申请日2004.12.22
公开(公告)日2007.08.29
IPC分类号C02F1/46; C02F1/28
摘要
本发明的有机废水的三相活性炭流化床电化学处理装置及方法，在处理装置壳体的上、下部分别安装水力分布板，将壳体自上而下依次分成出水室，电化学反应室和进水室，在电化学反应室环绕壳体的内壁装置阴极，中心设置阳极，在进水室中环形分布与进气管相连的曝气头，将活性炭填充于阴阳两极间，在有机废水中加入电解质，并调节pH值，将废水从壳体底部泵入至壳体顶部出水口流出，在进气管通入气体，废水处理在常温常压下进行，外加直流电流0.2～2.5A，水流量控制在1～5L/min，气体速率控制在0～50mL/s，使活性炭处于流化状态。本发明通过电化学氧化和活性炭吸附的联合作用可提高降解速率，处理效果好，成本低。
权利要求书
1.有机废水的三相活性炭流化床电化学处理装置，其特征是包括壳体(11)， 壳体(11)具有用法兰(4)密闭连接的端盖(1)，在壳体的上、下部分别安装有将壳 体自上而下依次分成出水室(2)，电化学反应室(10)和进水室(8)的第一水力分布 板(3)和第二水力分布板(6)，出水室(2)和进水室(8)分别设有出水口(13)和进水口 (7)，在电化学反应室环绕壳体的内壁装置阴极(12)，中心设置阳极(5)，阴极(12) 与阳极(5)之间具有放置活性炭(9)的空腔，在进水室(8)中环形分布有与进气管(14) 相连的曝气头(15)，所说的阳极(5)采用高析氧过电位电极，为二氧化铅、二氧化 锡或金刚石电极。
2.根据权利要求1所述的有机废水的三相活性炭流化床电化学处理装置， 其特征是所说的阴极(12)为不锈钢网或活性炭纤维。
3.根据权利要求1所述的有机废水的三相活性炭流化床电化学处理装置， 其特征是第一水力分布板(3)安装在与壳体(11)密闭连接的端盖(1)上。
4.根据权利要求1所述的有机废水的三相活性炭流化床电化学处理装置， 其特征是阳极(5)穿越第一水力分布板(3)，与端盖固定。
5.采用权利要求1所述的装置的有机废水的三相活性炭流化床电化学处理 方法，其特征是在处理装置壳体的上、下部分别安装水力分布板，将壳体自上 而下依次分成出水室，电化学反应室和进水室，在电化学反应室环绕壳体的内 壁装置阴极，中心设置阳极，在进水室中环形分布与进气管相连的曝气头，将 活性炭填充于阴阳两极间，在待处理的有机废水中加入电解质，使废水含盐量 为1～15g/L，并调节pH值为2～5，将废水从壳体底部进水口泵入依次流经进 水室，下部水力分布板、电化学反应器，上部水力分布板、出水室至壳体顶部 出水口流出，进气管通入气体，废水处理在常温常压下进行，外加直流电流0.2～ 2.5A，水流量控制在1～5L/min，气体速率控制在0～50mL/s，使活性炭处于 流化状态。
6.根据权利要求5所述的有机废水的三相活性炭流化床电化学处理方法， 其特征是所说的电解质为硫酸盐或盐酸盐。
7.根据权利要求5所述的有机废水的三相活性炭流化床电化学处理方法， 其特征是所说的气体为空气或氧气。
说明书
有机废水的三相活性炭流化床电化学处理装置及方法
技术领域
本发明涉及一种用于有机废水尤其是难生化降解的有机废水的三相活性炭 流化床电化学处理装置及方法。
背景技术
含有难生化降解有机污染物的废水，由于其结构稳定、可生化性差，常规 处理方法难以致效，给环境带来很大污染，成为环保水处理领域多年关注和要 解决的技术问题。
活性炭由于其发达的细孔结构、巨大比表面积和极强吸附能力，在给水、 废水处理方面获得了广泛的应用。但活性炭成本高，且易吸附饱和，若不进行 再生回收还会对环境造成二次污染，因此，活性炭吸附在废水处理中的应用受到 了限制。
近年来，电化学氧化技术因其处理效率高、操作简便、环境友好等优点， 引起了世界各国水处理界的极大关注，纷纷开展了电极材料的探索和电化学处 理工艺的开发(Rajeshwar et al.，J.Appl.Electrochem.，1994，24：1077)。研究表明， 二氧化铅等高析氧过电位的电极能在极化条件下产生氧化能力很强的羟基自由 基，因而获得较好的污染物降解效果。但在常规的电化学反应器中，因受传质 限制，羟基自由基往往转移不到溶液主体中去，因而污染物的降解通常仅发生 在阳极表面，而溶液主体很少发生，这使得有机污染物降解的时空速率较低。 并且由于降解的中间产物滞留在阳极表面，引发阳极表面发生毒化现象，从而 抑制了产生羟基自由基的反应，降低了污染物处理效果。
因此，迫切需要优化电化学反应器的设计，加强阳极表面产生的羟基自由 基向溶液主体的传质。而流化床是有望达到这一目的的手段之一，通过引入活 性炭并形成流化状态，将可能促进污染物的吸附、降解，从而提高降解速率， 降低废水处理成本。
发明内容
本发明的目的是设计提供一种有机废水的三相活性炭流化床电化学处理装 置及方法。通过在常规的电化学体系中，引入活性炭并控制处于流化状态，达 到电化学氧化和活性炭吸附的联合作用而大大加快处理。并且活性炭则可通过 电化学的现场再生，从而能达到反复使用，大大降低了废水处理成本。
本发明的有机废水的三相(气、液、固)活性炭流化床电化学处理装置， 包括壳体，在壳体的上、下部分别安装有将壳体自上而下依次分成出水室，电 化学反应室和进水室的第一水力分布板和第二水力分布板，出水室和进水室分 别设有出水口和进水口，在电化学反应室环绕壳体的内壁装置阴极，中心设置 阳极，阴极与阳极之间具有放置活性炭的空腔，在进水室中环形分布有与进气 管相连的曝气头。
上述的阴极可以采用不锈钢网或活性炭纤维，阳极可以采用高析氧过电势 电极，如二氧化铅、二氧化锡或金刚石电极。相对而言，二氧化铅电极成本低 廉且催化活性高，但稳定性不高，电极表面易发生剥落，而经过氟树脂改性后， 其稳定性大为提高，电极寿命大为增加，因而更易于工业应用，因此，阳极优 选经过氟树脂改性的二氧化铅。
有机废水的三相活性炭流化床电化学处理在常温常压下进行，将活性炭填 充于阴阳两极间，在待处理的有机废水中加入电解质，使废水含盐量为1～ 15g/L，并调节pH值为2～5，将废水从壳体底部进水口泵入依次流经进水室， 下部水力分布板、电化学反应器，上部水力分布板、出水室至壳体顶部出水口 流出，进气管通入气体，外加直流电流0.2～2.5A，水流量控制在1～5L/min， 气体速率控制在0～50mL/s，使活性炭处于流化状态。
本发明中，所说的电解质可以是硫酸盐或盐酸盐，如Na2SO4或NaCl等常 见的强盐电解质。所说的气体可为氧气或空气。外加直流电流的大小和水的流 量及处理时间，可根据处理废水的水质进行调节。
本发明的有机废水处理机理主要为电化学氧化、活性炭吸附及其电化学再 生。本发明采用的高析氧过电势电极在合适的电势条件下产生氧化性极强的羟 基自由基(·OH)，其反应如下，
H2O→·OH+H+ (1)
当水中投加盐酸盐(如NaCl等)电解质时，在阳极上还会发生如下反应，
Cl-→Clads+e- (2)
Clads+Cl-→Cl2+e- (3)
Cl2+H2O→HOCl+H++Cl- (4)
产生次氯酸，它是一种强氧化剂，从而促进了有机物的进一步降解。处理时， 通过流量的控制，使得活性炭处于流化状态，活性炭的吸附和脱附速率大大加 快，产生于阳极表面的羟基自由基等强氧化剂迅速传质到溶液主体和活性炭表 面，从而使得污染物(R)发生如下反应而快速高效降解，这样活性炭得以再生。
R+·OH→CO2+H2O+无机离子 (5)
本发明具有以下的突出特点和有益效果：
(1)脱附于活性炭表面的污染物能得到高效的降解。本发明采用了新型高效 阳极，该电极处理有机污染物主要基于羟基自由基氧化机理。众所周知，羟基 自由基是仅次于氟的强氧化剂，因此，污染物处理效果大大提高，试验表明对 苯环类有机污染物降解的电流效率可高达80%，能量利用率高。另外，通过电 解质(如NaCl)的加入，能通过电化学反应产生次氯酸，共同氧化降解有机污 染物，从而使得废水处理更彻底。
(2)活性炭吸附、再生时间大大缩短。在活性炭流化状态下，传质作用加强， 有机污染物脱附、降解大大加快。活性炭再生实验表明，处理1.5hr即可使饱和 吸附的活性炭再生效率达到92%以上。此外，由于阳极表面传质快，不会发生 电极毒化的现象。
(3)电极体系运行稳定。本发明采用的阳极性能稳定，耐酸腐蚀，以经氟树 脂改性的二氧化铅电极为例，测试表明，即使在电流密度120A dm-2、温度90℃ 的极端条件下，该电极的寿命仍高达1000hr，常规工业应用条件下，电极寿命 可达10.4年，这有利于本体系的工业应用。