[发明专利]一种提高铁催化剂效率的阴阳极协同电催化处理高有机氮的方法

说明书

本发明为电催化芬顿氧化‑电化学氧化耦合体系及其处理含有机氮废水的方法，该方法为在电催化芬顿氧化反应器内，以多孔复合铁电极为阳极，改性后碳材料或不锈钢电极为阴极，阴阳极分别与稳压电源的正负极连接；将反应器置于高有机氮废水中，接通电源进行电催化芬顿氧化反应；电催化芬顿氧化反应结束后，将废水通入窄通道电化学氧化管式反应器中，通过阳极的电化学氧化反应进一步降解处理；反应结束后，废水通入另一窄通道电化学氧化管式反应器，阳极继续发生电化学氧化进行污染物降解，阴极产生的双氧水与废水中的剩余铁离子发生芬顿反应。本发明将三价铁与二价铁的循环利用，降低产泥量，提高铁离子利用效率，也使得有机污染物的去除效率提高。

技术领域

本发明属于污水处理技术领域，具体为一种提高铁催化剂效率的阴阳极协同电催化处理高有机氮的方法。

背景技术

目前典型的化工废水预处理技术有微电解技术和芬顿氧化技术，这些技术在化工废水处理工艺设计中经常被利用到，有较好的处理效果。对微电解技术和芬顿氧化技术耦合利用时，一般把微电解反应装置和芬顿氧化反应装置先后串联，通过这一耦合的处理方式使废水生物毒性降低并且提高废水可生化性，从而满足后续生化处理的处理条件。传统的芬顿法在处理污水时存在的问题主要在于铁泥量产生较大，铁离子流失严重，铁离子利用率低；芬顿氧化工艺所产生的铁泥属于危险固废，危险固废需要进行后续处理且成本较高。

含氮杂环化合物如环唑类化合物、嘧啶类化合物等，属于典型化学工业合成物，并被广泛应用于医药、化妆品、消毒剂、染料、农药等行业中。此类物质相比于其他杂环 物质具有更高的极性和更加稳定的结构，通常表现为废水总氮中氨氮浓度低，但有机氮 浓度高等特点，如果不对总氮中的高浓度有机氮进行有效地物化预处理，直接进入生化 后，将对常规生化系统产生完全的抵抗性，无法通过传统的生化法实现高效的去除，甚 至造成污泥膨胀和解体，使生化系统崩溃。由于其稳定的化学性质，导致其在水体、土 壤等自然介质中不断积累，通过食物链进入生物体并逐渐富集，对生物、微生物和人类 的健康构成了严重威胁。因此亟待开发一种新型经济高效的预处理工艺，从而降低此类 废水的毒性并提高可生化性，为后续的生化工艺创造良好的处理条件。近年来的研究已 表明微电解-芬顿耦合技术是实现含氮杂环化合物废水物化预处理的较为高效可行的途 径之一。然而，芬顿工段需要投加过量的硫酸亚铁和双氧水，投加药剂成本高、二次污 染大等缺点严重限制了微电解—芬顿耦合技术的实际工程应用。主要原因是由于投加的 硫酸亚铁在水中的分散效果不高，且二价铁的利用效率较低。如何提高亚铁离子的利用 率和降低外加双氧水的用量，提高芬顿反应的效率并且减少铁泥产生量，是微电解-芬 顿组合工艺必须要克服的技术难题。

发明内容

本发明目的在于提供一种提高铁催化剂效率的阴阳极协同电催化处理高有机氮的方法。

实现本发明目的的技术解决方案是：

本发明的电催化芬顿氧化-电化学氧化耦合体系，所述的实验反应装置包括用于包含阴阳极、连接导线和稳压电源的电催化芬顿氧化管式(或板式)反应器和窄通道电化学氧化的管式反应器。电催化芬顿氧化管式(或板式)反应器与窄通道电化学氧化管式反应器和电化学管式反应器串联使用，3个反应器分别与3个稳压电源分别连接。

利用上述电催化芬顿氧化-电化学氧化耦合体系及其处理含有机氮废水的方法为：在电催化芬顿氧化反应器内，以多孔复合铁电极为阳极，改性后碳材料或不锈钢电极为阴极，阴阳极分别与稳压电源的正负极连接；将反应器置于高有机氮废水中，接通电源进行电催化芬顿氧化反应。电催化芬顿氧化反应结束后，将废水通入窄通道电化学氧化管式反应器中在阳极上发生电化学氧化反应；反应结束后进入电化学管式反应器进行反应。

所述的窄通道电化学氧化管式反应器阳极基体材质为TA1或TA2纯钛，表面可由铅、钌、铱、钽、锡、锑等金属材料改性得到活性催化层；阴极基体材质为TA1或TA2 纯钛、304/316L不锈钢或石墨粉压制。阴极表面可由聚四氟乙烯、炭黑等采用溶胶凝胶法改性得到。