[发明专利]一种原位电产生H2O2协同O3氧化的废水处理装置及方法

说明书

技术领域

本发明属于电化学废水处理技术领域，具体涉及一种原位电产生H₂O₂协同O₃氧化的废水处理装置及方法。

背景技术

O₃氧化技术被广泛用于污水治理和净化工艺。O₃在氧化过程中有两种机理：（1）直接氧化。在酸性溶液中，由于其氧化还原电位较高2.07Vvs.NHE，O₃分子可亲电进攻有机物使其氧化。（2）间接氧化。在碱性溶液中，其氧化还原电位为1.25V vs.NHE，O₃分子先产生具有强氧化性的·OH，从而降解有机物。根据以上特点，O₃氧化具有氧化能力有限、受pH影响较大等缺陷，不适用于实际污水的处理。

近些年，一些基于O₃氧化的高级氧化技术（如UV/O₃、H₂O₂/O₃(Peroxone)等）得到了广泛研究，这些新技术可有效处理含氯、有机农药以及药物的污水。

Peroxone过程是指在水溶液中，利用H₂O₂和O₃反应产生·OH而降解有机污染物的过程。Ormad等人研究了使用Peroxone过程处理有机氯废水（三氯杀螨醇和涕滴恩），结果表明Peroxone氧化体系比O₃氧化体系能更有效的去除氯苯类物质。Ku等人将Peroxone过程用于降解丙酮溶液，其结果表明：（1）在碱性条件下Peroxone降解效率更高（2）H₂O₂与O₃的摩尔比为0.5时，降解效果最佳。

1894年，法国人Fenton在研究中发现亚铁离子（Fe²⁺）与过氧化氢（H₂O₂）在酸性水溶液中，可以有效氧化酒石酸，这种亚铁盐和H₂O₂的反应叫做Fenton反应。随着进一步的研究，电-芬顿（Electro-Fenton）综合了电化学过程和Fenton过程，将电化学过程产生的Fe²⁺和H₂O₂作为Fenton试剂的持续来源，在反应过程中无须添加任何试剂，且大大提高了Fenton处理的效率。基于此，可在Peroxone反应中引入电化学持续产H₂O₂过程，从而进一步提高Peroxone过程降解有机污染物的效率。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种原位电产生H₂O₂协同O₃氧化的废水处理装置及方法，完全不需加药剂，利用电化学方法持续、高效产生H₂O₂，并能与O₃迅速反应产生·OH高效去除水体中难降解有机污染物。

为了达到上述目的，本发明采取的技术方案为：

一种原位电产生H₂O₂协同O₃氧化的废水处理装置，包括反应容器4，反应容器4的底部设有磁力搅拌器1，搅拌磁子2设在反应容器4内，反应容器4的内部设有不锈钢微孔曝气头3、惰性阳极5和气体扩散阴极6，搅拌磁子2、不锈钢微孔曝气头3、惰性阳极5和气体扩散阴极6浸没在废水溶液中，惰性阳极5和气体扩散阴极6竖直相对，反应容器4还设有通入O₃的管路，惰性阳极5和气体扩散阴极6采用直流电源。

阴极O₂还原过程需要对废水溶液进行微孔曝气，所曝气体为O₂与O₃的混合气体，其中O₂体积分数大于95%，所曝O₃的量为0-20g/(h·L废水)，采用不锈钢微孔曝气，曝气流量范围为0-0.5L/min，曝气同时伴随着800-1200rpm的搅拌。

所述的气体扩散阴极6采用炭黑-聚四氟乙烯（C-PTFE）气体扩散电极，在直流电场中，制得C-PTFE阴极表面在废水溶液中形成固液气三相界面，并于此三相界面处还原溶解的O₂生成H₂O₂，进而与通入的O₃反应生成具有强氧化性的·OH。