[发明专利]超重力强化电Fenton法处理废水的传质过程的装置及工艺

说明书

技术领域

    本发明属于水处理的技术领域，具体涉及一种超重力强化电Fenton法处理废水的传质过程的装置及工艺。

背景技术

电Fenton法的研究始于20世纪80年代。到目前为止，国内外众多学者采用电Fenton法处理各种废水,并取得了一定的效果。电Fenton法是借助外加电流的作用产生Fe²⁺ 和H₂O₂，由此作为Fenton 试剂的持续来源，发生一系列化学反应，使废水中的有害杂质得以转化而被去除。其中H₂O₂在Fe²⁺的催化作用下会生成氧化能力很强的羟基自由基·OH，其氧化电位高达2.80V。·OH还具有很高的电负性和亲电性，其电子亲和能力达569.3KJ，具有很强的加成反应特性，因此降解废水中有机物的能力很强，特别适用于生物或一般化学氧化难以奏效的废水的处理。电Fenton法可藉电解方法现场同时生成Fe²⁺与H₂O₂，不用外加化学试剂，且Fe²⁺可循环再生利用，可谓高效、廉价的废水处理技术，近年来广泛应用于处理废水过程的研究。

随着人们对电Fenton法处理废水的深入研究发现，阴极和阳极上分别发生析氢和析氧反应，生成的H₂和O₂会以气泡的形式附着于电极表面造成电极有效面积减小，阻碍了O₂在阴极还原成H₂O₂。O₂在废水中传质受阻，这致使阴极表面生成H₂O₂的还原反应速度迟缓；而且废水中Fe²⁺和H₂O₂传输过程中易产生浓差极化，这致使离子间传质受阻，Fenton反应速度迟缓，副反应增加，从而使处理效率降低、能耗增加。目前，许多研究者都致力于研制对O₂生成H₂O₂过程具有高催化活性、大O₂接触面积的阴极材料，而对废水中O₂、Fe²⁺和H₂O₂以及参与反应的离子之间的传质过程的强化的研究却很少。因此研制强化电Fenton法处理废水传质过程的工艺及其装置是推动电Fenton法处理废水深入发展的关键技术之一。

发明内容

本发明为了解决传统电Fenton法处理废水时传质受限的难题，提供了一种超重力强化电Fenton法处理废水的传质过程的装置及工艺。

本发明采用如下的技术方案实现：

超重力强化电Fenton法处理废水的传质过程的装置，包括内附绝缘层的不锈钢外壳，外壳内置若干圆筒阴极及阴极连接盘和若干波纹圆筒阳极及阳极连接盘，波纹圆筒阳极和圆筒阴极同心交替排列，各圆筒阴极底端连接于阴极连接盘，各波纹圆筒阳极顶端连接于阳极连接盘，各圆筒阴极的自由端与阳极连接盘之间以及各波纹圆筒阳极的自由端与阴极连接盘之间均留有距离，波纹圆筒阳极及阳极连接盘相对外壳静止，阴极连接盘中心连接可高速旋转的转轴，阴极连接盘上布有进气孔，阴极连接盘底部设置气体流通室，气体流通室与穿过外壳设置的气体进口管连接，外壳顶部设置有气体出口管，阳极连接盘的中心开孔连接穿过外壳设置的废水进口管，废水进口管与废水储槽相连，外壳底部设置有废水出口管。

所述的波纹圆筒阳极的波纹弯曲角度为90°，为保证废水在波纹圆筒电极上的湍动状态，每150mm高的圆筒电极上设置波纹个数5～10个，波纹峰高10mm～15mm。

所述的圆筒阴极和波纹圆筒阳极高度相等，各圆筒阴极距离阳极连接盘的距离与各波纹圆筒阳极距离阴极连接盘的距离相等，其距离为圆筒高度的1/10～1/4，各波纹圆筒阳极与阳极连接盘之间以及各圆筒阴极与阴极连接盘之间均为可自由拆卸式连接。

所述的波纹圆筒阳极材料选取可溶出Fe²⁺的材料，为铁或不锈钢材料，圆筒阴极材料采用石墨、不锈钢材料或不锈钢上覆盖活性碳纤维材料。

所述的进气孔在阴极连接盘上呈辐射状、均匀分布，开孔率0.01%～0.03%，进气孔在阴极连接盘上位于所连接的各个圆筒阴极和各个波纹圆筒阳极之间形成的各个环隙当中，并且靠近各个圆筒阴极的内外周边分布，阴极连接盘及其上布置的进气孔构成气体分布器。