申请日2009.08.06
公开(公告)日2010.01.13
IPC分类号C02F1/461
摘要
本发明提供了本发明提供了一种管式填充床电解装置及用于处理有机废水的方法，所述的装置包括电解槽，所述的电解槽设有电解槽槽体、入口、出口，所述电解槽槽体为管式电解槽，所述的管式电解槽的两端分别设有与入口连通的进水区和与出口连通的出水区，所述进水区、出水区分别通过多孔板与电解槽槽体分隔，所述的阳极为棒状Ti/SnO2+Sb2O4复合电极，所述的阳极设置在所述电解槽槽体轴心位置，所述的阴极为管状不锈钢网，固定在管式电解槽槽体内壁，在所述的阴极与阳电之间填充着多孔炭质填料。该装置对不同有机废水具有通用性，用该装置处理有机废水，传质好，电解效率高。
权利要求书
1.一种管式填充床电解装置，包括电解槽，所述的电解槽设有电解槽 槽体、入口、出口，设置于电解槽槽体内的阴极、阳极及填料，与 所述的阴极、阳极分别电连接的直流稳流电源，其特征在于：所述 电解槽槽体为管式电解槽，所述的管式电解槽的两端分别设有与入 口连通的进水区和与出口连通的出水区，所述进水区、出水区分别 通过多孔板与电解槽槽体分隔，所述的阳极为棒状Ti/SnO2+Sb2O4 复合电极，所述的阳极设置在所述电解槽槽体轴心位置，所述的阴 极为管状不锈钢网，固定在管式电解槽槽体内壁，在所述的阴极与 阳电之间填充着多孔炭质填料，所述的多孔炭质填料是将粉状活性 炭负载在多孔状结构高分子材料上而制成的填料。
2.如权利要求1所述的管式填充床电解装置，其特征在于所述的多孔 炭质填料是以多孔状结构高分子材料为载体，以粉状活性炭为填充 组分，采用浸渍法制备得到的含碳量20～50%，孔径5～15PPI的 填料。
3.如权利要求1所述的管式填充床电解装置，其特征在于所述的高分 子材料为聚氨酯海绵。
4.如权利要求1所述的管式填充床电解装置，其特征在于所述的管式 电解槽的管长∶管径为8～15∶1。
5.如权利要求1所述的管式填充床电解装置，其特征在于所述的管式 填充床电解装置由若干个电解槽串联而成，上一级电解槽的出口与 下一级电解槽入口相连。
6.如权利要求1所述的管式填充床电解装置，其特征在于所述的所述 Ti/SnO2+Sb2O4复合电极由棒状Ti电极采用热分解涂布SnO2和 Sb2O4制得，所述的复合电极中SnO2含量为10-6～10-4mol/cm3， Sb2O4含量为10-7～10-5mol/cm3。
7.如权利要求1所述的管式填充床电解装置，其特征在于所述的电解 槽的材料为聚丙烯。
8.利用如权利要求1所述的装置处理有机物水的方法，其特征在于有 机废水通入电解槽的入口，电解条件为：槽电压8～12V，电流密 度10mA/cm2，常温下电解时间为20～40min，经电解后的有机废 水流出出口。
说明书
一种管式填充床电解装置及用于处理有机废水的方法
(一)技术领域
本发明涉及一种管式填充床电解装置，特别是用于水相有机物分解的 电解装置，本发明还涉及利用该装置来处理有机废水的工艺。
(二)背景技术
工业有机废水处理一直是水污染控制领域的一个难题。电分解是除去 工业废水中有毒有害物质的一种有效方法，在制药、化工、印染等行业领 域得到广泛的研究和应用。以传统的板(筒)式二维电解槽为基础，通过 装填粒子电极(形成三维电解槽)或引入流化态概念(形成流化床电解槽)， 改善水相传质，提高电解效率，逐渐形成了一些新型电解装置和处理工艺。 但这些装置和工艺基本处于大尺寸水平，鲜有涉及小尺寸(或微型)范畴， 事实上，小尺寸电分解装置不仅可减少电解时间，而且可降低装置能耗。 基于此思想，本发明提出一种高效的新型有机废水电解反应器----用于水相 有机物分解的管式填充床电解装置。
本发明所述的管式填充床电解装置基础是化工反应装置的管式反应 器，管式反应器物料从反应管的一端进入，一边流动一边反应，从管的另 一端流出时已达到预定的转化率。这种反应器因管径小(与传统的化工反 应釜比较)，被称为小尺寸反应器(有别于尺寸更小的微型反应器)，其特 点是反应器长径比(L/D)大，最大可达50∶1;物料以柱塞流或平推流方 式沿管子流动，无返混现象，过程连续稳定;每个反应器自成单元模块， 工程上可依据物料规模及转化率要求，灵活扩大，无放大效应问题;设备 体积小，相传质好，转化率高，且能耗低，是化工反应器的一个重要发展 方向。
目前与本发明相关的文献报道有《管式电反应系统及其在废水处理中 的应用》，曾贤桂等，工程设计与建设，2003，35(5)：42～45，介绍了一 种管式电反应系统在废水处理中的应用，该装置解决了传统电化学法由于 采用平板型电解槽而存在极水比小、传质条件差、电流分布不均、单位体 积处理能力低等诸多难克服的缺点，但是该装置中所用的铁铝阳极电解时， 会产生溶解现象。本发明要解决上述不足，设计一种管式填充床电解装置 管内填充孔状结构的炭质填料，体现三维填充床特点，传质好，电解效率 高，特别是孔状炭质填料本身具有良好的吸附性，可实现对一些难降解有 机物先吸附后降解的效果，有助于提高污染物分解效率。
(三)发明内容
本发明的目的是提出一种小尺寸、连续稳定、能耗低、可有效去除水 相有机物的管式填充床电解装置及其处理工艺。
本发明采用的技术方案是：
一种管式填充床电解装置，包括电解槽，所述的电解槽设有电解槽槽 体、入口、出口，设置于电解槽槽体内的阴极、阳极，与所述的阴极、阳 极分别电连接的直流稳流电源，所述电解槽槽体为管式电解槽，所述的管 式电解槽的两端分别设有与入口连通的进水区和与出口连通的出水区，所 述进水区、出水区分别通过多孔板与电解槽槽体分隔，所述的阳极为棒状 Ti/SnO2+Sb2O4复合电极，所述的阳极设置在所述电解槽槽体轴心位置，所 述的阴极为管状不锈钢网，固定在管式电解槽内壁，在所述的阴极与阳电 之间填充着多孔炭质填料，所述的多孔炭质填料是将粉状活性炭负载在多 孔状结构高分子材料上而制成的填料。
本发明所述的多孔炭质填料是以多孔状结构高分子材料为载体，以粉 状活性炭为填充组分，采用浸渍法制备得到的含碳量20～50%(质量含量)， 孔径5～15PPI的填料。本发明所述的多孔炭质填料的制备方法为本领域技 术人员所熟知，本领域技术人员可以自制或通过市售获得。
进一步，本发明所述的高分子材料为聚氨酯海绵。
再进一步，所述的管式电解槽的管长∶管径为8～15∶1。优选为10∶ 1。
更进一步，其特征在于所述的管式填充床电解装置由若干个电解槽串 联而成，上一级电解槽的出口与下一级电解槽入口相连。即将单个电解槽 作为单元模块，整个管式填充床电解装置由2～10个单元模块串联组成。 这样多个电解槽连接后做为一个管式填充床电解装置，需处理的有机物废 水可从第一级电解槽的入口流入，最后一个出口流出，连续地经几个电解 槽的电解，到废水流出时即完成这个工序的处理工作，有机废水的处理过 程可以连续。
本发明阳极为Ti/SnO2+Sb2O4复合电极，由棒状Ti电极采用热分解涂 布SnO2和Sb2O4制得，所述的复合电极中SnO2含量为10-6～10-4mol/cm3， Sb2O4含量为10-7～10-5mol/cm3。
作为电解槽的材料，推荐使用聚丙烯材料。
利用本发明所述的管式填充床电解装置处理有机废水的方法，具体处 理方法是将所述的有机废水通入电解槽的入口，电解条件为：槽电压8～ 12V，优选10V，电流密度10mA/cm2，常温下控制有机废水流经电解装置 的时间，即电解时间为20～40min，电解反应后，实现水相有机物有效分 解。电解时间即有机物废水从入口流入电解槽经一段时间电解处理后的从 电解槽出口排出的过程，从出口排出的即经电解的有机废水。
本发明推荐所述的管式填充床电解装置由若干个电解槽串联而成，所 述的电解反应连续进行，控制有机废水从管式填充床电解装置的第一级电 解槽的入口到管式填充床电解装置最后一级电解槽出口的流经时间是20～ 40min。
具体的，如废水为精细化工企业氯苯胺类生产性有机废水，所述有机 废水CODCr1530～3062mg/L，氯苯胺浓度767～1526mg/L，pH3.0～5.0。 推荐电解条件为：槽电压12V，电流密度10mA/cm2，水相温度常温，控 制有机废水在管式填充床电解装置内的滞留时间在20～40min。
本发明的管式填充床电解装置管内填充孔状结构的炭质填料，体现三 维填充床特点，传质好，电解效率高，特别是孔状炭质填料本身具有良好 的吸附性，可实现对一些难降解有机物先吸附后降解的效果，有助于提高 污染物分解效率。
本发明重点是一种管式填充床电解装置，对不同有机废水具有通用性。 本发明所述的用于水相有机物分解的管式填充床电解装置及处理工艺的有 益效果主要体现在：(1)小尺寸装置，电极间距小，电耗低;(2)每个管 式反应器自成单元模块，工程扩大灵活，无放大效应问题;(3)物料流动 与电场运行垂直，分布均匀，过程连续稳定，无返混现象;(4)填充孔状 结构炭质填料，床层无堵塞，且对有机物有吸附性;(5)传质好，电解效 率高。