一种原位产生Fe(IV)并用于废水处理的方法和装置制造方法及图纸

本发明专利技术属于环境电化学领域，公开了一种原位产生Fe(IV)并用于废水处理的方法和装置。以Fe电极、析氯电极和导电阴极构成双阳极电化学体系，析氯电极利用酸性废水中广泛存在的氯离子生成HClO，与Fe电极上生成的Fe

【技术实现步骤摘要】
一种原位产生Fe(IV)并用于废水处理的方法和装置


[0001]本专利技术属于废水处理
，具体涉及一种原位产生Fe(IV)并用于废水处理的方法和装置。

技术介绍

[0002]近半个世纪以来，工业发展迅猛，与之俱增的是产生了大量有机污染物废水，且这些污染物因具备高毒性、难生物降解等特性，使传统的水处理技术如活性污泥法很难高效处理。利用强氧化性自由基如
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OH、
●
Cl降解有机污染物的高级氧化技术备受关注，特别是电化学高级氧化技术，因其反应器紧凑面积小、易于自动化控制、可模块化生产组装等优点，去除有机污染物具有广泛的应用前景，成为研究热点。其中电芬顿法可在电化学反应器中原位发生芬顿反应，间接产生
●
OH，实现对污染物的降解，但阴极容易结垢导致电极失活，限制了电芬顿法在实际废水处理领域的运用；电催化氧化法通过阳极直接氧化或阳极产生强氧化性物种间接氧化降解有机污染物，但这种方法高度依赖于污染物到阳极表面的传质效率以及阳极的活性位点数量，并且阳极同样会面临沉积聚合物导致电极迅速失活的问题。混合金属氧化物电极如IrO2‑
RuO2/Ti具有较低的析氯析氧电位，当溶液中含有Cl
‑
的时候可以产生活性氯从而降解有机污染物。
[0003]活性氯介导污染物转化的电化学氧化法解决了因电极失活或电极活性位点有限导致的处理效率低的问题，但活性氯氧化能力较低，且与有机物反应后容易生成毒性更强的氯代副产物。四价铁[Fe(IV)]是分子结构中带有O原子、具有强氧化性的活性物质，相对于自由基物种(如
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OH，
·
SO
42
‑
)，Fe(IV)与其他物质发生氧化还原反应更具有选择性；相对于活性氯，Fe(IV)具有更强的氧化活性，且Fe(IV)介导的污染物降解不会生成氯代副产物；Fe(IV)在氧化污染物质后自身被还原为Fe(III)，可以作为絮凝剂用于物质的吸附絮凝去除。
[0004]因此，设计一种能原位产生Fe(IV)并用于废水处理的方法和装置存在需要。

技术实现思路

[0005]为了克服现有电化学氧化技术的缺点和不足，本专利技术的目的在于提出一种原位产生Fe(IV)并用于废水处理的方法。通过构建能原位产生Fe(IV)的双阳极电化学反应体系，无需外源投加氧化剂和絮凝剂，充分利用溶液中自有的Cl
‑
，降低化学药剂消耗、高效分离沉淀产物的情况下，实现污染物的氧化及其从水相中去除的目的。
[0006]本专利技术另一目的在于提供一种原位产生Fe(IV)并用于废水处理的装置。
[0007]本专利技术的目的通过以下技术方案实现：
[0008]一种原位产生Fe(IV)并用于废水处理的方法，实施过程如下：
[0009]析氯电极和铁片作为阳极，加上导电阴极，三者构成双阳极电化学体系，通过直流电源控制施加在电极上的电流，对废水进行处理，即能原位产生Fe(IV)并对废水进行处理，处理之后的废水被转移至沉淀系统中进行加碱沉淀。
[0010]该过程中，析氯电极上发生析氯反应，溶液中的Cl
‑
离子转化为活性氯；铁电极上源源不断地产生亚铁离子。活性氯一方面能直接氧化废水中有机污染物，另一方面能和亚铁离子反应生成具有强氧化性的Fe(IV)。Fe(IV)具有更强的氧化能力，并且拥有选择性氧化的特性，Fe(IV)优先与含有富电子基团的有机物反应；Fe(IV)介导完污染物的氧化后自己转化为Fe(III)，进而形成铁絮体实现污染物的絮凝分离去除。
[0011]所述双阳极电化学体系，具体为：由直流电源控制的双阳极电化学体系，包含Fe电极、析氯电极和导电阴极，电极面积均为9cm2。其中以Fe电极、析氯电极作为阳极，三块电极位置关系为导电阴极位于中间，Fe电极和析氯电极分别位于阴极的两边，电极与电极之间的距离为15mm；电极片固定在能够导电的电极杆上；直流电源选择恒流模式，施加在Fe电极和析氯电极上的电流分别在10
‑
100mA和100
‑
300mA范围内，反应180min。
[0012]所述电极杆可为但不限于金属钛杆。
[0013]所述析氯电极可为但不限于IrO2‑
RuO2/Ti电极、IrO2‑
TaO2/Ti电极和PbO2/Ti电极。
[0014]所述导电阴极可以为但不限于不锈钢和Cu/Zn电极。
[0015]所述的废水优选为酸性镀镍废水。
[0016]一种原位产生Fe(IV)并用于废水处理的装置，该装置包括电解系统、沉淀系统；
[0017]所述电解系统包括电解槽、电极组件(Fe电极、析氯电极、导电阴极)、机械搅拌桨、直流电流控制器、废水输送泵；废水均匀布散到电解槽内，直流电源控制器给电极组件通电后在溶液中产生Fe(IV)，在机械搅拌桨的运转下，活性物种Fe(IV)与废水中的有机物充分接触反应，特定反应时间后电解槽内的废液经废水输送泵运输至沉淀系统；
[0018]所述沉淀系统包括沉淀反应室，沉淀反应室的侧面设置有加药(碱)口，沉淀反应室里面的废水经加碱沉淀后实现高效分离，沉淀反应室的底部设置有排泥口，用于排除加碱沉淀后的沉淀絮体；沉淀反应室的侧部还设置有排水口，用于排除加碱沉淀后的上清液。
[0019]本专利技术的原理为：
[0020]本专利技术通过构建能原位产生Fe(IV)的双阳极电化学反应体系，实现电氧化和电絮凝工艺耦合效果，达到污染物氧化及其从水相中去除的目的。以酸性镀镍废水为处理对象，析氯电极能利用酸性镀镍废水中广泛存在的Cl
‑
离子生成HClO或者ClO
‑
等活性氯，铁电极上持续释放出亚铁离子。活性氯一方面可以直接氧化金属有机络合物和亚磷酸盐，另一方面还可以和亚铁离子发生反应生成Fe(IV)。在酸性条件下，活性氯会以氯气的形式溢散出溶液，且活性氯本身的氧化还原电位较低(HClO/Cl
‑
:1.49V vs SHE)，构建双阳极体系后活性物质由最开始的活性氯向Fe(IV)转化，提高了该体系的整体氧化能力；活性氯与有机物反应会生成氯代副产物，自身氧化形成高价态氯酸盐，这些产物通常表现出更强的生物毒性或环境危害性，Fe(IV)作为活性物种避免了这些副产物的生成，是一种更为绿色无害的处理方法。对于处理酸性镀镍废水，双阳极电化学体系反应因阴极析氢反应更为剧烈，180min的反应时间内溶液pH会从酸性逐渐上升到中性，此时生成大量的铁絮体，通过絮凝沉淀的方式能够去除部分游离态镍离子和全部的磷酸盐。后续废水转移至沉淀系统，便能使溶液中镍离子浓度达到排水标准。
[0021]原位产生活性高价Fe(IV)的反应式如下：
[0022]Fe
–
2e
‑
→
Fe
2+
ꢀꢀꢀ
(1)
[0023]2Cl
‑
‑
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种原位产生Fe(IV)并用于废水处理的方法，其特征在于包括如下步骤：析氯电极和铁片作为阳极，加上导电阴极，三者构成双阳极电化学体系，通过直流电源控制施加在电极上的电流，对废水进行处理，即能原位产生Fe(IV)并对废水进行处理。2.根据权利要求1所述的原位产生Fe(IV)并用于废水处理的方法，其特征在于：处理之后的废水被转移至沉淀系统中进行加碱沉淀。3.根据权利要求1或2所述的原位产生Fe(IV)并用于废水处理的方法，其特征在于：所述双阳极电化学体系，具体为：由直流电源控制的双阳极电化学体系，包含Fe电极、析氯电极和导电阴极，其中以Fe电极、析氯电极作为阳极，三块电极位置关系为导电阴极位于中间，Fe电极和析氯电极分别位于阴极的两边，电极与电极之间的距离为15mm。4.根据权利要求3所述的原位产生Fe(IV)并用于废水处理的方法，其特征在于：电极片固定在能够导电的电极杆上；所述电极杆为金属钛杆。5.根据权利要求1或2所述的原位产生Fe(IV)并用于废水处理的方法，其特征在于：直流电源选择恒流模式，施加在Fe电极和析氯电极上的电流分别在10
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100mA和100
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300mA范围内。6.根据权利要求1或2所述的原位产生Fe(IV)并用于废水处理的方法，其特征在于：所...

【专利技术属性】
技术研发人员：冯春华，徐昊林，雷振超，严樟，黄子元，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：