一种高浓度含砷有机废水的复合电絮凝处理方法及其反应器技术

本发明专利技术属于废水处理技术领域，具体涉及一种高浓度含砷有机废水的复合电絮凝处理方法及其反应器。其中，反应器的容器形状设置为圆柱形筒体，上下两端封闭，上端采用可开启端盖，在反应器的下部左侧开设有进水口，在反应器的上部右侧开设有出水口；在反应器的右下侧固定有可见光光源氙灯；废水从反应器的下部左侧进水口进入，在反应器里循环折流，最终从反应器上部右侧边完成出水；在反应器内设有电极，反应器内从下到上的电极顺序依次为CNT‑TiO2氧化电极—铁电极—铁炭粒子电极—石墨电极；在反应器外部设有直流电源，该直流电源的电源输出正极连接氧化电极和铁电极，而直流电源的输出负电极连接石墨电极；设置有固定槽用于放置铁炭粒子电极。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于废水处理
，具体涉及一种高浓度含砷有机废水的复合电絮凝处理方法及其反应器。
技术介绍
目前，在工矿企业排放的污水中(特别是渗滤液)，污染物成分较为复杂，其中不仅含有较多的多种有机污染物，还含有多种高浓度重金属污染因子。尤其是源于矿业活动而产生的含砷废水处理更是存在诸多问题。针对此类水，通常采用单一的处理方法处理效果不佳，简单的工艺组合容易导致处理成本的增加，如何寻找有效的低成本的处理方法显得至为重要。砷及其化合物作为一种类金属，高浓度含砷废水的处理越来越紧迫，现有常规的处理工艺已经不能满足其严格的排放要求。基于此，本专利技术将致力于高浓度含砷废水的处理方法的改进，并同时兼顾有机污染物的降解、重金属的去除。作为一种现有经典的处理方法，电絮凝法是一个复杂的过程，其反应原理是铅、铁与铜等金属为阳极。在直流电的作用下，阳极被腐蚀，产生Al3+、Fe2+、Cu2+等阳离子，再经一系列水解、聚合及亚铁的氧化过程，发展成为各种羟基络合物、多核羟基络合物及氨氧化物，使废水中的胶态杂质、悬浮杂质凝聚沉淀而分离。同时，带电的污染物粒径在电场中运动，其部分电荷被电极中和而促使其脱稳聚沉。废水进行电解絮凝处理时，不仅对胶态杂质及悬浮杂质有凝聚沉淀作用，而且由于阳极的氧化作用和阴极的还原作用，能去除水中多种污染物。但是目前电絮凝方法存在的一个重大问题就是能耗太高，工艺运行成本过大。光电催化又称电助光催化，是通过外加偏压使光生电子和空穴快速分离，有效增加半导体表面生成效率，利用光电协同作用对污染物有效降解的高级氧化技术。常见的光电催化技术以TiO2为主要材料，采用外加恒电流或恒电位的方法，迫使光生电了向对电极方向移动，因而与光生空穴发生分离。其目的一方面是解决催化剂的固定和回收问题，另一方面又有望解决空穴电子复合问题。其中，固定态是将光催化剂固定于电极板表面作为阳极，研究一般釆用二维三电极体系，此体系可以准确控制工作电极电位。三维电极光电催化体系(阳极—粒子电极—阴极)不仅具有三维电极的高效电催化降解有机物的特点，而且在电场作用下可有效减少表面光生电子空穴复合几率，同时电解副反应产生的可捕获光生电子从而减少电空穴的复合，进而可以对污染物进行有效降解。但是由于二氧化钛的禁带宽度为3.2eV，只能吸收400nm以下波长的光，而太阳光中400nm以下的紫外光只占大概6％，导致TiO2在光催化领域对太阳光的利用还不够充分。因此对
TiO2进行改性、扩展TiO2在可见光的吸收、充分利用清洁可再生的太阳光能源用于解决环境污染及其他问题便成为热门研究课题。玻碳电极片是用途广泛的工作电极之一，它是一种较好的惰性电极，具有导电性好，硬度高，光洁度高，极化范围宽，化学性稳定，可作为惰性电极直接用于阳极溶出，阴极和变价离子的伏安测定，还可以作化学修饰电极。所以，本专利技术将利用玻碳电极作为修饰电极，在其表面涂加纳米碳管-二氧化钛型复合物薄膜，以便增加其光能利用效率，同时在外加电源的情况下一定程度上解决空穴电子复合问题。更为重要的是，利用载有CNT-TiO2的玻碳电极在光照的情况下将能使三价砷氧化为五价砷，此有利于砷的化学沉淀，为处理高浓度含砷废水的预处理过程。微电解法是一种利用金属腐蚀原理的方法。它是在无需外接电源的情况下自身产生电位差对废水进行电解处理。当系统通水后设备内形成无数原电池系统，在其周围产生许多电场形成电流，对废水进行电解处理，达到降解污染物的目的。本专利技术在电絮凝的基础上，添加微电解联合应用技术能有效降低运行成本，构成处理高浓度含砷废水的三维电极光电催化技术。
技术实现思路
本专利技术的目的正是为了克服上述现有技术存在的缺陷和不足而提供一种运行成本低、处理效果好的高浓度含砷废水的复合电絮处理方法及其反应器。本专利技术的技术方案是：一种高浓度含砷废水的复合电絮处理方法，本专利技术特征在于：利用纳米碳管—二氧化钛复合材料即CNT-TiO2作为光电催化氧化电极，采用铁片作为阳电极，采用石墨片作为阴电极，利用铁炭粒子作为粒子电极，同时配制直流电源及氙灯光源，构制新型除砷化合物及降解有机污染物的三维光电催化电絮凝技术；其中，所述CNT-TiO2氧化电极制作过程为：将1g纯化后的碳纳米管，加入1L浓度为0.5mg/mL的DHP分散液(蒸馏水配制双十六烷基磷酸溶液)中超声分散1h，得到均质的碳纳米管即CNT分散液；在上述分散液基础上再加入0.5mg纳米TiO2粉末共同分散，得到均匀的分散液；最后将玻碳片(厚度1mm)用0.05μmAl2O3抛光粉抛光，依次在无水乙醇、1∶1硝酸溶液、二次蒸馏水中超声清洗5min，在红外灯下烘干，分别将100μL上述两种分散液滴加到玻碳片表面，室温挥发除掉溶剂即制得CNT-TiO2复合膜修饰玻碳电极。将制得的CNT-TiO2复合膜修饰玻碳电极设置在处理废水的与本方法配合使用的容器内，通过将高浓度含砷废水引进该容器进行处理，得到合格排放的处理水。铁片、石墨、铁炭粒子、氙灯光源、直流电源、玻碳片、碳纳米管、二氧化钛等均来自市售。一种高浓度含砷废水的复合电絮处理方法的反应器，本专利技术其特征在于，将反应器的容器形状设置为圆柱形筒体，上下两端封闭，上端采用可开启端盖，在反应器的下部左侧开设有进水口，在反应器的上部右侧开设有出水口；在反应器的右下侧固定有可见光光源氙灯；废水从反应器的下部左侧进水口进入，在反应器里循环折流，最终从反应器上部右侧边完成出水；在反应器内设有电极，反应器内从下到上的电极顺序依次为CNT-TiO2氧化电极—铁电极—铁炭粒子电极—石墨电极；在反应器外部设有直流电源，该直流电源的电源输出正极连接氧化电极和铁电极，而直流电源的输出负电极连接石墨电极；设置有固定槽用于放置铁炭粒子电极。该专利技术创造的优点是：1、复合三维光电催化电絮凝方法，设计兼顾多种污染物的去除，光催化氧化的引入不仅能实现有机污染物的降解，也能使砷及其化合物完成氧化，其有利于后续电絮凝沉淀的生成，更重要的是将能一定程度上减少电源能耗的损失。电催化的引入能使光催化效率提高，使粒子电极微电解效果更好。2、新型去除高浓度含砷及降解有机物废水的反应器聚光电催化氧化及电絮凝为一体，使废水在反应器里实现流态化，充分反应混合。含铁污泥依靠重力沉降作用，实现从反应器底部自动收集。将此种复合三维光电催化电絮凝技术应用于高浓度含砷废水处理中，其能兼顾有机污染物的降解，真正去除COD。另外，阳电极和粒子电极为可拆式，可根据实时废水成分更换为其他电极种类，实现此反应器的多功能化。该专利技术创造的关键点和保护点为：1、复合三维光电催化电絮凝的设计方法，即以载有CNT-TiO2的玻碳片为催化氧化电极，以铁片为阳极，以铁炭粒子为粒子电极，以石墨片为阴极。此种设计方法能高效处理富含有机污染物的砷及其化合物废水，通过更换阳电极也能处理富含有机污染物的重金属类废水，其兼光电催化氧化、微电解、电絮凝为一体。2、复合三维光电催化电絮凝反应器的设计，即反应器为正圆柱体型，废水从左下边流入，依次折流经过CNT-TiO2氧化电极、铁电极、铁炭粒子、石墨电极，然后从反应器右上边出水；反应器接通电源为直流电源，可见光光源为氙灯。所有电极片均与水平角度为60℃放置，污泥依靠重力作用从反应本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高浓度含砷废水的复合电絮处理方法，其特征在于：1)利用纳米碳管—二氧化钛复合材料即CNT‑TiO2作为光电催化氧化电极，采用铁片作为阳电极，采用石墨片作为阴电极，利用铁炭粒子作为粒子电极，同时配制直流电源及氙灯光源，构制新型除砷化合物及降解有机污染物的三维光电催化电絮凝技术；其中，所述CNT‑TiO2氧化电极制作过程为：将1g纯化后的碳纳米管，加入1L浓度为0.5mg/mL的DHP分散液中超声分散1h，得到均质的碳纳米管即CNT分散液；在上述分散液基础上再加入0.5mg纳米TiO2粉末共同分散，得到均匀的分散液；最后将玻碳片用0.05μmAl2O3抛光粉抛光，依次在无水乙醇、1∶1硝酸溶液、二次蒸馏水中超声清洗5min，在红外灯下烘干，分别将100μL上述两种分散液滴加到玻碳片表面，室温挥发除掉溶剂即制得CNT‑TiO2复合膜修饰玻碳电极；将制得的CNT‑TiO2复合膜修饰玻碳电极设置在处理废水的与本方法配合使用的容器内，通过将高浓度含砷废水引进该容器进行处理，得到合格排放的处理水。

【技术特征摘要】
1.一种高浓度含砷废水的复合电絮处理方法，其特征在于：1)利用纳米碳管—二氧化钛复合材料即CNT-TiO2作为光电催化氧化电极，采用铁片作为阳电极，采用石墨片作为阴电极，利用铁炭粒子作为粒子电极，同时配制直流电源及氙灯光源，构制新型除砷化合物及降解有机污染物的三维光电催化电絮凝技术；其中，所述CNT-TiO2氧化电极制作过程为：将1g纯化后的碳纳米管，加入1L浓度为0.5mg/mL的DHP分散液中超声分散1h，得到均质的碳纳米管即CNT分散液；在上述分散液基础上再加入0.5mg纳米TiO2粉末共同分散，得到均匀的分散液；最后将玻碳片用0.05μmAl2O3抛光粉抛光，依次在无水乙醇、1∶1硝酸溶液、二次蒸馏水中超声清洗5min，在红外灯下烘干，分别将100μL上述两种分散液滴加到玻碳片表面，室温挥发除掉溶剂即制得CNT-TiO2复合膜修饰玻碳电极；将制得的CNT-TiO2复合膜修饰玻碳电极设置在处理废水...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄志红，王万宾，
申请(专利权)人：云南圣清环保科技有限公司，
类型：发明
国别省市：云南;53