[0001]
本发明属于有机废水处理技术领域，涉及一种紫外光协同电化学氧化处理高浓度有机废水的方法。
背景技术：
[0002]
随着我国城市化进程的不断发展，居民生产、生活过程中会产生大量的高浓度有机废水。这些生产、生活产生的高浓度有机废水主要具有以下特点：一是有机物浓度高，cod含量一般在2000mg/l左右，有的甚至高达几万；二是色度高，有异味(例：垃圾渗滤液)。三是成分复杂，大部分有机废水中以芳香族和杂环化合物等难降解有机污染物居多，还含有重金属、硫化物等，有较强的生物毒性(例：农药废水)。四是水质波动性，不同季节，不同时段产生的废水中的有机污染物种类不同。这些高浓度有机废水若不经妥善处理，会对水体、土壤和大气环境造成严重污染。此外，该类废水中含有的可疑致癌物、辅助致癌物、促癌物等污染物，可以通过食物链的生物富集作用，对周边生物群体甚至人类的健康造成严重威胁。因此妥善处理该类废水已经成为当下环境治理领域中的一个亟待解决点的焦点问题。
[0003]
目前，高浓度有机废水处理技术和方法在不断地被提出和应用。生物法因其具有去除效率稳定，运营成本较低等优点，成为了处理高浓度有机废水的主导工艺，然而高浓度有机废水成分复杂、可生化性较差等因素严重制约了生物法的应用；虽然膜技术(纳滤和反渗透)处理高浓度有机废水能够实现其达标排放，但是膜技术存在着能耗高、投资大、运行不稳定等问题，并且膜技术的分离作用只是将难降解的污染物从高浓度有机废水中分离出来，污染物并没有彻底降解、矿化，得到的浓缩液是一种高危废水，处理不当对水体环境仍能造成严重危害；传统的高级氧化技术(aops)通过附加催化剂、氧化剂等途径产生强氧化性的自由基(例：
·
oh，e0＝2.80v)，能够有效降解水体中的有机污染物，但是，该工艺在处理过程中易产生大量固废，造成二次污染。此外，高级氧化技术需要额外添加的氧化剂、催化剂，无疑会增加运行成本。
技术实现要素：
[0004]
电化学氧化是一种新兴的高效、绿色的水处理技术，在电化学体系中，水分子在阳极表面氧化成羟基自由基，进而降解、矿化水体中的有机污染物。以硼掺杂金刚石(bdd)为代表的非活性阳极材料，具有氧化电位高、电位窗口宽、背景电流低和耐蚀性良好的优点，广泛应用于有机污染物的降解。例如，linyan zhu等研究发现以bdd作为阳极的电化学体系能够降解氟喹诺酮类抗生素。junfeng niu等发现了以bdd为阳极的电化学体系能够去除全氟辛酸(pfos)。最近，有研究发现在电化学体系反应过程中，阳极氧化水产生的表面羟基自由基会发生自淬灭反应，生成双氧水，进而发生析氧副反应(公式1，公式2)，导致羟基自由基利用率较低，降低了电化学氧化效率。值得注意的是，双氧水是发生析氧副反应的主要中间产物。而sharpless,charels m等发现紫外能够高效地光解双氧水生成羟基自由基(公式3)。
[0005]
bdd+h2o
–
e-＝bdd(
·
oh)+h
+
ꢀꢀ
(公式1)
[0006]
2bdd(
·
oh)＝bdd(h2o2)
ꢀꢀ
(公式2)
[0007]
h2o2+uv(λ＝254nm)
→2·
oh
ꢀꢀ
(公式3)
[0008]
基于上述分析，本发明开发一种紫外光协同电化学氧化的新工艺，将uv引入电化学体系中，uv光解电化学氧化水产生的h2o2，有效的抑制析氧副反应的发生，增加羟基自由基的有效利用率，以期实现高浓度有机废水高效、深度处理，进而实现高浓度有机废水的达标排放，为解决当今高浓度有机废水治理问题提供了新方案，具体技术方案如下：
[0009]
一种紫外光协同电化学氧化处理高浓度有机废水的方法，其特征在于：以高浓度有机废水中的无机离子作为电解质构建电化学氧化体系；通过阳极氧化水产生的羟基自由基、过氧化氢等活性物种降解有机污染物和氨氮；通过紫外光分解阳极表面的h2o2生成羟基自由基，抑制h2o2自分解生成氧气和水，同时促进吸附在电极表面的羟基自由基以游离态的形式释放到溶液体系中，提升羟基自由基的利用效率，从而高效地将高浓度有机废水中难降解有机污染物彻底矿化为co2和h2o，采用碳毡为阴极，以硼掺杂金刚石作为阳极，外加5-16ma/cm2直流电源，向电化学反应器内加入高浓度有机废水，在紫外光源辐照下，对所述高浓度有机废水进行光电催化反应。
[0010]
优选的，以有机废水中的无机离子作为电解质。
[0011]
优选的，特征在于：高浓度有机废水的体积用量为100-200ml，光电催化反应时间为10-13小时。
[0012]
优选的，阳极材料为非活性阳极材料；紫外光源波长范围为λ<280nm，功率为5-20w。
[0013]
本发明提供了将上述的紫外光协同电化学氧化处理高浓度有机废水的方法应用于有机废水深度处理领域中。
[0014]
本发明的优点是：(1)本发明中的紫外协同电化学氧化体系工艺流程简单，性价比高，既可用于实验室操作，又可用于工业应用。(2)本发明中使用的阳极材料稳定好、耐腐蚀能够有效的降解污染物，去除氨氮。(3)本发明中使用的紫外灯源为10w的低压汞灯，设备简单，成本低廉。(4)本发明的紫外协同电化学氧化体系，无需额外添加化学试剂，节约了运行成本。(5)本发明的紫外光协同电化学氧化体系，通过紫外的光解作用，将阳极材料氧化水产生的h2o2分解为游离态的羟基自由基，从而提升电化学氧化效率，实现了高浓度有机废水中难降解的有机污染物的高效降解，为高浓度有机废水的深度处理提供了一种新方法。
附图说明
[0015]
图1为紫外光(λ＝254nm)协同电化学氧化体系、电化学体系、紫外光体系分别处理垃圾渗滤液12小时反应前后cod
cr
的变化。
[0016]
图2为紫外光(λ＝254nm)协同电化学氧化体系处理垃圾渗滤液12小时反应前后水样效果图。
[0017]
图3为紫外光(λ＝254nm)协同电化学氧化体系、电化学体系、紫外光体系分别处理农药废水12小时反应前后cod
cr
的变化。
[0018]
图4为紫外光(λ＝254nm)协同电化学氧化体系处理农药废水12小时反应前后水样效果图。
具体实施方式
[0019]
为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以垃圾渗滤液和农药废水作为高浓度有机废水实施例，对本发明进行进一步详细说明。此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
[0020]
实施例1：
[0021]
紫外光协同电化学氧化体系处理垃圾渗滤液，垃圾渗滤液cod为3000-4000mg/l,氨氮为300-500mg/l。
[0022]
首先，取体积为200ml的垃圾渗滤液置于光电催化反应器中，以bdd(硼掺杂金刚石)作为阳极，碳毡作为阴极放入高浓度有机废水中，调节外加电流为10ma/cm2，采用原始的垃圾渗滤液为反应的初始浓度，在254nm波长紫外光源的照射下，对垃圾渗虑液进行处理，并以单独使用紫外光照射、单独使用电化学氧化体系处理高浓度有机废水作为对照试验。
[0023]
实验结果显示，在254nm波长紫外光照射下，经过12个小时的光电催化氧化后，垃圾渗滤液的cod
cr
浓度为63mg/l，氨氮浓度为37mg/l。垃圾渗滤液经紫外光协同电化学氧化体系处理前后的水质具体数据见表1，图1为对比试验的cod去除效果图。
[0024]
下表为采用紫外光协同电化学氧化体系处理前后垃圾渗滤液中污染物含量变化表：
[0025][0026]
实施例2：
[0027]
紫外光协同电化学氧化体系处理农药废水，农药cod为8000-10000mg/l,氨氮为200-300mg/l。
[0028]
首先，取体积为200ml的农药废水置于光电催化反应器中，以bdd(硼掺杂金刚石)作为阳极，碳毡为阴极放入农药废水中，调节外加电流为10ma/cm2，在254nm波长紫外光源的照射下，对所述农药废水进行12h的光电催化反应，并以单独使用紫外光照射、单独使用电化学氧化体系处理高浓度有机废水作为对照试验。
[0029]
通过构建紫外光协同电化学氧化体系，阳极氧化水产生的羟基自由基、过氧化氢等吸附在电极表面的活性物种，降解有机污染物；通过紫外光解阳极产生的h2o2生成羟基自由基，抑制h2o2自分解生成氧气和水，提升羟基自由基的有效利用率，有效的去除农药废水中的有机污染物。农药废水经紫外光协同电化学氧化体系处理前后的水质具体数据见表1，图2为对比试验的cod去除效果图。
[0030]
下表为紫外光协同电化学氧化体系处理前后农药废水中污染物含量变化表：
[0031][0032]
上述内容仅为本发明的较佳实施例，本发明中的阳极材料不局限于硼掺杂金刚石，还适用于其他任何阳极材料；本发明中使用的紫外灯源不局限于波长为254nm，功率为10w的低压汞灯，其他波段、功率的紫外光，仍可适用。对本领域技术人员来说进行阳极材料、紫外光源的重新调整和替代不会脱离本发明的保护范围。本发明的应用领域不局限于垃圾渗滤液和农药废水的处理，在不脱离本发明构思的情况下，还可以应用于其他废水的处理。本发明的范围由所附的权利要求范围决定。
技术特征：
1.一种紫外光协同电化学氧化处理高浓度有机废水的方法，其特征在于：将紫外光引入电化学氧化体系中，采用碳毡为阴极，以硼掺杂金刚石作为阳极，外加5-16ma/cm2直流电源，向电化学反应器内加入高浓度有机废水，在紫外光源辐照下，对所述高浓度有机废水进行光电催化反应。2.根据权利要求1所述的一种紫外光协同电化学氧化处理高浓度有机废水的方法，其特征在于：以有机废水中的无机离子作为电解质。3.根据权利要求1所述的一种紫外光协同电化学氧化处理高浓度有机废水的方法，其特征在于：高浓度有机废水的体积用量为100-200ml，光电催化反应时间为10-13小时。4.根据权利要求1-3任意一项所述的一种紫外光协同电化学氧化处理高浓度有机废水的方法，其特征在于：阳极材料为非活性阳极材料；紫外光源波长范围为λ<280nm，功率为5-20w。
技术总结
本发明提供了一种紫外光协同电化学氧化处理高浓度有机废水的方法，本发明以硼掺杂金刚石为阳极，碳毡为阴极，同时利用10W的低压汞灯为紫外光源，在外加直流电流下，该体系能够高效地降解、矿化废水的有机物，同时去除体系中氨氮的含量。实验结果表明，当外加直流电源为10mA/cm2时，紫外光协同电化学氧化体系处理废水水体中的COD的能耗和降解效果达到最优比。经紫外光协同电化学氧化体系处理后实现了有机废水COD
技术开发人、权利持有人：穆毅 陈鹏 邹建平 陈颖 付倩 何鹏媛 肖文君
