申请日2000.09.21
公开(公告)日2001.02.28
IPC分类号C02F1/461
摘要
一种采用复合气体扩散电极的废水处理电解装置及方法,反应槽体底部放置阳极,采用复合气体扩散电极作阴极并置于阳极上方,在阳极之上布有带曝气微孔结构的进气管,在扩散电极和阳极之间分布有催化剂。电解过程在常温常压下进行,外加直流电3～20V电压,并控制适当的电流密度和气体扩散速度。本发明采用复合气体扩散电极作电解过程的阴极,通过氧气或空气等气体的扩散作用降低反应的能耗,具有运行稳定、投资低的优点,设备使用寿命长,处理效果好。
摘要附图
权利要求书
1、一种采用复合气体扩散电极的废水处理电解装置，包括反应槽体(1)、 阴、阳电极，其特征在于反应槽体(1)水平放置，在槽体(1)的底部放置阳 极(6)，复合气体扩散电极(2)作阴极，置于阳极(6)的上方，在阳极(6) 之上布有一根带曝气微孔结构的进气管(5)，槽体(1)的下部、进气管(5) 之上有废水进水管(4)，槽体(1)的上部有排水管(7)，在扩散电极(2)和 阳极(6)之间分布有催化剂(3)。
2、如权利要求1所说的采用复合气体扩散电极的废水处理电解装置，其 特征在于所说的复合气体扩散电极(2)为纤维网状形式或板孔式结构，可以 采用C、Pt、Fe、Au等元素的材料或其合金。
3、一种采用复合气体扩散电极的废水处理电解方法，其特征在于电解过 程在常温常压下进行，外加直流电3～20V电压，电流密度控制在 0.003～0.03A/cm2，气体扩散速度控制在10~100m3气体/(m3*H)范围内。
说明书
采用复合气体扩散电极的废水处理电解装置及方法
本发明涉及一种废水处理的反应装置及方法，尤其涉及一种采用复合气体 扩散电极的电化学装置及方法，属于电化学和环境技术领域。
随着工业的发展，生产废水已成为当前主要的水体污染源之一。某些工业 废水治理的难度大，如染料废水。这类废水的成分复杂，含有机染料，色度深， 芳香类有机物浓度高，毒性强，难降解(BOD/COD小)，pH值波动大，组分变 化大，且水量大。目前国内外处理这类废水的常用方法有混凝法和生化法。混 凝法对易溶染料及水体中其他可溶性N、P化合物去除率差。生化法所用的微 生物对营养物质、pH、温度等条件有一定要求，难以适应染料废水水质波动大、 染料种类多、废水毒性高的特点，生化法还存在占地面积大、冬季运行不稳定、 对色度和难降解有机物去除率低的缺点，处理含染料废水有明显的不足，废水 达标难度大。
电化学方法提供了处理这类污水的可行性，如公开号为CN1174175A的发明 专利申请公开说明书中介绍了一种用电一多相催化反应处理二硝基苯酚工业 废水的方法，这种方法原理为溶液中电极反应产生的自由基可以破坏污染物的 结构使之降解，从而达到处理废水的目的。该技术具有无需添加絮凝剂等化学 药品，设备体积小，占地面积少，操作简便灵活等优点。但电化学方法普遍存 在有能耗大、成本高及存在析氧和析氢等副反应的缺点，限制了废水处理的实 际应用范围。
本发明的目的在于针对现有技术的上述不足，设计提供一种新的废水处理 装置及其方法，使之具有高效率、低能耗，投资成本低、运行稳定的优点。
为实现这样的目的，本发明采用了特定结构的电化学反应装置，以复合气 体扩散电极形式用作电解过程的阴极，通过氧气或空气等气体的扩散作用降低 反应的能耗。电化学装置的反应槽中，扩散电极采用纤维网状结构，放置于阳 极的上方，电极之间分布有催化剂，在阳极之上有带曝气微孔结构的进气管， 气体从溶液中扩散通过，槽体下部有进水管，上部有排水管。
电解过程在常温常压下进行，外加直流电3～20V电压，电流密度控制在 0.003～0.03A/cm2，气体扩散速度控制在10～100m3气体/(m3*H)范围内。电 流密度过大将降低电流效率，电流密度过小又影响自由基的生成速率，不同的 废水要控制的电压和电流有区别。
复合气体扩散电极可以采用C、Pt、Fe、Au等元素的材料或其合金。
分布于电极之间的催化剂采用负载金属及其氧化物或半导体材料的颗粒， 受气体的搅拌及其他物理力，如重力的作用在废水中运动，加速了废水中污染 物的降解。气体通过带曝气微孔的进气管进入反应装置，在溶液内扩散。进气 管的微孔结构增强了气体的扩散溶解过程，增加了溶液中气体的溶解浓度，并 使通入的气体从扩散电极下方溶液中扩散并通过气体扩散电极，在扩散电极上 发生气体氧化还原反应，减少析氧或析氢等副反应的发生，增加了自由基的产 率。由此提高电流效率，降低能耗。
由于电化学过程所需电压及能耗是由阳极电位和阴极电位及溶液电阻所决 定的，本发明使用复合气体扩散电极代替析氧或析氢电极，在电化学反应过程 中可明显降低电解过程的能耗。本发明采用新型气体扩散电极电解反应结构， 增加了溶液中气体的溶解浓度，有助于提高利用溶解气体在扩散电极上发生氧 化还原反应的有效电流，从而提供了一种高效率、低能耗的工业废水治理方法。
本发明采用复合气体扩散电极的电化学技术处理工业生产废水中有机物的 实质，是在电化学反应过程中生成高活性的羟基等自由基对有机物进行氧化分 解。采用复合气体扩散电极降低电极电位，使·OH的生成能耗降低，在相同的 电流密度和电压下，增加·OH的生成量，从而使有机物快速地被具有强氧化性 的自由基氧化。而一般条件下，气体在水溶液中的溶解度小，溶解速度慢，而 使气体扩散速度成为限制提高能效的控制过程。本发明的结构主要增强溶液中 气体的扩散过程，延长气体溶解时间，从而增加气体溶解浓度。电场中催化剂 的存在能协调气体扩散电极快速生成强氧化性物质，加速对有机物的分解。
本发明采用了复合气体扩散电极的反应器装置，可以应用于含污染物的工 业生产废水的处理过程，可以将废水按不同性质污染物分别进行氧化或还原处 理。操作在常温常压下进行，简单易行，具有能耗小、投资低的优点，并且处 理效果好，运行稳定，设备使用寿命长。本发明尤其适用于溶解性好，难生物 降解的染料废水的脱色处理，废水经5～40分钟反应后，色度即可大为降低， 同时去除废水的COD，提高BOC/COD值。本发明与混凝法等传统方法有互补性， 与之结合能更经济地治理废水，其处理工艺顺序可调。