基于筛分式集流体的流动阳极电化学污水处理装置及工艺制造方法及图纸

本发明专利技术提出了一种基于筛分式集流体的流动阳极电化学污水处理装置及工艺，所述污水处理装置包括：外壳，内部为腔体结构，所述外壳上设置有分别与所述腔体结构相连通的进水口和出水口；筛分式集流体结构，所述筛分式集流体结构包括筛分式阳极集流体和阴极集流体，筛分式阳极集流体和阴极集流体之间设置有阴阳极分隔物，筛分式阳极集流体和阴极集流体与外电路相连接；阳极池和阴极池，所述阳极池和阴极池通过所述筛分式集流体结构将腔体结构划分而成，所述阳极池和阴极池内均设置有电解液；以及流动阳极，悬浮设置在所述阳极池内。本发明专利技术利用水在流动阳极上单电子转移生成的吸附态羟基氧化降解污染物，实现了污染物的高效氧化降解。化降解。化降解。

【技术实现步骤摘要】
基于筛分式集流体的流动阳极电化学污水处理装置及工艺


[0001]本专利技术涉及污水处理
，尤其是涉及一种基于筛分式集流体的流动阳极电化学污水处理装置及工艺。

技术介绍

[0002]本部分的陈述仅仅是提供了与本公开相关的
技术介绍
信息，不必然构成在先技术。
[0003]伴随着工业化进程不断推进以及人口规模持续增加，水资源短缺问题日益凸显。在总体水资源难以增长的前提下，开发高效的污水深度处理与回用技术，以实现水资源的循环使用是人类发展的必由之路。电化学高级氧化技术不需要添加额外化学试剂，可以直接电解水产生强氧化性的羟基自由基（
•
OH），被认为最绿色环保的水处理技术之一。由于电解水产羟基自由基的过程中需要阳极保持较高的电位（公式1），不仅造成了净水能耗的显著增加，同时还会促进水中电子转移产氧气的竞争反应，降低电流效率，阻碍电化学高级氧化技术的工业化发展。因此，亟需研发高效、低耗的电化学水处理与再生回用技术。
[0004] （1）
[0005]使用高析氧电位阳极能够显著减少电解水产氧气反应的发生，促进羟基自由基的生成。黎学明等人公布了一种高析氧电位二氧化锡电极（申请号：CN202110101040.5），该电极在电化学氧化过程中趋向产生更多的羟基自由基（
•
OH），从而提高电极的催化氧化能力和电流效率，实现对苯酚的高效去除。赵国华等人公布了一种处理含氟有机废水的高析氧电位电极的制备方法（申请号：CN201010533729.7），该电极析氧电位达到2.4 V以上，电极氧化能力强并且效率高，能够将难生化与氧化的含氟芳香烃类有机污染物高效降解。虽然使用高析氧电位阳极能够提高电流效率，增强电催化氧化活性，然而也面临着阳极在高电极电位运行下高能耗、寿命短的问题。
[0006]通过解析水在阳极单电子转移产生羟基自由基的路径，该路径包括两个基元反应（公式（2）
‑
公式（3））。其中，水在电极表面发生O
‑
H断键形成吸附态羟基（
*
OH）所需要的电极电位远低于游离态羟基自由基（
•
OH）。
[0007] （2）
[0008]（3）
[0009]此外，已有的研究表明吸附态羟基（
*
OH）同样具有氧化多种有机污染物的潜力。然而，传统的平板式电极由于边界层（~100μm）的存在，其电极周围的污染物传质效率极大降低，不利于吸附态羟基自由基（
*
OH）的利用。而已公布的三维电极，其特征是在颗粒电极表面形成偶极子以促进污染物降解，但由于该过程未实现单极极化，吸附态氧化剂与电子的复配能力强，未曾有关于
*
OH的报道与技术专利技术公开。因此，开发基于吸附态羟基（
*
OH）的电化学高级氧化技术是解决电化学氧化高能耗问题的关键。

技术实现思路

[0010]本专利技术提出一种基于筛分式集流体的流动阳极电化学污水处理装置及工艺，克服了现有的电化学高级氧化技术存在效率低下、高能耗、寿命短的问题。
[0011]本专利技术的技术方案是这样实现的：
[0012]基于筛分式集流体的流动阳极电化学污水处理装置，包括：
[0013]外壳，所述外壳的内部为腔体结构，所述外壳上设置有分别与所述腔体结构相连通的进水口和出水口，所述进水口用于通入待处理的污水，所述出水口用于对净化后的再生水排出；
[0014]筛分式集流体结构，所述筛分式集流体结构包括筛分式阳极集流体和阴极集流体，筛分式阳极集流体和阴极集流体之间设置有阴阳极分隔物，筛分式阳极集流体和阴极集流体与外电路相连接；
[0015]阳极池和阴极池，所述阳极池和阴极池通过所述筛分式集流体结构将腔体结构划分而成，所述阳极池和阴极池内均设置有电解液；以及
[0016]流动阳极，悬浮设置在所述阳极池内；通过对所述筛分式集流体结构施加单向阳极偏压，实现与所述筛分式集流体结构接触的流动阳极极化，进一步在低电压情况下流动阳极表面发生水氧化反应生成吸附态羟基，以使流动阳极在筛分式集流体结构表面进行过滤式“固
‑
液”分离时，形成微粒空间堆叠效应，实现污染物的高效去除以及流动阳极的有效截留。
[0017]进一步优化技术方案，所述电化学污水处理装置为套管式装置，所述阴阳极分隔物和阴极集流体依次卷在筛分式阳极集流体外侧。
[0018]进一步优化技术方案，所述电化学污水处理装置为平板式装置，所述筛分式阳极集流体、阴极集流体以及阴阳极分隔物平行卡装设置在所述外壳的内部。
[0019]进一步优化技术方案，所述筛分式阳极集流体具有多孔结构，且孔径小于流动阳极的孔径。
[0020]进一步优化技术方案，还包括：
[0021]阳极接线柱，所述阳极接线柱与所述筛分式阳极集流体相连接并伸出所述外壳；以及
[0022]阴极接线柱，所述阴极接线柱与所述阴极集流体相连接并伸出所述外壳；通过所述阳极接线柱以及所述阴极接线柱将所述筛分式阳极集流体和所述阴极集流体与外电路相连接。
[0023]进一步优化技术方案，所述筛分式阳极集流体的材质为SnO2‑
Sb、PbO2、柔性碳材料、铂网、IrTa或IrRu。
[0024]进一步优化技术方案，所述阴极集流体的材质为钛网、铂网或不锈钢网。
[0025]进一步优化技术方案，所述流动阳极的材质为金属氧化物、碳材料或复合材料，且粒径范围为0.1
‑
1000 μm。
[0026]基于筛分式集流体的流动阳极电化学污水处理工艺，所述工艺基于项所述的基于筛分式集流体的流动阳极电化学污水处理装置进行，包括以下步骤：
[0027]从进水口通入污水，开动搅拌保持阳极材料悬浮；
[0028]对所述筛分式集流体结构施加单向阳极偏压，实现与所述筛分式集流体结构接触
的流动阳极极化，进一步在低电压情况下流动阳极表面发生水氧化反应生成吸附态羟基，以使流动阳极在筛分式集流体结构表面进行过滤式“固
‑
液”分离时，形成微粒空间堆叠效应，实现污染物的高效去除以及流动阳极的有效截留；
[0029]净化后的再生水从出水口排出。
[0030]进一步优化技术方案，还包括以下任意一项或多项技术特征：
[0031]A、施加的阳极电位为0.5
‑
2.0 V vs 标准氢电极电势；
[0032]B、所述基于筛分式集流体的流动阳极电化学污水处理装置采用连续流模式运行，筛分式阳极集流体的产水通量为0
‑
1 m3/m2/h；
[0033]C、通过磁力搅拌或机械搅拌的方式保证流动阳极悬浮于电解液中，搅拌速率为100
‑
250 rpm。
[0034]采用了上述技术方案，本专利技术的有益效果为：
[0035]1、本专利技术提供的基于筛分式集流体的流动阳极电化学污水处理装置，利用水在流动阳本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于筛分式集流体的流动阳极电化学污水处理装置，其特征在于，包括：外壳（4），所述外壳（4）的内部为腔体结构，所述外壳（4）上设置有分别与所述腔体结构相连通的进水口（9）和出水口（3），所述进水口（9）用于通入待处理的污水，所述出水口（3）用于对净化后的再生水排出；筛分式集流体结构，所述筛分式集流体结构包括筛分式阳极集流体（12）和阴极集流体（10），筛分式阳极集流体（12）和阴极集流体（10）之间设置有阴阳极分隔物（11），筛分式阳极集流体（12）和阴极集流体（10）与外电路相连接；阳极池（13）和阴极池（14），所述阳极池（13）和阴极池（14）通过所述筛分式集流体结构将腔体结构划分而成，所述阳极池（13）和阴极池（14）内均设置有电解液；以及流动阳极，悬浮设置在所述阳极池（13）内；通过对所述筛分式集流体结构施加单向阳极偏压，实现与所述筛分式集流体结构接触的流动阳极极化，进一步在低电压情况下流动阳极表面发生水氧化反应生成吸附态羟基，以使流动阳极在筛分式集流体结构表面进行过滤式“固
‑
液”分离时，形成微粒空间堆叠效应，实现污染物的高效去除以及流动阳极的有效截留。2.根据权利要求1所述的基于筛分式集流体的流动阳极电化学污水处理装置，其特征在于，所述电化学污水处理装置为套管式装置，所述阴阳极分隔物（11）和阴极集流体（10）依次卷在筛分式阳极集流体（12）外侧。3.根据权利要求1所述的基于筛分式集流体的流动阳极电化学污水处理装置，其特征在于，所述电化学污水处理装置为平板式装置，所述筛分式阳极集流体（12）、阴极集流体（10）以及阴阳极分隔物（11）平行卡装设置在所述外壳（4）的内部。4.根据权利要求1所述的基于筛分式集流体的流动阳极电化学污水处理装置，其特征在于，所述筛分式阳极集流体（12）具有多孔结构，且孔径小于流动阳极的孔径。5.根据权利要求1所述的基于筛分式集流体的流动阳极电化学污水处理装置，其特征在于，还包括：阳极接线柱（7），所述阳极接线柱（7）与所述筛分式阳极集流体（12）相连接并伸出所述外壳；以及阴极接线柱（8），所述阴极接线...

【专利技术属性】
技术研发人员：祖道远，马金星，杨奎，何佳洲，徐润生，何頔，杨志峰，
申请(专利权)人：广东工业大学，
类型：发明
国别省市：