |
CN112897648B (zh) * | 2021-01-22 | 2022-09-30 | 南开大学 | 一种硼氮共掺杂碳纳米管包裹铁阴极非均相电芬顿水处理方法 |
-
2022
- 2022-03-23 CN CN202210290721.5A patent/CN114804454B/zh active Active
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CN114804454A (zh) | 2022-07-29 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN109896598B (zh) | 基于碳毡负载铁纳米颗粒的电芬顿阴极材料的制备方法及其在降解水中有机污染物中的应用 | |
CN107601624B (zh) | 一种基于负载型活性炭纤维的电芬顿阴极材料的制备及应用 | |
CN102633322B (zh) | 一种基于电芬顿氧化技术的兰炭废水预处理方法 | |
CN210656331U (zh) | 一种耦合微生物燃料电池和电芬顿系统的污水处理装置 | |
CN106082399A (zh) | 一种电化学高级氧化装置 | |
CN109626676A (zh) | 一种采用微波-电催化组合工艺处理反渗透浓水中有机污染物的方法 | |
CN111517428B (zh) | 一种脱除pta废水中重金属离子的处理工艺及系统 | |
CN109020070A (zh) | 抗氧化剂生产废水的处理方法 | |
CN111333235A (zh) | 一种垃圾渗滤液处理系统和工艺 | |
CN110937667A (zh) | 一种无需曝气的电芬顿水处理方法及装置 | |
CN113461147A (zh) | 一种利用微生物电化学耦合系统处理矿山废水并产甲烷的方法及装置 | |
CN116395919B (zh) | 一种含硝基咪唑废水处理工艺 | |
CN106587445B (zh) | 抗生素生产废水的预处理方法 | |
CN113149154A (zh) | 一种电/臭氧/高锰酸盐耦合氧化水中污染物的方法 | |
CN117585802A (zh) | 一种发酵类抗生素制药废水处理、氨氮回收和产氢方法 | |
CN114804454B (zh) | 一种电芬顿式的污水处理工艺 | |
CN104529019B (zh) | 一种适用于高盐度难降解废水的电催化组合处理方法 | |
Yang et al. | Removal of ammonia nitrogen from wastewater by three-dimensional electrode system based on solid waste containing iron | |
CN111573774A (zh) | 一种类自然光电芬顿法处理生活污水的装置和方法 | |
CN111392966A (zh) | 一种用于mbr膜污染控制的电化学系统及其方法 | |
CN203781882U (zh) | 一种用于垃圾渗滤液氧化絮凝复合床装置 | |
CN102060419A (zh) | 一种印染废水处理工艺 | |
CN104944697A (zh) | 用于处理家具废水的微生物电解池-Fenton联合处理装置及工艺 | |
CN112047458B (zh) | 一种养殖废水厌氧生物电化学预处理消泡装置及方法 | |
CN111905739B (zh) | 一种应用于制氧机的催化剂的制备方法 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PB01 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
GR01 | Patent grant | ||
GR01 | Patent grant | ||
CP03 | Change of name, title or address | ||
CP03 | Change of name, title or address |
Address after: 523888 building 6, No. 5, Weifeng Road, Dongcheng Street, Dongguan City, Guangdong Province Patentee after: Guangdong Taiquan Technology Co.,Ltd. Country or region after: China Address before: 523888 building 6, No. 5, Weifeng Road, Dongcheng Street, Dongguan City, Guangdong Province Patentee before: GUANGDONG TAIQUAN ENVIRONMENTAL PROTECTION TECHNOLOGY Co.,Ltd. Country or region before: China |