一种污水处理的方法
【技术领域】
[0001] 本方式属于污水处理中高级氧化法的一种。双氧水为氧化剂，W电池阴极供电子 和阳极吸电子作催化剂，将双氧水催化为更强氧化能力的自由径基，W降解污水中的有机 物。本方法称为电催化氧化。
【背景技术】
[0002] 污水处理的方法有物理、化学和生物=种方法。生物法是主流，一般包括好氧、缺 氧和厌氧等生物过程。物理法W膜分离为主。化学法主要是高级氧化法，即用化学反应将 污水中的污染物降解掉。
[0003] 高级氧化法有电氧化法、芬顿法、臭氧法、铁碳微电解法、次氯酸法。
[0004] 电氧化法，也称电解法，即用电池的阳极直接氧化污水中的污染物或阳极产生的 径基自由基来降解污染物。阳极一般采用DSA电极，即不溶性阳极。电解法氧化能力强，无 需添加化学药剂。电解法的弱点是能耗高，降解lOOg污染物用电在20度W上，费用大约是 芬顿法的10倍，在实际工程中应用很有限。一般作为污水处理工艺中的预处理，如用在印 染废水中，W改善废水的可生化性。
[0005] 铁碳微电解和电解法类似，W铁和碳组成微电池，氧化能力强。其弱点是铁碳是消 耗品，需要不断添加，同时产生大量的铁泥。
[0006] 次氯酸法因其氧化能力极弱，应用非常有限。
[0007] 运些方法中，芬顿和臭氧的应用最为广泛。
[0008] 臭氧的产生工艺成熟，属于易得的一种氧化剂。臭氧的弱点是氧化能力差，其氧化 电位只有自由径基的70%，仅能氧化易氧化的污染物。某些污染物，如聚酸等，臭氧不能氧 化。臭氧为气体，臭氧与污水的良好接触混合，是臭氧效率的一个关键因素，也是该技术的 一个制约因素。臭氧的缺点是氧化能力差，因此，业内在广泛寻找催化臭氧生成径基自由基 的催化剂，目前的方向有UV光催化和贵金属催化。
[0009] 芬顿法，是污水处理领域化学氧化的典型方法。先将污水的PH调至3~4,运是芬 顿反应所需要的环境。氧化剂为双氧水，催化剂为硫酸亚铁，其摩尔比在1 :〇. 2~1，双氧水 被催化为氧化能力更强的自由径基，反应一般需要3至4小时，反应后，亚铁被氧化为=价 铁。芬顿反应后，因=价铁的黄色，水呈现黄色，一般加碱中和，并将铁沉淀为氨氧化=铁。 氨氧化=铁有一定的絮凝作用，可吸附部分COD物质，进一步降低水的COD。该絮体颗粒微 小，一般加入絮凝剂PAM和助凝剂PAC，W利于过滤。芬顿法应用的范围广，处理效果好，但 设及到六种化学试剂，且反应产生可观的固废，运些成为芬顿法应用的制约因素。寻找更清 洁的催化剂是芬顿法的发展方向。目前，有两种应用，一种为UV光催化，另一种为贵金属催 化剂。
[0010] 本发明的方法电催化氧化，用阳极吸电子和阴极给电子作为双氧水的催化剂，既 克服了臭氧的低氧化性弱点，也克服了芬顿法中大量化学试剂和固废的缺点，用清洁的方 法催化出强的催化效果。
【发明内容】
[0011] 双氧水为氧化剂，W电池阴极供电子和阳极吸电子作催化剂，将双氧水催化为更 强氧化能力的自由径基，W降解污水中的有机物。装置类似于电解装置，由电源、阳极、阴 极、反应室组成。反应如下： 阳极：自為画护'去謀:與涂柴瞧;;翻潜致： 阴极：;機資|:華趕;嗎.瓣终;栓每接 与电解（电氧化）工艺不同，本发明的电流密度非常小，一般不高于100A/平米，而电解 工艺一般要不低于300A/平米。电解的氧化性来自于阳极直接反应和间接反应，电解的阴 极不发生氧化反应。而本发明中的电，仅仅为双氧水的催化剂，且阴极供电子作为重要的催 化剂，不限于阳极。电解法处理污水，80%W上的电能用来分解水为氨气、氧气，10%W上用 来发热，因此电能氧化污水的效率很低，一般在10%W下。本发明中，电能为催化剂，双氧水 为氧化剂，过程中，产生的气体大大降低，且体系升溫不超过5摄氏度，电催化效率高，双氧 水的利用率一般超过50%，与芬顿相当。
[0012] 电催化氧化与电芬顿不同。电芬顿是芬顿反应的一种，其阳极为铁基材料，电处理 过程中，阳极不断溶解于水中，产生新鲜的亚铁离子和=价铁离子，由运些离子催化双氧水 产生自由径基。电芬顿过程中需不断更换阳极，其催化双氧水的为阳极溶解出的铁离子，而 不是电子。电芬顿方法产生固废，本发明不产生固废。
[0013] 本发明的阳极有S种。第一种为抓D电极，即金刚石电极，它是一种W铁或妮为基 材，表面涂一层渗碰的金刚石涂层，该阳极也可作为电氧化的阳极，析氧电位高，但价格昂 贵。第二种为DSA电极，铁基做基材，表面涂钉、银、粗、氧化铅、锡，或它们的组合。该电极 为电解（电氧化）工艺的典型阳极，价格适中。第=种为石墨材料，又分为两种形式，一种直 接选用石墨基材，另一种在金属材料表面涂一层石墨締。
[0014] 本发明的阴极可选金属，如铁材、不诱钢，也可选石墨电极或金属表面涂石墨締。 [001引本发明的电流密度为5~300安/平米，优选为10~100安/平米。
[0016] 电流密度过高会有明显的副作用。电流高时，在阳极会发生过度氧化反应，即催化 反应不能停留在自由径基阶段，而直接将双氧水氧化为氧气，反应如下： 阳极巧断祭-进學壤譯擊:本後 该反应将大大降低双氧水的利用率。
[0017] 电流密度小，电催化反应时间将会增长。当电流密度低于5安/平米时，双氧水的 催化时间超过20小时，不利于工业化应用。
[001引本发明的供电电源为直流电源。
[0019] 本发明供电电源为交流电源，交流的频率不高于50监，优选为不高于10监。实验 发现，交流电频率过高，如常用的50监或更高，电催化效率变差，原因是电催化氧化反应发 生在电极表面，双氧水的扩散、自由径基的扩散需要时间，交流电频率高，催化反应不能完 成或者完成后，被过度氧化。
[0020] 本发明的反应一般在常溫下进行。溫度升高，反应会加速，但溫度超过60摄氏度， 将对阳极的寿命有不利影响。所W-般在常溫下进行。
[0021] 本发明研究了多种废水。包括工业园区污水处理厂生化出水、ABS污水、焦化废 水、钢铁厂串接水、脱硫废水、垃圾渗滤液超滤出水、油墨废水、印染废水、电锻废水、洗羊毛 水、电厂废水，均表现出良好的处理效果。运些水均为工业相关。实验中，阳极、阴极面积为 0. 01平米，取样1.化，27. 5%双氧水的添加量0. 1~3g，对应COD的降解量为10~240mg/ L。本发明重点关注了COD数据，用本发明的技术处理污水，对氨氮的除去也有效，运与芬顿 法类似。
【附图说明】
[0022] 附图可W更好地展示本技术的要素。在一个容器内，放置阳极板和阴极板，将待 处理的污水倒入容器中，外加直流电源或交流电源。本图为直流电源，阳极一直是阳极，阴 极一直是阴极。如果供电电源为交流电，那么阳极和阴极会不断置换，即阳极变为阴极，阴 极变为阳极。向容器中加入双氧水，揽拌或其他方式保持污水的流动，控制电流密度为合适 值。双氧水可W-次性加入，或者分时间不断加入。反应前后分别取样，测试COD。
【具体实施方式】
[0023]W萧山工业园污水处理厂生化后出水为例。该水C0D150,外观呈淡红色，不可生 化。该水用臭氧处理，COD不能下降。W附图的装置进行实验，电极面积0.01平米，每次取 水1.化，双氧水浓度27. 5%。下面是实验结果。
[0024] 另取典型的洗涂废水，洗涂剂为聚酸型。该水C0D1500,臭氧处理无效果。W附图 的装置进行实验，电极面积0. 01平米，每次取水1.化，双氧水浓度27. 5%，均选直流电源。下 面是实验结果D
[00巧]用该方法处理ABS工业废水，原水C0D1700,不可生化。w附图的装置进行实验，电 极面积0. 01平米，每次取水1.化，双氧水浓度27. 5%，均选直流电源。下面是实验结果。
【主权项】
1. 一种污水处理的方法，双氧水为氧化剂，以电池阴极供电子和阳极吸电子作催化剂， 将双氧水催化为更强氧化能力的自由羟基，以降解污水中的有机物。2. 根据权利要求1所述的电池，其阳极为BDD电极，即金刚石电极。3. 根据权利要求1所述的电池，其阳极为DSA电极，钛基做基材，表面涂钌、铱、钽、氧化 铅、锡，或它们的组合。4. 根据权利要求1所述的电池，其阳极为石墨电极。5. 根据权利要求1所述的电池，其阴极为石墨电极。6. 根据权利要求1所述的电池，其阴极为金属材料，如钛、不锈钢。7. 根据权利要求1所述的电池，其阴极和阳极为金属材料表面涂一层石墨烯，金属材 料可以是钛、不锈钢。8. 根据权利要求1所述的方法，电池的电流密度为5~300安/平米，优选为10~100安 /平米。9. 根据权利要求1所述的方法，电池的供电电源为直流电源。10. 根据权利要求1所述的方法，电池的供电电源为交流电源，交流的频率不高于 50HZ，优选为不高于10HZ。
【专利摘要】一种污水处理的方法。双氧水为氧化剂，以电池阴极供电子和阳极吸电子作催化剂，将双氧水催化为更强氧化能力的自由羟基，以降解污水中的有机物。本方法称为电催化氧化。
【IPC分类】C02F1/467
【公开号】CN105198049
【申请号】CN201510429993
【发明人】左卫雄, 刘雅妮
【申请人】昆山美淼环保科技有限公司
【公开日】2015年12月30日
【申请日】2015年7月21日