[發明專利]用于在廢水處理的電解池中賦予過濾能力的方法

有效

• 申請號: 201380062139.2
• 申請日: 2013-11-25
• 公開（公告）號: CN104812709B
• 公開（公告）日: 2018-06-08
• 發明（設計）人: 科琳·萊格茲丁斯
• 申請（專利權）人: 安克信水技術公司
• 主分類號: C02F1/469
• 分類號: C02F1/469;C02F1/461;C25B1/04
• 代理公司: 北京安信方達知識產權代理有限公司 11262
• 代理人: 胡秋玲;鄭霞

披露了一種能量有效電化學處理包含有機和/或無機污染物的廢水的電解池、系統、以及方法。該系統包括一個電解池，該電解池包括在沒有陰極電解質或其他支持電解質下工作的一種固體聚合物、質子交換膜電解質。該電解池還包括結合在陽極流體遞送層與陽極流場板之間的一個過濾層，以用于從該廢水流中去除包括微粒和/或懸浮固體的不同污染物。所選定的電池設計和工作條件提供了顯著更大的工作效率。

發明領域

本發明涉及用于電化學處理廢水的電解池、系統、以及方法。具體地說，本發明涉及用于使用固體聚合物膜電解質電解池去除有機污染物并且氧化無機化合物。

背景技術

對新的廢水處理技術的需求大量增加，這是由人口增長和所產生的廢水體積增加、更嚴格的廢水質量法規、清潔水成本和水短缺增加、保護清潔水源的意識以及老化廢水系統的替換所驅使的。工業尤其受到更嚴格的排放標準和成本壓力迫使，以便在排放之前消除其難降解廢水污染物并且采取現場水再使用和再循環系統避免水供應和污水排放成本增加。需要成本有效的、可持續水處理技術，該技術不需要添加化學品并且不會產生二次污染，符合嚴格的水質量標準，并且具有最小操作和維護要求。

工業廢水可能包含有機化合物，其中許多有機化合物是有毒的、持久的且抵抗常規生物和化學廢水處理的。處理難降解廢水的最好方式是借助可以使污染物礦化并且減小廢物的有機負荷和毒性的非化學氧化技術，如電化學氧化。電化學氧化是可持續的、安全的并且具有高處理效率，從而消除各種各樣的污染物如持久性有機污染物、二惡英、含氮物質(例如，氨)、藥物、病原體、微生物、大部分優先污染物以及殺蟲劑。存在電氧化廢水中的污染物的兩種主要方式。第一種方式是通過間接電解氧化污染物，從而原位生成一種氧化還原試劑作為化學反應物。介體可以是一種金屬氧化還原對或化學試劑(例如，氯、臭氧、過氧化物)。這些方法需要添加大量的化學品和/或供應氧氣，并且產生二次污染，從而導致用于處置經處理的廢水和運行及維護該方法的額外成本。第二種方式是使用直接電化學氧化，其中有機污染物在陽極表面上被氧化。

已開發用于直接電化學廢水處理的各種各樣的電池構型，這些電池構造包括流通型平行板、分隔室、填充床電極、堆疊圓盤、同心圓筒、移動床電極以及壓濾器。然而，所有這些電化學電池構型所共有的是較差的運行效率，這導致高能耗。將廢水用作電解質，并且在分隔池的情況下用作陽極電解質和陰極電解質。但由于廢水的極低離子導電性，需要添加一種支持電解質以提高電池效率并獲得合理的電池電壓。這通常導致超過許可的污染物排放限度的鹽、堿和/或酸濃度，從而增加處置經處理的廢水的成本和平衡液體電解質處理的工廠成本的成本。大電極間距和低表面積電極也是效率損失和能耗增加的主要貢獻者。在多孔床的多個孔中的緩慢質量輸運、具有較差反應動力學的未優化催化材料、高電極過電位、以及具有對于副反應(例如，析氧)的低過電位的催化劑也導致較低性能和效率損失。快速鈍化并且增加電池電阻率和不穩定性的電池部件材料的使用導致效率損失。運行條件也導致效率損失。在高的質量和離子傳輸損失的情況下，在標稱運行電流密度下，電壓太低，使得發生有機污染物的不完全破壞并且一個有機薄膜阻斷催化劑位點，從而降低性能并且需要使用電池反向技術清潔電極表面。

例如，公開的PCT申請WO9901382披露了一種用于凈化流體的電解池方法和設備。該系統有利地包括用于將一種或多種化學物質(例如，酸、二氧化碳、堿、過氧化氫、或鹽)添加到有待處理的流體中的裝置。在另一個實例中,安德雷德(Andrade)等人在有害物質期刊(J.Haz.Mats.)153,252-260(2008)中披露了一種分隔電解池處理模擬的苯酚廢水的用途。需要一種硫酸支持電解質。