申请日2018.08.15
公开(公告)日2018.12.04
IPC分类号C02F1/463; C02F1/461; C02F1/72; C02F1/74
摘要
一种基于电芬顿耦合电絮凝处理垃圾渗滤液的方法，以铁或不锈钢电极作为阳极，以碳纤维或改性碳纤维为阴极，溶解氧在阴极表面通过发生两电子的氧还原反应生成过氧化氢，生成的过氧化氢与阳极生成的Fe(II)催化反应生成强氧化剂羟基自由基;阳极产生的及亚铁氧化生成的Fe(III)，经过一系列水解、聚合过程，形成多种羟基络合物和氢氧化物，使得垃圾渗滤液中的胶态杂质、悬浮杂质和重金属离子絮凝沉淀而分离。本发明原位产生过氧化氢避免了其在运输储存和使用时产生的危险，处理过程清洁，无需外部持续投加双氧水和絮凝剂。本发明将电絮凝和电芬顿技术相结合，电极材料廉价易得，制备方法简单，处理周期短，可有效去除垃圾渗滤液中的难降解有机物和重金属离子。
权利要求书
1.一种基于电芬顿耦合电絮凝处理垃圾渗滤液的方法，其特征在于，在垃圾渗滤液中，以铁或不锈钢为阳极，以碳纤维或改性碳纤维为阴极，控制阴阳极板间距为0.5～5mm，电流密度为0～20mA/cm2，但不能取0，通入氧气或空气，进行电解反应，电解时间为1～12h。
2.根据权利要求1所述基于电芬顿耦合电絮凝处理垃圾渗滤液的方法，其特征在于，所述碳纤维为黏胶基活性炭纤维、酚醛基活性炭纤维、沥青基活性炭纤维或聚丙烯腈基活性炭纤维。
3.根据权利要求1所述基于电芬顿耦合电絮凝处理垃圾渗滤液的方法，其特征在于，所述改性碳纤维是先将碳纤维用丙酮或无水乙醇超声浸泡，清洗后再用硝酸溶液超声浸泡，最后清洗、干燥备用，将质量比为1:5的炭黑与聚四氟乙烯混合浆液均匀涂抹在干燥的碳纤维表面，随后放入马弗炉在360℃下煅烧1h，冷却至室温后取出备用。
4.根据权利要求1所述基于电芬顿耦合电絮凝处理垃圾渗滤液的方法，其特征在于，所述垃圾渗滤液初始pH调节至3～5。
5.根据权利要求1所述基于电芬顿耦合电絮凝处理垃圾渗滤液的方法，其特征在于，所述氧气或空气注入阴极区，原位产生过氧化氢。
6.根据权利要求1所述基于电芬顿耦合电絮凝处理垃圾渗滤液的方法，其特征在于，所述垃圾渗滤液的水流状态为静态或流动态。
7.根据权利要求1所述基于电芬顿耦合电絮凝处理垃圾渗滤液的方法，其特征在于，在电芬顿耦合电絮凝体系中，以碳纤维或改性碳纤维为阴极，水中的溶解氧在碳纤维或改性碳纤维表面还原生成过氧化氢，所得过氧化氢与阳极溶蚀生成的Fe(II)激发反应生成羟基自由基，氧化降解垃圾渗滤液中的难降解有机物;阳极产生的及亚铁氧化生成的Fe(III)，经过一系列水解、聚合过程，形成多种羟基络合物和氢氧化物，使得垃圾渗滤液中的胶态杂质、悬浮杂质和重金属离子絮凝沉淀而分离。
说明书
一种基于电芬顿耦合电絮凝处理垃圾渗滤液的方法
技术领域
本发明属于污水处理技术领域，特别涉及一种基于电芬顿耦合电絮凝处理垃圾渗滤液的方法。
背景技术
随着我国社会经济的快速发展，人口急剧增加，生活垃圾日益增多，目前，垃圾渗滤液问题已经成为垃圾无害化处理的“瓶颈”，如果处理不当，必将严重污染周边环境，危及周边动植物乃至广大人民群众的身体健康。
垃圾渗滤液成分复杂，含有多种难降解有机污染物和重金属离子(例如As、Cd、Cr、Cu、Pb等)，常规的水处理技术并不能深度处理其中的持久性、难降解有机物(例如双酚A、邻苯二甲酸酯、多环芳烃等)，我国垃圾渗滤液处理的研究起步较晚，对渗滤液中重金属离子的研究则更少。
电芬顿技术作为一种高级氧化技术，近年来被广泛应用于难降解有机污染物的处理。电芬顿反应通过氧气在阴极表面还原生成过氧化氢，与溶液中的Fe(II)催化反应生成羟基自由基，羟基自由基无选择性的强氧化能力达到去除难降解有机污染物的目的。与传统的药剂芬顿法相比，电芬顿法有以下几个显著优势：第一，可原位生成过氧化氢，避免了其在运输、储存、使用时可产生的危险;第二，控制参数仅有电压和电流，便于实现自动化控制。
电絮凝法的原理主要有三个方面：第一，铁、铝等金属阳极在直流电的作用下，原位产生大量铁、铝阳离子，阳离子经过水解、聚合形成一系列多核羟基络合物和氢氧化物，这些产物的吸附能力很强，起到凝聚和吸附污染物的作用;第二，在电解过程中，阳极和阴极产生的氧气和氢气等气体以微小气泡逸出，可以起到气浮的作用，将废水中的微粒杂质附着在气泡上浮至水面，而后成为较易去除的浮渣而得以去除;第三，废水中的重金属离子被电解氧化还原成为一些无害的或沉淀的物质而得以去除。
发明专利CN104609612A采用“电化学氧化+絮凝工艺”，先将垃圾渗滤液pH调至6～9，以钇铑合金为阳极，钛合金为阴极，极板间距为0.5～1.2mm，电压为3V～15V，电解氧化1～4小时，需要外部投加絮凝剂进行絮凝沉淀，对COD、NH3-N去除率较高，但对重金属离子去除情况未知;发明专利CN101774714A采用“电絮凝+吸附工艺”，先将垃圾渗滤液pH调至5.0，铁为阴极和阳极，极板间距为10mm，电流密度为10A/m2，停留时间为7分钟，再调节pH至8.0，需要投加改性硅藻土吸附絮凝污水中的污染物，增加了处理成本，且对垃圾渗滤液重金属离子去除情况未知;发明专利CN104787949A采用“光电芬顿工艺”，先将垃圾渗滤液pH调至3.0，以钛基网涂层电极为阳极，以2-乙基蒽醌改性气体扩散电极为阴极，开启氧气瓶、紫外灯以及直流稳压电源，控制氧气流速为80mL/min，电流密度为50mA/cm2，经3小时垃圾渗滤液COD去除率达69%，存在的问题是需要外部投加亚铁盐，且紫外灯的加入增加了能耗，提高了反应器的制作成本，并且对重金属离子的去除情况未知。
发明内容
针对现有垃圾渗滤液膜法处理技术存在膜污染严重、浓缩液二次污染、有机物和重金属难以同时去除等问题，本发明的目的在于提供一种基于电芬顿耦合电絮凝处理垃圾渗滤液的方法，通过铁阳极和碳纤维阴极构建电芬顿耦合电絮凝体系，基于电芬顿和电絮凝耦合处理垃圾渗滤液。用碳纤维或改姓碳纤维作为阴极，利用水中的溶解氧在阴极表面电化学快速还原原位生成过氧化氢，过氧化氢与铁阳极溶蚀生成的Fe(II)激发反应生成羟基自由基，氧化降垃圾渗滤液中的难降解有机污染物;阳极产生的及亚铁氧化生成的Fe(III)，经过一系列水解、聚合过程，形成多种羟基络合物和氢氧化物，使得垃圾渗滤液中的胶态杂质、悬浮杂质和重金属离子絮凝沉淀而分离。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种基于电芬顿耦合电絮凝处理垃圾渗滤液的方法，其特征在于，在垃圾渗滤液中，以铁或不锈钢为阳极，以碳纤维或改性碳纤维为阴极，控制阴阳极板间距为0.5～5mm，电流密度为0～20mA/cm2，但不能取0，通入氧气或空气，进行电解反应，电解时间为1～12h。
所述碳纤维为黏胶基活性炭纤维、酚醛基活性炭纤维、沥青基活性炭纤维或聚丙烯腈基活性炭纤维。
所述改性碳纤维是先将碳纤维(如碳毡、石墨毡或活性炭纤维等)用丙酮或无水乙醇超声浸泡，清洗后再用硝酸溶液超声浸泡，最后清洗、干燥备用，将质量比为1:5的炭黑与聚四氟乙烯混合浆液均匀涂抹在干燥的碳纤维表面，随后放入马弗炉在360℃下煅烧1h，冷却至室温后取出备用。
由于炭黑是优良的二电子催化材料，聚四氟乙烯粘结剂可使碳纤维表面呈疏水性，有利于氧气在碳纤维表面吸附还原生成过氧化氢，通过炭黑/聚四氟乙烯改性后碳纤维阴极氧气还原生成过氧化氢的量增加2～3倍。
改性碳纤维的具体制备方法为：
(1)取碳毡、石墨毡或活性炭纤维依次在丙酮或无水乙醇中超声清洗去除表面的油污和杂质，再用硝酸溶液超声浸泡，最后用去离子水清洗，并在80℃烘干备用;
(2)将质量比为1:5的炭黑和60%的聚四氟乙烯乳液用无水乙醇和水混合均匀涂抹在碳纤维表面;
(3)随后放入马弗炉在350～370℃下煅烧1h，冷却至室温后取出备用。
所述垃圾渗滤液初始pH调节至3～5。
所述氧气或空气注入阴极区，原位产生过氧化氢。
所述垃圾渗滤液的水流状态为静态或流动态。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、该方法与常规芬顿试剂相比，无需外部投加过氧化氢，有效避免了其在运输、储存方面的危险，并可以通过控制电流和电压控制过氧化氢的产量及有机物降解的速率。
2、该方法采用铁或不锈钢为阳极，无需外部投加絮凝剂，阳极产生的Fe(II)可与阴极产生的或氧化氢反应生成羟基自由基，有效降解垃圾渗滤液中的难降解有机物;阳极产生的及亚铁氧化生成Fe(III)也可通过一系列水解、聚合过程，形成多种羟基络合物和氢氧化物，使得垃圾渗滤液中的胶态杂质、悬浮杂质和重金属离子絮凝沉淀而分离。
3、该方法将电芬顿技术和电絮凝技术有效地结合在一起，电芬顿法对有机物的去除有比较好的效果，电絮凝对重金属的去除有较高的效率，在去除垃圾渗滤液中难降解有机物的同时去除垃圾渗滤液中的重金属离子，具有良好的经济、环境和社会效益。