[發明專利]氣體擴散電極體系電化學消毒的方法

無效

• 申請號: 200910049125.2
• 申請日: 2009-04-10
• 公開（公告）號: CN101531411A
• 公開（公告）日: 2009-09-16
• 發明（設計）人: 徐文英;李平
• 申請（專利權）人: 同濟大學
• 主分類號: C02F1/467
• 分類號: C02F1/467
• 代理公司: 上海智信專利代理有限公司
• 代理人: 吳林松

技術領域

本發明屬于環保節能領域，涉及一種電化學水處理消毒方法，尤其是采用氣體擴散電極體系的電化學水處理消毒方法。

背景技術

目前，常用的消毒工藝有傳統的加氯消毒、紫外線消毒和臭氧消毒。加氯消毒技術在水處理領域占有主導地位，但其主要缺陷在于制備氯消毒劑的原料——氯氣，不僅有劇毒，而且在儲運過程中容易引發火災、爆炸，甚至人員傷亡的事故。同時，當人們發現氯消毒會產生較多的致癌物質之后，對氯的使用也越來越謹慎。而臭氧消毒、紫外線消毒則存在技術難度大、投資大及沒有持續殺菌效果等缺點，實際應用具有一定的局限性。而現場制備消毒劑技術解決了氯氣在儲運過程中存在的高危險性問題，因而一直是人們關注的焦點。而電化學消毒法又是現場制備消毒劑的重要方法之一。所謂電化學消毒法就是讓被消毒對象通過電化學裝置，從而達到殺菌、消毒的目的。采用電化學消毒方法的優點在于：首先，電化學法可以殺死多種有害微生物；其次，可以利用電極氧化或還原特性去除水中多種離子性雜質；第三，電化學消毒系統具有持續殺菌能力，電場消失后仍舊可以殺菌滅藻。而且，電化學法運行管理簡單、安全、可靠，經過試驗印證，殺菌速度快。耗電量較低。采用電化學法生成的三氯甲烷的量比加氯消毒生成的量要低，即使含THMs(三鹵甲烷)的前體物質較多的水，經過電化學的處理后水中三鹵甲烷的含量仍低于國家標準中所規定的數值(常玉等.電化學消毒法處理回用水的可行性研究，環境污染治理技術與設備，2002，Vol.3：46-50)。

已有不少關于用電殺菌的研究報道和實際用例，但迄今為止，該技術沒能獲得大規模的廣泛應用。各種不同類型電化學反應器也只是用來生產消毒劑氯氣或者臭氧，對電化學方法消毒有機廢水和飲用水的研究也只是集中在陽極方面。已有多種形穩電極(DSA)作為陽極，如Ti/IrO₂、Ti/RuO₂等被較多地應用于水處理和消毒中。但只有在Cl-濃度較高的水溶液里才會獲得比較高的殺菌率；在不含Cl^-的水里，主要依靠電極上產生的活性基團實現殺菌作用。

電流通過待處理的水，陽極上通過Cl^-氧化產生的HClO為主要消毒物質。與此同時，陽極上有大量氧氣溢出，陰極上發生無用的析氫反應。這些氫氣和陽極產生的氧氣混合，可能會形成易爆氫和氧的混合物。而且，管道里大量氫氣的聚積會破壞正常的水流運動。氫氣能夠滲透許多金屬，導致氫腐蝕，從而使金屬變脆。另外，運行成本也由于無用的析氫變得比較昂貴(與液氯消毒比較)。

H₂O₂被成功地用于處理和消毒飲用水和各類污水，它的氧化反應不會在水里留下任何反應副產物，且反應本身不帶危險性，在溫和的條件下進行。電極上的過氧化反應不會產生致癌物質，不需要加任何化學藥劑，運行成本降低。濁度和色度基本全部去除，濁度的去除主要因為有機物和細菌被氧化。陰極表面產生的H₂O₂能夠穿透細胞膜直達細胞核，而且，它還被證明具有持續消毒作用(Drogui，et?al.，Wat.Res.，2001，Vol.35：3235～3241)。Booch和Stocklin(德國專利：DE19631842)曾把耗氧陰極用于現場發生H₂O₂消毒飲用水。在耗氧陰極上，氧氣被還原成H₂O₂和OH^-。和其他的消毒物質比較，H₂O₂的氧化還原電位更低，但殺菌效率基本沒有提高，這是因為耗氧陰極上形成的H₂O₂和陽極上生成的自由余氯發生反應生成HCl。耗氧陰極的另一個缺點是：只有溶解在水里的氧氣能發生H₂O₂。氧在水里的溶解度很低，當P＝1大氣壓時，只有8～10mg/L。如果用純氧充氧，水里溶解氧的濃度<25mg/L。所以，H₂O₂的產量很低，陰極生成H₂O₂的效率很低，難以在廢水和飲用水消毒領域中實際應用，耗氧電極因此也沒有得到廣泛的應用。

發明內容

本發明的目的在于針對現有技術的不足，采用氣體擴散電極體系進行電化學水處理消毒，提供一種高效且安全無毒的水處理消毒方法。