CN116143252A - 一种三维电极—电芬顿耦合处理咖啡初加工废水的装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种三维电极—电芬顿耦合处理咖啡初加工废水的装置，采用铁板作为阳极，碳纤维板作为阴极，泡沫镍和泡沫铁二元混合粒子作为粒子电极，即第三电极，通过磁力搅拌器搅拌，采用曝气泵进行曝气，然后施加直流稳压组成三维电极—电芬顿耦合系统。本发明采用板式电极，增加电极表面积，增加反应强度；采用磁力搅拌器搅拌，可以提高反应速率；采用泡沫镍和泡沫铁二元混合粒子作为粒子电极，缩短了离子迁移的距离，同时，泡沫铁粒子辅助铁阳极产生Fe2+，不需要再额外投加FeSO4，泡沫镍也有助于拓宽电芬顿的pH，三维电极—电芬顿体系能突破传统芬顿反应的pH限制，扩宽其作用范围，进一步提高处理效果。
Description
技术领域
本发明属于污水处理技术领域，具体涉及一种三维电极—电芬顿耦合处理咖啡初加工废水的装置。
背景技术
咖啡与茶叶、可可并称为世界三大饮料，是仅次于原油的全球第二大宗商品，在国内外贸易中具有重要地位。全球有78个国家和地区种植咖啡，咖啡产业是全球热带种植业的支柱产业之一，是重要的热带经济作物。目前，咖啡已成为我国部分热带地区的支柱产业，也是出口创汇的重要产业。云南因其典型的高海拔山地立体气候，造就出许多独特立体热区，土壤肥沃，阳光充足，雨量充沛，昼夜温差大，非常适宜咖啡种植，成为了我国咖啡种植、加工、出口大省。据统计，云南咖啡种植面积约180万亩，主要位于德宏、保山、临沧、普洱和西双版纳，产量约14.50万t，咖啡种植面积、产量及产值均占全国98％以上。目前云南以半湿法、控水湿法工艺(前期多为不控制水量,波动较大)为主，初加工过程中产生大量的废水、废渣。其中，废水主要来自机械脱皮、脱胶及浸泡清洗工序,大量果汁、果胶及果肉混合，使得咖啡加工废水成为高浓度有机废水，该废水具有有机污染物浓度高、色度大、酸度大、难降解和难净化等特点，极易发酵、酸化、发臭。如不加以净化，其污染指标远大于《污水综合排放标准》(GB8978-1996)排放要求，直接排放会破坏河流的生态系统，对环境安全和人畜安全均存在较大影响。
资料展示，在这方面，有必要开发处理处理咖啡加工废水的有利技术。近年来，多种高级氧化技术(AOPs)被开发应用于生物难降解有机废水中，通过产生氧化能力极强的羟基自由基(·OH)来降解污染物，提高可生化降解性。高级氧化法具有反应迅速、氧化效果显著、不产生新的污染的优势。其中电芬顿法因易操作、成本低、无选择性、不用额外添加过氧化氢等优点受到了广大研究者的关注。电芬顿主要用于处理水体导电性能好、溶液pH低的有机污染水体，通过阴极材料通电后产生双氧水，双氧水和溶液中的Fe2+发生芬顿反应生成强氧化性的羟基自由基(·OH)，能降解大部分的有机污染物。而反应产生的Fe3+又能在阴极还原成Fe2+进一步促进芬顿反应进行。目前电芬顿的研究主要集中在二维电极体系中对极板的改性，但电芬顿法存在处理电流效率低、电能消耗高等缺点，因此通过将电芬顿法和三维电极法结合来解决以上问题。三维电极由于在反应器中放置了大量的粒子电极，可以在巨大的电极表面形成带电的微电极，与传统二维电极相比，传质效率有了很大的提升。电芬顿法作为一种新型的高级氧化技术，能有效地处理印染废水、垃圾渗滤液和苯酚废水等各类工业废水，但是国内外还少有将电芬顿法运用到咖啡废水的处理当中，本专利的目的就是利用电芬顿法和三维电极法结合处理咖啡初加工废水。
因此，为了解决上述问题，本文提出一种三维电极—电芬顿耦合处理咖啡初加工废水的装置。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明设计了一种三维电极—电芬顿耦合处理咖啡初加工废水的装置，阳极和阴极都是板式电极，泡沫镍和泡沫铁二元混合粒子作为粒子电极，通过磁力搅拌器搅拌，采用曝气泵进行曝气，然后施加直流稳压组成三维电极—电芬顿耦合系统，将咖啡初加工废水放置在该体系中进行处理。
为了达到上述技术效果，本发明是通过以下技术方案实现的：一种三维电极—电芬顿耦合处理咖啡初加工废水的装置，包括电源、反应池和曝气泵，其特征在于：所述电源电连接至反应池内，曝气泵的出气管连通至反应池内；所述的反应池内阳极和阴极均为板式电极，反应池内放置粒子电极和过氧化氢溶液，反应池底部设置有磁力搅拌器。
进一步的，所述阳极材料为Fe，阴极材料为碳纤维板；所述的阳极和阴极的极板面积30～40cm2，极板间距5～10cm。
进一步的，所述的粒子电极为泡沫铁和泡沫镍，泡沫铁和泡沫镍二元混合粒子电极的比例为1：2，粒径为5～10mm，总填充量为30～50g/L。
进一步的，所述曝气泵的曝气强度为0.5～4.0L/min。
进一步的，所述磁力搅拌器的转速为400～800r/min。
进一步的，所述的电源为直流稳压电源。
本发明的有益效果是：
本发明方法的三维电极由于在反应器中放置了大量的粒子电极，可以在巨大的电极表面形成带电的微电极，与传统二维电极相比，传质效率有了很大的提升；阳极铁板电解产生Fe2+，泡沫铁粒子辅助铁阳极产生Fe2+，不需要再额外投加FeSO4；泡沫镍有助于拓宽电芬顿的pH，三维电极—电芬顿体系能突破传统芬顿反应的pH限制，扩宽其作用范围，进一步提高处理效果。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明整体结构示意图。
1、电源；2、反应池；3、曝气泵；4、阳极；5、阴极；6、粒子电极；7、磁力搅拌器。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
一种三维电极—电芬顿耦合处理咖啡初加工废水的装置的使用方法，阳极4和阴极5都是板式电极，泡沫镍和泡沫铁二元混合粒子作为粒子电极6，通过磁力搅拌器7搅拌，采用曝气泵3进行曝气，然后施加直流稳压组成三维电极—电芬顿耦合系统，将咖啡初加工废水放置在该体系中进行处理。
(1)所述阳极4阴极5均采用板式电极，极板面积30cm2，极板间距10cm。
(2)所述泡沫铁和泡沫镍二元混合粒子电极6的比例为1：2，粒径为5mm，总填充量为30g/L。
(3)所述曝气泵3采用的曝气强度为1.0L/min的设备。
(4)所述磁力搅拌器7的转速为600r/min的设备。
(5)所述三维电极—电芬顿耦合体系中添加H2O2溶液10mL/L。
(6)装置搭建好后，将咖啡初加工废水投加到该三维电极—电芬顿耦合体系中，通电1h后，结果表明，COD浓度去除率达到80％，色度去除率82％。
实施例2
一种三维电极—电芬顿耦合处理咖啡初加工废水的装置的使用方法，阳极4和阴极5都是板式电极，泡沫镍和泡沫铁二元混合粒子作为粒子电极6，通过磁力搅拌器7搅拌，采用曝气泵3进行曝气，然后施加直流稳压组成三维电极—电芬顿耦合系统，将咖啡初加工废水放置在该体系中进行处理。
(1)所述阳极4阴极5均采用板式电极，极板面积35cm2，极板间距8cm。
(2)所述泡沫铁和泡沫镍二元混合粒子电极6的比例为1：2，粒径为5mm，总填充量为35g/L。
(3)所述曝气泵3采用的曝气强度为1.5L/min的设备。
(4)所述磁力搅拌器7的转速为600r/min的设备。
(5)所述三维电极—电芬顿耦合体系中添加H2O2溶液15mL/L。
(6)装置搭建好后，将咖啡初加工废水投加到该三维电极—电芬顿耦合体系中，通电1h后，结果表明，COD浓度去除率达到85％，色度去除率88％。
实施例3
一种三维电极—电芬顿耦合处理咖啡初加工废水的装置的使用方法，阳极4和阴极5都是板式电极，泡沫镍和泡沫铁二元混合粒子作为粒子电极6，通过磁力搅拌器7搅拌，采用曝气泵3进行曝气，然后施加直流稳压组成三维电极—电芬顿耦合系统，将咖啡初加工废水放置在该体系中进行处理。
(1)所述阳极4阴极5均采用板式电极，极板面积38cm2，极板间距6cm。
(2)所述泡沫铁和泡沫镍二元混合粒子电极6的比例为1：2，粒径为5mm，总填充量为38g/L。
(3)所述曝气泵3采用的曝气强度为2.0L/min的设备。
(4)所述磁力搅拌器7的转速为600r/min的设备。
(5)所述三维电极—电芬顿耦合体系中添加H2O2溶液18mL/L。
(6)装置搭建好后，将咖啡初加工废水投加到该三维电极—电芬顿耦合体系中，通电1h后，结果表明，COD浓度去除率达到89％，色度去除率90％。
实施例4
一种三维电极—电芬顿耦合处理咖啡初加工废水的装置的使用方法，阳极4和阴极5都是板式电极，泡沫镍和泡沫铁二元混合粒子作为粒子电极6，通过磁力搅拌器7搅拌，采用曝气泵3进行曝气，然后施加直流稳压组成三维电极—电芬顿耦合系统，将咖啡初加工废水放置在该体系中进行处理。
(1)所述阳极4阴极5均采用板式电极，极板面积40cm2，极板间距5cm。
(2)所述泡沫铁和泡沫镍二元混合粒子电极6的比例为1：2，粒径为5mm，总填充量为40g/L。
(3)所述曝气泵3采用的曝气强度为3.0L/min的设备。
(4)所述磁力搅拌器7的转速为600r/min的设备。
(5)所述三维电极—电芬顿耦合体系中添加H2O2溶液20mL/L。
(6)装置搭建好后，将咖啡初加工废水投加到该三维电极—电芬顿耦合体系中，通电1h后，结果表明，COD浓度去除率达到92％，色度去除率94％。
实施例1-4中，咖啡初加工废水COD浓度去除率和色度去除率均超过80％，极板面积增加，极板间距缩小都可以提高COD浓度去除率和色度去除率，曝气强度增加，H2O2溶液添加量越多也都可以提高COD浓度去除率和色度去除率。
Claims (6)
1.一种三维电极—电芬顿耦合处理咖啡初加工废水的装置，包括电源、反应池和曝气泵，其特征在于：所述电源电连接至反应池内，曝气泵的出气管连通至反应池内；所述的反应池内阳极和阴极均为板式电极，反应池内放置粒子电极和过氧化氢溶液，反应池底部设置有磁力搅拌器。
2.根据权利要求1所述的一种三维电极—电芬顿耦合处理咖啡初加工废水的装置，其特征在于：所述阳极材料为Fe，阴极材料为碳纤维板；所述的阳极和阴极的极板面积30～40cm2，极板间距5～10cm。
3.根据权利要求1所述的一种三维电极—电芬顿耦合处理咖啡初加工废水的装置，其特征在于：所述的粒子电极为泡沫铁和泡沫镍，泡沫铁和泡沫镍二元混合粒子电极的比例为1：2，粒径为5～10mm，总填充量为30～50g/L。
4.根据权利要求1所述的一种三维电极—电芬顿耦合处理咖啡初加工废水的装置，其特征在于：所述曝气泵的曝气强度为0.5～4.0L/min。
5.根据权利要求1所述的一种三维电极—电芬顿耦合处理咖啡初加工废水的装置，其特征在于：所述磁力搅拌器的转速为400～800r/min。
6.根据权利要求1所述的一种三维电极—电芬顿耦合处理咖啡初加工废水的装置，其特征在于：所述的电源为直流稳压电源。
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