一種以光電氣浮聯(lián)合凈化水中持久性有機(jī)污染物的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種電化學(xué)技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種以光催化、電催化、電氣浮和電吸附協(xié)同處理水中持久性有機(jī)污染物的技術(shù)。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著我國(guó)工農(nóng)業(yè)的迅猛發(fā)展，生產(chǎn)生活廢水的排放量急劇增加，特別是煉化、制藥、印染、食品加工等行業(yè)排放的廢水，由于其濃度高、色度大、毒性強(qiáng)，給環(huán)境帶來(lái)了嚴(yán)重的水體污染。這些廢水中往往含有大量持久性的有機(jī)污染物，大多具有致癌、致畸、致突變的"三致"效應(yīng)或者內(nèi)分泌干擾作用，而且容易進(jìn)入生物體內(nèi)蓄積，因此，亟待采取切實(shí)有效的處理手段對(duì)其進(jìn)行嚴(yán)格的控制。傳統(tǒng)上常用的廢水處理技術(shù)主要包括物理法、化學(xué)法、生物法等。生物法以其經(jīng)濟(jì)性和較高的處理效率成為目前使用廣泛的方法，但它只能有限地處理生物相容的有機(jī)物，當(dāng)廢水中含有生物毒性污染物時(shí)或持久性有機(jī)污染物時(shí)，直接利用生物法處理該種廢水則面臨著較大的困難。
[0003]近年來(lái)，高級(jí)水處理技術(shù)即利用光、聲、電、磁或無(wú)毒試劑催化氧化技術(shù)處理有機(jī)廢水，特別是那些難于生化降解、對(duì)人類健康危害極大的持久性有機(jī)污染物，已成為當(dāng)前世界水處理相當(dāng)活躍的熱點(diǎn)。其中，電化學(xué)水處理技術(shù)是高級(jí)水處理技術(shù)中的一種，因其具有其他水處理技術(shù)無(wú)法比擬的優(yōu)點(diǎn)，近年來(lái)已受到國(guó)內(nèi)外的廣泛關(guān)注。電化學(xué)水處理技術(shù)是指在外加電場(chǎng)的作用下，在特定的反應(yīng)器內(nèi)，通過(guò)一系列設(shè)計(jì)的化學(xué)反應(yīng)、電吸附過(guò)程、電氣浮工藝，或者利用高能自由基的強(qiáng)氧化性對(duì)廢水中的污染物進(jìn)行降解，或者采取電吸附效應(yīng)對(duì)污染物進(jìn)行強(qiáng)化富集，或者利用氣浮效應(yīng)以實(shí)現(xiàn)對(duì)污染物實(shí)現(xiàn)絮凝吸附。作為一種清潔的處理工藝，電化學(xué)技術(shù)與其他水處理技術(shù)相比，具有功能多、操作靈活、二次污染少、易于控制等優(yōu)點(diǎn)。此外，電化學(xué)操作條件溫和，一般在常溫常壓下進(jìn)行，設(shè)備緊湊，便于安置，具有較高的工業(yè)應(yīng)用潛力。
[0004]電化學(xué)水處理技術(shù)從產(chǎn)生至今，已經(jīng)歷了十多年歷史，然而尚未能廣泛應(yīng)用，主要原因在于:現(xiàn)有工業(yè)電極材料的使用成本較高，在實(shí)際應(yīng)用中往往需要較高的電流密度，而持久性有機(jī)污染物在水中的濃度較低，而電化學(xué)技術(shù)對(duì)其缺乏選擇性，導(dǎo)致大量的能量浪費(fèi)在分解無(wú)關(guān)的天然有機(jī)物和析氫析氧上，處理成本居高不下；因此，需強(qiáng)化電化學(xué)過(guò)程對(duì)污染物的選擇性，特別是結(jié)合其他的水處理工藝對(duì)污染物進(jìn)行聯(lián)合處理。專利CN201110005230.3公開了一種電解與光電催化預(yù)處理黃姜皂素酸性廢水的方法，主要借助微電極、混凝和光電催化單元的連續(xù)運(yùn)用來(lái)進(jìn)行污水處理，但該方法需要多個(gè)反應(yīng)單元，操作較為繁瑣，而且不同工藝不在統(tǒng)一體系中，難以發(fā)揮協(xié)同處理效果；專利CN200310102639.2則公開了一種以光氧化絮凝處理有機(jī)污染物廢水的方法，主要借助一種其氧化型可以迅速水解絮凝的新型化合物對(duì)污染物同時(shí)起到絮凝和光解的協(xié)同作用，但該過(guò)程并未涉及電化學(xué)過(guò)程，因此其效率和可控性收到一定影響?？偟膩?lái)說(shuō)，現(xiàn)有的對(duì)于單一電化學(xué)水處理技術(shù)的研宄較多，對(duì)于電化學(xué)與其他技術(shù)在同一體系中的耦合和協(xié)同研宄較少，特別是針對(duì)水中微量持久性有機(jī)物的選擇性電化學(xué)處理手段還比較缺乏。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明是鑒于現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述問(wèn)題而做出的，本發(fā)明的目的在于提供一種以光催化、電催化、電氣浮和電吸附協(xié)同處理水中持久性有機(jī)污染物的技術(shù)。
[0006]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案，一種以光電氣浮聯(lián)合凈化水中持久性有機(jī)污染物的方法，其特征在于，包括如下操作步驟:
[0007]I)構(gòu)建陰極為石墨電極，陽(yáng)極為生鐵電極的恒流電解池系統(tǒng)，將含持久性有機(jī)污染物的待處理污水引入到電解池系統(tǒng)中，并以氯化鈉調(diào)節(jié)電導(dǎo)率至12.4?22.5ms/cm,以鹽酸和氫氧化鈉調(diào)節(jié)pH值至5?9 ;
[0008]2)控制直流電源電壓，使陽(yáng)極電流密度緩慢升高至25?117A/m2，待鐵化合物絮體穩(wěn)定生成，緩慢攪拌污水，使絮體經(jīng)氣浮作用懸浮于水體表層；
[0009]3)待水體表層形成厚度大于3cm的鐵化合物層時(shí)，開啟位于水面上部的氙燈光源，對(duì)鐵氧化物層中吸附的污染物以及被電催化不完全降解的污染物進(jìn)一步以光催化還原處理；
[0010]4)持續(xù)照射30分鐘后，開啟進(jìn)水泵，控制進(jìn)水流速為0.5?1.0m3/h，進(jìn)行連續(xù)處理；
[0011 ] 5)不定時(shí)地以撇沫器撇去浮于水面的鐵化合物絮體，每隔3?5天，更換腐蝕嚴(yán)重的生鐵陽(yáng)極。
[0012]該方法聯(lián)合電催化分解、光催化還原、電氣浮和電吸附技術(shù)，施加電場(chǎng)，使生鐵電陽(yáng)極氧化腐蝕和表面剝落，產(chǎn)生具有強(qiáng)吸附能力和光催化活性的，高電導(dǎo)率的鐵化合物復(fù)合體，該復(fù)合體可強(qiáng)化吸附水中持久性有機(jī)污染物，并借助電化學(xué)氧化作用使之不完全氧化。電極表面析氫析氧產(chǎn)生的氣泡可將該復(fù)合體氣浮至水體表面，并進(jìn)一步在光照下實(shí)現(xiàn)光催化還原脫鹵化反應(yīng)，實(shí)現(xiàn)徹底的脫毒凈化。
[0013]該過(guò)程中，生鐵陽(yáng)極的電化學(xué)反應(yīng)為:
[0014]Fe_2e —Fe2+ (I)
[0015]Fe2++20!T—Fe (OH) 2 (2)
[0016]4Fe2++02+2H20 — 4Fe3++40!T (3)
[0017]其中反應(yīng)(2)和(3)可形成鐵化合物絮體，由于生鐵電極中含有大量的碳顆粒和氣泡、沙眼等缺陷，因此，在絮體析出的過(guò)程中不可避免的會(huì)出現(xiàn)碳顆粒的剝落，導(dǎo)致絮體中含有大量的活性炭顆粒，可增加其電導(dǎo)率并形成鐵-碳微電解池，其電導(dǎo)率的提高可使污染物在吸附在絮體之上時(shí)同時(shí)發(fā)生電催化氧化作用，被部分分解；微電解池的形成則強(qiáng)化了這種催化分解的效率。在陰陽(yáng)極表面的析氫析氧反應(yīng)為:
[0018]2H20_4e — 02+4H+ (4)
[0019]2H20+2e — Η2+20Γ (5)
[0020]由于碳顆粒的密度較低，在析氫析氧產(chǎn)生的微氣泡的作用下，可被穩(wěn)定地氣浮至水體表面，便于光催化還原效果的實(shí)現(xiàn)。因此，生鐵電極的采用是協(xié)同光催化、電催化、電氣