[發(fā)明專利]一種采用間歇供電的三維電極電催化反應(yīng)器廢水處理方法

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• 申請日: 2014-10-23
• 公開（公告）號: CN104310671A
• 公開（公告）日: 2015-01-28
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 汪誠文;薛方勤;孫利利;趙雪鋒;付宏祥;李艷;王欣;陸茵;郝爽
• 申請（專利權(quán)）人: 北京國環(huán)清華環(huán)境工程設(shè)計研究院有限公司
• 主分類號: C02F9/06
• 分類號: C02F9/06;C02F1/46
• 代理公司: 北京清亦華知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11201
• 代理人: 廖元秋

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于污水處理技術(shù)領(lǐng)域，尤其是一種采用間歇供電的三維電極電催化反應(yīng)器的工業(yè)廢水處理方法。

背景技術(shù)

經(jīng)過傳統(tǒng)的物理、生物處理階段，工業(yè)廢水中分子量較小、易被生物降解的組分已經(jīng)得到了降解處理，但廢水中含有較多的難以生物降解的長鏈大分子和環(huán)狀分子，導(dǎo)致廢水可生化性較差，不適合使用生物法進(jìn)行處理。因此，針對工業(yè)廢水的深度處理，開發(fā)適合的處理技術(shù)勢在必行。

電化學(xué)氧化法可以利用電能使陽極形成高氧化還原電位狀態(tài)，或者產(chǎn)生高氧化還原電位的自由基團(tuán)(如羥基自由基、自由氯)，進(jìn)而利用這些高氧化還原電位的陽極和自由基團(tuán)對有機(jī)物進(jìn)行氧化降解。電化學(xué)氧化法氧化能力強(qiáng)、清潔簡單、占地面積小、處理周期短，是一種處理難降解有機(jī)廢水的熱點(diǎn)方法。

傳統(tǒng)的電化學(xué)氧化法反應(yīng)只在陽極表面進(jìn)行，存在面體比小、傳質(zhì)效果差的缺點(diǎn)，因而電流效率低，處理能力不強(qiáng)，在實(shí)際工程應(yīng)用中存在明顯缺陷。針對這一缺陷，三維電極氧化的概念得到提出。三維電極反應(yīng)器是指在傳統(tǒng)的電化學(xué)反應(yīng)器電極板之間中填充顆粒狀、碎屑狀電極材料，這些電極材料在陰陽電極電場感應(yīng)作用下帶電，形成新的電極，因而將電化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行的區(qū)域從極板表面擴(kuò)充到這些電極材料表面，大大地增大了反應(yīng)接觸面積，縮短了傳質(zhì)距離，可以大大提高反應(yīng)器降解污染物的效率。

三維電極反應(yīng)器通常由電源、陰極、陽極、填充電極組成，根據(jù)反應(yīng)器中間是否被高阻值材料阻隔分為單極性三維電極反應(yīng)器和復(fù)極性三維電極反應(yīng)器2類。由于填充高阻值填充材料的特點(diǎn)，單極性三維電極填充材料表面電勢較高，而通過電流較小，因而常用于電吸附去除重金屬離子、有害負(fù)離子如氟離子等。與單極性三維電極反應(yīng)器不同，復(fù)極性三維電極反應(yīng)器中間不用高阻值材料阻隔，直接采用阻值較大的導(dǎo)電材料填充，由于其單位槽體處理量大，有機(jī)污染物降解效果好、傳質(zhì)速率快等優(yōu)點(diǎn)成為研究熱點(diǎn)。雖然國內(nèi)外學(xué)者都作了大量研究，三維電極氧化法仍然存在一些不足：

(1)通過對比分析文獻(xiàn)中結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)，在負(fù)載催化劑材料之后，活性炭、陶瓷粒子等填充材料的氧化性能能夠得到大大提升，因此開發(fā)負(fù)載催化劑的填充材料具有顯著意義，而實(shí)際研究者對于負(fù)載催化劑的填充材料開發(fā)不夠，報道的一些負(fù)載催化劑的填充材料存在明顯的催化活性不高、催化劑易流失的特點(diǎn)。

(2)對于整體三維電極反應(yīng)器而言，文獻(xiàn)中報道的三維電極反應(yīng)器，存在明顯的去除效率偏低、能耗偏高的特點(diǎn)，使其開發(fā)的三維電極反應(yīng)器在實(shí)際應(yīng)用過程中缺乏有效的競爭力。

針對以上不足之處，本申請人進(jìn)行了大量研究，針對三維粒子電極的不足，研究開發(fā)出“一種負(fù)載催化劑活性炭的三維粒子電極及其制備方法”并申請了中國專利(CN103663631A)，該方法具有污染物去除率高、催化活性高、催化劑流失量低等特點(diǎn)，且其制備方法簡單；針對整體三維電極反應(yīng)器去除率低的問題；同時研究開發(fā)出“一種采用三維電極法的廢水處理系統(tǒng)”并同時申請了中國專利(CN103663634A)，該系統(tǒng)不僅可以高效去除廢水中的難降解有機(jī)物，同時可避免電極結(jié)垢、系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定。經(jīng)過上述兩項(xiàng)技術(shù)的研究，三維電極廢水處理系統(tǒng)能夠穩(wěn)定有效地處理污染物，但是由于三維電極反應(yīng)器采用直流供電方式，在進(jìn)行廢水處理過程中，還存在整體三維電極反應(yīng)器能耗偏高的缺點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是為克服已有技術(shù)的不足之處，提供一種采用間歇供電的三維電極電催化反應(yīng)器廢水處理方法，該方法操作簡便，能夠提高反應(yīng)效率，相同的反應(yīng)時間下，在保證出水水質(zhì)的前提下，可大大減少了能耗的三維電極反應(yīng)器運(yùn)行。

本發(fā)明提出的一種采用間歇供電的三維電極電催化反應(yīng)器廢水處理方法，其特征在于，該方法包括：原廢水經(jīng)pH調(diào)節(jié)池，加鹽酸調(diào)節(jié)pH至5.0-5.5后，進(jìn)入三維電極反應(yīng)器進(jìn)行反應(yīng)，三維電極反應(yīng)器進(jìn)行反應(yīng)的時間HRT為0.5-2.0h后出水；該三維電極反應(yīng)器采用脈沖方波電流供電電源，電流密度為2.0-10mA/cm²、脈沖占空比為0.2-0.6、脈沖頻率為0.02-0.1Hz。

所述三維電極反應(yīng)器采用負(fù)載催化劑活性炭的三維粒子電極的三維電極催化反應(yīng)器。

所述的脈沖方波電流供電電源按照間歇供電的形式設(shè)置通電和斷電的時間控制電路，通電和斷電的時間在正負(fù)3s的調(diào)節(jié)范圍內(nèi)調(diào)節(jié)控制，電源的功率為22.5kW。

本發(fā)明的技術(shù)特點(diǎn)及有益效果：