[發(fā)明專利]具有改善的電氣保護的用于廢水處理的電化學電池

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201880025216.X
• 申請日: 2018-04-19
• 公開（公告）號: CN110536868B
• 公開（公告）日: 2022-02-01
• 發(fā)明（設計）人: 布蘭登·伍德;朱莉婭·林恩·克拉紹維奇
• 申請（專利權）人: 安克信水技術公司
• 主分類號: C02F1/46
• 分類號: C02F1/46;C02F1/467;C25B9/19;C25B9/05;C25B11/03;H01M8/22;H01M8/02
• 代理公司: 北京安信方達知識產權代理有限公司 11262
• 代理人: 李慧慧;鄭霞

用于廢水處理的電化學電池包括催化劑涂覆的膜、被放置在催化劑涂覆的膜的每一側面上的開孔網格以及緊接每個開孔網格放置的壓縮框架。每個壓縮框架具有在由框架的周邊界定的區(qū)域內展開的壓縮臂，以通過緊固件施加均勻的壓縮力，所述緊固件突出穿過壓縮臂、開孔網格和催化劑涂覆的膜。每個開孔網格包括平坦表面和壓花表面。壓花表面可以包括圍繞開孔網格中的孔的壓花區(qū)域、在組裝的電池中緊接壓縮框架的壓縮臂放置的橫向壓花區(qū)域以及沿著開孔網格的周邊的外圍壓花區(qū)域。壓花表面提供改善的針對電路的保護。

技術領域

本發(fā)明涉及具有增加的污染物去除速率的用于廢水處理的電化學電池(electrochemical cell)，并且特別地本發(fā)明涉及用于去除有機污染物和無機污染物的電化學電池，所述電化學電池包括固體聚合物電解質膜和具有改善的電氣保護的電流收集和電池壓縮系統(tǒng)。

背景技術

由于人口增長和增加的所產生的廢水的體積、更嚴格的廢水質量法規(guī)、增加的清潔水的成本和水短缺、對保護清潔水源的意識以及更換老化的廢水處理基礎設施的驅動，對新型廢水處理的需求存在大幅增長。工業(yè)特別地受更嚴格的排放標準和成本壓力所迫，以在排放之前消除其頑固的廢水污染物，并且采用現場水再利用和再循環(huán)系統(tǒng)來避免增加供水(rising water supply)和流出物排放成本。要求的是不需要添加化學品并且不產生二次污染的成本有效的、可持續(xù)的水處理系統(tǒng)，所述水處理系統(tǒng)符合嚴格的水質標準并且具有最低的操作和維護要求。

工業(yè)廢水可以含有有機化合物，其中許多是有毒的、持久性的并且抵抗常規(guī)的生物的和化學的廢水處理。處理頑固的廢水的優(yōu)選的方法是通過可以使污染物礦化并降低廢物的有機負載和毒性的非化學氧化技術例如電化學氧化。電化學氧化是可持續(xù)的、安全的并且具有高的處理效力，消除各種各樣的污染物例如持久性的有機污染物、二噁英、氮物質(例如氨)、藥物、病原體、微生物、大多數優(yōu)先污染物和農藥。在廢水的電化學處理的領域中，存在兩種主要的用于氧化廢水中的污染物的方法。第一種方法是直接在陽極表面上直接電化學氧化有機污染物和/或無機污染物。第二種方法是通過原位產生化學氧化物質(例如羥基、氯、氧或高氯酸根基團或化合物例如次氯酸鹽、臭氧、或過氧化氫)間接電化學氧化有機污染物和/或無機污染物。這些化學氧化物質直接在陽極表面上產生并且隨后氧化廢水溶液中的污染物。

已經開發(fā)了多種包括流通式平行板、分隔室、填充床電極、堆疊式盤、同心圓筒、移動床電極和壓濾機的電池配置，用于直接和間接電化學廢水處理。然而，所有這些電化學電池配置的共同點在于差的操作效率和性能，導致高能量消耗和/或低的污染物去除速率。

為了提高用于廢水處理的電解池的性能，公布的PCT申請WO9901382公開了例如向待處理的流體中添加一種或更多種化學物質(例如酸、二氧化碳、堿、過氧化氫或鹽。)

消除對添加支持電解質(supporting electrolyte)的要求的方法是在電解池中使用固體聚合物電解質(SPE)。SPE技術已經被開發(fā)用于其他目的，包括用于通過水電解生產氫氣或者用于使用聚合物電解質膜燃料電池產生能量。

通常，用于廢水處理的采用固體聚合物電解質(SPE)的電化學電池包括由膜分隔開的陽極和陰極以及兩個用于將廢水分別進料至陽極和陰極的流場板(flow fieldplate)。這樣的布置與用于燃料電池和電解器(electrolyser)中的電池設計相似。在燃料電池和電解池中，膜必須將在陽極側面上流動的電解質與在陰極側面上流動的電解質分開。用于廢水處理的電化學電池與用于氫氣產生的燃料電池和電解器的區(qū)別在于，它們不一定需要陽極側面和陰極側面的完全分離。在燃料電池和電解器中，避免膜穿孔以防止陽極流和陰極流的混合，并且應該防止在陽極隔室和陰極隔室之間的氣體泄漏。燃料電池和電解器的另一個特性是，在這樣的電池中需要組件的氣體密封性和液體密封性，以便確保流體可以移動通過或跨越電池的活性區(qū)域(active area)而不損失壓力。