漂浮阴极电芬顿技术处理btex类有机废水的方法
阅读说明：本技术 漂浮阴极电芬顿技术处理btex类有机废水的方法 (Method for treating BTEX organic wastewater by floating cathode electro-Fenton technology ) 是由 赵海谦 乔辉 何明祺 王忠华 贾永英 武传燕 于 2021-10-21 设计创作，主要内容包括：本发明属于电化学处理技术领域,具体涉及一种漂浮阴极电芬顿技术处理BTEX类有机废水的方法；1、含BTEX溶液加入电解池；2、石墨毡作为阴极,使阴极漂浮在液面上；3、MMO作为阳极,阴极和阳极之间的距离为3.5cm；4、搅拌溶液,溶液的温度为20℃；用氢氧化钠和稀硫酸调节溶液的pH为3；在切换电源时向电解池内加入0.012 g的硫酸亚铁,并称取1.136g的硫酸钠溶解于溶液中；电流大小调至200 mA,使用秒表计时,分别在0 min、10 min、20 min、30min、40 min、50 min、60 min时刻在电解池内取样,进行高效液相色谱分析,并利用消解仪与水质检测仪进行COD测试。(The invention belongs to the technical field of electrochemical treatment, and particularly relates to a method for treating BTEX organic wastewater by a floating cathode electro-Fenton technology; 1. adding the BTEX-containing solution into an electrolytic cell; 2. the graphite felt is used as a cathode, so that the cathode floats on the liquid level; 3. MMO is used as an anode, and the distance between a cathode and the anode is 3.5 cm; 4. stirring the solution, wherein the temperature of the solution is 20 ℃; adjusting the pH value of the solution to 3 by using sodium hydroxide and dilute sulfuric acid; when the power supply is switched, 0.012g of ferrous sulfate is added into the electrolytic cell, and 1.136g of sodium sulfate is weighed and dissolved in the solution; adjusting the current to 200mA, timing with a stopwatch, sampling in the electrolytic cell at 0min, 10 min, 20 min, 30min, 40 min, 50 min and 60 min respectively, performing high performance liquid chromatography, and performing COD test with a digestion instrument and a water quality detector.)
技术领域
本发明属于电化学处理技术领域，具体涉及一种漂浮阴极电芬顿技术处理BTEX类有机废水的方法。
背景技术
近年来，石油石化行业得到了飞速发展。但是由于地下石油储存罐的泄漏，以及石油生产井、炼油厂的终端泄漏，大量的地下水被污染，生态环境被严重破坏。国家统计局数据显示2020年全国石油类废水排放量已超过5000万吨，而BTEX是其中的主要污染物质。以苯为代表的BTEX类废水具有来源广泛、COD较高、危害性强等特点，人类长期接触会对皮肤健康、呼吸等感官及中枢神经系统产生不良影响，还会造成癌症等恶性疾病。
目前针对于BTEX类废水的处理主要集中于物理法、生物降解法和高级氧化法。物理法的处理效果一般，矿化并不完全，而且并没有将苯真正转化为无害物质。生物降解法主要是利用微生物代谢有机物为无机物来处理废水，但是对环境条件要求较高，且处理速率较慢。电芬顿法已开始用于BTEX类废水处理，电芬顿法具有二次污染少、储运成本低、工艺条件温和等优点。但目前研究者们忽略了电芬顿处理过程中的BTEX挥发问题。电芬顿处理过程中需要人为鼓入氧气，而这就会造成BTEX类污染物的严重挥发，对于空气造成二次污染并使实验结果产生重大偏差；其次常规电芬顿法由于电极价格较高以及需要人为鼓入氧气等原因造成处理成本偏高。
发明内容
本发明的发明目的是提供一种漂浮阴极电芬顿技术处理BTEX类有机废水的方法，解决了电芬顿技术处理BTEX类有机废水过程中由于污染物挥发产生干扰的问题，以及实验结果不准确的问题。将传统的浸没式阴极改为石墨毡阴极使其漂浮在液面之上合适高度，充分利用空气与阳极产生的氧气作为氧气来源而无需人为鼓氧从而大幅减少了BTEX的挥发，快速实现污染物与COD的去除，并大幅降低了运行成本。
本发明采用的技术方案为：一种漂浮阴极电芬顿技术处理BTEX类有机废水的方法，所述处理方法包括一下步骤：
步骤一：以200 mL的电解池作为反应器，取1g/L浓度的含BTEX溶液160 mL加入电解池；
步骤二：裁剪一块2cm× 4cm× 0.5cm的石墨毡作为阴极，用一根螺杆进行阴极的位置调节，使阴极漂浮在液面上，其上端面位于液面之上0.25 cm的位置；
步骤三：取一块2cm×2cm的MMO（混合金属）作为阳极，将阳极放置在电解池中心，并与阴极正对，使用前用去离子水反复冲洗阳极，去除表面杂质，阴极和阳极之间的距离为3.5cm；
步骤四：用磁力搅拌器以400r/min的速度搅拌电解池内的溶液，以保持电解质溶液的浓度均匀，并维持溶液的温度为20℃；在开始电化学反应之前，用氢氧化钠（NaOH）和稀硫酸（H2SO4）调节上述溶液的pH为3，并使用pH计(pHS-25型，上海雷磁仪器厂)记录溶液的pH，阴极与DC电源(型号MS1003D，迈胜电源有限公司，中国)的负极相连，阳极与DC电源的正极相连；在切换DC电源的同时向电解池内加入0.012g的硫酸亚铁，并称取1.136 g的硫酸钠溶（Na2SO4）解于上述溶液中，以获得电芬顿工艺所需的电导率；电流大小调至200 mA，在此过程中，使用秒表计时，分别在0 min、10 min、20 min、30min、40 min、50 min、60 min时刻在电解池内取样，并将取样溶液置于试管中，进行高效液相色谱分析，并利用消解仪与水质检测仪进行COD测试；每次运行后，用去离子水清洗电极，并在室温下保持干燥。
进一步的，整个实验过程中无需人为鼓氧气，用石墨毡作为漂浮阴极，利用MMO（混合金属）作为阳极，阳极析氧能力大幅提高，溶液pH调为3，便于得到更好的处理效果，阳极必须与漂浮阴极正对，提高氧气利用率。
本发明的有益效果：一方面利用石墨毡作为电芬顿阴极，廉价易得，有助于大规模投产使用；另一方面改变传统电芬顿的氧气供应方式，无需人为供氧，而是利用外界空气及阳极析出的氧气，大幅降低技术成本的同时，解决了BTEX类废水处理过程中的挥发问题，并且该装置还具有处理速度快、污染物及COD去除效率高、二次污染小、储运成本低、易于实现自动化等优点。具体优点如下：
（1）、阴极达到漂浮效果，充分利用空气中的氧气与MMO阳极析出的氧气而无需人为鼓入氧气。在规避污染物挥发造成干扰的同时，大大降低了处理成本；
（2）、漂浮阴极电芬顿装置还具有处理速度快、污染物及COD去除效率高；
（3）、处理对象为BTEX类挥发性难降解废水，使用该发明可大大降低处理难度。
附图说明
图1是实施例一中处理装置的示意图；
图2是实施例一中电解池内阴极和阳极的位置示意图；
图3是实施例三中漂浮阴极电芬顿60 min的BTEX去除率分析图。
具体实施方式
实施例一
参照图1和图2，一种通过漂浮阴极电芬顿技术处理BTEX类有机废水工艺方法的装置；所述装置包括计算机1、高效液相色谱仪2、微量注射器3、稳压电源4、电解池5和恒温水浴加热器6；所述计算机1通过导线与高效液相色谱仪2连接，电解池5内的阴极和阳极分别通过导线与稳压电源4连接，其中阴极的材料为石墨毡， 阳极的材料为MMO（混合金属），电解池5位于恒温水浴加热器6上。
实施例二
使用实施例一的装置，利用漂浮阴极电芬顿技术处理BTEX类有机废水的方法包括一下步骤：
步骤一：以200 mL的电解池作为反应器，取1g/L浓度的含BTEX溶液160 mL加入电解池；
步骤二：裁剪一块2cm× 4cm× 0.5cm的石墨毡作为阴极，用一根螺杆进行阴极的固定和位置调节，使阴极漂浮在液面上，其上端面位于液面之上0.2 cm的位置；
步骤三：取一块2cm×2cm的MMO作为阳极，将阳极放置在电解池中心，并与阴极正对，使用前用去离子水反复冲洗阳极，去除表面杂质，阴极和阳极之间的距离为3cm；
步骤四：用磁力搅拌器以350r/min的速度搅拌电解池内的溶液，以保持电解质溶液的浓度均匀，并维持溶液的温度为18℃；在开始电化学反应之前，用氢氧化钠和稀硫酸调节上述溶液的pH为2，并使用pH计记录溶液的pH，阴极与DC电源的负极相连，阳极与DC电源的正极相连；在切换DC电源的同时向电解池内加入0.006g的硫酸亚铁，并称取1.036 g的硫酸钠溶解于上述溶液中，以获得电芬顿工艺所需的电导率；电流大小调至180 mA，在此过程中，使用秒表计时，分别在0 min、10 min、20 min、30min、40 min、50 min、60 min时刻在电解池内取样，并将取样溶液置于试管中，进行高效液相色谱分析，并利用消解仪与水质检测仪进行COD测试；每次运行后，用去离子水清洗电极，并在室温下保持干燥。
实施例三
使用实施例一的装置，利用漂浮阴极电芬顿技术处理BTEX类有机废水的方法包括一下步骤：
步骤一：以200 mL的电解池作为反应器，取1g/L浓度的含BTEX溶液160 mL加入电解池；
步骤二：裁剪一块2cm× 4cm× 0.5cm的石墨毡作为阴极，用一根螺杆进行阴极的固定和位置调节，使阴极漂浮在液面上，其上端面位于液面之上0.25cm的位置；
步骤三：取一块2cm×2cm的MMO作为阳极，将阳极放置在电解池中心，并与阴极正对，使用前用去离子水反复冲洗阳极，去除表面杂质，阴极和阳极之间的距离为3.5 cm；
步骤四：用磁力搅拌器以400r/min的速度搅拌电解池内的溶液，以保持电解质溶液的浓度均匀，并维持溶液的温度为20℃；在开始电化学反应之前，用氢氧化钠和稀硫酸调节上述溶液的pH为3，并使用pH计记录溶液的pH，阴极与DC电源的负极相连，阳极与DC电源的正极相连；在切换DC电源的同时向电解池内加入0.012 g的硫酸亚铁，并称取1.136g的硫酸钠溶解于上述溶液中，以获得电芬顿工艺所需的电导率；电流大小调至200 mA，在此过程中，使用秒表计时，分别在0 min、10 min、20 min、30min、40 min、50 min、60 min时刻在电解池内取样，并将取样溶液置于试管中，进行高效液相色谱分析，并利用消解仪与水质检测仪进行COD测试；每次运行后，用去离子水清洗电极，并在室温下保持干燥。如图3所示，图3为漂浮阴极电芬顿60 min的BTEX去除率分析图，其中pH=3， I=200mA，去除率高达82.68%，效果明显。
实施例四
使用实施例一的装置，利用漂浮阴极电芬顿技术处理BTEX类有机废水的方法包括一下步骤：
步骤一：以200 mL的电解池作为反应器，取1g/L浓度的含BTEX溶液160 mL加入电解池；
步骤二：裁剪一块2cm× 4cm× 0.5cm的石墨毡作为阴极，用一根螺杆进行阴极的固定和位置调节，使阴极漂浮在液面上，其上端面位于液面之上0.3cm的位置；
步骤三：取一块2cm×2cm的MMO作为阳极，将阳极放置在电解池中心，并与阴极正对，使用前用去离子水反复冲洗阳极，去除表面杂质，阴极和阳极之间的距离为4 cm；
步骤四：用磁力搅拌器以450r/min的速度搅拌电解池内的溶液，以保持电解质溶液的浓度均匀，并维持溶液的温度为22℃；在开始电化学反应之前，用氢氧化钠和稀硫酸调节上述溶液的pH为5，并使用pH计记录溶液的pH，阴极与DC电源的负极相连，阳极与DC电源的正极相连；在切换DC电源的同时向电解池内加入0.018 g的硫酸亚铁，并称取1.236 g的硫酸钠溶解于上述溶液中，以获得电芬顿工艺所需的电导率；电流大小调至220 mA，在此过程中，使用秒表计时，分别在0 min、10 min、20 min、30min、40 min、50 min、60 min时刻在电解池内取样，并将取样溶液置于试管中，进行高效液相色谱分析，并利用消解仪与水质检测仪进行COD测试；每次运行后，用去离子水清洗电极，并在室温下保持干燥。
实施例五
使用实施例一的装置，利用漂浮阴极电芬顿技术处理BTEX类有机废水的方法包括一下步骤：
步骤一：以200 mL的电解池作为反应器，取1g/L浓度的含BTEX溶液160 mL加入电解池；
步骤二：裁剪一块2cm× 4cm× 0.5cm的石墨毡作为阴极，用一根螺杆进行阴极的固定和位置调节，使阴极漂浮在液面上，其上端面位于液面之上0.25cm的位置；
步骤三：取一块2cm×2cm的MMO作为阳极，将阳极放置在电解池中心，并与阴极正对，使用前用去离子水反复冲洗阳极，去除表面杂质，阴极和阳极之间的距离为3.5 cm；
步骤四：用磁力搅拌器以400r/min的速度搅拌电解池内的溶液，以保持电解质溶液的浓度均匀，并维持溶液的温度为20℃；在开始电化学反应之前，用氢氧化钠和稀硫酸调节上述溶液的pH为4，并使用pH计记录溶液的pH，阴极与DC电源的负极相连，阳极与DC电源的正极相连；在切换DC电源的同时向电解池内加入0.012 g的硫酸亚铁，并称取1.136g的硫酸钠溶解于上述溶液中，以获得电芬顿工艺所需的电导率；电流大小调至200 mA，在此过程中，使用秒表计时，分别在0 min、10 min、20 min、30min、40 min、50 min、60 min时刻在电解池内取样，并将取样溶液置于试管中，进行高效液相色谱分析，并利用消解仪与水质检测仪进行COD测试；每次运行后，用去离子水清洗电极，并在室温下保持干燥。
实施例六
使用实施例一的装置，利用漂浮阴极电芬顿技术处理BTEX类有机废水的方法包括一下步骤：
步骤一：以200 mL的电解池作为反应器，取1g/L浓度的含BTEX溶液160 mL加入电解池；
步骤二：裁剪一块2cm× 4cm× 0.5cm的石墨毡作为阴极，用一根螺杆进行阴极的固定和位置调节，使阴极漂浮在液面上，其上端面位于液面之上0.25cm的位置；
步骤三：取一块2cm×2cm的MMO作为阳极，将阳极放置在电解池中心，并与阴极正对，使用前用去离子水反复冲洗阳极，去除表面杂质，阴极和阳极之间的距离为3.5 cm；
步骤四：用磁力搅拌器以400r/min的速度搅拌电解池内的溶液，以保持电解质溶液的浓度均匀，并维持溶液的温度为20℃；在开始电化学反应之前，用氢氧化钠和稀硫酸调节上述溶液的pH为5，并使用pH计记录溶液的pH，阴极与DC电源的负极相连，阳极与DC电源的正极相连；在切换DC电源的同时向电解池内加入0.012 g的硫酸亚铁，并称取1.136g的硫酸钠溶解于上述溶液中，以获得电芬顿工艺所需的电导率；电流大小调至200 mA，在此过程中，使用秒表计时，分别在0 min、10 min、20 min、30min、40 min、50 min、60 min时刻在电解池内取样，并将取样溶液置于试管中，进行高效液相色谱分析，并利用消解仪与水质检测仪进行COD测试；每次运行后，用去离子水清洗电极，并在室温下保持干燥。
实施例七
使用实施例一的装置，利用漂浮阴极电芬顿技术处理BTEX类有机废水的方法包括一下步骤：
步骤一：以200 mL的电解池作为反应器，取1g/L浓度的含BTEX溶液160 mL加入电解池；
步骤二：裁剪一块2cm× 4cm× 0.5cm的石墨毡作为阴极，用一根螺杆进行阴极的固定和位置调节，使阴极漂浮在液面上，其上端面位于液面之上0.25cm的位置；
步骤三：取一块2cm×2cm的MMO作为阳极，将阳极放置在电解池中心，并与阴极正对，使用前用去离子水反复冲洗阳极，去除表面杂质，阴极和阳极之间的距离为3.5 cm；
步骤四：用磁力搅拌器以400r/min的速度搅拌电解池内的溶液，以保持电解质溶液的浓度均匀，并维持溶液的温度为20℃；在开始电化学反应之前，用氢氧化钠和稀硫酸调节上述溶液的pH为2，并使用pH计记录溶液的pH，阴极与DC电源的负极相连，阳极与DC电源的正极相连；在切换DC电源的同时向电解池内加入0.012 g的硫酸亚铁，并称取1.136g的硫酸钠溶解于上述溶液中，以获得电芬顿工艺所需的电导率；电流大小调至200 mA，在此过程中，使用秒表计时，分别在0 min、10 min、20 min、30min、40 min、50 min、60 min时刻在电解池内取样，并将取样溶液置于试管中，进行高效液相色谱分析，并利用消解仪与水质检测仪进行COD测试；每次运行后，用去离子水清洗电极，并在室温下保持干燥。
实施例八
使用实施例一的装置，利用漂浮阴极电芬顿技术处理BTEX类有机废水的方法包括一下步骤：
步骤一：以200 mL的电解池作为反应器，取1g/L浓度的含BTEX溶液160 mL加入电解池；
步骤二：裁剪一块2cm× 4cm× 0.5cm的石墨毡作为阴极，用一根螺杆进行阴极的固定和位置调节，使阴极漂浮在液面上，其上端面位于液面之上0.25cm的位置；
步骤三：取一块2cm×2cm的MMO作为阳极，将阳极放置在电解池中心，并与阴极正对，使用前用去离子水反复冲洗阳极，去除表面杂质，阴极和阳极之间的距离为3.5 cm；
步骤四：用磁力搅拌器以400r/min的速度搅拌电解池内的溶液，以保持电解质溶液的浓度均匀，并维持溶液的温度为20℃；在开始电化学反应之前，用氢氧化钠和稀硫酸调节上述溶液的pH为3，并使用pH计记录溶液的pH，阴极与DC电源的负极相连，阳极与DC电源的正极相连；在切换DC电源的同时向电解池内加入0.012 g的硫酸亚铁，并称取1.136g的硫酸钠溶解于上述溶液中，以获得电芬顿工艺所需的电导率；电流大小调至100 mA，在此过程中，使用秒表计时，分别在0 min、10 min、20 min、30min、40 min、50 min、60 min时刻在电解池内取样，并将取样溶液置于试管中，进行高效液相色谱分析，并利用消解仪与水质检测仪进行COD测试；每次运行后，用去离子水清洗电极，并在室温下保持干燥。
实施例九
使用实施例一的装置，利用漂浮阴极电芬顿技术处理BTEX类有机废水的方法包括一下步骤：
步骤一：以200 mL的电解池作为反应器，取1g/L浓度的含BTEX溶液160 mL加入电解池；
步骤二：裁剪一块2cm× 4cm× 0.5cm的石墨毡作为阴极，用一根螺杆进行阴极的固定和位置调节，使阴极漂浮在液面上，其上端面位于液面之上0.25cm的位置；
步骤三：取一块2cm×2cm的MMO作为阳极，将阳极放置在电解池中心，并与阴极正对，使用前用去离子水反复冲洗阳极，去除表面杂质，阴极和阳极之间的距离为3.5 cm；
步骤四：用磁力搅拌器以300r/min的速度搅拌电解池内的溶液，以保持电解质溶液的浓度均匀，并维持溶液的温度为20℃；在开始电化学反应之前，用氢氧化钠和稀硫酸调节上述溶液的pH为5，并使用pH计记录溶液的pH，阴极与DC电源的负极相连，阳极与DC电源的正极相连；在切换DC电源的同时向电解池内加入0.012 g的硫酸亚铁，并称取1.136g的硫酸钠溶解于上述溶液中，以获得电芬顿工艺所需的电导率；电流大小调至200 mA，在此过程中，使用秒表计时，分别在0 min、10 min、20 min、30min、40 min、50 min、60 min时刻在电解池内取样，并将取样溶液置于试管中，进行高效液相色谱分析，并利用消解仪与水质检测仪进行COD测试；每次运行后，用去离子水清洗电极，并在室温下保持干燥。
实施例十
使用实施例一的装置，利用漂浮阴极电芬顿技术处理BTEX类有机废水的方法包括一下步骤：
步骤一：以200 mL的电解池作为反应器，取1g/L浓度的含BTEX溶液160 mL加入电解池；
步骤二：裁剪一块2cm× 4cm× 0.5cm的石墨毡作为阴极，用一根螺杆进行阴极的固定和位置调节，使阴极漂浮在液面上，其上端面位于液面之上0.25cm的位置；
步骤三：取一块2cm×2cm的MMO作为阳极，将阳极放置在电解池中心，并与阴极正对，使用前用去离子水反复冲洗阳极，去除表面杂质，阴极和阳极之间的距离为3.5 cm；
步骤四：用磁力搅拌器以400r/min的速度搅拌电解池内的溶液，以保持电解质溶液的浓度均匀，并维持溶液的温度为20℃；在开始电化学反应之前，用氢氧化钠和稀硫酸调节上述溶液的pH为5，并使用pH计记录溶液的pH，阴极与DC电源的负极相连，阳极与DC电源的正极相连；在切换DC电源的同时向电解池内加入0.006g的硫酸亚铁，并称取1.136g的硫酸钠溶解于上述溶液中，以获得电芬顿工艺所需的电导率；电流大小调至200 mA，在此过程中，使用秒表计时，分别在0 min、10 min、20 min、30min、40 min、50 min、60 min时刻在电解池内取样，并将取样溶液置于试管中，进行高效液相色谱分析，并利用消解仪与水质检测仪进行COD测试；每次运行后，用去离子水清洗电极，并在室温下保持干燥。
以上内容仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明专利提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本实用发明权利要求书的保护范围之内。
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