[發明專利]一種電催化還原氧化反應器及利用其預處理氯苯廢水的方法

有效

• 申請號: 201410720181.5
• 申請日: 2014-12-01
• 公開（公告）號: CN104787851A
• 公開（公告）日: 2015-07-22
• 發明（設計）人: 李愛民;王柏俊;宋海歐;王長明;姚志建;孫亮;李強
• 申請（專利權）人: 南京大學;南京大學鹽城環保技術與工程研究院
• 主分類號: C02F1/46
• 分類號: C02F1/46;C02F101/36
• 代理公司: 南京理工大學專利中心 32203
• 代理人: 鄒偉紅

技術領域

本發明涉及一種電催化裝置及廢水預處理方法，具體涉及一種電催化還原-氧化裝置及利用其預處理氯苯廢水的方法。

背景技術

氯苯是重要的有機中間體，廣泛存在于染料、醫藥、農藥、皮革、鋼鐵和紡織印染等行業排放的廢水中，在天然水體中也經常檢測到較高濃度的氯苯。氯苯氣味大，會刺激呼吸道、皮膚和粘膜組織，能夠在人體內富集，損害肝臟、腎臟、免疫系統和神經系統，有明顯的“三致效應”。由于氯苯毒性大、難生物降解，美國環保局(US?EPA)將氯苯定為持久毒性化合物，很多國家將其劃為優先控制污染物的范圍。我國污水綜合排放標準(GB8978-1996)一、二和三級氯苯排放標準分別為0.2mg/L、0.4mg/L和1.0mg/L。

氯苯等氯代芳烴的處理方法主要有生物法、吸附法、高級氧化法和金屬還原法。由于氯的存在使好氧生物氧化酶對苯環的親電子攻擊受到阻滯，因而對氯苯的處理效率很低；厭氧微生物還原脫氯的過程緩慢，脫氯效果差。活性炭、分子篩等吸附劑對氯苯有較好的富集、分離性能，但富集分離后的污染物處理不當會導致二次污染。Fenton?氧化、光催化氧化和超聲空化等高級氧化技術發展迅速，但依然存在對氯苯處理效率低、成本高等缺陷，離推廣使用仍有較大差距。金屬還原法處理氯苯廢水易受廢水pH、好氧厭氧條件、金屬的粒徑與比表面、混合攪拌速度等多個因素影響，存在金屬易鈍化、傳質效率低、生成高毒終產物等缺陷。

電化學方法與其他方法兼容性較好，易配合使用以達到最佳處理效果。電化學法在污水、廢氣和重金屬離子等污染物處理中的應用，從原理和方法上可以分為電催化氧化、電化學還原、電吸附和電浮選/電凝聚等，其中電化學還原一般發生在陰極，電催化氧化在陽極、陰極都可以發生。陽極表面發生直接氧化反應，有機污染物在電極表面通過電子的轉移從而被氧化降解，另外，H₂O通過電化學氧化生成O₃或者OH·，在溶液中能降解有機污染物，為間接氧化反應，而陰極的氧化機理為O₂還原成H₂O₂，進而生成OH·氧化有機物。陽極區和陰極區一般通過隔膜分開，隔膜的主要形式有鹽橋、離子交換膜系統和玻璃濾板等，離子交換膜又分為陰離子交換膜和陽離子交換膜。目前，電化學法已廣泛應用在染料、造紙、紡織、化工、皮革、生物制藥等有機廢水的處理方面。將電催化還原和電催化氧化結合，用以預處理氯苯廢水，還未見報道。

發明內容

針對目前只存在電催化氧化反應器，尚無電催化還原反應器，本發明的一個目的是提供一種電催化還原-氧化反應器，在一個反應器內實現有機污染物的還原-氧化過程。

本發明的另一個目的是提供一種用上述反應器對氯苯廢水電催化還原-氧化的預處理方法，本發明能降解高毒性的氯苯類有機物，降低氯苯廢水的生物毒性，提高其可生化性，為后續生化提供有利條件。

實現本發明目的技術解決方案是：本發明的電催化還原氧化反應器，所述反應器包括多個封閉容器，封閉容器由依次貼合排列的陰極板、陽離子交換膜和陽極板分隔為封閉的陰極室、陽極室，陰極室、陽極室頂部均設置有排氣口，陰極室設置供水系統，陽極室設置還原出水收集系統。

供水系統包括泵、進水管道和陰極室進水口，泵設置在進水管道上，陰極室進水口位于陰極室底部側壁，并與進水管道連接。

還原出水收集系統包括陰極室出水口、陽極室進水口、陽極室出水口、陰極室出水管道、陽極室進水管道、泵和緩沖罐，陰極室出水口和陽極室出水口分別位于陰極室和陽極室頂部側壁，陽極室進水口位于陽極室底部側壁，緩沖罐設置在陰極室出水管道與陽極室進水管道之間，泵設置在陽極室進水管道上，陰極室出水管道連接陰極室出水口，陽極室進水管道連接陽極室進水口。

優選地，所述的電催化還原-氧化反應器，所述的陰極板為鈦板、負載釕氧化物或銥氧化物的鈦板。

優選地，所述的電催化還原-氧化反應器，所述的陽極板為鈦基形穩電極，涂層為釕氧化物或銥氧化物。

利用上述電催化還原氧化反應器預處理氯苯廢水的方法為，將氯苯廢水通入電催化還原氧化反應器的陰極室，充滿整個反應器，開始電化學處理，廢水在陰極室發生還原反應，陰極室處理后的廢水經由還原出水收集系統進入陽極室，廢水在陽極室中發生氧化反應；陽極板和陰極板的電流密度為5-25?mA/cm²，廢水在陰極室和陽極室的停留時間為2-5?h；陰極室與陽極室的極間距為1?mm。

優選地，所述方法中電流密度調節為10?mA/cm²，反應時間為4h。