[发明专利]一种聚磷酸盐活化的微电解芬顿氧化水处理方法

说明书

本发明提供了一种聚磷酸盐活化的微电解芬顿氧化水处理方法，它是在含有溶解氧、聚磷酸盐的弱酸性或中性难降解有机废水溶液中，用导线直接连接聚吡咯阴极和铁阳极，构建微电解原电池，系统反应生成羟基自由基并氧化降解有机污染物。该聚磷酸盐活化的微电解芬顿氧化水处理系统包含两个芬顿反应路径，一个是电芬顿反应路径，另一个是聚磷酸盐诱导的芬顿反应路径，两种反应路径共同发生作用。反应过程中不需要电能输入，反应结束后不产生铁泥，应用该方法处理有机废水，处理效率高，环境残留少。

技术领域

本发明属于环境工程水污染控制技术领域，具体涉及的是芬顿氧化水处理方法的改进，适用于难降解有机废水的处理。

背景技术

传统的芬顿反应是在pH 3的介质溶液中，投加Fe²⁺和H₂O₂，两者反应生成羟基自由基(·OH)和Fe³⁺，·OH是一种强氧化剂，可将绝大多数难降解有机污染物矿化为CO₂和H₂O。但是，传统的芬顿反应存在一定的问题，首先H₂O₂作为一种易爆原料，其储存运输过程存在一定的安全风险，其次较强的酸性反应条件一方面增加了药剂费，另一方面也对设备的防腐提出了较高的要求，反应结束后，需要加碱进行中和反应，同时生成大量铁泥，造成二次固废污染。

电芬顿技术是在芬顿技术基础上发展起来的，在电芬顿工艺中，Fe²⁺和H₂O₂可在电能的驱动下分别在电解池的阳极和阴极原位生成，电芬顿技术解决了芬顿试剂的运输问题，但传统的电芬顿系统仍要求pH 3的介质反应条件，因此，同样无法解决酸碱药剂的消耗以及铁泥的产生问题，此外，额外的电能输入也会增加运行成本。

因此，改进工艺原理方法，以达到提高并扩展芬顿反应的pH适用范围、减少铁泥产量、提高·OH产率、降低电芬顿过程的能耗等目的，将更有利于降低芬顿工艺的运行成本并提高其水处理效率。

发明内容

本发明的具体技术方案为：

一种聚磷酸盐活化的微电解芬顿氧化水处理方法，其特征在于，在含有溶解氧、聚磷酸盐的弱酸性或中性难降解有机废水溶液中，用导线直接连接聚吡咯阴极和铁阳极，构建微电解原电池，系统反应生成羟基自由基并氧化降解有机污染物。

进一步的，所述的弱酸性或中性难降解有机废水溶液的pH值应控制在4.5～8.0。

进一步的，所述的聚磷酸盐可以是三聚磷酸盐或四聚磷酸盐，聚磷酸盐在废水中的浓度应控制在0.5～2.0mmol/L。

进一步的，所述的聚吡咯阴极是通过采用电聚合方法将吡咯氧化聚合在导电材料表面制成的，所述的导电材料可以选用不锈钢、石墨、聚丙烯腈基碳纤维等导电性能良好且在水中化学性质稳定的材料。

进一步的，所述的聚吡咯阴极与铁阳极的表面积比应控制在5:1～7:1。

进一步的，采用曝空气的方式为废水溶液充氧，曝气强度以控制溶解氧浓度不低于4.0mg/L为宜。

本发明的技术原理为：在聚磷酸盐(TPP)存在的情况下，Fe(II)与聚磷酸盐发生络合反应生成Fe(II)-TPP，Fe(II)-TPP和H₂O₂发生芬顿反应(反应1)；该聚磷酸盐活化的微电解芬顿氧化反应包含两个芬顿反应路径，一个是电芬顿反应路径，另一个是聚磷酸盐诱导的芬顿反应路径，两种路径共同发生作用；电芬顿反应路径所需的Fe(II)和H₂O₂分别来自于微电解电池的阳极反应(反应2)和阴极反应(反应3)；聚磷酸盐诱导的芬顿反应路径所需的Fe(II)来自于铁片在废水溶液中的化学腐蚀(反应4)，H₂O₂来自于聚磷酸盐诱导的氧活化反应(反应5，6)。其具体反应式如下所示。