一種基于改性氣體擴(kuò)散電極的光電芬頓氧化反應(yīng)處理垃圾滲濾液的方法及裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于污水處理領(lǐng)域，特別涉及一種基于改性氣體擴(kuò)散電極的光電芬頓氧化反應(yīng)處理垃圾滲濾液的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]垃圾滲濾液是伴隨垃圾填埋場而產(chǎn)生的二次污染物，主要來源于降水和垃圾本身的內(nèi)含水，其性質(zhì)會隨填埋場運(yùn)行時間發(fā)生很大變化。垃圾滲濾液的不當(dāng)處置，不但影響地表水的質(zhì)量，還會危及地下水及人類的安全，因此對垃圾滲濾液的適當(dāng)處理是十分必要的。
[0003]目前垃圾滲濾液的處理方法仍然沿用城市污水處理的方法，包括生物法和物化法。但是垃圾滲濾液不同于傳統(tǒng)城市污水，其特點(diǎn)是水質(zhì)水量變化大、污染物濃度高、色度大、毒性強(qiáng)，難于生物降解，不僅含有大量有機(jī)污染物，還含有各種重金屬污染物。導(dǎo)致單一的處理技術(shù)出水達(dá)不到排放要求，必須采用組合工藝。因此，垃圾滲濾液的無害化處理是世界范圍的一大難題。
[0004]生物法是處理垃圾滲濾液的常用方法，它是依靠處理系統(tǒng)中微生物的新陳代謝作用以及微生物絮體對污染物的吸附作用來去除廢水中有機(jī)污染物的一種廢水處理方法。其處理效果較好，成本較低，但是處理效率低，處理時間通常需數(shù)十天。當(dāng)氣溫降低時處理效率還會進(jìn)一步降低。處理效率低導(dǎo)致每天新產(chǎn)生的滲濾液不能及時得到處理。且其運(yùn)行效果受滲濾液水質(zhì)及氣候條件影響較大。
[0005]物化法是利用物理吸附或者化學(xué)氧化的方法除去垃圾滲濾液中有機(jī)物的方法，包括(I)化學(xué)氧化:利用氯氣、臭氧、過氧化氫、高錳酸鉀等氧化劑氧化水體中的有機(jī)物。(2)吸附:利用活性炭、膨潤土等作為吸附藥劑吸附水體中的有機(jī)物。(3)混凝:利用硫酸鋁、硫酸亞鐵、三氯化鐵等混凝劑將水體中的有機(jī)物沉淀分離出來。(4)吹脫:常用于除去垃圾滲濾液中高濃度的氨氮。上述方法處理對象較單一，處理效果不理想，僅能作為預(yù)處理或者后處理步驟。此外物化法還包括膜分離技術(shù)。它是利用不同孔徑的濾膜(微孔膜、超濾膜、納濾膜和反滲透膜)對污染物進(jìn)行物理分離從而達(dá)到排放要求。相對其他方法來說，這種方法處理效果最好，但是存在如下缺點(diǎn):首先，處理過程僅為單純物理分離過程，不能真正除去有機(jī)物，且會形成難于處理的濃縮液；其次，膜組件對處理對象的理化性質(zhì)(如懸浮顆粒物濃度)要求嚴(yán)格，設(shè)備和運(yùn)行成本均很高，膜組件需要頻繁更換等等。
[0006]此外，處理垃圾滲濾液的方法中還包括芬頓氧化法。芬頓反應(yīng)是一種高級氧化技術(shù)，它是以產(chǎn)生羥基自由基來氧化水體中有機(jī)物的反應(yīng)。通過外加芬頓試劑H2O2和Fe 2+發(fā)生芬頓反應(yīng)生成羥基自由基，由于羥基自由基的氧化性極強(qiáng)，其氧化電位高達(dá)2.8V(相對于標(biāo)準(zhǔn)氫電極)，是水體中僅次于氟的第二強(qiáng)氧化劑，且氧化無選擇性，因此可以快速、無選擇地氧化水體中絕大多數(shù)有機(jī)物。與生物法相比，芬頓法的處理過程僅需數(shù)小時，處理速率很高；且其處理成本比與膜技術(shù)低，對處理對象無選擇性，處理效率高。因此它是一種非常有效的處理方法。但是傳統(tǒng)芬頓技術(shù)存在很多缺點(diǎn)，包括反應(yīng)試劑H2O2成本較高，運(yùn)輸危險，需要投加大量芬頓試劑，處理廢水后形成大量難處理的含鐵污泥，降解效率隨Fe2+的消耗而降低等。
[0007]普通電芬頓方法雖然能用廢水中的溶解氧在電極表面還原產(chǎn)生過氧化氫，但用普通陰極材料作陰極，所產(chǎn)生過氧化氫的效率極低，用于處理垃圾滲濾液不能達(dá)到實(shí)用的目的。即使采用光電芬頓反應(yīng)，靠可見光提高了電芬頓的反應(yīng)效率，廢水中的溶解氧產(chǎn)生的過氧化氫過少的問題仍然難于解決。本發(fā)明提出的基于改性氣體擴(kuò)散電極的光電芬頓氧化反應(yīng)處理垃圾滲濾液的方法就是為了解決上述方法的不足。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]為解決垃圾滲濾液處理的效率低、效果差、處理成本高的問題，本發(fā)明提出一種基于改性氣體擴(kuò)散電極的光電芬頓氧化反應(yīng)處理垃圾滲濾液的方法。
[0009]光電芬頓技術(shù)是將傳統(tǒng)芬頓技術(shù)與光催化、電化學(xué)氧化技術(shù)相結(jié)合產(chǎn)生的，對于垃圾滲濾液有很好的降解效果。不同于傳統(tǒng)芬頓技術(shù)，光電芬頓技術(shù)利用電化學(xué)方法在陰極連續(xù)產(chǎn)生反應(yīng)物H2O2,既降低了反應(yīng)物成本又可以控制降解反應(yīng)速率。
[0010]本發(fā)明的原理是采用電催化、電化學(xué)氧化、芬頓技術(shù)、光催化結(jié)合組成光電芬頓體系降解垃圾滲濾液中的有機(jī)廢物。在通電條件下，利用改性氣體擴(kuò)散電極中2-乙基蒽醌催化劑的電催化作用，在陰極連續(xù)產(chǎn)生芬頓反應(yīng)物H2O2，通過外加亞鐵離子的方式驅(qū)動芬頓反應(yīng)開始。加以紫外光可實(shí)現(xiàn)亞鐵離子的循環(huán)、光催化H2O2分解產(chǎn)生羥基自由基、光降解有機(jī)物。
[0011]為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:一種基于改性氣體擴(kuò)散電極的光電芬頓氧化反應(yīng)處理垃圾滲濾液的方法，以2-乙基蒽醌改性的氣體擴(kuò)散電極為陰極構(gòu)建光電芬頓反應(yīng)裝置，該氣體擴(kuò)散電極安裝于反應(yīng)裝置的液體室和氣體室之間，將垃圾滲濾液置于反應(yīng)裝置的液體室中，在氣體室中通入含氧氣體，并用紫外光照射，加入Fe2+離子引發(fā)芬頓反應(yīng)，降解垃圾滲濾液中的有機(jī)廢物。
[0012]所述2-乙基蒽醌的電催化氧化作用在氣體擴(kuò)散電極上高效地、持續(xù)地產(chǎn)生過氧化氫，作為光電芬頓反應(yīng)的反應(yīng)物。
[0013]在本發(fā)明的優(yōu)選的實(shí)施方案中，所述的垃圾滲濾液既是未經(jīng)處理的垃圾滲濾液或是經(jīng)過預(yù)處理后的垃圾滲濾液，反應(yīng)前其初始pH值調(diào)節(jié)至酸性范圍。
[0014]在本發(fā)明的優(yōu)選的實(shí)施方案中，所述2-乙基蒽醌改性的氣體擴(kuò)散電極包括泡沫鎳、炭黑、聚四氟乙烯乳液、2-乙基蒽醌，其中泡沫鎳為電極的集流體層。炭黑、聚四氟乙烯構(gòu)成電極的擴(kuò)散層涂覆于集流體層上，其中炭黑與聚四氟乙烯的質(zhì)量比為(0.5?4.0):1，炭黑、聚四氟乙烯和2-乙基蒽醌構(gòu)成電極的催化層涂覆于擴(kuò)散層上，其中炭黑與聚四氟乙烯的質(zhì)量比為(0.5?4.0):1,2~乙基蒽醌與炭黑的和聚四氟乙烯的總質(zhì)量比為2?40%。
[0015]在本發(fā)明的優(yōu)選的實(shí)施方案中，所采用的電流密度為I?100毫安/平方厘米，反應(yīng)過程中實(shí)時調(diào)節(jié)體系pH值在酸性范圍。
[0016]在本發(fā)明的優(yōu)選的實(shí)施方案中，光電芬頓氧化反應(yīng)在二級或者多級反應(yīng)裝置連續(xù)進(jìn)行。
[0017]本發(fā)明還保護(hù)基于2-乙基蒽醌改性的氣體擴(kuò)散電極的垃圾滲濾液的光電芬頓反應(yīng)裝置，具體如下:一種基于改性氣體擴(kuò)散電極的光電芬頓氧化反應(yīng)處理垃圾滲濾液的裝置，該裝置包括:攪拌裝置，電解槽液體室，陽極，紫外燈，2-乙基蒽醌改性的氣體擴(kuò)散電極，電解槽氣體室，進(jìn)氣口，出氣口，直流電源，含氧氣體；所述的陽極以及2-乙基蒽醌改性的氣體擴(kuò)散電極分別與直流電源相連接，將紫外燈置于電解槽液體室中并固定，電解槽液體2中盛放垃圾滲濾液。
[0018]其工作過程為:電解槽液體室2中盛放垃圾滲濾液，在電解槽氣體室通入含氧氣體。開啟直流電源以及紫外燈，照射電解槽中的垃圾滲濾液，加入亞鐵離子，形成光電芬頓反應(yīng)體系進(jìn)行垃圾滲濾液的降解處理。采用紫外光的作用為:1.通過紫外光的催化作用實(shí)現(xiàn)亞鐵離子的有效循環(huán)利用，只需在反應(yīng)初期投加微量的亞鐵離子就可以持續(xù)地維持芬頓反應(yīng)，并且與傳統(tǒng)的芬頓反應(yīng)相比，幾乎不產(chǎn)生含鐵污泥；2.紫外光催化H2O2分解為強(qiáng)氧化劑羥基自由基，其強(qiáng)氧化作用有利于提高有機(jī)廢物的降解效率；3.紫外光對垃圾滲濾液中的有機(jī)廢物有直接的光降解作用。此方法處理垃圾滲濾液的最大優(yōu)勢是高效、低能耗、操作可行性好。
[0019]本發(fā)明相較于現(xiàn)有技術(shù)具有以下有益效果:
(I)本發(fā)明采用2-乙基蒽醌改性氣體擴(kuò)散電極通過陰極電催化的方式高效產(chǎn)生過氧化氫，避免了過氧化氫在運(yùn)輸、貯存過程中存在的危險性；同時本發(fā)明采用的氣體擴(kuò)散電極用氣體室中的含氧氣體為反應(yīng)產(chǎn)物，解決了普通電芬頓