[发明专利]一种强化铁碳微电解-催化臭氧化法处理二硝基甲苯废水的装置及方法

说明书

本发明提供了一种强化铁碳微电解‑催化臭氧化法处理二硝基甲苯废水的装置及方法，该装置包括铁碳微电解床，铁碳微电解床设置有进气口、出气口、进液口和出液口，铁碳微电解床中转动设置有圆环状的转子；转子由外向内依次设置有转子外壳、金属隔离网和金属剪切环；金属隔离网由布设有通孔的金属网环绕而成；金属剪切环由金属丝缠绕而成，金属丝之间存在缝隙；转子外壳和金属隔离网之间以及金属隔离网和金属剪切环之间装载有铁碳球。本发明可改善现有技术中铁碳微电解床长期运行后，填料钝化失活，电解反应受阻，铁碳微电解效率减小以及臭氧化能力有限、利用率低的问题。

技术领域

本发明属于二硝基甲苯废水处理的技术领域，具体公开了一种强化铁碳微电解-催化臭氧化法处理二硝基甲苯废水的装置及方法。

背景技术

铁碳微电解技术是以废铁屑以及活性炭颗粒作为反应器的填料，利用铁、碳氧化还原电位的差异，使两者在反应器中构成无数的微小原电池，还原降解废水中的有机污染物。反应式如下：

阳极：

Fe-2e^-→Fe²⁺ E(Fe/Fe²⁺)=0.44V （式1）

阴极：

2H⁺+2e^-→2[H] →H₂ E(H⁺/ H₂)=0.00V (酸性) （式2）

曝气条件下阴极反应：

O₂ + 4H⁺ + 4e^– → 2H₂O E (O₂ / H₂O) = +1.23V（酸性） （式3）

O₂ + 2H⁺ + 2e^–→ 2H₂O₂ E (O₂ / H₂O₂ ) = +0.68V（酸性） （式4）

O₂ + 2H₂O + 4e^–→ 4OH^– E(O₂ /OH^–)= +0.40V（中性弱碱性） （式5）

反应中，铁作为阳极失去电子，并转移至碳表面，被其表面的H⁺捕获产生的新生态[H]。[H]是一种活性较强的还原剂，可有效还原有机污染物上的硝基基团、偶氮键等，从而破坏难降解的有机分子的稳定结构，使其易于降解。二硝基甲苯之所以难氧化降解，是因为其苯环上的硝基具有强吸电子作用而使苯环钝化。铁碳微电解法则可有效将二硝基甲苯上的硝基还原为胺基，活化苯环，使其易于降解。因此铁碳微电解技术常被用于硝基苯类废水的预处理。然而铁碳微电解床长期运行后，铁碳表面易被生成的铁氧化物所覆盖，同时电解产生的二价铁的混凝作用易形成稳定的絮凝物并逐渐沉积在填料表面，造成填料钝化失活，电解反应受阻，致使铁碳微电解床难以长期连续运行。

超重力技术是一种新型的化工过程强化技术，通过填料床的高速旋转产生超重力场，对于二硝基甲苯废水，在超重力环境下的多孔介质或孔道中流动，巨大的剪切力将液体剪切为极薄的液膜和微小的液雾、液滴，增大了相比表面积，加速了相界面更新速率和两相接触频次，使得单位时间内有更大的液体量与铁碳填料接触，保持了有机物在填料表面的高浓度，加强传质推动力；对于铁碳材料，作为填料装填在转子中，在高速旋转的超重力场中，铁碳填料由原来的静止状态变为快速运动状态，受离心力作用，液体在填料表面瞬间即逝，但又瞬息再现，反复交替，表面急速更新，可有效避免填料表面铁氧化物的附着，从而避免铁碳填料失活。