原位同时产生O3和H2O2的高级氧化反应器及方法与流程

本发明涉及电化学水处理，更具体的说是涉及一种原位同时产生o3和h2o2的高级氧化反应器及方法。

背景技术：

1、随着工农业的飞速发展，水环境污染问题日益突出，尤其是有机废水污染。其中化工废水中可能含有苯酚和氯苯；制药厂排放的废水中可能含有各类抗生素；焦化厂废水中可能含有多种多环芳烃；农田废水中可能含有高浓度的农药或者除草剂；食品加工厂排放的废水中可能含有高bod浓度的有机污染物；城市污水中含有包括油、部分溶解的有机物、表面活性剂等不同类型的有机污染物。这些有机污染废水对生态环境造成破坏的同时，也在影响着人类的生命健康。

2、高级氧化技术是处理有机污染废水的一种常用方法，具体包括光化学氧化法、催化湿式氧化法、超声氧化法、芬顿氧化法等。光化学氧化法效率受催化剂性质、紫外线波长和反应器的限制，且光催化需要解决透光度的问题，因为某些有机废水(如印染废水)中的一些悬浮物和较深的色度都不利于光线的透过，会影响光催化效果，同时目前使用的催化剂多为纳米颗粒，回收困难。超声氧化法由于能耗大、处理成本相对较高且降解不彻底等缺点限制了其应用，因此，使用超声波处理废水往往不是单独进行，而是与其他技术相结合，该技术主要起辅助作用。芬顿氧化法要求在酸性条件下进行，ph适用范围较小，h2o2所需试剂量偏大，反应体系中需不断补充fe2+，同时部分初始物质不能完全矿化，转化为某些中间产物，这些中间产物可能会抑制·oh的生成，并且与fe3+形成络合物造成二次污染。

3、o3与h2o2联用，会加快o3的分解，促进羟基自由基(·oh)的产生，产生的·oh氧化电位为2.8v，几乎可以与废水中的所有有机物分子反应。同时，这种高级氧化技术不会带来副产物，且矿化效率高、氧化反应速度快、无二次污染，最终产生h2o和co2。o3与h2o2连用还可以抑制o3氧化时可能产生溴酸盐。但是，现有技术大多用以下两种方法，一是投加h2o2化学试剂、通入o3气体；二是原位电产生h2o2，通入o3与o2的混合气体或者加入o3发生器。方法一如果在局部投加过多地h2o2，生成地·oh会与之发生反应，致使部分·oh没有与有机污染物发生反应就被消耗。方法二不仅增加了能耗，同时多余的o3溢出会造成大气污染。

4、因此，如何克服现有技术中需要额外添加o3、处理效率低等技术问题，是本领域技术人员亟需解决的问题。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明提供了一种原位同时产生o3和h2o2的高级氧化反应器及方法，不需要额外添加药剂，利用电化学方法高效、持续产生o3和h2o2，并迅速反应产生·oh去除废水中的有机污染物。

2、为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

3、一种原位同时产生o3和h2o2的高级氧化反应器，包括反应池、原位o3生成模组、原位h2o2生成模组、第一气室、第二气室；

4、所述反应池配有可移动的反应池上盖，反应池底部设有排水阀门；

5、所述第一气室、第二气室均设置在反应池的外壁上，所述第一气室的进气口与氧气气源连接，第一气室的出气口与第二气室的入气口通过气体管道连接；

6、所述原位o3生成模组安装于反应池内壁上，原位o3生成模组的阳极一侧内置于反应池中，阴极一侧内置于第一气室中；

7、所述原位h2o2生成模组安装于反应池内壁上，原位h2o2生成模组的阳极和阴极催化层侧内置于反应池中，阴极气体扩散层侧内置于第二气室中。

8、可选的，所述原位o3生成模组和原位h2o2生成模组安装于反应池相对的两侧内壁上，所述第一气室和第二气室安装于反应池相对的两侧外壁上，其中，原位o3生成模组与第一气室位于反应池的同一侧，原位h2o2生成模组与第二气室位于反应池的同一侧。

9、可选的，所述反应池为无隔膜反应池，侧面内壁上留有卡槽装置，所述原位o3生成模组和原位h2o2生成模组均通过所述卡槽装置安装于反应池内壁上；所述反应池底部设有圆盘涡轮式搅拌器；所述反应池上盖设置有进水口。

10、可选的，所述原位o3生成模组采用膜电极组件mea，由c-ptfe阴极、nafion聚合物电解质和掺硼金刚石bdd阳极热压而成，膜电极组件mea采用直流电源，通过阳极h2o氧化产生o3。

11、可选的，所述原位h2o2生成模组的阴极采用气体扩散电极gde，所述原位h2o2生成模组的阳极采用铱钽钛网状阳极。

12、可选的，所述第二气室的出气口与空气连通，第一气室的进气口、出气口以及第二气室的进气口、出气口均安装有阀门。

13、一种原位同时产生o3和h2o2的高级氧化反应方法，使用上述任一项所述一种原位同时产生o3和h2o2的高级氧化反应器进行高级氧化反应，包括以下步骤：

14、关闭排水阀门，将待处理废水从反应池上盖加入反应池内；

15、开启第一气室，依据待处理废水的浓度判断是否开启第二气室，并执行对应操作；

16、分别控制原位o3生成模组和原位h2o2生成模组中的直流电源，以及待处理废水的水力停留时间；待处理废水处理结束后，打开排水阀门，将处理后的水体排出。

17、经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明提供了一种原位同时产生o3和h2o2的高级氧化反应器及方法，与现有技术相比，具有以下有益效果：

18、本发明利用电催化原位产生o3和h2o2的高级氧化反应器，使用o3和h2o2混合产生·oh来降解废水中的有机污染物，达到杀菌、消毒、净化水质的作用。

19、本发明反应器不需要额外加入化学药剂，可以大幅降低处理成本；所需的o3和h2o2都由反应器原位产生，方便控制浓度，不需要额外添加高浓度的o3和h2o2原料，提高了处理过程中的安全性；处理废水时无需调节ph，适用范围广；持续产生的o3和持续产生的h2o2在反应器中能够充分反应生成·oh，处理效果更好；处理过程只需消耗电和空气，且处理最终产物为h2o和co2，清洁、无二次污染；本发明的高级氧化反应器不仅可以适用于小型废水处理，也可通过原位o3生成模组和原位h2o2生成模组的叠加，进行大规模废水处理。

技术特征：

1.一种原位同时产生o3和h2o2的高级氧化反应器，其特征在于，包括反应池(1)、原位o3生成模组(4)、原位h2o2生成模组(5)、第一气室(6)、第二气室(7)；

2.根据权利要求1所述的一种原位同时产生o3和h2o2的高级氧化反应器，其特征在于，所述原位o3生成模组(4)和原位h2o2生成模组(5)安装于反应池(1)相对的两侧内壁上，所述第一气室(6)和第二气室(7)安装于反应池(1)相对的两侧外壁上，其中，原位o3生成模组(4)与第一气室(6)位于反应池(1)的同一侧，原位h2o2生成模组(5)与第二气室(7)位于反应池(1)的同一侧。

3.根据权利要求1所述的一种原位同时产生o3和h2o2的高级氧化反应器，其特征在于，所述反应池(1)为无隔膜反应池，侧面内壁上留有卡槽装置，所述原位o3生成模组(4)和原位h2o2生成模组(5)均通过所述卡槽装置安装于反应池(1)内壁上；所述反应池(1)底部设有圆盘涡轮式搅拌器(8)；所述反应池上盖(2)设置有进水口。

4.根据权利要求1所述的一种原位同时产生o3和h2o2的高级氧化反应器，其特征在于，所述原位o3生成模组(4)采用膜电极组件mea，由c-ptfe阴极(42)、nafion聚合物电解质(43)和掺硼金刚石bdd阳极(41)热压而成，膜电极组件mea采用直流电源，通过阳极h2o氧化产生o3。

5.根据权利要求1所述的一种原位同时产生o3和h2o2的高级氧化反应器，其特征在于，所述原位h2o2生成模组(5)的阴极采用气体扩散电极gde(51)，所述原位h2o2生成模组(5)的阳极采用铱钽钛网状阳极(52)。

6.根据权利要求1所述的一种原位同时产生o3和h2o2的高级氧化反应器，其特征在于，所述第二气室(7)的出气口与空气连通，第一气室(6)的进气口、出气口以及第二气室(7)的进气口、出气口均安装有阀门。

7.一种原位同时产生o3和h2o2的高级氧化反应方法，使用权利要求1-7任一项所述一种原位同时产生o3和h2o2的高级氧化反应器进行高级氧化反应，其特征在于，包括以下步骤：

技术总结
本发明公开一种原位同时产生O<subgt;3</subgt;和H<subgt;2</subgt;O<subgt;2</subgt;的高级氧化反应器及方法，涉及电化学水处理技术领域，包括反应池、原位O<subgt;3</subgt;生成模组、原位H<subgt;2</subgt;O<subgt;2</subgt;生成模组、第一气室、第二气室；反应池配有反应池上盖和排水阀门；第一气室、第二气室均设置在反应池的外壁，第一气室的进气口与氧气气源连接，第一气室的出气口与第二气室的入气口通过气体管道连接；原位O<subgt;3</subgt;生成模组安装于反应池内壁，原位O<subgt;3</subgt;生成模组的阳极一侧内置于反应池，阴极一侧内置于第一气室；原位H<subgt;2</subgt;O<subgt;2</subgt;生成模组安装于反应池内壁上，其阳极和阴极催化层侧内置于反应池，阴极气体扩散层侧内置于第二气室。本发明处理废水时成本低、控制方便、更安全，且处理效果好，无污染，适用范围广。

技术研发人员：王力萍,裴洛伟,王朔,叶小琴,叶章颖
受保护的技术使用者：浙江奕湃科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/14