CN208008520U - 一种三维-类电芬顿降解酮洛芬的水处理系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种三维‑类电芬顿降解酮洛芬的水处理系统，包括反应器、供水装置、曝气装置、加药装置和电源，所述供水装置、所述曝气装置和所述电源分别连接所述反应器。所述反应器包括三维‑类电芬顿反应区，所述三维‑类电芬顿反应区填充高炉矿渣基Co/Fe⁰粒子电极。本实用新型可通过加药装置向反应器中加入过硫酸盐，供水装置向反应器供水，污水和过硫酸盐共同到达三维‑类电芬顿反应区后，在粒子电极负载的Fe⁰作用下过硫酸盐被活化产生硫酸根自由基，高炉矿渣中的过渡金属电催化产生羟基自由基，通过硫酸根自由基和羟基自由基有效降解水中的污染物。

Description

一种三维-类电芬顿降解酮洛芬的水处理系统

技术领域

本实用新型涉及水处理技术领域，尤其涉及一种三维-类电芬顿降解酮洛芬的水处理系统。

背景技术

酮洛芬是一类非甾体抗炎镇痛药，具有镇痛、消炎及解热作用，在临床上有大量应用，酮洛芬以药物原型和代谢物形式排入水体，成为痕量持久性污染物，传统的活性污泥法对此类污染物降解作用不明显，处理废水的污泥通常含有大量未被矿化的污染物而形成新的污染源，对饮用水安全造成潜在的威胁。

高级氧化法产生的强氧化活性物质对大分子有机物具有强氧化作用，有利于处理污水中的酮洛芬，而三维电极是一种新型的高级氧化方法，其反应区域不再局限于电极的简单几何表面上，而是在整个床层的三维空间表面上进行，近年来有较多的研究。专利CN102070230A公开了一种三维电极电芬顿去除水中有机物的方法及装置，所述的装置包括反应室和气室，反应室内设置碳材料阴极、铁板阳极和固定床三维粒子电极，碳材料阴极和铁板阳极分别连接电源的两极，通电后，阳极氧化生成铁离子，阴极表面生成过氧化氢，铁离子和过氧化氢构成电芬顿试剂氧化去除废水中的有机物。阳极氧化生成铁离子后，阳极被消耗，一方面，使处理过程中需要不断更换阳极板，成本较高，更换时需要停工，影响上游工艺运行，不能形成连续处理；另一方面，阳极消耗后生成的铁离子会随着污水一起流出，无法继续使用，需要不断消耗阳极产生铁离子，不利于循环利用，增加成本，且铁泥随污水流出后沉淀在污水中形成会形成二次污染，增加处理成本。

实用新型内容

本实用新型针对现有技术的不足，提供一种三维-类电芬顿降解酮洛芬的水处理系统，更好的处理城市污水中PPCPs类污染物。

本实用新型是通过如下技术方案实现的，提供一种三维-类电芬顿降解酮洛芬的水处理系统，包括反应器、供水装置、曝气装置、加药装置和电源，所述供水装置、所述曝气装置和所述电源分别连接所述反应器。

所述反应器包括三维-类电芬反应区，所述三维-类电芬反应区内填充高炉矿渣基Co/Fe⁰粒子电极，所述三维-类电芬反应区内交叉放置有主电极阳极和主电极阴极，所述电源的正负极分别电连接所述主电极阳极和主电极阴极；

所述三维-类电芬反应区内固定有至少一个双层多孔承托板，所述加药装置连通所述双层多孔承托板的两层板之间的空隙。

本实用新型提供的水处理系统，可以通过加药装置向反应器中加入一定浓度的过硫酸盐，当供水装置中的污水进入反应器后，过硫酸盐和污水混合，污水和过硫酸盐共同到达反应区后，在反应区中粒子电极负载的Fe⁰作用下，过硫酸盐被活化产生硫酸根自由基，高炉矿渣中的过渡金属电催化产生羟基自由基，通过硫酸根自由基和羟基自由基有效降解水中的污染物。

三维-类电芬顿反应区中粒子电极负载的Fe⁰可以活化过硫酸盐，Fe⁰活化过硫酸盐可以产生Fe²⁺，Fe²⁺可继续活化过硫酸盐产生Fe³⁺，Fe³⁺还可以和Fe⁰反应产生Fe²⁺继续活化过硫酸盐，且Fe³⁺在阴极得到一个电子被还原为Fe²⁺，使粒子电极持续高效的发挥作用，实现污水的连续处理；将Fe⁰负载于粒子电极上，不需要消耗阳极产生Fe²⁺，减少了阳极消耗的成本，并且不需要停工更换阳极，不影响上游工艺运行，减少了停工更换阳极产生的成本，负载于粒子电极上的Fe⁰与粒子电极形成一个统一的整体，不会随污水流出，持续发挥作用的同时不会对污水造成进一步污染。

作为优选，所述主电极阳极为PANI/Ti主电极阳极，所述PANI/Ti主电极阳极为负载聚苯胺的多孔钛网；所述主电极阴极为碳纤维。聚苯胺作为一种导电聚合物，负载于多孔钛网表面，能有效提高主电极阳极的抗腐蚀性，降低阳极消耗的成本。

作为优选，所述反应器还包括曝气区，所述曝气区位于所述三维-类电芬顿预反应区的下方并连通所述三维-类电芬顿反应区，所述曝气区与所述三维-类电芬顿反应区之间固定有双层多孔承托板，所述加药装置连通所述双层多孔承托板的两层板之间的空隙；所述曝气装置连通所述曝气区，所述曝气区的底部开设有进水口，所述三维-类电芬顿反应区的上方设置有出水口。

本实用新型设置多个双层多孔承托板，分别位于曝气区与三维-类电芬顿反应区之间以及三维-类电芬顿反应区内，每个双层多孔承托板均连通加药装置，污水首先经过曝气区与三维-类电芬顿反应区之间的双层多孔承托板，携带过硫酸盐进入三维-类电芬顿反应区，在三维-类电芬顿反应区中的粒子电极和电场的作用下有效降解水中的污染物。本实用新型设置多个双层多孔承托板，使污水经过三维-类电芬顿反应区时可补充有过硫酸盐含量，增强污水处理效果，提高污水处理效率。

作为优选，所述供水装置包括依次连通的水箱、蠕动泵和进水管，所述进水管连通所述进水口。

所述水箱经过蠕动泵计量后通过进水管连通反应器，水箱内的污水可以连续的进入反应器进行处理，水箱内的污水还可以进行补充，实现污水的连续处理，使用方便。

作为优选，所述曝气装置包括依次连通的空压机、进气管和溶气板，所述溶气板位于所述曝气区内，使整个反应器曝气均匀。

作为优选，所述加药装置包括依次连通的加药箱和加药管，所述加药管连通所述双层多孔承托板之间的空隙。

加药装置将过硫酸盐加入至双层多孔承托板的两层板之间的空隙内，污水携带过硫酸盐通过双层多孔承托板的通孔进入三维-类电芬顿反应区进行反应，过硫酸盐通过加药装置加入可以避免过硫酸盐的损失，保证过硫酸盐的初始浓度。

本实用新型中，过硫酸盐由加药装置向反应器中持续加入；过硫酸盐活化剂Fe⁰掺杂在粒子电极中，构成三维-类电芬顿反应。

本实用新型实施例提供的技术方案可以包含以下有益效果：

本实用新型提供的水处理系统，可以向供水装置中加入一定浓度的过硫酸盐，使供水装置中的污水携带过硫酸盐进入反应器的反应区，在反应区中粒子电极负载的Fe⁰作用下，过硫酸盐被活化产生硫酸根自由基，高炉矿渣中的过渡金属电催化产生羟基自由基，通过硫酸根自由基和羟基自由基有效降解水中的污染物。

本实用新型的高炉矿渣基Co/Fe⁰粒子电极填充于主电极阳极与主电极阴极之间，三者构成三维-类电芬顿反应，极大的增加了反应面积；Fe⁰掺杂在粒子电极中，不会随进出水而损失，无需向反应器内额外投加Fe⁰，减少运行成本的同时避免了二次污染。在电场强化的作用下，Fe⁰能更好的激发活化过硫酸盐，生成硫酸根自由基，使活化效率大大提高，且所生成的Fe³⁺在阴极被还原成Fe²⁺，保证高炉矿渣基Co/Fe⁰粒子电极持久高效催化污水中的污染物。

附图说明

为了更清楚的说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单介绍，显而易见的，对于本领域技术人员而言，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为本实用新型实施例提供的一种三维-类电芬顿降解酮洛芬的水处理系统的结构示意图。

图中所示：水箱1、进水管2、蠕动泵3、反应器4、电源5、导线6、主电极阳极7、主电极阴极8、空压机9、进气管10、溶气板11、高炉矿渣基Co/Fe⁰粒子电极12、加药箱13、加药管14、双层多孔承托板15、出水口16。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本实用新型中的技术方案,下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本实用新型的保护范围。

参见图1，所示为本实用新型实施例提供的一种三维-类电芬顿降解酮洛芬的水处理系统的结构示意图。

由图1可知，所述三维-类电芬顿降解酮洛芬的水处理系统包括反应器4、供水装置、曝气装置、加药装置和电源5，所述供水装置、所述曝气装置和所述加药装置分别连通所述反应器4。

所述反应器4包括三维-类电芬反应区，所述三维-类电芬反应区内填充高炉矿渣基Co/Fe⁰粒子电极12，所述三维-类电芬反应区内交叉放置有主电极阳极7和主电极阴极8，所述电源5的正负极分别电连接所述主电极阳极7和主电极阴极8；所述三维-类电芬反应区内固定有至少一个双层多孔承托板，所述加药装置连通所述双层多孔承托板的两层板之间的空隙。其中，双层多空承托板15由上下两个多空承托板构成且间距为2cm，加药管14外径为2cm，连接到双层多空承托板15的中间，系统运行时，加药装置通过加药管14将过硫酸盐加入到双层多空承托板15中间，与进水均匀混合。

所述反应器还包括曝气区，所述曝气区位于所述三维-类电芬顿反应区的下方并连通所述三维-类电芬顿反应区，所述曝气区与所述三维-类电芬顿反应区之间固定有双层多孔承托板15，所述加药装置连通所述双层多孔承托板15的两层板之间的空隙；所述曝气装置连通所述曝气区，所述曝气区的底部开设有进水口，所述供水装置通过所述进水口连通所述反应器，所述三维-类电芬顿反应区的上方设置有出水口16。供水装置中的污水自下方的进水口进入，流经三维-类电芬顿反应区12内的粒子电极，避免粒子电极被水压实结块，以保证其使用效果。

本实施例中，所述主电极阳极7为PANI/Ti主电极阳极，所述PANI/Ti主电极阳极为负载聚苯胺的多孔钛网；所述主电极阴极8为碳纤维。所述供水装置包括依次连通的水箱1和蠕动泵3，所述蠕动泵3通过所述进水管2连通所述进水口。水箱1中的污水可连续进入反应器4进行处理，水箱1可连通污水源，实现污水的连续处理，所述进水管2上可以设置阀门，不需要处理污水时可将阀门关闭。所述曝气装置包括依次连通的空压机9、进气管10和溶气板11，所述溶气板11位于所述曝气区内，曝气装置通过溶气板11使反应器4内曝气均匀。所述加药装置包括依次连通的加药箱13和加药管14，所述加药管14连通所述双层多孔承托板15的两层板之间的空隙。所述加药管14上设置阀门，不需要加入过硫酸盐时可以将阀门关闭。

本实施例的反应器4为圆柱体，直径15cm，高110cm，从下到上依次为进水口、溶气板11、多层多空承托板15、PANI/Ti阳极7、高炉矿渣基Co/Fe⁰粒子电极12、碳纤维阴极8、多层多空承托板15、高炉矿渣基Co/Fe⁰粒子电极12、PANI/Ti阳极7、高炉矿渣基Co/Fe⁰粒子电极12、碳纤维阴极8、出水口16。电源5采用直流电源用以调节槽电压，三维-类电芬顿预反应区和三维-类电芬顿反应区内的PANI/Ti阳极7通过导线6连接，三维-类电芬顿预反应区和三维-类电芬顿反应区内的碳纤维阴极8通过导线6连接，直流电源正负极分别与两个PANI/Ti阳极7连接的导线和两个碳纤维阴极8连接的导线相连。

本实施例提供的三维-类电芬顿降解酮洛芬的水处理系统运行过程为：

首先制备高炉矿渣基Co/Fe⁰粒子电极12和PANI/Ti阳极7，然后将反应器4、供水装置、曝气装置、加药装置和电源5按照上述的结构组装完毕；水箱1中的城市污水经蠕动泵3由进水管2经进水口进入反应器4内，首先经过曝气区和三维-类电芬顿预反应区之间的双层多孔承托板15，与此同时，过硫酸盐通过加药装置加入到双层多空承托板15内，污水到达双层多空承托板15时均匀混和到污水中进入到三维-类电芬顿反应区并与高炉矿渣基Co/Fe⁰粒子电极相接触，高炉矿渣基Co/Fe⁰粒子电极在电场的作用下被复极化而两端分别带正负电荷，形成一个个微小的电场，增大了反应器内的有效反应面积，过硫酸盐在三维-类电芬顿反应区中与粒子电极相接触，高炉矿渣基Co/Fe⁰粒子电极所负载的Fe⁰能有效活化污水中的过硫酸盐，生成硫酸根自由基，如下：

Fe⁰+2Fe³⁺→3Fe²⁺。

活化过硫酸盐产生的Fe²⁺还可再次活化过硫酸盐，使活化效率大大提高，且所生成的Fe³⁺在阴极被还原成Fe²⁺，保证了高炉矿渣基Co/Fe⁰粒子电极能够持久高效催化污水中的污染物，电场催化产生羟基自由基，在三维-类电芬顿反应区内同时存在羟基自由基和硫酸根自由基，污染物在两种自由基的共同作用下高效降解，然后经出水口16溢流出水，完成对污水的处理。

本实施例中，所述高炉矿渣基Co/Fe⁰粒子电极15的制备方法为：

将高炉矿渣进行充分浸泡、清洗，并在120℃条件下烘干4h，冷却至室温，置于磨球机中研磨成粉，使用80目的筛网筛分高炉矿渣粉；准确称取重量份数：高炉矿渣粉45份、氯化钠10份、水泥15份、Fe⁰20份，充分混合后滚动成球，后置于25℃恒温培养箱中培养12日，得到稳定高炉矿渣基Co/Fe⁰粒子电极12。

本实施例中，所述PANI/Ti阳极7的制备方法为：

S01：将用不同粗细程度的砂纸打磨后的多孔钛网分别用NaOH溶液在95℃下碱洗1h、用HCl溶液在90℃酸洗1h、用去离子水冲洗，然后在鼓风干燥箱中105℃烘干备用。

S02：将十二烷基磺酸钠0.06份、正丁醇0.12份以及丙烯酸丁酯与乙醇的混合液10份，加入到30份去离子水中并磁力搅拌至透明微乳液状，用盐酸将pH值调节到1，滴加3份苯胺单体得到均一溶液。

S03：在氮气、冰水浴条件下，向上述步骤S02得到的均一溶液中缓慢滴加10份过硫酸铵溶液，滴加过程持续40min，以缓慢引发聚合反应，保持冰水浴、搅拌、氮气保护的条件下，持续反应24h得到聚苯胺悬浮液。

S04：将所述聚苯胺悬浮液均匀涂覆在所述步骤S01中得到的多孔钛网表面，105℃烘干2h，如此反复8次；最后一次置于马弗炉中300℃焙烧，得到PANI/Ti阳极。

当然，上述说明也并不仅限于上述举例，本实用新型未经描述的技术特征可以通过或采用现有技术实现，在此不再赘述；以上实施例及附图仅用于说明本实用新型的技术方案并非是对本实用新型的限制，参照优选的实施方式对本实用新型进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，本技术领域的普通技术人员在本实用新型的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换都不脱离本实用新型的宗旨，也应属于本实用新型的权利要求保护范围。

Claims (5)

1.一种三维-类电芬顿降解酮洛芬的水处理系统，包括反应器（4）、供水装置、曝气装置、加药装置和电源（5），所述供水装置、所述曝气装置和加药装置分别连通所述反应器（4）；

所述反应器（4）包括三维-类电芬反应区，所述三维-类电芬反应区内填充高炉矿渣基Co/Fe⁰粒子电极（12），所述三维-类电芬反应区内交叉放置有主电极阳极（7）和主电极阴极（8），所述电源（5）的正负极分别电连接所述主电极阳极（7）和主电极阴极（8）；

所述三维-类电芬反应区内固定有至少一个双层多孔承托板（15），所述加药装置连通所述双层多孔承托板（15）的两层板之间的空隙；

所述反应器还包括曝气区，所述曝气区位于所述三维-类电芬顿反应区的下方并连通所述三维-类电芬顿反应区，所述曝气区与所述三维-类电芬顿反应区之间固定有双层多孔承托板（15），所述加药装置连通所述双层多孔承托板（15）的两层板之间的空隙；所述曝气装置连通所述曝气区，所述曝气区的底部开设有进水口，所述三维-类电芬顿反应区的上方设置有出水口（16）。

2.根据权利要求1所述的一种三维-类电芬顿降解酮洛芬的水处理系统，其特征在于，所述主电极阳极（7）为PANI/Ti主电极阳极，所述PANI/Ti主电极阳极为负载聚苯胺的多孔钛网；所述主电极阴极（8）为碳纤维。

3.根据权利要求1-2任一项所述的一种三维-类电芬顿降解酮洛芬的水处理系统，其特征在于，所述供水装置包括依次连通的水箱（1）、蠕动泵（3）和进水管（2），所述进水管（2）连通所述进水口。

4.根据权利要求3所述的一种三维-类电芬顿降解酮洛芬的水处理系统，其特征在于，所述曝气装置包括依次连通的空压机（9）、进气管（10）和溶气板（11），所述溶气板（11）位于所述曝气区内。

5.根据权利要求4所述的一种三维-类电芬顿降解酮洛芬的水处理系统，其特征在于，所述加药装置包括依次连通的加药箱（13）和加药管（14），所述加药管（14）连通所述双层多孔承托板（15）之间的空隙。