一種高濃度含砷有機(jī)廢水的復(fù)合電絮凝處理方法及其反應(yīng)器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明屬于廢水處理技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種高濃度含砷有機(jī)廢水的復(fù)合電絮凝處理方法及其反應(yīng)器。其中，反應(yīng)器的容器形狀設(shè)置為圓柱形筒體，上下兩端封閉，上端采用可開啟端蓋，在反應(yīng)器的下部左側(cè)開設(shè)有進(jìn)水口，在反應(yīng)器的上部右側(cè)開設(shè)有出水口；在反應(yīng)器的右下側(cè)固定有可見光光源氙燈；廢水從反應(yīng)器的下部左側(cè)進(jìn)水口進(jìn)入，在反應(yīng)器里循環(huán)折流，最終從反應(yīng)器上部右側(cè)邊完成出水；在反應(yīng)器內(nèi)設(shè)有電極，反應(yīng)器內(nèi)從下到上的電極順序依次為CNT?TiO2氧化電極—鐵電極—鐵炭粒子電極—石墨電極；在反應(yīng)器外部設(shè)有直流電源，該直流電源的電源輸出正極連接氧化電極和鐵電極，而直流電源的輸出負(fù)電極連接石墨電極；設(shè)置有固定槽用于放置鐵炭粒子電極。
【專利說明】
-種高濃度含神有機(jī)廢水的復(fù)合電絮凝處理方法及其反應(yīng)器
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明屬于廢水處理技術(shù)領(lǐng)域，具體設(shè)及一種高濃度含神有機(jī)廢水的復(fù)合電絮凝 處理方法及其反應(yīng)器。
【背景技術(shù)】
[0002] 目前，在工礦企業(yè)排放的污水中（特別是滲濾液），污染物成分較為復(fù)雜，其中不僅 含有較多的多種有機(jī)污染物，還含有多種高濃度重金屬污染因子。尤其是源于礦業(yè)活動(dòng)而 產(chǎn)生的含神廢水處理更是存在諸多問題。針對此類水，通常采用單一的處理方法處理效果 不佳，簡單的工藝組合容易導(dǎo)致處理成本的增加，如何尋找有效的低成本的處理方法顯得 至為重要。神及其化合物作為一種類金屬，高濃度含神廢水的處理越來越緊迫，現(xiàn)有常規(guī)的 處理工藝已經(jīng)不能滿足其嚴(yán)格的排放要求?；诖?，本發(fā)明將致力于高濃度含神廢水的處 理方法的改進(jìn)，并同時(shí)兼顧有機(jī)污染物的降解、重金屬的去除。
[0003] 作為一種現(xiàn)有經(jīng)典的處理方法，電絮凝法是一個(gè)復(fù)雜的過程，其反應(yīng)原理是鉛、鐵 與銅等金屬為陽極。在直流電的作用下，陽極被腐蝕，產(chǎn)生A13+、Fe2+、Cu化等陽離子，再經(jīng) 一系列水解、聚合及亞鐵的氧化過程，發(fā)展成為各種徑基絡(luò)合物、多核徑基絡(luò)合物及氨氧化 物，使廢水中的膠態(tài)雜質(zhì)、懸浮雜質(zhì)凝聚沉淀而分離。同時(shí)，帶電的污染物粒徑在電場中運(yùn) 動(dòng)，其部分電荷被電極中和而促使其脫穩(wěn)聚沉。廢水進(jìn)行電解絮凝處理時(shí)，不僅對膠態(tài)雜質(zhì) 及懸浮雜質(zhì)有凝聚沉淀作用，而且由于陽極的氧化作用和陰極的還原作用，能去除水中多 種污染物。但是目前電絮凝方法存在的一個(gè)重大問題就是能耗太高，工藝運(yùn)行成本過大。
[0004] 光電催化又稱電助光催化，是通過外加偏壓使光生電子和空穴快速分離，有效增 加半導(dǎo)體表面生成效率，利用光電協(xié)同作用對污染物有效降解的高級氧化技術(shù)。常見的光 電催化技術(shù)WTi02為主要材料，采用外加恒電流或恒電位的方法，迫使光生電了向?qū)﹄姌O 方向移動(dòng)，因而與光生空穴發(fā)生分離。其目的一方面是解決催化劑的固定和回收問題，另一 方面又有望解決空穴電子復(fù)合問題。其中，固定態(tài)是將光催化劑固定于電極板表面作為陽 極，研究一般采用二維Ξ電極體系，此體系可W準(zhǔn)確控制工作電極電位。Ξ維電極光電催化 體系（陽極一粒子電極一陰極)不僅具有Ξ維電極的高效電催化降解有機(jī)物的特點(diǎn)，而且在 電場作用下可有效減少表面光生電子空穴復(fù)合幾率，同時(shí)電解副反應(yīng)產(chǎn)生的可捕獲光生電 子從而減少電空穴的復(fù)合，進(jìn)而可W對污染物進(jìn)行有效降解。
[0005] 但是由于二氧化鐵的禁帶寬度為3.2eV，只能吸收400nmW下波長的光，而太陽光 中400nmW下的紫外光只占大概6%，導(dǎo)致Ti02在光催化領(lǐng)域?qū)μ柟獾睦眠€不夠充分。 因此對Ti02進(jìn)行改性、擴(kuò)展Ti02在可見光的吸收、充分利用清潔可再生的太陽光能源用于 解決環(huán)境污染及其他問題便成為熱口研究課題。玻碳電極片是用途廣泛的工作電極之一， 它是一種較好的惰性電極，具有導(dǎo)電性好，硬度高，光潔度高，極化范圍寬，化學(xué)性穩(wěn)定，可 作為惰性電極直接用于陽極溶出，陰極和變價(jià)離子的伏安測定，還可W作化學(xué)修飾電極。
[0006] 所W，本發(fā)明將利用玻碳電極作為修飾電極，在其表面涂加納米碳管-二氧化鐵型 復(fù)合物薄膜，W便增加其光能利用效率，同時(shí)在外加電源的情況下一定程度上解決空穴電 子復(fù)合問題。更為重要的是，利用載有CNT-Ti02的玻碳電極在光照的情況下將能使Ξ價(jià)神 氧化為五價(jià)神，此有利于神的化學(xué)沉淀，為處理高濃度含神廢水的預(yù)處理過程。
[0007] 微電解法是一種利用金屬腐蝕原理的方法。它是在無需外接電源的情況下自身產(chǎn) 生電位差對廢水進(jìn)行電解處理。當(dāng)系統(tǒng)通水后設(shè)備內(nèi)形成無數(shù)原電池系統(tǒng)，在其周圍產(chǎn)生 許多電場形成電流，對廢水進(jìn)行電解處理，達(dá)到降解污染物的目的。
[0008] 本發(fā)明在電絮凝的基礎(chǔ)上，添加微電解聯(lián)合應(yīng)用技術(shù)能有效降低運(yùn)行成本，構(gòu)成 處理高濃度含神廢水的Ξ維電極光電催化技術(shù)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009] 本發(fā)明的目的正是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷和不足而提供一種運(yùn)行成 本低、處理效果好的高濃度含神廢水的復(fù)合電絮處理方法及其反應(yīng)器。
[0010] 本發(fā)明的技術(shù)方案是：
[0011] -種高濃度含神廢水的復(fù)合電絮處理方法，本發(fā)明特征在于:利用納米碳管一二 氧化鐵復(fù)合材料即CNT-Ti化作為光電催化氧化電極，采用鐵片作為陽電極，采用石墨片作 為陰電極，利用鐵炭粒子作為粒子電極，同時(shí)配制直流電源及氣燈光源，構(gòu)制新型除神化合 物及降解有機(jī)污染物的Ξ維光電催化電絮凝技術(shù);其中，所述CNT-Ti化氧化電極制作過程 為:將Ig純化后的碳納米管，加入1L濃度為0.5mg/mL的DHP分散液(蒸饋水配制雙十六烷基 憐酸溶液）中超聲分散化，得到均質(zhì)的碳納米管即CNT分散液;在上述分散液基礎(chǔ)上再加入 0.5mg納米Ti化粉末共同分散，得到均勻的分散液;最后將玻碳片（厚度1mm)用0.05μπιΑ?2〇3 拋光粉拋光，依次在無水乙醇、1:1硝酸溶液、二次蒸饋水中超聲清洗5min，在紅外燈下烘 干，分別將10化L上述兩種分散液滴加到玻碳片表面，室溫?fù)]發(fā)除掉溶劑即制得CNT-Ti02復(fù) 合膜修飾玻碳電極。將制得的CNT-Ti02復(fù)合膜修飾玻碳電極設(shè)置在處理廢水的與本方法配 合使用的容器內(nèi)，通過將高濃度含神廢水引進(jìn)該容器進(jìn)行處理，得到合格排放的處理水。鐵 片、石墨、鐵炭粒子、氣燈光源、直流電源、玻碳片、碳納米管、二氧化鐵等均來自市售。
[0012] -種高濃度含神廢水的復(fù)合電絮處理方法的反應(yīng)器，本發(fā)明其特征在于，將反應(yīng) 器的容器形狀設(shè)置為圓柱形筒體，上下兩端封閉，上端采用可開啟端蓋，在反應(yīng)器的下部左 側(cè)開設(shè)有進(jìn)水口，在反應(yīng)器的上部右側(cè)開設(shè)有出水口；在反應(yīng)器的右下側(cè)固定有可見光光 源氣燈;廢水從反應(yīng)器的下部左側(cè)進(jìn)水口進(jìn)入，在反應(yīng)器里循環(huán)折流，最終從反應(yīng)器上部右 側(cè)邊完成出水;在反應(yīng)器內(nèi)設(shè)有電極，反應(yīng)器內(nèi)從下到上的電極順序依次為CNT-Ti化氧化 電極一鐵電極一鐵炭粒子電極一石墨電極;在反應(yīng)器外部設(shè)有直流電源，該直流電源的電 源輸出正極連接氧化電極和鐵電極，而直流電源的輸出負(fù)電極連接石墨電極;設(shè)置有固定 槽用于放置鐵炭粒子電極。
[001引該發(fā)明創(chuàng)造的優(yōu)點(diǎn)是：
[0014] 1、復(fù)合Ξ維光電催化電絮凝方法，設(shè)計(jì)兼顧多種污染物的去除，光催化氧化的引 入不僅能實(shí)現(xiàn)有機(jī)污染物的降解，也能使神及其化合物完成氧化，其有利于后續(xù)電絮凝沉 淀的生成，更重要的是將能一定程度上減少電源能耗的損失。電催化的引入能使光催化效 率提高，使粒子電極微電解效果更好。
[0015] 2、新型去除高濃度含神及降解有機(jī)物廢水的反應(yīng)器聚光電催化氧化及電絮凝為 一體，使廢水在反應(yīng)器里實(shí)現(xiàn)流態(tài)化，充分反應(yīng)混合。含鐵污泥依靠重力沉降作用，實(shí)現(xiàn)從 反應(yīng)器底部自動(dòng)收集。將此種復(fù)合Ξ維光電催化電絮凝技術(shù)應(yīng)用于高濃度含神廢水處理 中，其能兼顧有機(jī)污染物的降解，真正去除COD。另外，陽電極和粒子電極為可拆式，可根據(jù) 實(shí)時(shí)廢水成分更換為其他電極種類，實(shí)現(xiàn)此反應(yīng)器的多功能化。
[0016]該發(fā)明創(chuàng)造的關(guān)鍵點(diǎn)和保護(hù)點(diǎn)為：
[0017] 1、復(fù)合Ξ維光電催化電絮凝的設(shè)計(jì)方法，即W載有CNT-Ti〇2的玻碳片為催化氧化 電極，W鐵片為陽極，W鐵炭粒子為粒子電極，W石墨片為陰極。此種設(shè)計(jì)方法能高效處理 富含有機(jī)污染物的神及其化合物廢水，通過更換陽電極也能處理富含有機(jī)污染物的重金屬 類廢水，其兼光電催化氧化、微電解、電絮凝為一體。
[0018] 2、復(fù)合Ξ維光電催化電絮凝反應(yīng)器的設(shè)計(jì)，即反應(yīng)器為正圓柱體型，廢水從左下 邊流入，依次折流經(jīng)過CNT-Ti〇2氧化電極、鐵電極、鐵炭粒子、石墨電極，然后從反應(yīng)器右上 邊出水;反應(yīng)器接通電源為直流電源，可見光光源為氣燈。所有電極片均與水平角度為60°C 放置，污泥依靠重力作用從反應(yīng)器底部進(jìn)行收集。
【附圖說明】
[0019] 圖1為本發(fā)明復(fù)合電絮凝設(shè)計(jì)圖。
【具體實(shí)施方式】
[0020] -種高濃度含神廢水的復(fù)合電絮處理方法，本發(fā)明特征在于:利用納米碳管一二 氧化鐵復(fù)合材料即CNT-Ti化作為光電催化氧化電極，采用鐵片作為陽電極，采用石墨片作 為陰電極，利用鐵炭粒子作為粒子電極，同時(shí)配制直流電源及氣燈光源，構(gòu)制新型除神化合 物及降解有機(jī)污染物的Ξ維光電催化電絮凝技術(shù);其中，所述CNT-Ti化氧化電極制作過程 為:將Ig純化后的碳納米管，加入1L濃度為0.5mg/mL的DHP分散液(蒸饋水配制雙十六烷基 憐酸溶液）中超聲分散化，得到均質(zhì)的碳納米管即CNT分散液;在上述分散液基礎(chǔ)上再加入 0.5mg納米Ti化粉末共同分散，得到均勻的分散液;最后將玻碳片（厚度1mm)用0.05μπιΑ?2〇3 拋光粉拋光，依次在無水乙醇、1:1硝酸溶液、二次蒸饋水中超聲清洗5min，在紅外燈下烘 干，分別將10化L上述兩種分散液滴加到玻碳片表面，室溫?fù)]發(fā)除掉溶劑即制得CNT-Ti02復(fù) 合膜修飾玻碳電極。將制得的CNT-Ti02復(fù)合膜修飾玻碳電極設(shè)置在處理廢水的與本方法配 合使用的容器內(nèi)，通過將高濃度含神廢水引進(jìn)該容器進(jìn)行處理，得到合格排放的處理水。 (鐵片、石墨、鐵炭粒子、氣燈光源、直流電源、玻碳片、碳納米管、二氧化鐵等均來自市售。）
[0021] 見圖1，一種高濃度含神廢水的復(fù)合電絮處理方法的反應(yīng)器，本發(fā)明其特征在于， 將反應(yīng)器1的容器形狀設(shè)置為圓柱形筒體，上下兩端封閉，上端采用可開啟端蓋，在反應(yīng)器 的下部左側(cè)開設(shè)有進(jìn)水口 2,在反應(yīng)器的上部右側(cè)開設(shè)有出水口 3;在反應(yīng)器的右下側(cè)固定 有可見光光源氣燈4;廢水從反應(yīng)器1的下部左側(cè)進(jìn)水口 2進(jìn)入，在反應(yīng)器1里循環(huán)折流，最終 從反應(yīng)器上部右側(cè)邊完成出水;在反應(yīng)器1內(nèi)設(shè)有電極，反應(yīng)器1內(nèi)從下到上的電極順序依 次為CNT-Ti化氧化電極5-鐵電極6-鐵炭粒子電極一石墨電極8;在反應(yīng)器1外部設(shè)有直流 電源9,該直流電源9的電源輸出正極連接氧化電極5和鐵電極6,而直流電源9的輸出負(fù)電極 連接石墨電極8;設(shè)置有固定槽10用于放置鐵炭粒子電極7。
[0022] 本發(fā)明技術(shù)要求還包括：
[0023] 1、進(jìn)水為高濃度含神有機(jī)廢水，也適用于重金屬類有機(jī)廢水。
[0024] 2、可見光光源為150W氣燈。
[0025] 3、CNT-Ti化電極為二氧化鐵碳納米管復(fù)合材料，滲入CNT能有效提高二氧化鐵的 可見光利用效率。
[0026] 4、當(dāng)陽電極為鐵片時(shí)，其可W致力于含神廢水的處理。若需處理其他重金屬廢水， 可W適時(shí)更換陽電極。
[0027] 5、鐵炭粒子的引入將使含神廢水處理效果提升，并且節(jié)約電源能耗。若需處理其 他重金屬廢水，可W適時(shí)更換粒子電極。
[0028] 6、在可見光光源和直流電源的協(xié)同下，光電催化降解有機(jī)物效率提升，并且能在 電絮凝處理之前進(jìn)行重金屬或神的氧化實(shí)驗(yàn)，其有利于后續(xù)沉淀的產(chǎn)生。
[0029] 7、此種技術(shù)去除高濃度含神廢水的部分機(jī)理如下：
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種高濃度含砷廢水的復(fù)合電絮處理方法，其特征在于：1)利用納米碳管一二氧化 鈦復(fù)合材料即CNT-TiO 2作為光電催化氧化電極，采用鐵片作為陽電極，采用石墨片作為陰 電極，利用鐵炭粒子作為粒子電極，同時(shí)配制直流電源及氙燈光源，構(gòu)制新型除砷化合物及 降解有機(jī)污染物的三維光電催化電絮凝技術(shù);其中，所述CNT-TiO 2氧化電極制作過程為:將 I g純化后的碳納米管，加入IL濃度為0.5mg/mL的DHP分散液中超聲分散Ih，得到均質(zhì)的碳納 米管即CNT分散液;在上述分散液基礎(chǔ)上再加入0.5mg納米TiO 2粉末共同分散，得到均勻的 分散液;最后將玻碳片用0. 〇5μπιΑ12〇3拋光粉拋光，依次在無水乙醇、1:1硝酸溶液、二次蒸餾 水中超聲清洗5min，在紅外燈下烘干，分別將IOOyL上述兩種分散液滴加到玻碳片表面，室 溫?fù)]發(fā)除掉溶劑即制得CNT-Ti02復(fù)合膜修飾玻碳電極;將制得的CNT-Ti02復(fù)合膜修飾玻碳 電極設(shè)置在處理廢水的與本方法配合使用的容器內(nèi)，通過將高濃度含砷廢水引進(jìn)該容器進(jìn) 行處理，得到合格排放的處理水。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高濃度含砷廢水的復(fù)合電絮處理方法的反應(yīng)器，其特征 在于，將反應(yīng)器（1)的容器形狀設(shè)置為圓柱形筒體，上下兩端封閉，上端采用可開啟端蓋，在 反應(yīng)器的下部左側(cè)開設(shè)有進(jìn)水口（2)，在反應(yīng)器的上部右側(cè)開設(shè)有出水口（3);在反應(yīng)器的 右下側(cè)固定有可見光光源氙燈(4);廢水從反應(yīng)器（1)的下部左側(cè)進(jìn)水口（2)進(jìn)入，在反應(yīng)器 (1)里循環(huán)折流，最終從反應(yīng)器上部右側(cè)邊完成出水;在反應(yīng)器（1)內(nèi)設(shè)有電極，反應(yīng)器（1) 內(nèi)從下到上的電極順序依次為CNT-TiO 2氧化電極(5)、鐵電極(6)、鐵炭粒子電極(7)、石墨 電極(8);在反應(yīng)器（1)外部設(shè)有直流電源(9)，該直流電源(9)的電源輸出正極連接氧化電 極(5)和鐵電極(6)，而直流電源(9)的輸出負(fù)電極連接石墨電極(8);設(shè)置有固定槽（10)用 于放置鐵炭粒子電極(7)。
【文檔編號】C02F1/463GK105905998SQ201610407555
【公開日】2016年8月31日
【申請日】2016年6月8日
【發(fā)明人】黃志紅, 王萬賓
【申請人】云南圣清環(huán)?？萍加邢薰?br>