[发明专利]一种无需曝气的电芬顿水处理方法及装置

说明书

本发明属于污水处理技术领域，更具体地，提出了一种基于空气主动扩散阴极的无需曝气的电芬顿水处理方法及装置，具有污染物去除速率快、能耗低、稳定性高的优点。利用空气主动扩散电极作为电化学反应器阴极，可以通过氧气还原反应原位产生大量H₂O₂，并与Fe²⁺反应生成具有强氧化能力的·OH，从而高效降解废水中的有机污染物。本发明解决了常规电化学水处理装置需要增加曝气装置为原位生成H₂O₂提供氧气的缺点，减少了曝气设备的投资和运行能耗，并提高了H₂O₂产量，提升了污染物的去除效率。本发明提出的新型水处理装置结构简单，电极材料低廉，操作条件温和，能够在较宽电流范围内高效电合成H₂O₂用于电芬顿反应处理废水。

技术领域

本发明涉及污水处理技术领域，具体地，本发明涉及一种无需曝气的电芬顿水处理方法及装置。

背景技术

随着经济的快速发展，水体污染已经成为世界性问题。造成我国水体污染情况的主要原因可分为两类：一是大量传统方法难处理的工业废水超标排放，二是缺乏合适的处理设施造成部分农村污水未经处理直接排放。电芬顿水处理技术通过原位生成H₂O₂并与Fe²⁺反应，能够形成强氧化性的·OH，从而无选择性地降解污染物。电芬顿作为一种“绿色”的水处理技术，具有反应条件温和，可控性强，反应装置简单，工艺灵活等优点，在难降解废水和分散式污水的处理方面显示出较好的应用前景。

传统的电芬顿水处理装置需要外加曝气系统促进阴极产生H₂O₂，这往往需要消耗大量纯氧或者提供较高的空气压力，不仅增加了水处理装置的复杂性，而且大幅提升了运行成本。因此，如何改进电芬顿水处理装置，构建一种无需曝气装置的电芬顿水处理方法，并保持较高的H₂O₂产量，从而提升电芬顿水处理工艺的降解效率同时降低处理能耗十分必要。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种无需曝气的电芬顿水处理方法及装置，其目的在于通过使用空气主动扩散电极代替传统阴极，使电芬顿反应器在没有外加曝气装置的条件下可以高效产生H₂O₂，并与Fe²⁺发生芬顿反应产生·OH，从而高效低耗降解废水中的污染物。

本发明的目的通过以下技术方案实现：

按照本发明的一个方面，本发明提供了一种无需曝气的电芬顿水处理装置，包括电化学反应器、直流电源、水泵和贮水池；所述电化学反应器用于原位产生H₂O₂，并与Fe²⁺发生芬顿反应；所述贮水池用于储存废水，并利用所述水泵与电化学反应器构成循环体系。

进一步，所述电化学反应器采用直流电源供电，沿液体流动方向的两侧由两片空气主动扩散阴极构成，间距为0.5-1.5cm，由螺丝固定，可以拆卸更换，电极负载催化层一侧与液体接触，另一侧与空气相通；所述反应器垂直于液体流动方向的两端分别设置进水管和出水管，原水经水泵从贮水池打入底部进水管，最后由顶部出水管排入贮水池实现循环；DSA阳极平行放置于两片空气主动扩散阴极中间。

进一步，所述空气主动扩散电极的制备方法如下：碳毡经PTFE浸渍、在360℃下煅烧半小时后作为电极的空气主动扩散层和支撑层；炭黑和PTFE以质量比1.7混合改性后作为催化层负载于上述碳毡的一侧。