[发明专利]一种漂浮式三明治型电芬顿污水处理装置及方法

说明书

本发明属于污水处理领域，提出了一种漂浮式三明治型电芬顿污水处理装置及方法。该装置以空气主动扩散电极为阴极，形稳电极为阳极，活性炭纤维毡为中间层构成三明治型结构。空气主动扩散阴极漂浮于水面，利用空气中的氧气电合成H₂O₂；活性炭纤维毡中间层可吸附富集水中污染物，并有还原Fe³⁺的功能。该污水处理装置结合了吸附富集和氧化降解功能，可高效去除有机污染物。该污水处理方法的pH和电导率适用范围广，特别是对水体中低浓度污染物的去除效能更具优势。本发明解决了常规电芬顿工艺中H₂O₂合成和Fe³⁺还原效率低、对低浓度有机污染物去除效能低、pH值和电导率适用范围窄等问题，可有效提高电芬顿工艺的处理效能。

技术领域

本发明涉及污水处理技术领域，具体地，本发明涉及一种有机污水的处理方法及装置。

背景技术

电化学高级氧化污水处理工艺由于其绿色、安全、高效和可控性强的优点，在难生物降解有机污水的处理领域得到了越来越多的关注。电芬顿技术具有安全、可控、高效等优点，在污水处理领域受到广泛关注。在电芬顿工艺中，阴极通过O₂的两电子还原反应原位合成H₂O₂，H₂O₂与外加的Fe²⁺反应生成强氧化性的^·OH，可以将水中的有机污染物氧化甚至矿化。

H₂O₂的产量和溶液中的Fe²⁺量决定了电芬顿工艺产生^·OH的效率。H₂O₂与Fe²⁺发生芬顿反应的同时会将Fe²⁺转化为Fe³⁺，造成溶液中的Fe²⁺含量下降，导致电芬顿工艺中的^·OH产率降低。在传统电芬顿工艺中难以同时实现H₂O₂的高效合成和Fe²⁺快速再生，较低的H₂O₂生成效率或者较慢的Fe³⁺还原速率往往造成电芬顿工艺对污染物的氧化效率下降。此外，受限于污染物的传质效率以及自由基短暂的寿命，传统电化学工艺对污水中低浓度污染物的去除效率偏低，造成了工艺处理能耗相对更高。

综上所述，电芬顿污水处理工艺具有绿色安全、操作简便的优点，但同时也存在着H₂O₂产率低、Fe³⁺还原速率慢、对低浓度难降解污染物去除时空效率低等问题，因此构建一种改进型的电芬顿污水处理装置和方法十分必要。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种漂浮式三明治型电芬顿污水处理装置及方法。该污水处理装置包括空气主动扩散电极、活性炭纤维毡、形稳电极、绝缘网、直流电源和反应容器；所述空气主动扩散电极作为阴极，该阴极位于三明治结构最上方并漂浮于水面上，电极负载催化层一侧向下与液体接触，电极另一侧的气体扩散层暴露于空气中；所述阴极下方为活性炭纤维毡层，该层为三明治结构的中间层；所述活性炭纤维毡下方为形稳电极，该电极作为阳极，位于三明治结构的最下方；所述活性炭纤维毡中间层与所述空气主动扩散阴极和形稳阳极均不接触，所述活性炭纤维毡与阴阳极之间通过绝缘网分隔，绝缘网厚度为1-10mm；所述活性炭纤维毡中间层和形稳阳极均位于液面以下，所述空气主动扩散阴极与所述形稳阳极相对放置，并且电极面积接近；所述空气主动扩散阴极通过贯穿其气体扩散层的导电金属丝与直流电源负极相连；所述形稳阳极通过导电金属棒与直流电源正极相连；所述活性炭纤维毡中间层不与直流电源连接。