[发明专利]电催化氧化水处理装置及其处理难降解有机废水的方法

说明书

技术领域

本发明涉及污水处理技术领域，特别指一种电催化氧化水处理装置及其处理难降解有机废水的方法。

背景技术

随着现代工业生产规模的不断扩大和发展，特别在矿山冶金、石油化工、有机合成、医药化工、屠宰加工、农药合成、纺织印染、食品加工、电子材料等多种行业，排出的工业废水污染物具有毒性强、可生化性差、污染物成分复杂、有的含量极高、有的含量低但极难降解等特点。严重污染环境，造成水体恶化，对人类健康和生存环境的危害也日益普遍和严重。

我国随着污水处理技术的不断发展和不断完善，成分简单的污染物、生物降解性能好的有机污水已能得到有效地治理和控制。生物法是目前治理上述污水最经济最有效的方法。然而有一些工业污水浓度高、极难生物降解，迫切需要新的方法去处理这类污水中的有机及无机类污染物。

目前，电化学法作为污水处理的一种有效手段得以应用，该方法可在常温常压条件下进行，其适应能力强，工艺流程及电化学设备简单，其具有占地面积小，处理周期短、可控制性强、处理效果好、无二次污染、运行稳定的特点。可谓环境保护的“绿色环境友好”水处理技术。但是，在实际运行过程中出现单位电耗较大，运行费用较高的缺点，使电化学法的发展和应用受到了一定的限制。

电化学技术分为两部分：一部分为微电解(原电池反应)技术，是化学能转化为电能的过程视为可逆过程；另一部分为电解(电解池反应)技术，电能转化为化学能的过程，为不可逆反应电池，其本质是水相的粒子与固相为电极材料界面之间进行的电极反应。

原电池电极反应(微电解反应)：

原电池是一种把化学能释放出来并转化为电能的装置。本装置利用Fe、C为电极组成的电极形成无数个微小的原电池，其实质上是进行原电池电极反应，把有机废水作为电解液，同时加曝气，负极反应生成Fe²⁺离子，碳吸附氧气构成正极反应(也称阴极反应)，因O₂的还原反应的标准电位要比H⁺还原反应的标准电位高，其标准电位φ°(O₂/H₂O)＝1.229V，在阴极会产生如氧自由基离子O₂^-、H₂O₂，分解的羟基自由基·OH极强的氧化剂中间产物：

(1)电解质反应为：Fe²⁺+2H₂O₂→Fe³⁺+OH^-+·OH([·OH]，ε°＝2.80v)(1)

生成极强的氧化剂中间产物如·OH，使得废水中的有机大分子被氧化多以发生断链降解转化成小分子，提高了废水的可生化性，有的可被矿化为CO₂和H₂O最终产物，有的有机污染物被分解为有机带电荷的“碎片”而被以下方程式(2)、(3)形成的絮凝剂吸附絮凝沉淀，则COD部分去除。

(2)水解反应：Fe²⁺+2OH^-→Fe(OH)₂(2)

氧化反应：2H⁺+2Fe(OH)₂+O₂^-→2Fe(OH)₃(3)

由于微电解电极反应自发进行的局限性，为此，组合电解池水处理工艺，以外加电压的电极氧化反应的电解池装置作进一步废水处理。

电解池电极反应：

废水处理主要是通过在电极表面上发生电催化氧化降解，其电极可直接产生的极强的氧化能力且对有机物及无机物无选择性的羟基自由基[·OH](ε°＝2.80v，p＝569.3Kj)去氧化水中的污染物，使污染物被彻底矿化，即称为电化学燃烧过程；若水溶液中含有像CI^-、SO₄^2-这样的电解质如用：硫酸钠、氯气、次氯酸盐及氯酸盐等。生成的过氧化物如S₂O₈^2-、H₂O₂等所催化氧化水中的污染物，该过程称为电化学转化过程，从而电氧化有效地去除废水中的COD。

电解过程中的一些主要反应如下：

阳极反应：OH^-→1/2O₂+H₂O+2e^-；