本发明专利技术属于电化学和废水制氢领域，涉及一种利用电化学法处理难降解废水同时制氢的装置和方法。本发明专利技术利用隔板(带孔隔板、隔膜或阳离子交换膜)将电解槽分为阳极区和阴极区，在阳极区电化学氧化处理难降解废水，同时在阴极区制氢，阳极气体和阴极气体氢气分别进行收集。本发明专利技术的装置采用双区域或多区域电催化，利用多孔隔板、隔膜或阳离子交换膜隔离阳极区和阴极区；根据水质特性选取不同的循环系统和电极结构的电解装置。在阳极区添加电气石类多金属或非金属氧化物作为填料构成三维电解强化阳极区有机物的降解。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于资源利用与回收领域，涉及利用电化学法处理难降解有机废水处理同时制氢的装置与方法。
技术介绍
含有毒有害的高浓度有机废水和重金属离子以及高氨氮的的废水由于可生化性差，常规处理方法难以致效，造成严重的环境污染，成为环保领域近年来比较受关注和亟待解决的技术问题。近年来，高级氧化技术比如光化学氧化和电催化氧化等技术由于产生强氧化性的羟基自由基能快速彻底地降解有机污染物而在难降解废水处理领域展现出良好的应用前景。电解法深度处理有机废水，国外自60年代已有报导这方面的研究，但未见应用于实际的处理，国内则主要采用生物处理。国内自70年开始进行电解法的试验，并于80 年应用于实际。采用电解法，设备简单，管理方便，效果显著，适用于少量低浓度含酚废水的深度处理去除率可高达99%。2001年化工环保第四期(187-192页)探讨了含酚废水的电解处理.2005年吉林大学博士生论文研究了 “电化学氧化法处理难生物降解有机工业废水的研究”；最近2010年化工环保第30卷(152-156)三维与二维电解工艺处理丙烯腈废水的效果比较，其中也总结了电催化处理有机废水的进展，显示电化学对难降解有机物成为近年研究的热点。专利CN 1594122A报道了利用电化学转盘来处理难降解有机废水的方法。转盘上交替分布阴阳极，利用转盘的转动加快电极表面和主体溶液物质的交换更新，增加液膜中的溶解氧。同时两极间转盘底板上分布催化剂兼顾阴阳极的氧化效率。专利CN 1962471A 报道了利用铱钽锡氧化物涂层钛电极处理有机废水的方法，旨在提高电催化法的效率和电极寿命，专利技术了利用纳米晶铱钽锡氧化物涂层钛电极电解处理有机废水的方法。专利CN 101434429A公开了一种电化学还原与氧化结合处理含氯有机废水的装置和方法。装置中利用隔膜将阳极区和阴极区隔开，阴极的载钯气体扩散电极既对氯代有机物具有电还原脱氯能力(通入氢气)，又可以电还原产生过氧化氢(通入空气)，并使其分解成羟基自由基，从而实现阴极电化学还原脱氯和阴极阳极同时电催化氧化处理含氯有机废水。上述文献和专利技术分别对不同的有机废水进行了研究报道，采用不同的催化形式如同相催化的芬顿技术、多相催化的电极修饰和填料等，只对目标污染物进行处理，但没有考虑含有难降解废水，包括氨氮和重金属离子的高效处理，以及在阴极产氢的相关装置和气体的收集措施。专利CN 101434429A对阴极电极要求比较高，电还原和氧化过程中需要通入氢气和空气，而且阴极还原脱氯和氧化反应条件要求高。如果阴极还原和氧化反应过程气体利用率低阴极区的排出气体成分复杂。矿石燃料燃烧时会产生(X)2以及氮、硫的氧化物，这些物质对人类的生存环境造成严重污染，而且这些燃料的储量是有限的。因此，实施可持续发展战略关键的一点是寻求能源合理利用的一条新途径。氢气在燃烧过程中只产生水，是一种能实现污染零排放的清洁能源，因而成为各国科研人员一致公认的理想开发对象。但是，自然界中几乎没有氢气存在，传统制氢方法主要是水电解法、合成气转化法、天然气转化法等。这些方法能耗大、成本高。生物制氢是新发展的一种经济有效的方法。CN 101597766A用于有机废水制氢的阴极催化剂以及制备方法，公布了一种利用 33-36% Ni, 33-63% ΑΙ,Ο. 5-6% Co等合金粉末涂覆在微生物电解池的阴极上作为催化之氢的方法。CN 101270368Α有机废水梯级产氢的方法，公布了一种利用双室微生物燃料电池中的阳极池利用厌氧微生物处理有机废水，而阴极池产氢。以上两种方法是以市政废水为基础通过强化生物制氢为主，对于有毒有害的高浓度有机废水和重金属离子以及高氨氣的的废水无能为力。目前，国夕卜的文献International Journal of Hydrogen Energy (2011，36，2049-2056 ；2011，36，3457-3464 ；2011，36，8252-8260)三篇文献报道了对垃圾渗透液、橄榄油厂废水以及废弃活性污泥利用可溶解阳极铝作为阳极沉积处理废水同时阴极产氢，电解过程中COD的降低和产氢量的关系在90-2500mL H2/g COD ；最高的能源效率在 74-95%。此外还有大量研究采用阳离子交换膜对废水的处理(材料科学与工艺，2004，3， 303-306 ；工业水处理，2008，28，4-7 ；Environ. Sci. Technol. 2010 ；44 ；5182-5187)，但是离子交换膜在长时间使用过程中存在膜污染严重，电流效率下降，同时产氢效率也会明显下降。而对于氨氮废水的处理以及氨氮的回收，专利(申请号201110052866. 3 ； 专利公开号CN102167454A)公开了一种废水处理回收氨的装置与方法，其基于 NH4 +OH O NH3 +H2O化学平衡和NH3与H2O的沸点不同，当温度控制在40_60°C，真空度控制在0. 04-0. 06MPa时，氨挥发而水并不挥发的原理，利用真空降膜鼓泡脱氨装置，在较低温度下，利用真空、鼓泡强化搅动和降膜加热，扩大了气相与液相的接触面积，强化了氨氮的脱除效果，并利用负压对挥发的氨进行回收避免空气污染。达到了废水净化(氨氮含量低于5mg/L)和氨资源化的效果。其技术方案是一种废水处理回收氨的装置，是真空降膜鼓泡脱氨装置，包括降膜加热器、水收集罐、吸收装置和真空装置，具体结构如下降膜加热器由溶液分配室、两层筛板、筛孔、列管式加热室、蒸汽入口、冷凝水出口和排气口组成。降膜加热器顶部是溶液分配室，设两层筛板，筛板上的筛孔交错布置，进行溶液分布；溶液分配室的上部有气体排出口， 排气口与吸收装置和真空装置相连；降膜加热器中部为列管式加热室，由列管组成，壳程为加热蒸汽空间并收集冷凝液，管程为溶液降液管；降膜加热器底部为水收集罐，水收集罐的上部有空气入口和曝气入口，下部有曝气盘，水收集罐的底部是溶液出口，为方便调节在空气入口直接接通大气或连接鼓风机阀门控制进气量。吸收装置是由一级吸收装置和氨吸收装置两部分组成，可以采用多板折流吸收槽也可以利用填料塔吸收器。真空装置为脱氨装置提供真空环境，强化氨氮脱除效果，提高脱氨效率，可以采用真空泵、风机或大气腿。使用上述装置的方法包括以下步骤(1)预处理和保安过滤器除去废水中的固相杂质；(2)预热器将过滤后的废水利用溶液出口的出水进行预热提高废水温度；(3)pH调节系统向废水中加入碱性络合剂调节废水的pH ；碱性络合剂中氢氧化钠占的质量比例为O 2%，碱性络合剂可以为多聚磷酸钠等。(4)该方法利用真空降膜鼓泡脱氨装置将废水中的氨氮转化为游离氨，从废水中逸出，降膜加热、真空和鼓泡强化了氨氮转化为游离氨的效果；控制废水温度在40-60°C，在此温度下游离氨逸出溶液，而水不会挥发。如果有其他废气如挥发酚，利用一级吸收装置进行吸收，氨吸收装置回收氨。废水经过预处理、保安过滤器，预热器预热，通过加药系统向废水中加入碱性络合剂调节PH后，进入降膜加热器中的溶液分配室，经筛板和筛孔布水后，由管程降液，在列管式加热室中受到壳程中蒸汽的加热。在废水降液过程中，废水中的氨氮部分转化为游离氨逸出溶液，并随着由空气入口中进入的空气上升至排气口进入吸收装置进行氨回收；经过本文档来自技高网...
【技术保护点】
１．一种利用电化学法处理难降解废水同时制氢的装置，其特征在于，电解装置包括电源、电解槽、循环系统三部分；电解槽包括阳极电极、阴极电极、阳极区、阴极区、阳极气体出口、阴极气体出口、阳极气体淋洗装置、气体净化装置以及带孔隔板或隔膜；电解槽通过带孔隔板或隔膜（或阳离子交换膜）分为阳极区和阴极区，阳极电极和阴极电极分别在阳极区和阴极区中，电解槽中的阳极电极和阴极电极通过导线和电源相连，电解过程中阳极产生的阳极气体通过阳极区上部的阳极气体出口进入阳极气体淋洗装置后收集处理，阴极产生的氢气经过阴极区上部的阴极气体出口，经过气体净化装置后收集；循环系统采用下述中的一种：（１）外循环系统：在电解槽的每个阳极区和阴极区分别进行循环，每个阳极区的上部都有一个阳极液进水口，下部都有一个阳极液出水口，每个阴极区的上部都有一个阴极液进水口，下部都有一个阴极液出水口；阳极区和阴极区之间可以用带孔隔板、隔膜或阳离子交换膜隔开；（２）内循环系统：电解槽的阳极区和阴极区通过带孔隔板隔开，孔在水位以下保证废水通过孔而气体不会进入其他区域；在电解槽一侧的阳极区上部有一个阳极液进水口，另一侧的阴极区下部有一个阴极液出水口；（３）处理含氨氮废水的外循环系统：电解槽的阳极区和阴极区通过阳离子交换膜隔开，废水在阳极区和阴极区分别进行循环；每个阳极区的上部都有一个阳极液进水口，下部都有一个阳极液出水口，每个阴极区的上部都有一个阴极液进水口，下部都有一个阴极液出水口；阴极液出水口通过给水泵输送至真空降膜鼓泡脱氨装置流程中，给水泵前有脱氨流量调节阀和阴极液流量调节阀，根据氨氮浓度是否符合要求选择通过真空降膜鼓泡脱氨装置脱氨后进入废水收集槽或直接进入废水收集槽；所述的空降膜鼓泡脱氨装置，包括降膜加热器、水收集罐、吸收装置和真空装置。降膜加热器由溶液分配室、两层筛板、筛孔、列管式加热室、蒸汽入口、冷凝水出口和排气口组成；降膜加热器顶部是溶液分配室，设两层筛板，筛板上有筛孔交错布置，进行溶液分布；溶液分配室的上部是排气口，排气口与吸收装置和真空装置相连；降膜加热器中部为列管式加热室，由列管组成，管程为溶液降液管，壳程为加热蒸汽空间并收集冷凝液；降膜加热器底部为水收集罐，水收集罐的上部有空气入口和曝气入口，下部有曝气盘，水收集罐的底部是溶液出口；在空气入口处直接接通大气或连接鼓风机阀门控制进气量；吸收装置是由一级吸收装置和氨吸收装置两部分组成；吸收装置采用多板折流吸收槽或填料塔吸收器；真空装置采用真空泵、风机或大气腿；（４）柱状电极内循环系统：电解槽中的电极采用柱状电极，阳极区和阴极区通过柱状带孔隔板隔开，阳极电极、阴极电极为圆柱形，且和带孔隔板为同心圆；阴极电极直接插在带孔圆柱中，产生的氢气自圆柱上部的阴极气体出口，经过气体净化装置后收集，阳极产生的阳极气体通过阳极区上部的阳极气体出口进入阳极气体淋洗装置后收集处理；电解槽的上部为阳极液进水口，下部为阳极液出水口，出水口与废水收集槽相连。...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：马伟，程子洪，张星，马伟，王天罡，王刃，
申请(专利权)人：大连理工大学，
类型：发明
国别省市：91
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