[发明专利]一种难处理废水三维电化学-过臭氧耦合处理装置与废水处理方法

说明书

本发明涉及废水处理技术领域，具体涉及一种难处理废水三维电化学‑过臭氧耦合处理装置与废水处理方法，装置包括三维电化学‑过臭氧耦合反应器，三维电化学‑过臭氧耦合反应器包括反应器槽体，反应器槽体内设有通过直流电源相互连接的阴极和阳极，反应器槽体内还填充有粒子电极，粒子电极位于阴极和阳极之间，反应器槽体底部设有微气泡臭氧分布器，微气泡臭氧分布器连接臭氧发生器；方法为难处理废水经过电絮凝和初滤后，进入三维电化学‑过臭氧耦合反应器中处理。本发明通过在阴极和阳极之间装填粒子电极，改善了通电条件下的传质效果，使电流效率、电化学反应速率以及采用该装置的废水处理方法的处理效果都得以大幅提升。

技术领域

本发明涉及废水处理技术领域，具体涉及一种难处理废水三维电化学-过臭氧耦合处理装置与废水处理方法。

背景技术

大量研究与生产实际显示，油气生产、石化、医药、印染等化工企业普遍存在经生化处理后的尾水仍不能达到排放标准的问题，尾水所含的主要有机污染物为溶解性难降解有机物，如含芳环类有机物等。去除尾水中的有机污染物，降低尾水化学需氧量(COD)和总氮(TN)是废水处理提标的重要内容。

芬顿(Fenton)法、催化臭氧氧化法、过臭氧氧化法、光催化氧化是现阶段常用的废水处理方法，可用于COD和氨氮的氧化处理。然而，芬顿法需要外加Fe²⁺作为催化剂与酸性环境，产生二次污染物铁泥并提高水的含盐量。催化臭氧氧化法对污染物具有选择性，实际COD降解率仅为10％-30％；且其仅对含有富电子官能团(如双键、-NH₂、-OH等)的污染物有效，对烷烃与芳烃类污染物则完全无效；催化臭氧氧化法使用的催化剂为多孔材料，易造成堵塞失效且反冲洗复杂，另外有Br^-存在时会生成致癌性的溴酸盐。过臭氧氧化是让O₃与H₂O₂反应生成高氧化活性的·OH将污染物矿化为CO₂与H₂O的方法。光催化氧化存在着处理范围小、催化剂开发不成熟等问题。

电化学法是一种在外加电场的作用下，通过阳极反应产生具有强氧化性的活性物质，并利用活性物质氧化降解污染物，或通过电极与污染物之间的电子转移实现降解污染物目的的方法。另外电化学法是一种集氧化与还原于一体的处理技术，既可以通过阳极氧化来实现有机物(如COD、NH₃-N)的氧化去除，也可以通过阴极还原来实现污染物(如NO₃^--N、NO₂^--N)的还原去除。中国专利申请CN110845057A公开了一种电化学耦合臭氧微纳米气泡处理系统及废水处理方法，中国发明专利申请CN104326531A公开了一种臭氧电化学联合氧化水处理反应器，上述现有技术均为二维电化学充入微气泡臭氧，仅适合处理COD和TN浓度相对较高的废水，对于COD和TN浓度已降低到一定水平的尾水处理效果较差，存在技术装置时空效率低的问题。

发明内容

针对现有电化学法处理废水时空效率低的技术问题，本发明提供一种难处理废水三维电化学-过臭氧耦合处理装置与废水处理方法，本发明三维电化学-过臭氧耦合处理装置的阴极和阳极之间装填有粒子电极，通电情况下，粒子电极会被极化形成无数个微电极，电极间距明显缩小，电极与臭氧的接触面积增大，传质效果得到极大改善，而且形成三维电化学与电过臭氧的耦合，利用阴极电解反应(O₂+2H⁺+2e→H₂O₂)产生的H₂O₂以及阴极表面周围偏碱性的环境恰好有利于过臭氧反应(2H₂O₂+2O₃→·OH+H₂O+3O₂+HO₂·)生成无选择性强氧化性的羟基自由基(·OH)。因此本发明装置能以较低电流强度提供较大的电流密度和反应位点，使电流效率、电化学反应速率以及采用本发明装置的废水处理方法的处理效果都得以大幅提升。