CN202499740U - 一种利用气体扩散电极的光电芬顿反应装置 - Google Patents

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邓磊
刘景军
李志林
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Abstract

一种利用气体扩散电极的光电芬顿反应装置，属于光电芬顿反应装置技术领域。包括三级串联的、位置依次降低的梯形光电芬顿反应装置，每一级光电芬顿反应装置包括光电芬顿反应槽，由液室和气室组成，液室和气室由作为阴极的气体扩散电极介开，气室内包括氧气进、出口管，液室内包括阳极板、介于气体扩散电极和阳极板之间的由紫外灯玻璃罩罩着的紫外灯，第一级位置最高位置的光电芬顿反应装置在紫外灯和气体扩散电极之间还有一感应铁电极，液室有液体进口管；在第三级最低位置的光电芬顿反应装置的液室内还有液体出口管，三级光电芬顿反应装置液室通过流通管道进行连通。本实用新型使废水降解更加充分彻底；降低了废水处理时间，有效降低了能耗。

Description

一种利用气体扩散电极的光电芬顿反应装置
技术领域
本实用新型涉及一种光电芬顿反应装置，尤其涉及一种利用气体扩散电极的新型光电芬顿反应装置，用于处理难降解有机废水，属于光电芬顿反应装置技术领域。
背景技术
传统的光电芬顿反应装置一般只设有一级降解，为达到较高的降解率，不得不延长废水溶液在反应容器中的逗留时间，而随反应时间的延长，溶液中会淤积大量的铁泥，溶液颜色变深，不利于紫外光的充分照射。即便如此，降解效果依然不够理想，且耗时长，处理废水效率低。
难降解有机废水一直是困扰着工业废水处理的一大难题。传统方法在处理难降解有机废水的过程中表现出降解能力不强，降解产物不够彻底等缺点，难以达到排放要求。近年来，高级氧化技术(Advanced OxidationProcesses，AOPs)运用在废水处理中得到了广泛关注并取得了很大进展。高级氧化技术是运用光照、电、声、催化剂等，有时还与氧化剂结合，生成氧化性极强的自由基(如·OH)，将废水中的大分子、难降解有机物氧化降解成无毒的小分子物质，甚至完全矿化。
芬顿法是通过亚铁与过氧化氢(H2O2)反应生成羟基自由基(·OH)，其处理效率高、操作简便、环境兼容，是处理工业废水的很好的一种方法。研究表明，将紫外光引入芬顿法中可大大提高羟基自由基(·OH)的生成效率和亚铁离子的循环。利用气体扩散电极电生成过氧化氢，可避免过氧化氢运输转移过程可能产生的危害，为实现废水处理自动化提供了有利条件，但传统的单一芬顿反应装置处理废水效率不高，制约了其广泛应用。
实用新型内容
本实用新型的目的是提供一种利用气体扩散电极的新型光电芬顿反应装置，通过气体扩散电极电生成过氧化氢(H2O2)，利用光电芬顿反应联合高效处理难降解有机废水。通过三级梯形反应装置体系，使废水降解更加彻底，克服单一芬顿反应装置降解率不高的缺陷。
本实用新型的具体实施方案如下：
如图1所示，本实用新型所述的一种利用气体扩散电极的新型光电芬顿反应装置，包括三级位置依次降低的梯形光电芬顿反应装置，三级光电芬顿反应装置串联，每一级光电芬顿反应装置包括光电芬顿反应槽，由液室和气室组成，液室和气室由作为阴极的气体扩散电极介开，气室内包括氧气进口管和氧气出口管，液室内包括阳极板、介于气体扩散电极和阳极板之间的由紫外灯玻璃罩罩着的紫外灯，第一级位置最高位置的光电芬顿反应装置在紫外灯和气体扩散电极之间还有一感应铁电极，同时液室有液体进口管；在第三级最低位置的光电芬顿反应装置的液室内还有液体出口管，三级光电芬顿反应装置液室通过流通管道进行连通，实现三级光电芬顿反应装置的串联。
本实用新型的光电芬顿反应装置，优选每一级光电芬顿反应装置的气室并行地位于液室的同一侧面。
本实用新型的光电芬顿反应装置，优选三级光电芬顿反应装置液室通过流通管道进行连通时，流通管道的进口位于液室的底部，出口位于上部。
工作时将紫外灯与紫外灯电源连接，气体扩散电极和阳极分别同上电源。由感应铁电极2来提供亚铁离子，三级光电芬顿反应装置均通过各自的气体扩散电极的电解反应提供过氧化氢(H2O2)。
本实用新型的创新之处在于：三级梯形装置各级之间有流通管道连接，废水通过流通管道可自动进入下一级装置，无需外加抽液泵，三级降解装置使废水降解更加充分彻底；并且降低了废水处理时间，有效降低了能耗。
附图说明
图1：本实用新型的平面示意图；
图2：图1中A-A面的剖面图；
图中：
1-进液口；2-感应铁电极；3-紫外灯；4-紫外灯电源；5-第一级光电芬顿反应槽；6-流通管道；7-第二级光电芬顿反应槽；8-紫外灯玻璃罩；9-第三级光电芬顿反应槽；10-出液口；11-氧气出口管；12-氧气进口管；13-气室；14-液室；15-气体扩散电极；16-阳极板。
具体实施方式
一种利用气体扩散电极的新型光电芬顿反应装置，见图1，包括一级光电芬顿反应装置5，二级光电芬顿反应装置7和三级光电芬顿反应装置9，，每一级光电芬顿反应装置包括光电芬顿反应槽，由液室和气室组成，液室和气室由作为阴极的气体扩散电极15介开，气室内包括氧气进口管12和氧气出口管11，液室内包括阳极板16、介于气体扩散电极和阳极板之间的由紫外灯玻璃罩8罩着的紫外灯3，紫外灯与紫外灯电源4连接；同时，一级光电芬顿反应装置5内还有进液口1和感应铁电极2，在三级光电芬顿反应装置的液室内还有出液口10，一级、二级、三级光电芬顿反应装置的液室通过流通管道6连通。
有机废水由底部进液口1以一定流速均匀注入一级光电芬顿反应装置5中，向供气装置(气室)13通入氧气一段时间，通电后，氧气通过气体扩散电极15而在电极表面发生二电子还原反应生成过氧化氢(H2O2)，生成的过氧化氢(H2O2)进入光电芬顿反应装置(液室)的有机废水中，与感应铁电极2生成的亚铁离子发生芬顿反应，并在紫外灯3提供紫外光的条件下生成羟基自由基(·OH)等强氧化性基团，降解有机废水。当液位达到一级装置流通管道6的高度时，自动通过流通管道6的出口从底部进入二级光电芬顿反应装置7中继续降解，同理进入三级光电芬顿反应装置9中降解后经出液口10排出。
实施例1对比不同装置对苯酚降解效率的影响
降解目标溶液体积：300ml
降解目标溶液浓度：100mg/L苯酚
溶液初始pH＝3.5
支持电解质浓度：0.1M Na2SO4
亚铁离子浓度：5mg/L
电流密度：40mA/cm2
氧气流速：60ml/min
反应时间120min
Figure BDA0000146869840000041
从实施例1可以看出，单一芬顿反应装置需处理120分钟苯酚才完全被降解，而本实用新型三级芬顿反应装置60分钟苯酚即被完全降解。这是由于三级芬顿反应装置中废水溶液停留时间短，及时被排出。
实施例2对比不同装置对光电芬顿反应中槽电压的的影响
降解目标溶液体积：300ml
降解目标溶液浓度：100mg/L苯酚
溶液初始pH＝3.5
支持电解质浓度：0.1M Na2SO4
亚铁离子浓度：5mg/L
电流密度：40mA/cm2
氧气流速：60ml/min
反应时间120min
Figure BDA0000146869840000051
从实施例2可以看出，单一芬顿反应装置槽压要明显高于三级芬顿反应装置，并且随时间延长，槽压逐渐升高。这是由于降解相同体积废水溶液单一装置极间距较大，且废水在装置中停留时间长，铁离子易沉淀，造成溶液导电性降低导致槽压升高。

Claims (3)

1.一种利用气体扩散电极的新型光电芬顿反应装置，其特征在于，包括三级位置依次降低的梯形光电芬顿反应装置，三级光电芬顿反应装置串联，每一级光电芬顿反应装置包括光电芬顿反应槽，由液室和气室组成，液室和气室由作为阴极的气体扩散电极介开，气室内包括氧气进口管和氧气出口管，液室内包括阳极板、介于气体扩散电极和阳极板之间的由紫外灯玻璃罩罩着的紫外灯，第一级位置最高位置的光电芬顿反应装置在紫外灯和气体扩散电极之间还有一感应铁电极，同时液室有液体进口管；在第三级最低位置的光电芬顿反应装置的液室内还有液体出口管，三级光电芬顿反应装置液室通过流通管道进行连通，实现三级光电芬顿反应装置的串联。
2.按照权利要求1所述的一种利用气体扩散电极的新型光电芬顿反应装置，其特征在于，每一级光电芬顿反应装置的气室并行地位于液室的同一侧面。
3.按照权利要求1所述的一种利用气体扩散电极的新型光电芬顿反应装置，其特征在于，三级光电芬顿反应装置液室通过流通管道进行连通时，流通管道的进口位于液室的底部，出口位于上部。 
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