一种分段式电化学水处理装置及采用该装置进行处理的方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种分段式电化学水处理装置及采用该装置进行处理的方法，包括由阴极和阳极构成的电解槽，阴极和阳极间形成电解通道，电解通道分为前段和后段，其中，前段的电解通道内填充碳基负载金属氧化物和/或其相应的碳基负载金属，后段的电解通道内填充碳基负载金属和/或铁颗粒，前段的电解通道内还设有曝气装置。处理方法为调节废水的电导率和pH值，启动曝气装置和电解槽，依次流经电解槽的前段和后段反应后，静置、离心即可。本发明专利技术的装置通过在连续电解通道分段填充不同的催化粒子电极来实现分段分别原位产生强氧化性自由基和吸附絮体，提高了难降解有机物的去除率；同时该处理方法能够克服一定程度的阳极钝化问题，降低能耗。

A segmented electrochemical water treatment device and its treatment method

【技术实现步骤摘要】
一种分段式电化学水处理装置及采用该装置进行处理的方法
本专利技术属于废水处理领域，尤其涉及一种分段式的电化学水处理装置及处理方法。
技术介绍
电絮凝技术是一种绿色的、低成本的废水处理技术。电絮凝的原理是通过外加电场的作用，可溶性金属阳极产生金属阳离子(Al3+或Fe2+等)，阴极产生H2和表面羟基(·OH)，两者在溶液中结合生成氢氧化物和多核羟基配合物，最终形成含有丰富表面羟基的氢氧化物絮体。所形成的絮体在溶液中通过专属吸附、网捕卷扫、吸附架桥等作用吸附水中重金属离子、有机物和悬浮颗粒等污染物。一部分絮体吸附了密度较大的污染物后沉到反应器底部，另一部分絮体附着在阴极产生的H2气泡上发生气浮作用，固液分离后达到去除污染物的目的。与此同时，电絮凝过程中的电化学氧化作用也可以协同絮凝过程去除污染物。电絮凝技术综合了化学絮凝和电化学的优点，污染物去除效率高，且设备简单，不会造成二次污染。但电絮凝过程中产生的具有强氧化性的自由基有限，影响了污染物的去除效率。
技术实现思路
专利技术目的：本专利技术的第一目的是提供一种能够有效提高难降解有机物去除率的分段式的电化学水处理装置；本专利技术的第二目的是提供采用该装置进行处理的方法。技术方案：本专利技术分段式的电化学水处理装置，包括由阴极和阳极构成的电解槽，阴极和阳极间形成电解通道，该电解通道分为前段和后段，其中，前段的电解通道内填充碳基负载金属氧化物和/或其相应的碳基负载金属，后段的电解通道内填充碳基负载金属和/或铁颗粒，前段的电解通道内还设有曝气装置。本专利技术通过在连续电解通道分段填充不同组成和功能的催化粒子电极来实现分段分别原位产生强氧化性自由基和吸附絮体的电化学水处理方法。优选的，碳基负载金属氧化物可为SnO2@C和/或MnO2@C。前段的碳基负载金属可为Sb@C和/或Mn@C。进一步说，本专利技术分段的前段的电解通道长度占电解通道总长的30～50％。阳极材料可为铝或平板铁电极，阴极材料可为多孔不锈钢、石墨或钛电极。本专利技术采用上述电化学水处理装置进行处理的方法，包括如下步骤：调节废水的电导率和pH值，启动曝气装置和电解槽，依次流经电解槽的前段电解通道和后段电解通道反应10～60min后，静置、离心即可。更进一步说，本专利技术反应时间优选可为30～50min。流经后段电解通道后调节废水的pH值为5～7。曝气装置的曝气速率为0～10L/min。工作原理：本专利技术在处理废水的过程中，电解通道前段产生大量的具有强氧化性的羟基自由基(·OH)、超氧自由基(·O2-)和双氧水(H2O2)等物质，可以将污染物直接氧化或将其复杂的长碳链结构打断，为后段絮体吸附去除污染物提供有利条件。电解通道后段的粒子电极生成金属阳离子，显著提高了具有强吸附性氢氧化物絮体的产量。因此，在处理难降解有机物废水时，污染物经过前段深度氧化，直接被氧化去除或变为结构简单的小分子有机物，随后小分子有机物被后段原位产生的絮体吸附去除，从而有效地提高了难降解有机废水的处理效率。具体地，当采用铁为阳极时，废水首先通过电解通道前段，铁阳极电解出金属阳离子Fe2+，阴极产生过氧化氢，Fe2+和过氧化氢发生芬顿反应生成大量的羟基自由基(·OH)。同时，碳基负载金属氧化物(SnO2@C、MnO2@C)和碳基负载金属(Sb@C、Mn@C)催化产生·OH、·O2-等强氧化性自由基。所生成的·OH、·O2-等强氧化性自由基能将难降解有机物深度氧化，转变为无毒的小分子物质或打断长碳链污染物，使其变为易被絮体吸附的小分子物质。随后在电解通道后段使用分段加药的方法，加入酸性或碱性药剂调节pH至处理相应废水的最佳值，更有效地提高污染物的去除效率。在电解通道后段填充Fe@C、Al@C粒子电极，在处理废水的过程中，铁(铝)阳极和Fe@C(Al@C)粒子电极电解生成Fe2+或Fe3+(Al3+)，阴极电解生成H2和少量·OH，与此同时粒子电极生成大量·OH，生成的Fe2+或Fe3+(Al3+)与·OH在废水中结合，最终形成Fe2O3(Al2O3)、FeOOH(AlOOH)等絮体。粒子电极的加入使得产生的Fe2+或Fe3+(Al3+)和·OH数量增多，有效提高了絮体产量并加快了废水处理效率。有益效果：与现有技术相比，本专利技术的显著优点为：该装置通过在连续电解通道分段填充不同组成和功能的催化粒子电极来实现分段分别原位产生强氧化性自由基和吸附絮体，提高了难降解有机物的去除率，且填充的粒子电极和阴阳电极形成三维电极体系，在产生·OH的同时增加了电极的有效面积还提高了电流效率；同时该处理方法简单，可操作性强，能够克服一定程度的阳极钝化问题，降低能耗。附图说明图1为本专利技术装置的结构示意图。具体实施方式下面结合附图及实施例对本专利技术的技术方案做进一步详细说明。如图1所示，本专利技术分段式的电化学水处理装置，包括由阴极1和阳极2构成的电解槽，阴极和阳极间形成电解通道。阳极可为铝或平板铁电极，阴极为多孔不锈钢、石墨、钛电极中任一种，阴极、阳极之间的间距为3～30cm。电解通道分为前段A和后段B，前段A的电解通道长度占电解通道总长的30～50％。前段A的电解通道内填充碳基负载金属氧化物和其相应的碳基负载金属的混合物，后段的电解通道内填充碳基负载金属和/或铁颗粒，前段的电解通道内还设有曝气装置。其中，碳基负载金属氧化物SnO2@C和/或MnO2@C。前段的碳基负载金属为Sb@C和/或Mn@C。后段的碳基负载金属为Fe@C和/或Al@C。粒子电极均为长1～8mm的柱状颗粒。上述的粒子电极均采用浸渍法制备，即将活性炭颗粒超声冲洗、烘干后作为制备粒子电极的基体。碳基负载金属：采用过量浸渍法，将预处理后的活性炭颗粒浸渍到0.1mol/L的Mn(NO3)2的水溶液和Fe、Al、Sb的氯化盐水溶液中4h。置于烘箱内于100℃烘干，再置于马弗炉内于400℃煅烧6h，得到对应的粒子电极。MnO2@C：采用过量浸渍法，将预处理后的活性炭颗粒浸渍到0.2mol/L的KMnO4(用NH3·H2O调节pH)溶液，滴加0.3mol/LMnSO4溶液，浸渍4h，置于烘箱内于105℃烘干2h，再置于马弗炉内于500℃煅烧5h，得到对应的粒子电极。SnO2@C:采用过量浸渍法，将预处理后的活性炭颗粒浸渍到2g/L的SnCl4的乙二醇和水溶液中，再加入NaOH溶液搅拌分散，置于烘箱内于105℃烘干2h，再置于马弗炉内于500℃煅烧5h，得到对应的粒子电极。实施例1本实施例对甲基橙(MO)废水进行处理，废水的总浓度为500ppm；处理方法具体步骤如下：(1)调节废水的电导率为4000μs/cm，并调节废水初始pH值至3；(2)以平板铁电极作为阳极，多孔不锈钢电极作为阴极，极板间距3cm，电解通道前段的粒子电极为碳基负载金属氧化物(MnO2@C)和碳基负载金属(Mn@C)的混合物；电解通道后段的粒子电极为碳基负载金属(Fe@C)和铁屑的组合；(本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种分段式的电化学水处理装置，其特征在于：包括由阴极和阳极构成的电解槽，阴极和阳极间形成电解通道，该电解通道分为前段和后段，其中，前段的电解通道内填充碳基负载金属氧化物和/或其相应的碳基负载金属，后段的电解通道内填充碳基负载金属和/或铁颗粒，前段的电解通道内还设有曝气装置。/n

【技术特征摘要】
1.一种分段式的电化学水处理装置，其特征在于：包括由阴极和阳极构成的电解槽，阴极和阳极间形成电解通道，该电解通道分为前段和后段，其中，前段的电解通道内填充碳基负载金属氧化物和/或其相应的碳基负载金属，后段的电解通道内填充碳基负载金属和/或铁颗粒，前段的电解通道内还设有曝气装置。


2.根据权利要求1所述分段式的电化学水处理装置，其特征在于：所述阳极材料为铝或平板铁电极，阴极材料为多孔不锈钢、石墨或钛电极。


3.根据权利要求1所述分段式的电化学水处理装置，其特征在于：所述前段的电解通道长度占电解通道总长的30～50％。


4.根据权利要求1所述分段式的电化学水处理装置，其特征在于：所述前段碳基负载金属氧化物SnO2@C和/或MnO2@C。


5.根据权利要求1所述分段式的电化...

【专利技术属性】
技术研发人员：陆君，徐秋玲，徐凯，陈晋，程兴隆，廖博儒，冷霄，
申请(专利权)人：江苏科技大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32