本發(fā)明專利技術(shù)屬于水處理的技術(shù)領(lǐng)域，具體是一種超重力強(qiáng)化電Fenton法處理廢水的傳質(zhì)過程的裝置及工藝，解決了傳統(tǒng)電Fenton法處理廢水時(shí)傳質(zhì)受限的難題。所述裝置，包括若干圓筒陰極及陰極連接盤和若干波紋圓筒陽極及陽極連接盤，波紋圓筒陽極及陽極連接盤相對(duì)外殼靜止，陰極連接盤中心連接轉(zhuǎn)軸，陰極連接盤上布有進(jìn)氣孔，陰極連接盤底部設(shè)置氣體流通室。所述工藝，利用旋轉(zhuǎn)的陰極連接盤及圓筒陰極和靜止的陽極連接盤及波紋圓筒陽極，以及通入的氧氣組成超重力電Fenton反應(yīng)體系。本發(fā)明專利技術(shù)不僅可解決傳統(tǒng)犧牲陽極電Fenton技術(shù)應(yīng)用過程中傳質(zhì)受限的難題，從而提高了處理效率，而且反應(yīng)裝置中持液量小、負(fù)荷低，設(shè)備小，能耗低。
【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)屬于水處理的
，具體涉及一種超重力強(qiáng)化電Fenton法處理廢水的傳質(zhì)過程的裝置及工藝。
技術(shù)介紹
電Fenton法的研究始于20世紀(jì)80年代。到目前為止，國內(nèi)外眾多學(xué)者采用電Fenton法處理各種廢水，并取得了一定的效果。電Fenton法是借助外加電流的作用產(chǎn)生Fe2+和H2O2,由此作為Fenton試劑的持續(xù)來源，發(fā)生一系列化學(xué)反應(yīng)，使廢水中的有害雜質(zhì)得以轉(zhuǎn)化而被去除。其中H2O2在Fe2+的催化作用下會(huì)生成氧化能力很強(qiáng)的羥基自由基.0H，其氧化電位高達(dá)2.80V。.0H還具有很高的電負(fù)性和親電性，其電子親和能力達(dá)569.3KJ，具有很強(qiáng)的加成反應(yīng)特性，因此降解廢水中有機(jī)物的能力很強(qiáng)，特別適用于生物或一般化學(xué)氧化難以奏效的廢水的處理。電Fenton法可藉電解方法現(xiàn)場(chǎng)同時(shí)生成Fe2+與H2O2,不用外加化學(xué)試劑，且Fe2+可循環(huán)再生利用，可謂高效、廉價(jià)的廢水處理技術(shù)，近年來廣泛應(yīng)用于處理廢水過程的研究。隨著人們對(duì)電Fenton法處理廢水的深入研究發(fā)現(xiàn)，陰極和陽極上分別發(fā)生析氫和析氧反應(yīng)，生成的H2和O2會(huì)以氣泡的形式附著于電極表面造成電極有效面積減小，阻礙了 O2在陰極還原成H202。O2在廢水中傳質(zhì)受阻,這致使陰極表面生成H2O2的還原反應(yīng)速度遲緩；而且廢水中Fe2+和H2O2傳輸過程中易產(chǎn)生濃差極化，這致使離子間傳質(zhì)受阻，F(xiàn)enton反應(yīng)速度遲緩，副反應(yīng)增加，從而使處理效率降低、能耗增加。目前，許多研究者都致力于研制對(duì)O2生成H2O2過程具有高催化活性、大O2接觸面積的陰極材料，而對(duì)廢水中02、Fe2+和H2O2以及參與反應(yīng)的離子之間的傳質(zhì)過程的強(qiáng)化的研究卻很少。因此研制強(qiáng)化電Fenton法處理廢水傳質(zhì)過程的工藝及其裝置是推動(dòng)電Fenton法處理廢水深入發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)之 O
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
本專利技術(shù)為了解決傳統(tǒng)電Fenton法處理廢水時(shí)傳質(zhì)受限的難題，提供了一種超重力強(qiáng)化電Fenton法處理廢水的傳質(zhì)過程的裝置及工藝。本專利技術(shù)采用如下的技術(shù)方案實(shí)現(xiàn): 超重力強(qiáng)化電Fenton法處理廢水的傳質(zhì)過程的裝置，包括內(nèi)附絕緣層的不銹鋼外殼，外殼內(nèi)置若干圓筒陰極及陰極連接盤和若干波紋圓筒陽極及陽極連接盤，波紋圓筒陽極和圓筒陰極同心交替排列，各圓筒陰極底端連接于陰極連接盤，各波紋圓筒陽極頂端連接于陽極連接盤，各圓筒陰極的自由端與陽極連接盤之間以及各波紋圓筒陽極的自由端與陰極連接盤之間均留有距離，波紋圓筒陽極及陽極連接盤相對(duì)外殼靜止，陰極連接盤中心連接可高速旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)軸，陰極連接盤上布有進(jìn)氣孔，陰極連接盤底部設(shè)置氣體流通室，氣體流通室與穿過外殼設(shè)置的氣體進(jìn)口管連接，外殼頂部設(shè)置有氣體出口管，陽極連接盤的中心開孔連接穿過外殼設(shè)置的廢水進(jìn)口管，廢水進(jìn)口管與廢水儲(chǔ)槽相連，外殼底部設(shè)置有廢水出口管。所述的波紋圓筒陽極的波紋彎曲角度為90°，為保證廢水在波紋圓筒電極上的湍動(dòng)狀態(tài)，每150mm高的圓筒電極上設(shè)置波紋個(gè)數(shù)5 10個(gè)，波紋峰高IOmm 15mm。所述的圓筒陰極和波紋圓筒陽極高度相等，各圓筒陰極距離陽極連接盤的距離與各波紋圓筒陽極距離陰極連接盤的距離相等，其距離為圓筒高度的1/10 1/4，各波紋圓筒陽極與陽極連接盤之間以及各圓筒陰極與陰極連接盤之間均為可自由拆卸式連接。所述的波紋圓筒陽極材料選取可溶出Fe2+的材料，為鐵或不銹鋼材料，圓筒陰極材料采用石墨、不銹鋼材料或不銹鋼上覆蓋活性碳纖維材料。所述的進(jìn)氣孔在陰極連接盤上呈輻射狀、均勻分布，開孔率0.01% 0.03%,進(jìn)氣孔在陰極連接盤上位于所連接的各個(gè)圓筒陰極和各個(gè)波紋圓筒陽極之間形成的各個(gè)環(huán)隙當(dāng)中，并且靠近各個(gè)圓筒陰極的內(nèi)外周邊分布，陰極連接盤及其上布置的進(jìn)氣孔構(gòu)成氣體分布器。所述的同心交替排列的陽極連接盤上所連接的同心圓筒波紋陽極和陰極連接盤上所連接的同心圓筒陰極的個(gè)數(shù)，根據(jù)廢水停留時(shí)間和流量大小來確定，反應(yīng)裝置的尺寸也由此可確定。各波紋圓筒陽極與陽極連接盤之間以及各圓筒陰極與陰極連接盤之間均可自由拆卸式連接，可根據(jù)處理要求更換所需材料的電極。超重力強(qiáng)化電Fenton法處理廢水的傳質(zhì)過程的工藝，基于上述的超重力強(qiáng)化電Fenton法處理廢水的傳質(zhì)過程的裝置完成，利用旋轉(zhuǎn)的陰極連接盤及圓筒陰極和靜止的陽極連接盤及波紋圓筒陽極，以及通入的氧氣組成超重力電Fenton反應(yīng)體系；反應(yīng)步驟如下: 廢水中加入酸性溶液調(diào)節(jié)PH值在2.5 3.5范圍內(nèi)，通過調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速500r/mirTl000r/min營(yíng)造超重力環(huán)境,每立方米廢水中去除每千克的COD需通入0.05m3 0.1m3的氧氣,氧氣由氣體流通室經(jīng)進(jìn)氣孔分布后進(jìn)入超重力電Fenton法處理廢水傳質(zhì)過程的裝置中，在超重力作用下，廢水由裝置中心沿徑向通過超重力電Fenton反應(yīng)體系進(jìn)而得以降解；處理后的廢水由裝置的外殼收集后，從廢水出口管流出，或循環(huán)處理，或進(jìn)入下一步處理，或排放；廢水處理完畢后，裝置中產(chǎn)生的氣體由氣相出口管排出。本專利技術(shù)所述的波紋圓筒陽極和圓筒陰極同心交替排列，依靠與轉(zhuǎn)軸連接的陰極連接盤及同心圓筒陰極旋轉(zhuǎn)形成超重力場(chǎng)，構(gòu)成超重力電Fenton反應(yīng)裝置，以此強(qiáng)化廢水反應(yīng)的傳質(zhì)過程，消除濃差極化，提高電流效率和處理效率。本專利技術(shù)采用超重力技術(shù)強(qiáng)化電Fenton法處理廢水的傳質(zhì)過程。可溶性陽極氧化產(chǎn)生Fe2+，見式(I)。通入的氧氣在陰極上被還原成H2O2，見式(4)。陽極產(chǎn)生的Fe2+與陰極產(chǎn)生的H2O2在一定pH值條件下發(fā)生Fenton反應(yīng)生成.0H和Fe3+，見式(7)。其中生成的.0H將廢水中的有機(jī)物降解，見式(8);式(7)中的Fe2+可通過Fe3+在陰極還原再生，見式(5)，也可與H2O2反應(yīng)生 成，見式(9)和式(10)，這樣Fe2+可持續(xù)產(chǎn)生。式(I)中的02可以通過通入氧氣提供，也可通過H2O在陽極氧化產(chǎn)生，見式(2)，這樣H2O2可在陰極持續(xù)產(chǎn)生，見式(4)，保證了 Fenton反應(yīng)持續(xù)發(fā)生，.0Η的持續(xù)生成，見式(7)。式(8)中的.0Η可由式(7)產(chǎn)生，也可由式(3) H2O在陽極氧化產(chǎn)生。由陽極溶解出的活性Fe2+和生成的Fe3+可部分水解成對(duì)有機(jī)物有強(qiáng)絡(luò)合吸附作用的Fe (OH)2, Fe (OH) 3及nFe (OH) 2.mFe (OH) 3 (η,m=l，2...)，分別見式(11)、(12)、(13)，其具有混凝和絮凝作用，可有效去除廢水中的懸浮物與膠體雜質(zhì)。同時(shí)陰極和陽極上分別發(fā)生析氫和析氧反應(yīng)，分別見式(6)和(2)。在超重力作用下，陽極生成的O2會(huì)快速脫離陽極表面，而在陰極還原成H2O2,變不利為有利；陰極產(chǎn)生的H2不會(huì)附著于陰極表面而造成陰極有效電極面積減小，而是會(huì)快速逸出并吸附廢水中的微粒雜質(zhì)，而后成為較易去除的浮渣得以去除。涉及到的化學(xué)反應(yīng)如下: 陽極:Fe-2e — Fe2+ (I) 2H20-4e - 02+4H+ (酸性介質(zhì)) (2) 2H20-2e — 2.0H+2H.(酸性介質(zhì))(3) 陰極:02+2e+2H+ —H2O2 (4) Fe3++e — Fe2+(5) 2H20+2e — 20H_+H2 (酸性介質(zhì)) (6)Fenton 反應(yīng):H202+Fe2+ — Fe3++0H>.0H (7) 有機(jī)物降解:本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種超重力強(qiáng)化電Fenton法處理廢水的傳質(zhì)過程的裝置，其特征在于包括內(nèi)附絕緣層的不銹鋼外殼（1.1），外殼（1.1）內(nèi)置若干圓筒陰極（1.4）及陰極連接盤（1.2）和若干波紋圓筒陽極（1.5）及陽極連接盤（1.6），波紋圓筒陽極（1.5）和圓筒陰極（1.4）同心交替排列，各圓筒陰極（1.4）底端連接于陰極連接盤（1.2），各波紋圓筒陽極（1.5）頂端連接于陽極連接盤（1.6），各圓筒陰極（1.4）的自由端與陽極連接盤（1.6）之間以及各波紋圓筒陽極（1.5）的自由端與陰極連接盤（1.2）之間均留有距離，波紋圓筒陽極（1.5）及陽極連接盤（1.6）相對(duì)外殼（1.1）靜止，陰極連接盤（1.2）中心連接可高速旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)軸（1.12），陰極連接盤（1.2）上布有進(jìn)氣孔（1.9），陰極連接盤（1.2）底部設(shè)置氣體流通室（1.10），氣體流通室（1.10）與穿過外殼（1.1）設(shè)置的氣體進(jìn)口管（1.3）連接，外殼（1.1）頂部設(shè)置有氣體出口管（1.8），陽極連接盤（1.6）的中心開孔連接穿過外殼（1.1）設(shè)置的廢水進(jìn)口管（1.7），廢水進(jìn)口管（1.7）與廢水儲(chǔ)槽（5）相連，外殼（1.1）底部設(shè)置有廢水出口管（1.11）。...
【技術(shù)特征摘要】
1.一種超重力強(qiáng)化電Fenton法處理廢水的傳質(zhì)過程的裝置，其特征在于包括內(nèi)附絕緣層的不銹鋼外殼(1.1)，外殼(1.0內(nèi)置若干圓筒陰極(1.4)及陰極連接盤(1.2)和若干波紋圓筒陽極(1.5)及陽極連接盤(1.6)，波紋圓筒陽極(1.5)和圓筒陰極(1.4)同心交替排列，各圓筒陰極(1.4)底端連接于陰極連接盤(1.2)，各波紋圓筒陽極(1.5)頂端連接于陽極連接盤(1.6)，各圓筒陰極(1.4)的自由端與陽極連接盤(1.6)之間以及各波紋圓筒陽極(1.5)的自由端與陰極連接盤(1.2)之間均留有距離，波紋圓筒陽極(1.5)及陽極連接盤(1.6)相對(duì)外殼(1.1)靜止，陰極連接盤(1.2)中心連接可高速旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)軸(1.12)，陰極連接盤(1.2)上布有進(jìn)氣孔(1.9)，陰極連接盤(1.2)底部設(shè)置氣體流通室(1.10)，氣體流通室(1.10)與穿過外殼(1.1)設(shè)置的氣體進(jìn)口管(1.3)連接，外殼(1.1)頂部設(shè)置有氣體出口管(1.8)，陽極連接 盤(1.6)的中心開孔連接穿過外殼(1.1)設(shè)置的廢水進(jìn)口管(1.7)，廢水進(jìn)口管(1.7)與廢水儲(chǔ)槽(5)相連，外殼(1.1)底部設(shè)置有廢水出口管(1.11)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超重力強(qiáng)化電Fenton法處理廢水的傳質(zhì)過程的裝置，其特征在于所述的波紋圓筒陽極(1.5)的波紋彎曲角度為90°，每150mm高的圓筒電極上設(shè)置波紋個(gè)數(shù)5 10個(gè),波紋峰高IOmm 15mm。3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的超重力強(qiáng)化電Fenton法處理廢水的傳質(zhì)過程的裝置，其特征在于所述的圓筒陰極(1.4)和波紋圓筒陽極(1.5)高度相等，各圓筒陰極(1.4)距離陽極連接盤(1.6)的距離與各波紋圓筒陽極(1.5)距離陰極連接盤(1.2)的距離相等，其距離為圓筒高度的1/10 1/4，各波紋圓筒陽極(1....
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：劉有智，高璟，焦緯洲，祁貴生，袁志國，栗秀萍，申紅艷，張巧玲，王建偉，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：中北大學(xué)，
類型：發(fā)明
國別省市：
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