[发明专利]原位生成过硫酸盐和双氧水去除污染物的装置及处理方法

权利要求书

1.一种原位生成过硫酸盐和双氧水去除新型污染物的装置，其特征在于，所述装置包括污水循环单元、气体生成单元、污水处理单元和电控单元；

所述污水循环单元包括临时污水储存池（1）、蠕动泵（2）、第一电磁阀（3）和第二电磁阀（4），蠕动泵（2）将污水通过第一电磁阀（3）输送到气体生成单元，蠕动泵（2）还将污水通过第二电磁阀（4）输送到污水处理单元；

所述气体生成单元依次包括与第一电磁阀（3）相连通的溶液入口（5）、第一流量计（6）、氧气产生区（7）、固体入口（8）和第二流量计（10）；

所述污水处理单元包括污水处理罐（24）、置于污水处理罐（24）内部与水平面垂直且依次平行悬挂设置的第一气体扩散阴极（14）、电化学阳极（15）和第二气体扩散阴极（16），环绕电化学阳极（15）设置一圈离子交换膜（25），所述离子交换膜（25）将第一气体扩散阴极（14）、电化学阳极（15）和第二气体扩散阴极（16）隔开成阳极区和阴极区，所述污水处理罐（24）的内部底部设置有与氧气产生区（7）相连通的第一纳米曝气盘（11）和第二纳米曝气盘（12），所述污水处理罐（24）顶部设置硫酸盐投加入口（18），所述污水处理罐（24）侧壁下部设置有与第二电磁阀（4）相连通的污水入口及过滤器（13），所述污水处理罐（24）侧壁上部设置有与污水储存池（1）相连通的溶液出口（17）；

所述电控单元包括电源（23），所述电源（23）分别通过第一负极电极开关（20）、正极开关（21）和第二负极电极开关（22）控制第一气体扩散阴极（14）、电化学阳极（15）和第二气体扩散阴极（16），所述污水处理罐（24）罐体为圆柱体结构，所述离子交换膜（25）与污水处理罐（24）的罐体为同心设置，所述气体生成单元中投加的固体为金属过氧化物，所述金属氧化物为过氧化钠、过氧化钙、过氧化钾中的一种或几种；或所述气体生成单元改成空气泵，以空气作为氧气源，所述阳极区通过电解硫酸盐生成过硫酸盐，阴极区通过第一气体扩散阴极（14）和第二气体扩散阴极（16）电解催化氧气生成双氧水，电化学阴阳极间电压为1~30V，所述阳极区溶液pH为2~8；所述电化学阳极为铂片，纯度为99.99％；阳极区电解质为硫酸盐，浓度为0.1-1.5mol/L；第一气体扩散阴极（14）和第二气体扩散阴极（16）的尺寸大小与电化学阳极（15）一样，厚度5-15 mm，所述氧气速率为 20-100 mL/min，所述第一气体扩散阴极（14）和第二气体扩散阴极（16）的具体制作步骤是：

a）将促导剂、造孔剂和气体扩散电极基材按照一定质量比混合均匀后，置于无水乙醇或聚乙二醇中超声混匀，得到混合溶液；

b）将步骤a）制备得到的混合溶液加入粘结剂后在恒温水浴下搅拌至橡皮状的混合物；

c）将经过步骤b）得到的橡皮状的混合物包裹在泡沫镍上，添加乙醇后压制成型，随后悬空置于石英坩埚上，以N₂或者氩气作为保护气气流的真空管式电炉中，以升温速率5-8°C/min升温至400-600°C并恒温1-2 h，冷却后用80-100°C超纯水洗涤，自然风干后即得到电化学气体扩散阴极；

所述促导剂、造孔剂、粘结剂和气体扩散电极基材的质量比是（5~15）：（10~40）：（150~350）：150；所述促导剂为乙炔黑或炭黑；所述造孔剂为碳酸钠或/和碳酸氢钠；所述粘结剂为60 wt%聚四氟乙烯乳液；所述气体扩散电极基材为分级多孔碳材料，比表面积是150-400m²/g，孔隙体积为0.1-1.0 cm³/g，

所述气体扩散电极基材具体制作步骤是：

S1）将硅酸钠，碳酸钠，氯化钠，葡萄糖，磷酸二氢铵按照一定质量比混合均匀后，置于超纯水中超声混匀，得到混合溶液；

S2）将步骤S1）制备得到的混合溶液在-60°C及以下温度下冷冻干燥一定时间，待成白色粉状固体后，取出研磨充分；

S3）将经过步骤S2）得到的粉状固体放入石英坩埚中铺匀后置于以N₂或者氩气作为保护气气流的真空管式电炉中，以升温速率3-10°C/min升温至600-800°C并恒温1-2 h，冷却用超纯水洗涤，最后置于50-70°C真空干燥箱24 h及以上；

所述硅酸钠，碳酸钠，氯化钠，葡萄糖，磷酸二氢铵的质量比是160：250：1000：120：500；

所述离子交换膜为均相膜，根据电解质种类选择阳离子交换膜、阴离子交换膜和两性交换膜，透过度和反离子迁移数大于90%，所述离子交换膜为HMTECH-E17270。

2.一种基于权利要求1所述装置的污水处理方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤：

1）污水经过临时污水储存池（1）初步沉淀去杂后，首先打开第一电磁阀（3）通过蠕动泵（2）将污水从溶液入口（5）先输入到气体产生单元，投入金属过氧化物反应一段时间后得到氧气，再打开第二电磁阀（4）经污水入口及过滤器（13）输送到污水处理单元；

2）污水完全浸没第一气体扩散阴极（14）、电化学阳极（15）和第二气体扩散阴极（16）后，依次打开溶液出口（17）、第一流量计（6）、第二流量计（10）、第一负极电极开关（20）、正极开关（21）和第二负极电极开关（22），氧气进入第一纳米曝气盘（11）和第二纳米曝气盘（12），待氧气流量稳定后，经硫酸盐投加入口（18）投入硫酸盐进入到阳极区；

3）待阳极原位生成的过硫酸盐和阴极原位生成的双氧水耦合时，对污水处理单元内部的污水进行净化处理，处理后的污水通过污水处理单元的溶液出口（17）循环至污水储存池（1），待完全净化后，处理后的水可直接经溶液出口（17）另存在新容器中待用。