[发明专利]一种用于工业废水高效处理的多源多相催化的高级氧化耦合反应装置及方法

说明书

本申请涉及污水处理技术领域，提供一种用于工业废水高效处理的多源多相催化高级氧化耦合反应装置及方法。本发明针对常规芬顿氧化产泥量大、氧化停滞问题，将芬顿、电化学氧化耦合，结合芬顿流化床的铁结晶特点和电化学调控阴阳离子定向迁移优势，调控铁离子与有机羧酸中间产物反向迁移，降低络合效应，同时利用电化学阳极氧化、担体异相结晶以及阴极还原，形成两级高级氧化耦合处理，增强铁离子的循环复用和活性自由基的有效利用，提高对有机污染物的催化氧化性能，实现高级氧化耦合的协同增效。

技术领域

本发明属于废水处理技术领域，更具体地说，涉及一种用于工业废水高效处理的多源多相催化高级氧化耦合反应装置及方法。

背景技术

我国工业废水年排放量达180亿吨，水中含有许多较难降解的高毒性有机污染物，成分复杂，呈现复合污染特征。以化工、电镀行业为例，其生产废水中的难降解有毒污染物如：苯系物、杂环类化合物及衍生物等，会严重抑制微生物的代谢活性，由于其持久性、易积聚性和不易降解性，对环境安全造成了极大的压力，工业废水也是全氟多氟化合物、环境内分泌干扰物和抗生素等新污染物的主要来源，是影响生态环境和人体健康的重要风险因素。因此，当前污染物强化深度削减已经日渐成为国内外工业污水处理的重点工作之一。

对于含有机污染物的工业废水的处理，目前较常见的技术有：物理吸附法、化学沉淀法、高级氧化法等。对于高级氧化法，当前研究和应用主要包括光催化氧化、臭氧氧化、电化学氧化、芬顿(Fenton)氧化等。电化学氧化法通过设置阴阳电极，使得废水中的有机污染物通过直接氧化(即让污染物直接在阳极失去电子而发生氧化)，或间接氧化(即通过阳极反应生成具有强氧化作用的中间产物或发生阳极反应之外的中间反应)，最终达到氧化降解污染物的目的。芬顿氧化是指在酸性条件下，H₂O₂在Fe²⁺存在下生成强氧化能力的羟基自由基·OH，并引发更多的其他活性氧，以实现对有机污染物的氧化分解，在这过程中Fe²⁺转化为Fe³⁺。

芬顿氧化法中，传统芬顿氧化因其反应材料易得，操作方便，是最早开始工业化应用且是目前市场使用最广泛的高级氧化技术，但在实际应用中往往存在产泥量大、氧化效率受限等问题[1]，近年来以铁催化剂为核心的非均相Fenton技术有效降低了药剂投加量，提高了铁离子利用率[2]。作为均相/非均相Fenton氧化结合的产物，流化床Fenton技术是将芬顿氧化与流化床结晶技术相结合的一种组合工艺。在流化床Fenton反应体系中，Fenton反应产生的Fe³⁺以沉淀或者结晶的方式附着于流化担体的表面，减少铁泥的产生，大幅度降低后续的铁泥处理成本[3]。反应体系中涉及气、液、固多相，有几个重要的反应过程同时发生，即传统均相Fenton、非均相Fenton、流化床担体异相结晶和铁氧化物的还原溶解[4]。它结合了均相Fenton反应的快速氧化和非均相Fenton反应的铁离子在流化担体表面结晶的优点[5]。该技术关键在于调控催化剂表面铁离子的异相结晶作用，提高Fe(OH)₃沉淀在担体催化剂表面结晶的效率，从而带来更多的催化活性位点[6]。但此过程需要有效降低有机羧酸中间产物与铁离子络合效应的影响，亟待研究解决。