申請(qǐng)日2015.09.29
公開(公告)日2015.12.09
IPC分類號(hào)C02F1/461; C02F1/40; C02F1/72
摘要
本發(fā)明提供了一種用氧陰極電Fenton處理餐飲廢水的裝置及電極制作方法，其中所述裝置包括：廢水池、電極、以及電化學(xué)羥基裝置，電化學(xué)羥基裝置包括氣泵、脈沖電解電源、在氣泵出口處設(shè)置有負(fù)氧離子發(fā)生器、以及負(fù)氧離子發(fā)生器電源，氣泵出口通過曝氣導(dǎo)管與電極中的電解液連通。本發(fā)明所述裝置及電極制作方法，使得O2-2這種活性氧化-還原劑不但可以和污染物作用分解油脂，降低廢水化學(xué)需氧量，還可以利用O2-2是一種強(qiáng)烈溶劑化試劑的作用，將分相的油水混懸液分解為接近均相的溶液，為下一步?OH與水中油脂完全作用提供理想條件，使得餐飲廢水在油水分離狀態(tài)下可以快速、完全、徹底地被處理。
摘要附圖
權(quán)利要求書
1.一種用氧陰極電Fenton處理餐飲廢水的裝置，其特征在于，包括：廢水池、置于廢水池中的電極、以及電化學(xué)羥基裝置，廢水池內(nèi)由隔油板分隔成兩個(gè)相互連通的隔油1池和隔油2池，餐飲廢水進(jìn)水管設(shè)置在隔油1池上方，處理后的餐飲廢水出水管設(shè)置在隔油2池處，所述電極設(shè)置在隔油1池內(nèi)，電極通過導(dǎo)線與電化學(xué)羥基裝置連接，電化學(xué)羥基裝置包括氣泵、用于為電極提供電源的脈沖電解電源、在氣泵出口處設(shè)置有負(fù)氧離子發(fā)生器、以及負(fù)氧離子發(fā)生器電源，氣泵出口通過曝氣導(dǎo)管與電極中的電解液連通。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的處理餐飲廢水的裝置，其特征在于，所述電極從外部到內(nèi)部依次包括：設(shè)置在最外層的多孔聚乙烯塑料圓柱體框架、石墨纖維碳?xì)滞鈱�、鈦陰極、石墨纖維碳?xì)謨?nèi)層、鈦陽(yáng)極和鐵陽(yáng)極，石墨纖維碳?xì)謱⑩侁帢O牢固包覆在其內(nèi)部，在聚乙烯塑料圓柱體框架和石墨纖維碳?xì)滞鈱又g為電解液，在石墨纖維碳?xì)謨?nèi)層和鈦陽(yáng)極之間為電解液，在鈦陽(yáng)極和鐵陽(yáng)極之間為電解液。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的處理餐飲廢水的裝置，其特征在于，石墨纖維碳?xì)滞鈱雍褪w維碳?xì)謨?nèi)層將鈦陰極包覆在內(nèi)部，并用聚乙烯帶穿孔結(jié)扎。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的處理餐飲廢水的裝置，其特征在于，所述石墨纖維碳?xì)蛛姌O材料的厚度為2-3mm。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的處理餐飲廢水的裝置，其特征在于，所述鈦陽(yáng)極為涂覆有釕、銥、鈦三元涂層的電極。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的處理餐飲廢水的裝置，其特征在于，所述鈦陽(yáng)極厚度為1-2mm，網(wǎng)目為20目，鐵陽(yáng)極為純鐵的圓柱鑄鐵或純鐵陽(yáng)極。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的處理餐飲廢水的裝置，其特征在于，所述脈沖電解電源為獨(dú)立的雙路脈沖電源，其包括用于與所述電極中鈦陽(yáng)極連接的鈦陽(yáng)極電解電源和用于與所述電極中鐵陽(yáng)極連接的鐵陽(yáng)極電解電源，脈沖電解電源的負(fù)極和所述電極中陰極均接地，所述脈沖電解電源的脈沖頻率、輸出電壓和占空比均可調(diào)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的處理餐飲廢水的裝置，其特征在于，所述鈦陽(yáng)極電解電源為0-12V，脈沖周期為0-5KHz，占空比為30-70%，所述鐵陽(yáng)極電解電源為0-5V，脈沖周期為0-5KHz，占空比為10-50%。
9.一種權(quán)利要求1-8任意一項(xiàng)所述處理餐飲廢水的裝置所使用的電極制作方法，其特征在于，包括：從外部到內(nèi)部依次設(shè)置多孔聚乙烯塑料圓柱體框架、石墨纖維碳?xì)滞鈱�、鈦陰極、石墨纖維碳?xì)謨?nèi)層、鈦陽(yáng)極和鐵陽(yáng)極，石墨纖維碳?xì)謱⑩侁帢O牢固包覆在其內(nèi)部，在聚乙烯塑料圓柱體框架和石墨纖維碳?xì)滞鈱又g填充有電解液，在石墨纖維碳?xì)謨?nèi)層和鈦陽(yáng)極之間填充有電解液，在鈦陽(yáng)極和鐵陽(yáng)極之間填充有電解液;
其中，石墨纖維碳?xì)謱拥奶幚矸绞桨ǎ簩⒉煤玫氖w維碳?xì)纸?jīng)稀酸、稀堿浸泡，蒸餾水洗凈后，再經(jīng)95%乙醇浸泡、清洗，之后經(jīng)105℃烘干后，浸于1%--3%的PTEF或PVDF乳液中10-30秒，經(jīng)提拉出液面后再經(jīng)105℃烘干，以上過程反復(fù)多次，最后經(jīng)350℃進(jìn)行部分碳化。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的電極制作方法，其特征在于，所述鈦陽(yáng)極厚度為1-2mm，網(wǎng)目為20目，鈦陽(yáng)極為表面涂覆有釕、銥、鈦三元涂層的陽(yáng)極，鐵陽(yáng)極為純鐵的圓柱鑄鐵或純鐵陽(yáng)極。
說明書
用氧陰極電Fenton處理餐飲廢水的裝置及電極制作方法
技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明涉及廢水處理及電極制作技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種氧陰極電Fenton處理餐飲廢水裝置及電極制作方法。
背景技術(shù)
當(dāng)今世界關(guān)于高級(jí)氧化技術(shù)的研究和應(yīng)用，主要有臭氧催化技術(shù)、Fenton試劑氧化技術(shù)(包括各類以Fenton反應(yīng)為核心的組合技術(shù)或衍生技術(shù))、超聲降解技術(shù)、電化學(xué)氧化技術(shù)、濕式氧化技術(shù)、超臨界水技術(shù)和光催化技術(shù)/光電催化技術(shù)等。
Fenton試劑反應(yīng)是在1894年由法國(guó)科學(xué)家H.J.H.Fenton首次發(fā)現(xiàn)。典型的Fenton試劑是經(jīng)加入二價(jià)鐵離子(以下用符號(hào)Fe2+代替)由Fe2+催化還原過氧化氫(以下用符號(hào)H2O2代替)，發(fā)生Fenton化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生羥基自由基(以下記為·OH)，從而引發(fā)·OH對(duì)有機(jī)污染物的鏈?zhǔn)窖趸到夥磻?yīng)。
H2O2+Fe2+→·OH+Fe+3(1)
并利用該反應(yīng)產(chǎn)生的·OH強(qiáng)大的氧化能力對(duì)不同類型的廢水中的各類污染物產(chǎn)生降解、破壞、氧化等物理-化學(xué)作用實(shí)現(xiàn)減低污染物的濃度，部分污染物可以最終生成無毒或低毒的小分子化合物，甚至降解至CO2、H2O、O2、NO-2、NO-3、N2、PO4-3、S、SO3-2、SO4-2等無毒化合物”。
燕山大學(xué)宋士麗、馬月、李崢和山東大學(xué)馬相如分別在其碩士、博士論文中[1-4]詳細(xì)論述了采用“高效乙炔黑一PTFE陰極制備過氧化氫并通過加入二價(jià)鐵離子或原位電解產(chǎn)生Fe2+。進(jìn)而發(fā)生Fenton反應(yīng)。在論文中也涉及了不同類型的氧陰極、鈦陽(yáng)極電極設(shè)計(jì)并采用直流電壓電解產(chǎn)生H2O2和Fe2+。上述論文的主要貢獻(xiàn)是：利用新穎的氧陰極制備技術(shù)產(chǎn)生大量的H2O2并利用鐵陽(yáng)極同步產(chǎn)生Fe2+,免除了外加試劑H2O2和Fe2+，降低了處理費(fèi)用，也解決了H2O2的運(yùn)輸和儲(chǔ)存的安全問題。
中國(guó)科學(xué)院天津工業(yè)生物技術(shù)研究所李晨等在專利公開號(hào)104496003A“一種羥基自由基高效產(chǎn)生應(yīng)用裝置及其使用方法”中提出了一種產(chǎn)生羥基自由基的裝置和使用方法。在外殼內(nèi)套設(shè)一個(gè)兩端開口的導(dǎo)流筒，并在導(dǎo)流筒底部設(shè)置進(jìn)氣管，將反應(yīng)的液體加入到外殼中，并將導(dǎo)流筒浸沒，由進(jìn)氣管向內(nèi)持續(xù)注入空氣，則在導(dǎo)流筒內(nèi)產(chǎn)生向上運(yùn)行的氣流，液體由氣流帶動(dòng)下在導(dǎo)流筒內(nèi)部也向上運(yùn)行，運(yùn)行到導(dǎo)流筒頂部之后，在重力作用下向?qū)Я魍仓苓叿稚⒉⑾蛳逻\(yùn)行，并重新到達(dá)所述外殼底部，從而使液體形成經(jīng)過導(dǎo)流筒內(nèi)部及導(dǎo)流筒側(cè)壁與外殼側(cè)壁之間的內(nèi)循環(huán)系統(tǒng)，使液體中的催化劑與電極板充分接觸，產(chǎn)生大量的羥基自由基，并使產(chǎn)生的羥基自由基及時(shí)地與液體中的反應(yīng)材料接觸，避免羥基自由基在局部的累計(jì)造成失效，能夠有效提高羥基自由基的利用效率。
但是，現(xiàn)有技術(shù)存在以下缺點(diǎn)：
�、拧⑸鲜觥案咝б胰埠谝籔TFE陰極制備”只是實(shí)驗(yàn)室的小型制備，沒有批量生產(chǎn)更沒有商品生產(chǎn)。大面積電極制備有一定技術(shù)瓶頸影響進(jìn)一步提高H2O2產(chǎn)量。目前制備的電極比表面積偏小影響電極性能。
�、�、直流電壓同步產(chǎn)生H2O2和的量不能與Fenton反應(yīng)所需的量匹配，往往Fe2+的量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于反應(yīng)所需求的量，導(dǎo)致消耗已經(jīng)產(chǎn)生的·OH，影響處理效果。
⑶、直流電壓電解的電解效率較低，并易產(chǎn)生電極鈍化。雖然可以采用倒極(即陰陽(yáng)極對(duì)調(diào))的辦法減輕鈍化現(xiàn)象。但由于所用陰陽(yáng)極材料、結(jié)構(gòu)并不相同，不但增加電極制備費(fèi)用，而且效果并不明顯。
�、�、由于采用穩(wěn)橫直流電壓電解，電流效率較低。特別是在較大電流密度下電流效率減低明顯。
⑸、由于餐飲廢水含油脂較高，廢水中存在大量的獨(dú)立于水相的油滴。嚴(yán)重影響·OH與油滴內(nèi)部的油脂作用，使反應(yīng)變慢和作用不完全，影響處理效果。
�、省⒐_號(hào)104496003A的專利提出了一種流體力學(xué)方案，使反應(yīng)狀態(tài)更加合理。但在本質(zhì)上并沒有解決上述(5)中提到的問題，對(duì)于本質(zhì)問題沒有徹底解決。
發(fā)明內(nèi)容
為此，本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是：提供一種用氧陰極電Fenton處理餐飲廢水的裝置及電極制作方法，使得油水分離狀態(tài)下可以快速、完全、徹底處理餐飲廢水。
于是，本發(fā)明提供了一種用氧陰極電Fenton處理餐飲廢水的裝置，包括：廢水池、置于廢水池中的電極、以及電化學(xué)羥基裝置，廢水池內(nèi)由隔油板分隔成兩個(gè)相互連通的隔油1池和隔油2池，餐飲廢水進(jìn)水管設(shè)置在隔油1池上方，處理后的餐飲廢水出水管設(shè)置在隔油2池處，所述電極設(shè)置在隔油1池內(nèi)，電極通過導(dǎo)線與電化學(xué)羥基裝置連接，電化學(xué)羥基裝置包括氣泵、用于為電極提供電源的脈沖電解電源、在氣泵出口處設(shè)置有負(fù)氧離子發(fā)生器、以及負(fù)氧離子發(fā)生器電源，氣泵出口通過曝氣導(dǎo)管與電極中的電解液連通。
其中，所述電極從外部到內(nèi)部依次包括：設(shè)置在最外層的多孔聚乙烯塑料圓柱體框架、石墨纖維碳?xì)滞鈱印⑩侁帢O、石墨纖維碳?xì)謨?nèi)層、鈦陽(yáng)極和鐵陽(yáng)極，石墨纖維碳?xì)謱⑩侁帢O牢固包覆在其內(nèi)部，在聚乙烯塑料圓柱體框架和石墨纖維碳?xì)滞鈱又g為電解液，在石墨纖維碳?xì)謨?nèi)層和鈦陽(yáng)極之間為電解液，在鈦陽(yáng)極和鐵陽(yáng)極之間為電解液。
其中，石墨纖維碳?xì)滞鈱雍褪w維碳?xì)謨?nèi)層將鈦陰極包覆在內(nèi)部，并用聚乙烯帶穿孔結(jié)扎。
所述石墨纖維碳?xì)蛛姌O材料的厚度為2-3mm。
所述鈦陽(yáng)極為涂覆有釕、銥、鈦三元涂層的電極。
所述鈦陽(yáng)極厚度為1-2mm，網(wǎng)目為20目，鐵陽(yáng)極為純鐵的圓柱鑄鐵或純鐵陽(yáng)極。
其中，所述脈沖電解電源為獨(dú)立的雙路脈沖電源，其包括用于與所述電極中鈦陽(yáng)極連接的鈦陽(yáng)極電解電源和用于與所述電極中鐵陽(yáng)極連接的鐵陽(yáng)極電解電源，脈沖電解電源的負(fù)極和所述電極中陰極均接地，所述脈沖電解電源的脈沖頻率、輸出電壓和占空比均可調(diào)。
所述鈦陽(yáng)極電解電源為0-12V，脈沖周期為0-5KHz，占空比為30-70%，所述鐵陽(yáng)極電解電源為0-5V，脈沖周期為0-5KHz，占空比為10-50%。
本發(fā)明還提供了一種上述處理餐飲廢水的裝置所使用的電極制作方法，該方法包括：從外部到內(nèi)部依次設(shè)置多孔聚乙烯塑料圓柱體框架、石墨纖維碳?xì)滞鈱印⑩侁帢O、石墨纖維碳?xì)謨?nèi)層、鈦陽(yáng)極和鐵陽(yáng)極，石墨纖維碳?xì)謱⑩侁帢O牢固包覆在其內(nèi)部，在聚乙烯塑料圓柱體框架和石墨纖維碳?xì)滞鈱又g填充有電解液，在石墨纖維碳?xì)謨?nèi)層和鈦陽(yáng)極之間填充有電解液，在鈦陽(yáng)極和鐵陽(yáng)極之間填充有電解液;
其中，石墨纖維碳?xì)謱拥奶幚矸绞桨ǎ簩⒉煤玫氖w維碳?xì)纸?jīng)稀酸、稀堿浸泡，蒸餾水洗凈后，再經(jīng)95%乙醇浸泡、清洗，之后經(jīng)105℃烘干后，浸于1%--3%的PTEF或PVDF乳液中10-30秒，經(jīng)提拉出液面后再經(jīng)105℃烘干，以上過程反復(fù)多次，最后經(jīng)350℃進(jìn)行部分碳化。
其中，所述鈦陽(yáng)極厚度為1-2mm，網(wǎng)目為20目，鈦陽(yáng)極為表面涂覆有釕、銥、鈦三元涂層的陽(yáng)極，鐵陽(yáng)極為純鐵的圓柱鑄鐵或純鐵陽(yáng)極。
本發(fā)明所述用氧陰極電Fenton處理餐飲廢水的裝置及電極制作方法，通過在氣泵出口處設(shè)置負(fù)氧離子發(fā)生器的方式，利用負(fù)氧離子發(fā)生器產(chǎn)生的含有大量O2-2的氣體代替普通空氣或氧氣，使得O2-2這種活性氧化-還原劑不但可以和污染物作用分解油脂，降低廢水化學(xué)需氧量(以下簡(jiǎn)稱CODcr)，還可以利用O2-2是一種強(qiáng)烈的溶劑化試劑的作用，將分相的油水混懸液作用為接近均相的溶液，為下一步羥基自由基·OH與水中的油脂完全作用提供理想條件，使得餐飲廢水在油水分離狀態(tài)下可以快速、完全、徹底地被處理。
進(jìn)一步，利用市售商品大孔隙石墨纖維碳?xì)�，�?jīng)疏水處理制得理想氧陰電極的電極材料。不但提高了電極面積，也為大批量生產(chǎn)電極創(chuàng)造了條件。
進(jìn)一步，所述脈沖電解電源，采用獨(dú)立的雙路脈沖電源形式，將電源脈沖頻率、輸出電壓、占空比均設(shè)置為合適范圍內(nèi)的可以調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)了大約節(jié)能1/3-1/2的目的，并能夠保證提供合適的H2O2和Fe2+濃度比。
