CN210457600U - 一种电Fenton难降解有机废水处理装置 - Google Patents

Abstract

一种电Fenton难降解有机废水处理装置。利用金属工作夹、标尺和极板滑轨精确地控制极板间距，可依据水量和水质的变化，有针对性的强化三维电Fenton处理效率，设置催化粒子电极在螺旋布水器的螺旋水流及曝气的共同作用下，在极板间进行快速无规则的运动，从而极大地减少了两极板之间的无效电流和短路电流，且充分发挥了催化粒子电极的表面积，使得吸附污染物与三维电Fenton反应同时进行，从而达到较好的处理效果。

Description

一种电Fenton难降解有机废水处理装置

技术领域

本实用新型属于难降解有机废水处理领域，具体涉及一种电Fenton难降解有机废水处理装置。

背景技术

传统Fenton法是一种高级氧化处理技术，由二价铁离子与过氧化氢反应生成一种具有强氧化性物质—羟基自由基，其氧化性仅次于自然界中氧化性最强的氟，且不具有生物毒性，对难降解有机污染物的处理卓有成效，其成本较低且装置简单易于操作，是目前污废水治理领域的热门课题，但传统Fenton反应主要存在以下三大问题：第一，中性或碱性条件下反应效能较低，因此需要控制反应pH为3左右才能获得较好的处理效果，但是长时间的酸性环境会对反应设备造成一定程度的腐蚀，需要不定期对反应装置进行检查；第二，反应过程中及反应后产生氢氧化铁沉淀（铁泥）过多易造成进水口堵塞，同时也阻碍了Fenton试剂之间相互接触从而影响反应的进行，且需要对铁泥进行进一步有效处理；第三，二价铁离子和过氧化氢的相对投加量不易控制，若铁离子投加过多会消耗反应产生的羟基自由基，投加过少则会造成过氧化氢的浪费，提高企业运行成本，并使得羟基自由基生成量难以达到预期效果。

三维电Fenton法在阴阳极接入电流，使阴阳两极板间填充的催化粒子电极极化成为具有阴阳极属性的粒子电极，并通过曝气在阴极生成过氧化氢，同时实现铁催化活性物种从三价还原成二价的循环再生；在阳极区域，催化粒子电极上的铁氧化物则以催化剂的角色参与过氧化氢的分解，三维电Fenton法较传统Fenton反应而言具有以下优点：反应物由系统自动生成而无需额外投加；反应器空间利用率高、电流效率高、污染物去除效能高，（电）化学反应由二维电极表面延伸到反应器的三维空间；反应过程对pH变化不敏感，高效pH范围可拓宽至3-7，且不易产生铁沉淀而导致管口堵塞；反应过程具有连续性，适应于要求持续运行的水厂和工厂等。

而为了提高三维电Fenton法混合效果不理想、运行过程中易短流等问题，CN204848373U则提出了一种新型三维电芬顿水处理装置，其在反应器内部设置筒形阳极板，实现气体和载体对极板的反复冲刷，使用过程有效避免极板结垢现象，保证装置持续有效运行；CN202576054U则设置了锥形底的反应器，并设置了碱液槽处理刺激性气体，但以上设置存在很多不足，入难以控制电极极板间距，在针对不同种污染物或污染浓度时难以对运行参数的调整存在困难，同时该种设置在装置中流动方式难以控制，会造成水质处理不均匀等问题，难以实现气体与水体的充分传质，运行效率低。

实用新型内容

本实用新型提供了一种电Fenton难降解有机废水处理装置，主要目的在于加强三维电Fenton中粒子电极相互之间的有效电流，通过在漏斗式粒子载体中曝气使粒子电极处于悬浮流动状态，使催化粒子电极与污染物充分接触发挥三维电极的效能。

针对上述整体思路，提出了具体的实施方式。

该电Fenton难降解有机废水处理装置，包括圆柱形电解反应器1、电极板夹2、阳极板3、阴极板4、金属工作夹5、柱形标尺6、极板滑轨7、漏斗式粒子载体8、曝气石9、增氧机10、进气口11、微型输水泵12、螺旋式布水器13、排水堰口14、出水口15，其中圆柱形电解反应器1顶部敞开；所述漏斗式粒子载体8设置于圆柱形电解反应器中上部，极板滑轨7设置于漏斗式粒子载体顶部，电极板夹2下部嵌入极板滑轨7中，所述极板滑轨为工字型滑轨，电源线通过金属工作夹5接入极板，阳极板3和阴极板4上部分别通过金属工作夹5与柱型标尺相连，以精确调控极板间距，漏斗式粒子载体8底部开孔，且孔径与曝气石9尺寸一致，所述漏斗式粒子载体8底部开孔处承插曝气石9，且曝气石9与漏斗式粒子载体密封连接，曝气石9与外部增氧机10连接，增氧机10通过管路进入设置于圆柱形电解反应器1底部的进气口11，进气口11通关管路连接曝气石9，螺旋式布水器13设置于所述圆柱形电解反应器1底部，位于曝气石正下方，所述圆柱形电解反应器顶部设置排水堰14，所述排水堰内设置出水口15，所述漏斗式粒子载体8顶端外径与圆柱形电解反应器1内径尺寸一致，且漏斗式粒子载体8与圆柱形电解反应器1密封连接，所述漏斗式粒子载体上设置若干消能孔。

优选地，阴极板使用经微波活化的活性炭纤维，阳极板采用钛基氧化锡涂层电极，

优选的，阳极是钛板为基体制作而成，先将其裁剪为矩形板块，经砂纸打磨后，依次用草酸和氢氧化钠进行刻蚀，之后将其浸泡在充满醇和酸的氯化锡溶液中，静置12h后，取出进行高温热处理，重复浸泡-高温热处理后得到SnO₂涂层阳极板。

优选地，所述消能孔均匀设置在漏斗式粒子载体上。

优选地，所述漏斗式粒子载体厚度为3-10mm，所述消能孔为斜椎体设置，所述斜椎体在漏斗式粒子载体上的外表面大于和/或小于内表面的孔径。

优选地，所述斜椎体的方向与螺旋布水器的水流方向保持一致。

优选地，所述曝气石9直接通过漏斗式粒子载体8底部卡孔密封固定。

优选地，所述螺旋式布水器13为圆饼状，设于曝气石正下方，下部反应器底部通过螺纹连接。

优选地，所述排水堰口14顶部边线距离反应器开口约3-15cm，为袋状曲面形，出水口15中心轴线与堰口高度中心线同轴。

优选地，所述圆柱形电解反应器顶部开口处设置气体收集罩。

优选地，所述装置可以用作实验室试验装置。

优选地，所述催化粒子电极粒径小于消能孔孔径。

本实用新型的电Fenton难降解有机废水处理装置，具有诸多优点：

1)三维电Fenton反应中的过氧化氢无需外部投加，全由装置自动反应生成，节约成本，同时无需人员调控，使操作简便易控。

2)催化粒子电极充当三维电极，非均相铁氧化物提供反应所需铁催化活性物种，其铁浸出率较小，实现三价铁、二价铁催化活性物种之间的相互转化，从而沉淀较少，同时利用具有微晶结构的活性炭作为基体，使催化粒子电极具有良好的稳定性。

3)催化粒子电极在螺旋布水器的螺旋水流及曝气的共同作用下，在极板间进行快速无规则的运动，从而极大地减少了两极板之间的无效电流和短路电流，且充分发挥了催化粒子电极的表面积，使得吸附污染物与三维电Fenton反应同时进行，从而达到较好的处理效果。

4) 消能孔为斜椎体设置，所述斜椎体在漏斗式粒子载体上的外表面大于和/或小于内表面的孔径,经过螺旋式布水器的转换后，进水以旋流的形式，驱使漏斗式粒子载体中产生的·OH与污染物通过漏斗上的消能孔快速交换并充分接触发生反应，提高反应效率。

5)利用金属工作夹、标尺和极板滑轨精确地控制极板间距，可依据水量和水质的变化，有针对性的强化三维电Fenton处理效率。

附图说明

图1为本反应实施例电Fenton难降解有机废水处理装置。

图2为本反应实例中漏斗载体及其上部结构的正视图。

图3为本反应实例中漏斗载体及其上部结构的侧视图。

图4为本反应实例中漏斗载体及其上部结构的俯视图。

图5为TOC降解率与电流密度之间的关系图。

图6为TOC降解率与填充率之间的关系图。

图7为TOC降解率与极板间距之间的关系图。

图8为TOC降解率与pH之间的关系图。

具体实施方式

下面通过实施例对本实用新型做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。

应当理解，本文所使用的诸如“具有”，“包含”以及“包括”术语并不排除一个或多个其它元件或其组合的存在或添加。

实施例1

如图1-4所示，该电Fenton反应装置，包括圆柱形电解反应器1、电极板夹2、阳极板3、阴极板4、金属工作夹5、柱形标尺6、极板滑轨7、漏斗式粒子载体8、曝气石9、增氧机10、进气口11、微型输水泵12、螺旋式布水器13、排水堰口14、出水口15。

其中圆柱形电解反应器1顶部敞开；所述漏斗式粒子载体8设置于圆柱形电解反应器中上部，极板滑轨7设置于漏斗式粒子载体顶部，电极板夹2下部嵌入极板滑轨7中，所述极板滑轨为工字型滑轨，电源线通过金属工作夹5接入极板，阳极板3和阴极板4上部分别通过金属工作夹5与柱型标尺相连，以精确调控极板间距，漏斗式粒子载体8底部开孔，且孔径与曝气石9尺寸一致，所述漏斗式粒子载体8底部开孔处承插曝气石9，且曝气石9与漏斗式粒子载体密封连接，曝气石9与外部增氧机10连接，增氧机10通过管路进入设置于圆柱形电解反应器1底部的进气口11，进气口11通关管路连接曝气石9，螺旋式布水器13设置于所述圆柱形电解反应器1底部，位于曝气石正下方，所述圆柱形电解反应器顶部设置排水堰14，所述排水堰内设置出水口15，所述漏斗式粒子载体8顶端外径与圆柱形电解反应器1内径尺寸一致，且漏斗式粒子载体8与圆柱形电解反应器1密封连接。

所述曝气石9直接通过漏斗式粒子载体8底部卡孔密封固定，并在反应器壁对应管口位置开进气口9。

所述螺旋式布水器13为圆饼状，设于曝气石正下方，下部反应器底部通过螺纹连接。

所述排水堰口14顶部边线距离反应器开口约15 cm，为袋状曲面形，出水口15中心轴线与堰口高度中心线同轴。

所述反应条件设为：极板电流密度0-12mA/cm2，溶液初始pH=3-7，催化粒子电极填充率10-40%，曝气强度为50L/min。

下面选择苯胺黑药（DDA）代表一种典型的难降解有机污染物，对本实用新型的操作与应用原理进行进一步描述。

实施例2

通过微型输水泵向装置内输入200mg/L的苯胺黑药模拟废水，预先25%的稀盐酸和氢氧化钠调节pH至3，而后在柱形标尺上用金属工作夹精确调整极板间距为9cm，由增氧曝气机调节曝气强度为50L/min，然后调配催化粒子电极填充率分别为30%，见图5，在不同组实验接通电流前测其初始有机碳浓度记为TOC1，接通电流并控制电流密度分别为2，4，6，8，10mA/cm²反应两小时后测其有机碳浓度记为TOC2，有机物降解率为η%=（TOC2-TOC1）/TOC1×100%，实验得出：电流密度控制在4 mA/cm²时降解效果最好，TOC从50.3降至17.7，降解率为64.8%，电流密度直接反应装置输入电流的大小，电流供应若不足则不能提供足够的电子参与有机污染物的氧化降解，但是电流密度过高则会增加电解水等副反应的产生，从而阻碍H₂O₂的生成，降低处理率。

实施例3

通过微型输水泵向装置内输入200mg/L的苯胺黑药模拟废水，预先用15%的稀盐酸和氢氧化钠调节pH至3，而后在柱形标尺上用金属工作夹精确调整极板间距为7cm，由增氧曝气机调节曝气强度为50L/min，然后调配催化粒子电极填充率分别为10%，20%，30%，40%，50%，分别在不同填充率条件下测其初始有机碳浓度记为TOC1，接通电流并控制电流密度为4mA/cm2反应两小时后测其有机碳浓度记为TOC2，见图6，有机物降解率为η%=（TOC2-TOC1）/TOC1×100%，实验得出：经过实施例2对参数优化之后，在催化粒子电极填充率为30%的时候对有机物的降解效果最好，TOC从50.3降至16.3，降解率为67.6%，随着催化粒子电极投量的增加，催化H2O2生成·OH的效率会提高，而进一步增加催化粒子电极的投量并未提高有机物降解率，原因可能是过量的铁基催化剂会促使H₂O₂快速分解产生·OH，而相对集中产生的·OH则会因自捕获而阻碍与污染物之间的接触反应，同时填充率过高不可避免的会导致短路电流的产生，降低体系的电流利用效率。

实施例4

通过微型输水泵向装置内输入200mg/L的苯胺黑药模拟废水，预先25%的稀盐酸和氢氧化钠调节pH至3，而后在柱形标尺上用金属工作夹精确调整极板间距为3，4，6，7，8cm，由增氧曝气机调节曝气强度为50L/min，见图7，然后调配催化粒子电极填充率分别为30%，分别在不同极板间距下测其初始有机碳浓度记为TOC1，接通电流并控制电流密度为4mA/cm2反应两小时后测其有机碳浓度记为TOC2，有机物降解率为η%=（TOC2-TOC1）/TOC1×100%，实验得出：经过实施2，3对参数优化之后，调整极板间距为7cm时对有机物的降解效果最好，TOC从50.3降至14.7，降解率为70.8%，极板间距的选择与电流密度的大小密切相关，过高的极板间距会增加电流走水路径，从而降低过氧化氢的产出率，而极板间距过小则会缩短电流在两极间的流通时间，间接增加阴阳两极之间的溶液的电流密度，不利于催化产·OH从而降低有机物降解率。

实施例5

通过微型输水泵向装置内输入200mg/L的苯胺黑药模拟废水，预先25%的稀盐酸和氢氧化钠调节pH至2，3，5，7，9而后在柱形标尺上用金属工作夹精确调整极板间距为7cm，由增氧曝气机调节曝气强度为50L/min，然后调配催化粒子电极填充率分别为30%，分别在不同pH值下测其初始有机碳浓度记为TOC1，见图8，接通电流并控制电流密度为4mA/cm2反应两小时后测其有机碳浓度记为TOC2，有机物降解率为η%=（TOC2-TOC1）/TOC1×100%，实验得出：经过实施例2，3，4对参数优化之后，当pH值为3时有机物降解率最高，TOC从50.3降至14.7，降解率为70.8%，pH值是影响过氧化氢转化效率一个非常关键的因素，通常，在pH小于3的酸性条件下时Fe3+还原成Fe2+受阻，而随着pH值的上升至高于3，体系中的越来越多的OH-会促使过氧化氢的无效分解，同时捕获·OH，而该电Fenton装置在pH=7时仍取得了高达57.2%的去除率。

尽管本实用新型的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本实用新型的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本实用新型并不限于特定的细节和这里示出与描述的实施例。

Claims (8)

1.一种电Fenton难降解有机废水处理装置，包括圆柱形电解反应器（1）、电极板夹（2）、阳极板（3）、阴极板（4）、漏斗式粒子载体（8）、曝气石（9）、增氧机（10）、进气口（11）、微型输水泵（12）、螺旋式布水器（13）、排水堰口（14）、出水口（15），其中圆柱形电解反应器（1）顶部敞开；所述漏斗式粒子载体（8）设置于圆柱形电解反应器中上部，漏斗式粒子载体（8）底部开孔，且孔径与曝气石（9）尺寸一致，所述漏斗式粒子载体（8）底部开孔处承插曝气石（9），且曝气石（9）与漏斗式粒子载体密封连接，曝气石（9）与外部增氧机（10）连接，增氧机（10）通过管路进入设置于圆柱形电解反应器（1）底部的进气口（11），进气口（11）通关管路连接曝气石（9），螺旋式布水器（13）设置于所述圆柱形电解反应器（1）底部，位于曝气石正下方，所述圆柱形电解反应器顶部设置排水堰口（14），所述排水堰内设置出水口（15），所述漏斗式粒子载体（8）顶端外径与圆柱形电解反应器（1）内径尺寸一致，且漏斗式粒子载体（8）与圆柱形电解反应器（1）密封连接，所述漏斗式粒子载体上设置若干消能孔。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置还包括极板滑轨（7）、金属工作夹（5），所述极板滑轨（7）设置于漏斗式粒子载体顶部，电极板夹（2）下部嵌入极板滑轨（7）中，所述极板滑轨为工字型滑轨，电源线通过金属工作夹（5）接入极板，阳极板（3）和阴极板（4）上部分别通过金属工作夹（5）与柱型标尺（6）相连，以精确调控极板间距。

3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述消能孔均匀设置在漏斗式粒子载体上。

4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述漏斗式粒子载体厚度为3-10mm，所述消能孔为斜椎体设置，所述斜椎体在漏斗式粒子载体上的外表面大于和/或小于内表面的孔径。

5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，斜椎体的方向与螺旋布水器的水流方向保持一致。

6.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述曝气石（9）直接通过漏斗式粒子载体（8）底部卡孔密封固定。

7.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述螺旋式布水器（13）为圆饼状，设于曝气石正下方，下部反应器底部通过螺纹连接。

8.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述排水堰口（14）顶部边线距离反应器开口约3-15cm，为袋状曲面形，出水口（15）中心轴线与堰口高度中心线同轴。

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