一种处理有机农药废水的臭氧-膜电极耦合反应系统技术方案

本实用新型专利技术涉及含有机农药废水处理技术领域，提供了一种处理有机农药废水的臭氧

【技术实现步骤摘要】
一种处理有机农药废水的臭氧
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膜电极耦合反应系统


[0001]本技术总体地涉及含有机农药废水处理领域，具体地涉及一种处理有机农药废水的臭氧
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膜电极耦合反应系统。

技术介绍

[0002]有机农药作为防治病虫草害和调节作物生长的重要手段，在我国农业、林业、牧业等方面广泛应用。然而，大部分有机农药在水中溶解度较高，其生产和使用过程中易被排入水环境之中。其中，部分此类农药对水生生物生态毒性较高，其潜在环境风险受到了全世界的广泛关注。由于有机农药核心结构稳定，难以被生物法、混凝法、沉淀法、吸附法等常规水处理工艺有效去除。因此，研究和开发高效、经济、安全的水中有机农药去除工艺具有重要意义。
[0003]目前有机农药废水处理技术主要有生物法、混凝法、沉淀法、吸附法、臭氧氧化、电化学氧化等，现有技术的缺点在于：生物法、混凝法、沉淀法、吸附法等常规处理方法针对性不强，处理效果受水质影响大，难以有效去除水中有机农药；臭氧氧化技术能快速分解水中有机农药，但其对有机物矿化率较低，难以将草酸等小分子有机酸矿化，且氧化有机物过程中可能生成毒性更高的中间产物；电化学氧化技术对有机农药去除率和矿化率较高，但传统平板电极电化学氧化技术传质速率慢、电流利用率低、能耗较高；膜电极电化学氧化技术传质速率高、电化学电流效率高、能耗低，处理有机农药废水非常有前景，但大分子有机农药及降解副产物可能对膜电极造成污染，使膜电极使用寿命降低。
[0004]综合分析臭氧氧化、电化学氧化和膜电极电化学氧化技术：臭氧氧化和电化学氧化技术可在常温常压下产生高活性氧化自由基，具有降解有机物效率高、作用时间短等特点，被认为是去除水中有机农药的有效方法。其中，臭氧氧化技术能快速分解水中有机农药，但对有机物矿化率较低，难以将草酸等小分子有机酸矿化；电化学氧化技术对有机农药去除率和矿化率普遍较高，但传统平板电极电化学氧化技术传质速率较慢、电流效率低；膜电极电化学氧化技术可利用膜过滤强化污染物从液相向电极板表面传质，提高电化学电流效率，但大分子有机农药及降解副产物可能对膜电极造成污染，使膜电极使用寿命降低。
[0005]因此，开发一种对有机农药降解和矿化率高、能耗低、污染小的集成化有机农药废水处理系统，对保障水生态安全具有重要意义。

技术实现思路

[0006]本技术针对臭氧氧化对有机农药矿化效率低、传统电化学氧化传质速率慢、膜电极存在膜污染等问题，提供一种处理有机农药废水的臭氧
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膜电极耦合反应系统，该系统将臭氧氧化、电化学氧化和膜过滤过程耦合，利用臭氧氧化和电化学氧化高效降解有机农药，利用膜过滤增强电化学传质速率，利用臭氧氧化减轻膜电极污染，从而实现了对有机农药废水的高效、经济、安全处理。
[0007]本技术的设计思路是：由于臭氧氧化技术处理有机废水效果相对较好，且其
也被用于减轻陶瓷膜过滤时的膜污染，本技术考虑将臭氧和膜电极耦合。理论上分析，臭氧与膜电极耦合不仅能提高有机物去除率和矿化率、降低出水毒性，还能减轻膜电极膜污染(臭氧能快速将部分大分子有机物分解为小分子有机物，而大分子有机物是主要膜污染物质)。因此，本技术开发一种适用于有机农药废水处理的臭氧
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膜电极耦合反应系统，通过该系统将臭氧氧化、电化学氧化和膜过滤过程耦合，利用臭氧氧化和电化学氧化高效降解有机农药，利用膜过滤增强电化学传质速率，利用臭氧氧化减轻膜电极污染，从而实现了对有机农药废水的高效、经济、安全处理。
[0008]本技术的技术方案是，一种处理有机农药废水的臭氧
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膜电极耦合反应系统，包括臭氧制备和控制部、耦合反应器和有机农药废水存储与调节部；所述臭氧制备和控制部与耦合反应器连接，用于产生臭氧，并将臭氧输送至耦合反应器；所述耦合反应器包括单阳极和双阴极组成的多组膜电极反应器，以使有机农药废水在各自独立的多组膜电极反应器中进行电化学反应，所述单阳极为管状Ti4O7膜电极，所述双阴极包括不锈钢细管阴极和不锈钢粗管阴极；所述有机农药废水存储与调节部用于储存和调节输出有机农药废水；其与耦合反应器连接并形成循环水回路以使有机农药废水往复处理直至除去有机农药；所述有机农药废水存储与调节部通过自身包括的压力调节器使有机农药废水在多组膜电极反应器之间持续流动。
[0009]本技术利用膜电极的膜过滤功能强化污染物从液相向电极板表面传质，从而提高电流效率，利用多组膜电极反应器组合增强处理时效和效果，并将其与臭氧氧化进行一体化组合。膜过滤是一个动态的过程，需要膜电极反应器的进水和出水有一定压力差，在水压的作用下，废水从膜内向膜外渗透；膜过滤过程的持续存在需要向膜电极反应器不断进水和出水。并且膜电极和臭氧都需要与废水接触一段时间，即废水在反应器中停留一定时间(1至几小时不等)，才能对废水有效处理。所以，本技术采用循坏水回路，通过不断进水和出水使膜过滤持续存在，通过水循环使处理过的废水不断再次进入耦合反应器以积累停留时间，直至废水中的有机农药被除去，水质达到标准要求。
[0010]进一步的，所述臭氧制备和控制部包括经气管依次相连接的氧气瓶、臭氧发生器、臭氧浓度检测器和气体流量计；氧气瓶用于提供制备臭氧的氧气；臭氧发生器用于将氧气瓶中输送的氧气制备成臭氧；臭氧浓度检测器用于检测臭氧发生器制备的臭氧浓度；气体流量计用于检测和调节输送至耦合反应器的臭氧流量。
[0011]更进一步的，耦合反应器包括：反应器包材形成的反应器腔体，以及位于反应器腔体中的不锈钢细管阴极、臭氧曝气头、膜电极阳极、不锈钢粗管阴极、直流电源；所述不锈钢细管阴极的细管一端经进气管与气体流量计连通，细管另一端连通臭氧曝气头；所述不锈钢细管阴极及其连接的臭氧曝气头、膜电极阳极和不锈钢粗管阴极设置在反应器包材围成的反应器腔体中；所述不锈钢细管阴极连接气体流量计的一端位于反应器腔体外侧，臭氧经不锈钢细管阴极从臭氧曝气头出口曝入反应器腔体内；膜电极阳极与直流电源的正极电连接；不锈钢细管阴极和不锈钢粗管阴极分别与直流电源负极电连接；所述反应器包材为有机玻璃材质，其壁上设置有进水口和出水口，所述出水口包括第一出水口和第二出水口，第一出水口用于排出流经不锈钢细管阴极与膜电极阳极之间的有机农药废水；所述第二出水口用于排出流经不锈钢粗管阴极与膜电极阳极之间的有机农药废水。
[0012]耦合反应器是本技术的核心部件，其中的不锈钢细管阴极既是电化学反应阴
极，所以经接线与直流电源负极相连；又是臭氧输送管，臭氧经不锈钢细管阴极从臭氧曝气头处曝入反应器腔体内；膜电极阳极即与不锈钢细管阴极组成膜电极对，又与不锈钢粗管阴极组成膜电极对，使废水进行进行两次电极反应，同时膜电极阳极又是管状多孔亚氧化钛(Ti4O7)超滤陶瓷膜，起到过滤膜的作用。
[0013]还进一步的，所述臭氧曝气头及其连接的不锈钢细管阴极设置在反应器腔体中心位置；所述膜电极阳极和不锈钢粗管阴极为环状结构，膜电极阳极设置在所述臭氧曝气头的外本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种处理有机农药废水的臭氧
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膜电极耦合反应系统，其特征在于，包括臭氧制备和控制部、耦合反应器和有机农药废水存储与调节部；所述臭氧制备和控制部与耦合反应器连接，用于产生臭氧，并将臭氧输送至耦合反应器；所述耦合反应器包括单阳极和双阴极组成的多组膜电极反应器，以使有机农药废水在各自独立的多组膜电极反应器中进行电化学反应，所述单阳极为管状Ti4O7膜电极，所述双阴极包括不锈钢细管阴极和不锈钢粗管阴极；所述有机农药废水存储与调节部用于储存和调节输出有机农药废水；其与耦合反应器连接并形成循环水回路以使有机农药废水往复处理直至除去有机农药；所述有机农药废水存储与调节部通过含有的压力调节器使有机农药废水在多组膜电极反应器之间持续流动。2.如权利要求1所述的处理有机农药废水的臭氧
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膜电极耦合反应系统，其特征在于，所述臭氧制备和控制部包括经气管依次相连接的氧气瓶(1)、臭氧发生器(3)、臭氧浓度检测器(4)和气体流量计(5)；所述氧气瓶(1)用于提供制备臭氧的氧气；臭氧发生器(3)用于将氧气瓶(1)中输送的氧气制备成臭氧；臭氧浓度检测器(4)用于检测臭氧发生器(3)制备的臭氧浓度；气体流量计(5)用于检测和调节输送至耦合反应器的臭氧流量。3.如权利要求2所述的处理有机农药废水的臭氧
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膜电极耦合反应系统，其特征在于，所述耦合反应器包括：反应器包材(10)形成的反应器腔体，直流电源(14)，以及位于反应器腔体中的不锈钢细管阴极(6)、臭氧曝气头(7)、膜电极阳极(8)、不锈钢粗管阴极(9)；所述不锈钢细管阴极(6)的细管一端经气管与气体流量计(5)连通，细管另一端连通臭氧曝气头(7)；所述不锈钢细管阴极(6)连接气体流量计(5)的一端位于反应器腔体外侧，臭氧经不锈钢细管阴极(6)从臭氧曝气头(7)出口曝入反应器腔体内；膜电极阳极(8)与直流电源(14)的正极电连接；不锈钢细管阴极(6)和不锈钢粗管阴极(9)分别与直流电源(14)的负极电连接；所述反应器包材(10)为有机玻璃材质，其壁上设置有进水口和出水口，所述出水口包括第一出水口(18)和第二出水口(19)，第一出水口(18)用于排出流经不锈钢细管阴极(6)与膜电极阳极(8)之间的有机农药废水；所述第二出水口(19)用于排出流经不锈钢粗管阴极(9)与膜电极阳极(8)之间的有机农药废水。4.如权利要求...

【专利技术属性】
技术研发人员：智丹，张佳，姚斌，罗子瑞，周耀渝，
申请(专利权)人：湖南农业大学，
类型：新型
国别省市：