利用活性炭纤维电极高压脉冲电解降解水中藻毒素的方法及其单元装置

摘要

一种利用活性炭纤维电极高压脉冲电解降解水中藻毒素的方法及单元装置，其特点是：将交流高压脉冲电源通过导线与多组平行间隔布置的活性炭纤维电极并联连接构成的利用活性炭纤维电极高压脉冲放电电解降解水中藻毒索的单元装置置于反应器中，多组平行间隔布置的活性炭纤维电极垂直放置在与水流方向平行的位置上；活性炭纤维电极的间距为0.5～5cm，在活性炭纤维电极电极两端施加交流高压脉冲电压值为200～1000V，电流值为0.1～10A，脉冲占空比为0.1～0.25；具有方法简便易行，对水中藻毒素能够充分降解，水处理效果佳，费用低等优点；其单元装置具有结构简单，容易制作，使用寿命长等优点。

说明书

技术领域

本发明涉及水处理技术领域，是一种利用活性炭纤维电极高压脉冲电解降解水中藻毒素的方法及其单元装置。

背景技术

随着水污染的加剧，很多水体出现了富营养化。富营养化的直接结果是造成藻类繁生。大量藻类给饮用水处理造成了困难。藻类难以通过沉淀过程除去，于是滤池截留了大量的藻类而导致堵塞。频繁反冲洗滤池会大幅度增加水处理的运行费用。

目前解决这个矛盾的主要方法式在原水进入水厂，向水中投加适量的氧化剂，如氯，来杀灭藻类以利于沉淀。杀灭的藻类细胞破坏后会使一些藻类的代谢产物进入饮用水。这一类物质由于对人类健康存在潜在威胁，具有较强的致癌能力。这类物质被统称为藻毒素。这些物质在水中含量低，化学稳定性好，去除比较困难。

常见去除藻毒素的方法包括活性炭吸附法和高级氧化法。活性炭吸附本质上是一种分离方法，可以把藻毒素吸附在其表面从水中去除。活性炭吸附存在的问题是其具有一定的吸附容量，当吸附饱和后需要进行再生。在再生过程中容易使大气受到污染。高级氧化法主要可以采用臭氧催化氧化法，但是高级氧化系统比较复杂，同时藻毒素浓度低，氧化效率比较低，运行费用较高。

电解过程可以产生氧气等氧化性物质，同时在阴极和阳极会发生氧化和还原反应。诸多生成物和电极反应能够对水中的有机污染物起到降解的效果。传统的电解过程存在许多问题，比如由于溶液中污染物浓度低，因此造成电流效率比较低；同时由于固定了电极的极性，在阴极附近会造成碱性的累积和电极的结垢。活性炭纤维具有巨大的比表面积和相对较窄的孔径分布，可以对有机物快速的吸附和富集。但是吸附饱和后仍然需要进行再生。

发明内容

本发明的目的是，提供一种简便易行，对水中藻毒素能够充分降解，水处理效果佳，费用低的利用活性炭纤维电极高压脉冲电解降解水中藻毒素的方法，并提供其结构简单，容易制作，使用寿命长的单元装置。

实现本发明所采用的技术方案是：一种利用活性炭纤维电极高压脉冲电解降解水中藻毒素的方法，其特征是：将交流高压脉冲电源通过导线与多组平行间隔布置的活性炭纤维电极并联连接构成的利用活性炭纤维电极高压脉冲放电电解降解水中藻毒素的单元装置置于反应器中，多组平行间隔布置的活性炭纤维电极垂直放置在与水流方向平行的位置上；活性炭纤维电极的间距为0.5～5cm，在活性炭纤维电极电极两端施加交流高压脉冲电压值为200～1000V，电流值为0.1～10A，脉冲占空比为0.1～0.25；当水流经多组活性炭纤维电极附近时，水中的藻毒素被富集到活性炭纤维电极上；多组活性炭纤维电极反应会对吸附的藻毒素产生降解作用；电解产生的氧化性物质向水中的溶解，能够对水中未被吸附的藻毒素起到氧化降解作用。

所述的反应器为脉冲电解池、或沉淀池、或滤池、或管道。

对所述的反应器水中的藻毒素投加对电解过程进行强化和催化的辅助药剂，所述的辅助药剂为Fe²⁺、H₂O₂、O₃、高锰酸钾和TiO₂中的至少一种，采用曝入氧气来对这个过程进行强化和催化，以达到对藻毒素的强化去除。

本发明的一种利用活性炭纤维电极高压脉冲电解降解水中藻毒素的单元装置，其特征是：它包括交流高压脉冲电源通过导线与多组平行间隔布置的活性炭纤维电极并联连接。

本发明的利用活性炭纤维电极高压脉冲电解降解水中藻毒素的方法，当有藻毒素的待处理水流经活性炭纤维电极附近时，藻毒素被富集到活性炭纤维电极上，活性炭纤维电极反应对藻毒素产生降解作用；电解产生的氧化性物质向水中溶解，在水中对未被吸附的藻毒素起到氧化作用；施加电压后，被吸附的藻毒素和其它有机物被降解，起到再生活性炭纤维的作用；脉冲电压极性不断变化，每个活性炭纤维电极上都能发生氧化反应和还原反应，对有机物起到充分降解的作用；不会在某个电极附近形成碱性区，避免了电极结垢；通过添加辅助药剂对该过程进行强化和催化，强化去除藻毒素，具有方法简便易行，对水中藻毒素能够充分降解，水处理效果佳，费用低等优点；其单元装置具有结构简单、容易制作，使用寿命长等优点。

附图说明

图1为利用活性炭纤维电极高压脉冲放电电解降解水中藻毒素的单元装置结构示意图。

图2为实施方式1的结构示意图。

图3为实施方式2的结构示意图。

图4为实施方式3的结构示意图。

图中：1交流高压脉冲电源，2导线，3活性炭纤维电极，4反应器，5进水口，6出水口。

具体实施方式

本发明利用活性炭纤维电极高压脉冲电解降解水中藻毒素的方法是：将交流高压脉冲电源1通过导线2与多组平行间隔布置的活性炭纤维电极3并联连接构成的利用活性炭纤维电极高压脉冲放电电解降解水中藻毒素的单元装置置于反应器4中，多组平行间隔布置的活性炭纤维电极3垂直放置在与水流方向平行的位置上；活性炭纤维电极的间距为0.5～5cm，在活性炭纤维电极电极两端施加交流高压脉冲电压值为200～1000V，电流值为0.1～10A，脉冲占空比为0.1～0.25；当水流经多组活性炭纤维电极附近时，水中的藻毒素被富集到活性炭纤维电极上；多组活性炭纤维电极反应会对吸附的藻毒素产生降解作用；电解产生的氧化性物质向水中的溶解，能够对水中未被吸附的藻毒素起到氧化降解作用。

所述的反应器4为脉冲电解池、或沉淀池、或滤池、或管道。

对所述的反应器4水中的藻毒素投加对电解过程进行强化和催化的辅助药剂，所述的辅助药剂为Fe²⁺、H₂O₂、O₃、高锰酸钾和TiO₂中的至少一种，采用曝入氧气来对这个过程进行强化和催化，以达到对藻毒素的强化去除。辅助的药剂可以向反应器4的处理单元上游附近的任何地方投加，对于气体物质的辅助的药剂最佳则需在活性炭纤维电极3中间的下部布置曝气头进行投加。

参照图1，本发明的利用活性炭纤维电极高压脉冲放电电解降解水中藻毒素的单元装置包括交流高压脉冲电源1通过导线2与多组平行间隔布置的活性炭纤维电极3并联连接。所述的活性炭纤维电极使用聚丙烯氰材质活性炭纤维布，其炭含量在95以上。

实施方式1：参照图1和2，将由交流高压脉冲电源1通过导线2与多组平行间隔布置的活性炭纤维电极3并联连接构成的利用活性炭纤维电极高压脉冲放电电解降解水中藻毒素的单元装置置于反应器4中，本实施方式1的反应器4为脉冲电解池、或沉淀池、或滤池，反应器4上设有进水口5和出水口6，多组平行间隔布置的活性炭纤维电极3垂直放置在与水流方向平行的位置上；活性炭纤维电极对的数量和形状根据反应器4的大小来确定；在反应器4的进水处设置一个布水区，以达到布水均匀的目的。

实施方式2：参照图1和3，将由交流高压脉冲电源1通过导线2与多组平行间隔布置的活性炭纤维电极3并联连接构成的利用活性炭纤维电极高压脉冲放电电解降解水中藻毒素的单元装置置于反应器4中，本实施方式2的反应器4为管道，当含有藻毒素的待处理水流经活性炭纤维电极3附近时，水中的藻毒素被富集到活性炭纤维电极3上；由于活性炭纤维电极3反应会对吸附的藻毒素产生降解作用；同时由于电解产生的氧化性物质向水中的溶解，可以在水中对未被吸附的藻毒素起到氧化降解作用。

实施方式3：参照图1和4，本实施方式3与实施方式1和2基本相同，只是在反应器4中，采用某些物质对电解过程进行强化和催化，向反应器4中投加辅助的药剂，比如Fe²⁺，H₂O₂，O₃，高锰酸钾，TiO₂粉末状的固体或液体，曝入氧气等来对这个过程进行强化和催化，以达到对藻毒素的强化去除。辅助的药剂可以向反应器4的处理单元上游附近的任何地方投加，对于气体物质的辅助的药剂最佳则需在活性炭纤维电极3中间的下部布置曝气头进行投加。

本发明的具体实施方式并非穷举，任何不经创造性劳动的简单变换均属于本发明权利保护的范围。

按本发明利用活性炭纤维电极高压脉冲电解降解水中藻毒素的方法，经10个月的实际应用实现了发明目的和达到了所述的效果。