含磷废水的臭氧强化电絮凝处理方法

申请日期2008年7月4日

公开（公告）日期2010.01.06

IPC分类号C02F1/463； C02F1/78

概括

含磷废水的臭氧强化电絮凝处理方法，以铁片作为阳极和阴极，电解含磷废水，同时引入臭氧。处理工艺简单，基本不需要添加化学药剂，处理效率高，设备小，操作方便，后处理简单，不形成硬垢。是处理含磷废水的有效方法之一，具有非常显着的市场发展前景。。

索赔

1.一种含磷废水的臭氧强化电絮凝处理方法，其特征在于，采用铁片作为阳极和阴极对含磷废水进行电解，同时通入臭氧。

2.根据权利要求1所述的含磷废水的臭氧强化电絮凝处理方法，其特征在于：极性水比为0.03。采用铁片作为阳极和阴极，铁片尺寸为40 mm×50 mm×1 mm，总有效表面积近4×10-3m2，两电极板之间的距离是50毫米。以废水为电解液，控制电流和臭氧流量恒定，进行电解去除废水中的磷。

手动的

臭氧强化电絮凝处理含磷废水的方法

(一)技术领域

本发明涉及一种含磷废水的臭氧强化电絮凝处理方法。

(二)背景技术

含磷废水来源于化工、造纸、橡胶、染料纺织印染、农药、焦化、石化、发酵、制药医疗、食品等行业的废水排放。磷是导致水体富营养化的关键因素。含磷废水影响鱼类和其他水生生物的生存，造成地表水体恶化，从而威胁人类健康。

目前，国内外污水除磷技术主要有三种：生物法、化学法和吸附法。生物方法，如A/O、A2/O、UCT工艺等，处理效果较好，但需要较严格的管理。主要适用于处理低浓度、含有机磷废水；化学法主要有混凝沉淀法、结晶法、离子交换吸附法、电渗析法、反渗透法等工艺，主要适用于处理无机含磷废水。化学沉淀法中添加化学沉淀剂，会导致废水pH值上升，在水池、水管中形成坚硬的水垢片。还会产生一定量的污泥；电渗析除磷是膜分离技术的一种。这只是富集磷的一种方式，并不能从根本上除磷。吸附法中使用的多孔材料价格便宜。以其优势和独特的物理化学性质，有望更多地用于解决废水除磷问题，但工业处理工艺仍需研究。

近年来，国内外在臭氧氧化法及组合技术的应用研究方面取得了可喜的进展。与常规水处理方法相比，臭氧氧化法具有对可生物降解物质处理效果好、降解速度快、占地面积小、自动化程度高、无二次污染、浮渣、污泥产生量相对较高等显着特点。此外，它还具有杀菌、脱色、防垢等功能。虽然单独使用臭氧处理效果较好，但运行和设备成本较高。

电化学氧化的基本原理是污染物在电极上直接发生电化学反应或利用电极表面产生的强氧化性活性物种来氧化污染物。后者是间接电化学转化。其中，电絮凝法处理废水的效率非常高，可以减少污泥的产生量，从而降低污泥处置成本。近10年来，电絮凝废水处理技术在南美、欧洲等地发展迅速。目前，许多学者开展了电絮凝处理染料废水的研究。但臭氧强化电絮凝处理含磷废水的相关工作报道较少。臭氧强化电絮凝技术可形成协同效应，为含磷物质污染治理提供广阔前景。它代表了先进氧化和电化学技术在除磷领域的新发展趋势。

(3)发明内容

本发明解决了现有技术的不足，提供了一种基本不需要添加化学药剂、操作简单、能有效去除废水中所含磷的臭氧强化电絮凝处理方法。

一种含磷废水的臭氧强化电絮凝处理方法，其特征是用铁片作为阳极和阴极电解含磷废水，同时引入臭氧。

进一步地，极性水比例为0.03；铁片用作阳极和阴极。铁片尺寸为40mm×50mm×1mm。总有效表面积近4×10-3m2。两块电极板之间的距离为50mm。以废水（含磷废水）为电解质，控制电流和臭氧流量恒定，进行电解，去除废水中的磷。

这种处理过程的原理是：在反应过程中，首先阳极铁片失去电子，转化为Fe2+，进入电解液并凝结成微小颗粒。然后颗粒在搅拌混合条件下形成氢氧化铁絮体，使磷通过吸附、混凝或络合从水中去除。使用铁作为电极的电絮凝的可能机理如下：

阳极：Fe0→Fe2+(aq)+2e (1)

Fe2+(aq)+2OH-(aq)→Fe(OH)2(s) (2)

4Fe2+(aq)+10H2O(l)+O2(g)→ (3)

4Fe(OH)3(s)+8H+(水溶液)

阴极：2H2O(aq)+2e→H2(g)+2OH-(aq) (4)

总反应：Fe0+2H2O→Fe(OH)2(s)+H2(g) (5)

4Fe0+10H2O(l)+O2(g)→4Fe(OH)3(s)+4H2(g) (6)

引入臭氧后，在高级氧化过程中会形成氧化性较强、反应选择性较低的羟基自由基（·OH），从而引发一系列自由基链式反应。 OH基团非常活泼，与大多数有机物的反应速率常数通常为106~109 L/(mol·s)；其氧化电极电位高达2.80V，氧化能力仅次于氟；此外，该基团具有较高的电负性（亲电性），其电子亲和势为569.3kJ，易于攻击高电子云密度点。电凝聚过程中，通入O3气体，反应体系中Fe2+和O3同时存在，发生如下反应：

Fe2+(aq)+O3(g)→FeO2+(aq)+O2(g) (7)

FeO2+(aq)+H2O→Fe3+(aq)+·OH+OH-(aq) (8)

Fe3+(aq)+3OH-(aq)→Fe(OH)3(s) (9)

Fe3+(aq)+PO43-(aq)→FePO4(s) (10)

因此，臭氧强化电絮凝过程中会产生更多的氢氧化铁絮体，起到协同作用，实现污染物的有效去除。

本发明的具体方法是采用树脂玻璃电解槽(尺寸60mm×50mm×100mm)，铁片作为阳极和阴极，两电极板之间的距离为50mm，通入臭氧。通过臭氧发生器。采用直流稳压电源，电流密度为15mA/cm2，电压为36V。臭氧由臭氧发生器产生，通过转子流量计到达电解槽底部，流量为20mL/min。

本发明的含磷废水的臭氧强化电絮凝处理方法的有益效果主要体现在：处理工艺简单，基本不需要添加化学药剂，处理效率高，设备体积小，操作方便，后处理简单。处理，且不形成硬垢，是处理含磷废水的有效方法之一，具有非常显着的市场发展前景。

（四）具体实施方法

下面结合具体实施例对本发明作进一步说明，但本发明的保护范围并不限于此：

示例1：

实施方案及工作原理：首先进行单独臭氧氧化处理工艺、单独电絮凝处理工艺和臭氧强化电絮凝处理工艺的对比实验。

含磷废水的臭氧强化电絮凝处理工艺采用以铁片为阳极和阴极的树脂玻璃电解槽。两块电极板之间的距离为50mm。电解液采用50mg/L废水。 pH不调节(pH4.6)，电凝电源为直流稳压电源，电流密度15mA/cm2，电压36V，臭氧流量20mL/min。它的工作原理如下：

阳极表面：Fe0→Fe2+(aq)+2e

Fe2+(aq)+2OH-(aq)→Fe(OH)2(s)

4Fe2+(aq)+10H2O(l)+O2(g)→4Fe(OH)3(s)+8H+(aq)

阴极表面：2H2O(aq)+2e→H2(g)+2OH-(aq)

溶液中：Fe2+(aq)+O3(g)→FeO2+(aq)+O2(g)

FeO2+(aq)+H2O→Fe3+(aq)+·OH+OH-(aq)

Fe3+(aq)+3OH-(aq)→Fe(OH)3(s)

Fe3+(aq)+PO43-(aq)→FePO4(s)

总反应：Fe0+2H2O→Fe(OH)2(s)+H2(g)

4Fe0+10H2O(l)+O2(g)→4Fe(OH)3(s)+4H2(g)

单独臭氧氧化实验中，废水浓度为50 mg/L，不调节pH（pH 4.6），臭氧流量为20 mL/min。它的工作原理如下：

O3+H2O→2HO2·

O3+HO2·→HO·+2O2

单独电絮凝处理实验中，采用铁片作为阳极和阴极，两电极板间距为50mm，电解液采用50mg/L废水，不调节pH（pH4.6），电絮凝的电源是直流稳压电源。，电流密度为15mA/cm2，电压为36V。它的工作原理如下：