[发明专利]一种臭氧耦合电芬顿催化去除废水中化学需氧量的方法

说明书

本发明公开了一种臭氧耦合电芬顿催化去除废水中化学需氧量的方法，利用电芬顿法催化去除废水中化学需氧量的系统中，阳极采用以钝性阳极和铁做为接触式双阳极，阴极采用石墨毡；或者阳极采用铁作为阳极，阴极采用石墨毡；或者以钝性阳极，阴极采用铁和石墨毡做为接触式双阴极，电解液为待降解的污水构筑电芬顿体系，外接恒定直流电流，外接臭氧发生器向阴极通入臭氧。通过将电芬顿与臭氧氧化技术进行耦合快速降解溶液中有机污染物，实现COD的高效去除。本发明无需外加试剂，无需调节pH值，不产生二次污染，十分值得推广。

技术领域

本发明属于环境污染控制领域，主要涉及一种利用电芬顿耦合臭氧氧化技术高效去除污水中化学需氧量（COD）的方法，适用于工业、农业、医药领域污水的处理。

背景技术

COD（化学需氧量）是在受污染的污水中，能被强氧化剂氧化的物质（一般为有机物）的氧当量，它反映了水中受还原性物质污染的程度，也可作为有机物相对含量的综合指标之一。化学需氧量的数值高，代表水中含有大量还原性物质，主要是有机污染物。这些有机污染物难以被水中微生物降解，将对水生生物造成持久性毒害，导致水生生物大量死亡，河流生态系统将被摧毁。此外，若被毒害的水中生物以食物的形式进入人体，长期积累极有可能致畸形、致突变甚至致癌，对人类危害极大。因此，开发经济高效的COD去除方法一直是环境污染控制领域工作者所关注的问题。

发明内容

臭氧氧化能力强（氧化还原电势为2.07V），且臭氧氧化技术操作简便，广泛应用于工业污水处理领域，特别是污水中去除COD。由于臭氧是一种高选择性氧化剂，可快速进攻富电子基团，如双键（C=C、C=N、N=N）、活泼芳香烃化合物及去质子化的胺基基团，促使这类有机污染物被快速降解。但是，对于许多抗臭氧化的有机污染物：如饱和脂肪烃、氯烯烃以及含吸电子基团的有机化合物等等，臭氧分子无法将其氧化降解。

众所周知，臭氧与有机污染物反应途径有两个：直接反应——臭氧分子直接氧化有机污染物；自由基反应——臭氧分解产生的羟基自由基降解有机污染物。如前所述，臭氧分子具有高选择性，相对应的，臭氧分子无法对有机污染物进行完全矿化，降解产生的中间产物毒性甚至有可能高于原始污染物。由于羟基自由基（·OH）的氧化还原电势为2.33V，氧化能力强于臭氧，且可无选择性与溶液中绝大部分有机污染物发生反应。但是臭氧分解产生羟基自由基的速率常数极低（70M^-1s^-1）。为了提升羟基自由基的生成速率，许多研究报道在臭氧氧化过程中投入双氧水（H₂O₂）。试验结果表明，H₂O₂的加入可显著提升臭氧至羟基自由基的转化率，不仅促进有机物污染物的降解，也极大地提升了它们的矿化效率。但是外加双氧水大大提升工程应用的药剂成本。另外，如何原位产生双氧水与臭氧催化进行耦合是解决该问题的关键。

电芬顿反应催化分解污水的过程中，试剂Fe²⁺与H₂O₂都可以通过电化学方法产生，在阴极还原氧气（曝气）可原位产生H₂O₂，铁电极在阳极氧化产生Fe²⁺，Fe²⁺与H₂O₂反应产生·OH自由基快速矿化有机污染物。但是该技术反应后、副产物铁泥的产生量大，容易造成二次污染。

在2016年我国发布的《国家危险废物名录》中，明确将83种高难度化工污水处理过程中产生的污泥归类为危险废物；另一方面，市场价格的危废的处理成本为0.5~1万元每吨。因此，污水处理过程中产生的危险废物也是制约化工行业发展的难题。除此之外，电芬顿的pH值适用范围窄，在中性及碱性条件下反应被严重抑制，基本无法发生反应。

基于上述的情况，现有的臭氧催化、电芬顿反应处理高COD污水的方法，主要存在以下三点不足：

（1）臭氧作为高选择性氧化剂，无法有效的对有机污染物进行完全矿化，还可能产生二次污染。