一种基于电絮凝耦合电芬顿处理印染废水中Sb(Ⅴ)和苯胺的方法

本发明属于印染废水处理，具体涉及一种电絮凝耦合电芬顿废水处理技术。

背景技术：

1、印染废水污染物组分复杂，含有一定重金属和有机物。其中重金属sb(v)主要来源于涤纶纤维催化原料的使用，有机物苯胺主要来源于含联苯胺偶氮染料的使用，因二者在极低浓度下就有较高毒性，实现二者的同步去除具有十分重要的意义。

2、在新时代“双碳”战略要求下，亟需开发印染废水节能降耗深度处理关键技术，提高水资源回用率。目前常用的印染废水深度处理流程包括物化预处理-生化处理-膜处理(纳滤/反渗透)-絮凝/高级氧化处理。但印染废水污染物组分复杂，单一技术往往无法实现众多污染物的同步去除。电絮凝作为一种新兴的水处理技术，集混凝、气浮、电化学于一体，利用阳阴极就能原位产生絮凝剂，具有操作简单、不易造成二次污染等优点；电芬顿工艺是处理中低有机浓度废水的高级氧化工艺之一，该技术利用电化学法产生的fe2+和h2o2作为芬顿试剂的持续来源，产生污泥量少，且电解过程中的操作及后处理简单。因此，本发明尝试将电絮凝与电芬顿技术进行耦合，以实现多种污染物的同步去除。

3、已知的现有技术中，如申请号为202110052625.2的发明专利公开了一种电芬顿-纳米铁电絮凝耦合污水处理方法，先通过芬顿氧化去除cod，再通过投加絮凝剂去除重金属。但该发明电芬顿与电絮凝技术单独作用，不仅需要多次调节污水ph，还要外加絮凝剂，容易造成二次污染，也增加了投资成本，在实际应用中仍然存在巨大挑战。

4、与发明专利202110052625.2相比，本发明有以下优点：(1)本发明以fe/石墨电极为阳/阴极，较纳米三氧化二铁与纳米碳块电极更为廉价易取，节约成本；(2)本发明只需调节一次ph就能实现多种污染物的同步去除，工艺简单，降低污水处理难度；(3)本发明无需引入其他技术和投加其他药剂，充分利用阳极原位生成的fe2+催化剂和铁氧化物絮凝剂就可以实现重金属和有机物的同步去除，避免了额外投加药剂可能会带来的二次污染；(4)本发明电絮凝与电芬顿技术同时作用，大大提高污水净化效果，也缩短了作用时间，在满足污水达标排放的前提下显著降低了能耗。

技术实现思路

1、本发明针对印染废水污染物组分复杂、处理能耗大、水回用率低等问题，提出了一种基于电絮凝耦合电芬顿去除印染废水中sb(ⅴ)和苯胺的方法。

2、本发明中fe2+由阳极铁板氧化产生，其不仅可以与阴极水解产生的oh-结合生成fe(oh)2、fe(oh)3絮体，还可以作为电芬顿技术的催化剂，催化h2o2生成·oh，降解有机物。该耦合技术具备多重作用降解污染物，除了阳极直接氧化、电吸附作用之外，絮凝吸附的分离作用，还有羟基自由基的氧化作用，可实现重金属和有机物出水浓度均满足排放标准，降低废水处理能耗、提高水回用率，具有很好的实际应用价值，为我国高盐、难降解有机废水节能减排高效处理提供技术支撑。

3、本发明提供如下技术方案：一种基于电絮凝耦合电芬顿处理印染废水中sb(ⅴ)和苯胺的方法，包括以下步骤：

4、首先将含有sb(ⅴ)和苯胺的印染废水引入电絮凝-电芬顿反应装置中，加入酸碱液调节废水ph，投加无机盐作为反应的电解质，再加入过氧化氢(h2o2)溶液，在搅拌条件下及外加直流电场作用下进行电絮凝-电芬顿处理，经处理后的废水达标排放。

5、具体的工作原理为fe阳极在外加电场的作用下失电子产生金属阳离子fe2+，一方面，电解出的金属阳离子fe2+可在溶液中进一步发生水解和聚合作用，形成一系列单核或多核的羟基络合物及氢氧化物，如fe(oh)2及fe(oh)3等，这些物质具有丰富的表面羟基与较大的比表面积，发生作用使水中的胶体及悬浮颗粒脱稳，微絮凝剂与脱稳后的污染物颗粒发生碰撞形成絮凝体，继而沉淀得以分离。另一方面，这些金属阳离子催化h2o2产生·oh，·oh具有强氧化性，可无选择性地攻击水中的有机污染物使其被氧化降解。

6、本发明旨在探究该体系下溶液ph值、电解质浓度、h2o2浓度、电流密度对sb(v)和苯胺去除的影响，优化体系运行条件，获得最佳运行参数，降低能耗，实现污染物的同步去除，并探究sb(v)和苯胺的去除机制。

7、本方法中，ph对铁氧化物絮体和·oh的生成有重要影响。低ph值虽能在短时间内产生大量的fe2+，催化h2o2产生更多的·oh，但不利于铁氧化物絮体的生成，导致重金属sb(v)的去除效果大大下降，且会产生大量的铁污泥，加大处理难度；较高ph值更有利于铁絮体的生长，但不利于·oh的生成，h2o2利用率低，导致有机物苯胺不能得到高效的去除。

8、优选的，调节所述印染废水的ph值为3～3.5。

9、本方法中，无机盐nacl对sb(ⅴ)和苯胺的去除并无显著影响，但对电能消耗和极板寿命有重要影响。若无机盐浓度过低，处理污染物所需的能耗较高；若无机盐浓度过高，极板容易被腐蚀，缩短极板使用寿命。经实验发现，单独电絮凝技术作用电能消耗较高，但在耦合技术下能耗显著降低，本发明通过对无机盐的调控实现低能耗协同去除sb(ⅴ)和苯胺。

10、优选的，所述印染废水中，无机盐的浓度为0.1～0.25m，进一步优选为0.15～0.2m。

11、本方法中，电流密度的大小对污染物的去除和能耗有较大影响。若电流密度较小，能耗虽低，但污染物的去除效果较差；若电流密度过大，污染物虽能较好地去除，但能耗较大，造成不必要的能源浪费。

12、优选的，所述外加直流电场的电流密度为17.85～35.70a/m2。

13、本方法中，所述电絮凝-电芬顿处理时间为5～30min。

14、本方法中，h2o2浓度对苯胺的去除有重要影响，对sb(ⅴ)的去除影响基本可忽略不计。若h2o2浓度过低，无法生成足够多的·oh氧化有机物；若h2o2浓度过高，一方面，过量的h2o2会与·oh反应生成过氧羟基自由基(·ho2)，其虽具备一定的氧化能力，但远远不足·oh，难以实现有机物的高效去除；另一方面，h2o2含量过高会加速fe板的腐蚀，缩短极板的使用寿命。

15、优选的，h2o2浓度为2g/l～4g/l。

16、所述电絮凝-电芬顿处理过程中，通过按一定时间间隔取样检测，并记录电压、ph变化，检测出水污染物离子浓度，进而计算污染物的去除效率和电能消耗。

17、采用上述电絮凝耦合电芬顿处理后的出水符合《纺织染整工业污染物排放标准》gb4287-2012。

18、本发明的有益效果为：

19、(1)电絮凝和偶电芬顿体系去除印染废水中的污染物所需的能源来自电能这一清洁能源，属于绿色水处理工艺。

20、(2)本发明充分利用电化学原位产生的fe2+作为电芬顿反应的催化剂，不需要额外投加芬顿试剂，大大降低了成本，同时也减少了铁泥的产生。同时fe2+又可在h2o2的氧化作用下生成fe3+，与阴极水解的氢氧根离子结合形成氢氧化物絮凝沉淀，实现有机物和重金属的同步去除。

21、(3)耦合体系具备多重作用降解污染物，除了羟基自由基氧化、阳极直接氧化、电吸附作用之外，还有絮凝吸附的分离作用，且在处理过程中调节工艺简单，易于控制。

22、(4)耦合体系下处理的污染物的范围更广，较单独电絮凝技术而言降低运行能耗，具有很强的实际应用价值。