一种同步除盐除难降解有机物的电化学废水处理方法技术

本发明专利技术提供了一种同步除盐除难降解有机物的电化学废水处理方法，主要针对含有低浓度盐和低浓度难降解有机物的废水。本发明专利技术利用高比表面积材料对阴阳离子的电吸附作用除盐，通过控制阴极和阳极电位生成活性氧组分和活性氯组分氧化去除难降解有机物。本发明专利技术结合了电吸附除盐和电化学氧化法的特点，阴阳极充分利用，对盐类和难降解有机物去除效率高，去除成本低。

【技术实现步骤摘要】
一种同步除盐除难降解有机物的电化学废水处理方法
本专利技术属于含盐含难降解有机物废水处理
，具体地，主要针对含有低浓度盐和低浓度难降解有机物的废水的同步除盐除难降解有机物的方法。
技术介绍
随着经济的发展和人口的膨胀，工业及生活所需的淡水资源日益匮乏，而废水回用成为发展的趋势。要达到回用水的水质要求，需要除去废水中的少量难降解有机物和盐类。这通常需要两种或者两种以上的技术来分别去除有机物和盐。例如专利CN102001776A分别采用硫化沉淀、电吸附脱盐、电解除氯等技术处理高含盐有机废水；专利CN102452753A对含盐有机废水依次采用电吸附脱盐、催化氧化和絮凝来处理；专利CN101481178利用微生物燃料电池实现同步除有机物、脱盐和产电，但仅限于可生化处理的有机废水，对于难降解有机物去除效果不好。因此目前缺少同步除盐除难降解有机物的技术。一般来说，高级氧化技术(如O3催化氧化、光催化、电催化等)产生强氧化性的羟基自由基(·OH)，可以完全矿化难降解有机物，但这种技术不能脱盐。而反渗透、电渗析等脱盐技术只是将有机物浓缩，无法降解有机物。电吸附脱盐技术(CDI)是近年来发展很快的一种脱盐技术。它利用多孔材料在通电后形成双电层、能够储存大量离子的原理将盐离子从溶液中除去，具有工作电压低(1-2V)、环境友好、能耗低、操作简便等优点。相比反渗透技术，它能耗更低，进水预处理要求低。但常规电吸附技术仍然不能有效去除有机物，有机物的存在还可能造成电极污染。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服常规电吸附脱盐技术不能有效去除有机物以及电化学氧化技术无法脱盐的缺点，提供一种同步除盐除难降解有机物的电化学废水处理方法。为了实现上述目的，本专利技术采用了如下技术方案：一种同步除盐除难降解有机物的电化学废水处理方法，所述方法使用多孔碳材料电极作为正负电极组装成电化学装置，将含有盐和难降解有机物的废水通过电化学装置，通过通入含氧气体，施加电压，并加入任选地Fe2+或Fe3+离子，使得难降解有机物得到降解和盐类得到同步去除。本专利技术的原理是：使用多孔碳材料电极分别作为正极和负极，通过施加外加电压、通入含氧气体以及加入任选地Fe2+或Fe3+离子，发生电化学反应，产生Cl2、H2O2、羟基自由基(·OH)等氧化性的物质，有助于难降解有机物的降解，同时电极对盐离子有很好的电吸附作用，实现了难降解有机物和盐离子的同步去除。具体为：施加一定电压后，正负离子分别在负极和正极的表面富集而从溶液中除去，O2在负极表面还原产生H2O2，与任选地加入的Fe2+或Fe3+生成强氧化性的·OH，Cl-在正极表面氧化产生Cl2和HClO等活性氯物质，从而将有机物降解矿化。正负极发生的反应如下：2Cl-→Cl2(g)+2e-(1)正极：Cl2(g)+H2O→2H++Cl-+ClO-(2)负极：O2+2H++2e-→H2O2(3)若加入Fe3+离子，则在负极发生如下反应：Fe3++e-→Fe2+(4)H2O2与Fe2+进一步发生如下反应：H2O2+Fe2++H+→·OH+Fe3++H2O(5)本专利技术主要针对含有低浓度盐和低浓度难降解有机物的废水。利用高比表面积材料对阴阳离子的电吸附作用除盐，通过控制阴极和阳极电位生成活性氧组分和活性氯组分氧化去除难降解有机物。本专利技术充分利用阴阳极，结合电吸附除盐和电化学氧化法的特点同步去除盐类和难降解有机物，并利用两者之间的协同效应，去除效率高，去除成本低。在本专利技术中，正负电极可以采用完全相同的多孔碳材料，也可以采用不同的多孔碳材料。优选地，所述多孔碳材料电极为碳材料、粘结剂以及任选地金属氧化物制备的片状电极。优选地，所述碳材料在电极中质量分数为25％～95％(例如30％、40％、50％、60％、70％、80％或90％)，金属氧化物为0％～25％(例如5％、10％、15％或20％)，粘结剂为5％～50％(例如10％、20％、30％或40％)。优选地，所述碳材料为石墨、活性碳、活性碳纤维、碳气凝胶、介孔碳、碳纳米管或石墨烯中的任意一种或者至少两种的混合物。优选地，所述金属氧化物为铁氧化物、铜氧化物、镍氧化物、钴氧化物、锰氧化物、锌氧化物或钛氧化物中的任意一种或者至少两种的混合物。优选地，所述金属氧化物通过浸渍法或者共沉淀法负载到碳材料上。优选地，所述粘结剂为有机聚合物，优选聚四氟乙烯或聚偏氟乙烯等。优选地，所述含氧气体为氧气或空气。优选地，施加电压2～4V。优选地，含有盐和难降解有机物的废水在通过电化学装置过程中，控制废水的温度10～60℃，例如15℃、20℃、25℃、30℃、35℃、40℃、45℃、50℃或55℃。优选地，Fe2+或Fe3+离子的浓度为0～0.5mmol/L，优选为0～0.5mmol/L且不包括0，即，每1L废水中加入0～0.5mmol的Fe2+或Fe3+离子。优选地，施加电压的时间为10min～5h，例如20min、1h、1.5h、2h、2.5h、3h、3.5h、4h或4.5h。优选地，所述废水中含有Cl-离子，其浓度为0.1～5g/L。优选地，所述废水中总盐浓度为0.1～5g/L，本专利技术可以高效的实现低浓度盐废水中的盐的脱除。优选地，所述难降解有机物为苯酚类、卤代芳烃类、硝基苯类或染料类等中的任意一种或者至少两种的混合物，其浓度为0.01～10mmol/L，本专利技术可以高效的实现低浓度难降解有机物废水中的难降解有机物的降解去除。示例性的一种同步除盐除难降解有机物的电化学废水处理方法，步骤如下：制备多孔碳材料电极作为电化学处理单元正负极，正负电极可以相同或是不同。储液槽里的溶液曝氧气，加入少量FeSO4或Fe2(SO4)3，溶液进入电化学处理单元，电极外加一定电压(≥2V)，正负盐离子分别在负极和正极表面富集，盐离子从溶液中去除；电极反应过程中产生的H2O2与Fe离子生成强氧化性·OH，还产生Cl2等氧化性物质，将难降解有机物降解，经处理后溶液流回储液槽，并循环通过电化学处理单元。与现有技术相比，本专利技术具有如下有益效果：本专利技术在去除过程中施加外加电压比常规电吸附脱盐技术高，对盐离子的去除率可达80％以上。此外，本专利技术可以同步去除难降解有机物，有机物去除率可达100％，拓宽了常规电吸附脱盐技术的应用范围。而且，本专利技术可以用于废水深度处理，减少废水处理工艺流程，节约场地，降低能耗。附图说明图1为本专利技术提供的用于同步除盐除难降解有机物的电化学装置示意图。其中：1为直流稳流稳压电源，2为有机玻璃端板，3为电极，4为硅胶隔板，5为蠕动泵，6为恒温槽，7为储液槽，8为电导率/pH电极。具体实施方式下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本专利技术的技术方案。采用如图1所示的电化学装置同步除盐除难降解有机物的电化学废水处理方法，步骤如下：制备多孔碳材料电极作为电化学处理单元正负极，正负电极可以相同或是不同。储液槽里的溶液曝氧气，加入少量FeSO4或Fe2(SO4)3，溶液进入电化学处理单元，电极外加一定电压(≥2V)，正负盐离子分别在负极和正极表面富集，盐离子从溶液中去除；电极反应过程中产生的H2O2与Fe离子生成强氧化性·OH，还产生Cl2等氧化性物质，将难降解有机物降解，经处理后溶液流回储液槽，并循环通过电化学本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种同步除盐除难降解有机物的电化学废水处理方法，所述方法使用多孔碳材料电极作为正负电极组装成电化学装置，将含有盐和难降解有机物的废水通过电化学装置，通过通入含氧气体，施加电压，并加入任选地Fe2+或Fe3+离子，使得难降解有机物得到降解和盐类得到同步去除。

【技术特征摘要】
1.一种同步除盐除难降解有机物的电化学废水处理方法，所述方法使用多孔碳材料电极作为正负电极组装成电化学装置，将含有盐和难降解有机物的废水通过电化学装置，通过通入含氧气体，施加电压，并加入任选地Fe2+或Fe3+离子，使得难降解有机物得到降解和盐类得到同步去除；所述多孔碳材料电极为碳材料、粘结剂以及任选地金属氧化物制备的片状电极；所述碳材料在电极中质量分数为25％～95％，金属氧化物为0％～25％，粘结剂为5％～50％；所述碳材料为石墨、活性碳、活性碳纤维、碳气凝胶、介孔碳、碳纳米管或石墨烯中的任意一种或者至少两种的混合物；所述金属氧化物为铁氧化物、铜氧化物、镍氧化物、钴氧化物、锰氧化物、锌氧化物或钛氧化物中的任意一种或者至少两种的混合物；所述金属氧化物通过浸渍法或者共沉淀法负载到碳材料上；所述粘结剂为聚四氟乙烯或聚偏氟乙烯。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述含氧气体为氧气或空气。3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，...

【专利技术属性】
技术研发人员：李玉平，段锋，曹宏斌，张懿，
申请(专利权)人：中国科学院过程工程研究所，
类型：发明
国别省市：北京;11