申請(qǐng)日2014.10.23

　　公開(公告)日2015.01.28

　　IPC分類號(hào)C02F1/46; C02F9/06

　　摘要

　　本發(fā)明涉及一種采用間歇供電的三維電極電催化反應(yīng)器廢水處理方法，屬于污水處理技術(shù)領(lǐng)域，該方法包括：原廢水經(jīng)pH調(diào)節(jié)池，加鹽酸調(diào)節(jié)pH至5.0-5.5后，進(jìn)入三維電極反應(yīng)器進(jìn)行反應(yīng)，三維電極反應(yīng)器進(jìn)行反應(yīng)的時(shí)間HRT為0.5-2.0 h后出水;該三維電極反應(yīng)器采用脈沖方波電流供電電源，電流密度為2.0-10mA/cm2、脈沖占空比為0.2-0.6、脈沖頻率為0.02-0.1 Hz。本發(fā)明方法操作簡(jiǎn)便，能夠提高反應(yīng)效率，相同的反應(yīng)時(shí)間下，在保證出水水質(zhì)的前提下，可大大減少了能耗的三維電極反應(yīng)器運(yùn)行。

 
　　權(quán)利要求書

　　1.一種采用間歇供電的三維電極電催化反應(yīng)器廢水處理方法，其特征在于，該方法 包括：原廢水經(jīng)pH調(diào)節(jié)池，加鹽酸調(diào)節(jié)pH至5.0-5.5后，進(jìn)入三維電極反應(yīng)器進(jìn)行反應(yīng)，三 維電極反應(yīng)器進(jìn)行反應(yīng)的時(shí)間HRT為0.5-2.0h后出水;該三維電極反應(yīng)器采用脈沖方波電流 供電電源，電流密度為2.0-10mA/cm2、脈沖占空比為0.2-0.6、脈沖頻率為0.02-0.1Hz。

　　2.如權(quán)利要求1所述方法，其特征在于，所述三維電極反應(yīng)器采用負(fù)載催化劑活性炭 的三維粒子電極的三維電極催化反應(yīng)器。

　　3.如權(quán)利要求1、2所述方法，其特征在于，所述的脈沖方波電流供電電源按照間歇 供電的形式設(shè)置通電和斷電的時(shí)間控制電路，通電和斷電的時(shí)間在正負(fù)3s的調(diào)節(jié)范圍內(nèi)調(diào) 節(jié)控制，電源的功率為22.5kW。

　　說明書

　　一種采用間歇供電的三維電極電催化反應(yīng)器廢水處理方法

　　技術(shù)領(lǐng)域

　　本發(fā)明屬于污水處理技術(shù)領(lǐng)域，尤其是一種采用間歇供電的三維電極電催化反應(yīng)器的 工業(yè)廢水處理方法。

　　背景技術(shù)

　　經(jīng)過傳統(tǒng)的物理、生物處理階段，工業(yè)廢水中分子量較小、易被生物降解的組分已經(jīng) 得到了降解處理，但廢水中含有較多的難以生物降解的長(zhǎng)鏈大分子和環(huán)狀分子，導(dǎo)致廢水 可生化性較差，不適合使用生物法進(jìn)行處理。因此，針對(duì)工業(yè)廢水的深度處理，開發(fā)適合 的處理技術(shù)勢(shì)在必行。

　　電化學(xué)氧化法可以利用電能使陽(yáng)極形成高氧化還原電位狀態(tài)，或者產(chǎn)生高氧化還原電 位的自由基團(tuán)(如羥基自由基、自由氯)，進(jìn)而利用這些高氧化還原電位的陽(yáng)極和自由基 團(tuán)對(duì)有機(jī)物進(jìn)行氧化降解。電化學(xué)氧化法氧化能力強(qiáng)、清潔簡(jiǎn)單、占地面積小、處理周期 短，是一種處理難降解有機(jī)廢水的熱點(diǎn)方法。

　　傳統(tǒng)的電化學(xué)氧化法反應(yīng)只在陽(yáng)極表面進(jìn)行，存在面體比小、傳質(zhì)效果差的缺點(diǎn)，因 而電流效率低，處理能力不強(qiáng)，在實(shí)際工程應(yīng)用中存在明顯缺陷。針對(duì)這一缺陷，三維電 極氧化的概念得到提出。三維電極反應(yīng)器是指在傳統(tǒng)的電化學(xué)反應(yīng)器電極板之間中填充顆 粒狀、碎屑狀電極材料，這些電極材料在陰陽(yáng)電極電場(chǎng)感應(yīng)作用下帶電，形成新的電極， 因而將電化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行的區(qū)域從極板表面擴(kuò)充到這些電極材料表面，大大地增大了反應(yīng)接 觸面積，縮短了傳質(zhì)距離，可以大大提高反應(yīng)器降解污染物的效率。

　　三維電極反應(yīng)器通常由電源、陰極、陽(yáng)極、填充電極組成，根據(jù)反應(yīng)器中間是否被高 阻值材料阻隔分為單極性三維電極反應(yīng)器和復(fù)極性三維電極反應(yīng)器2類。由于填充高阻值 填充材料的特點(diǎn)，單極性三維電極填充材料表面電勢(shì)較高，而通過電流較小，因而常用于 電吸附去除重金屬離子、有害負(fù)離子如氟離子等。與單極性三維電極反應(yīng)器不同，復(fù)極性 三維電極反應(yīng)器中間不用高阻值材料阻隔，直接采用阻值較大的導(dǎo)電材料填充，由于其單 位槽體處理量大，有機(jī)污染物降解效果好、傳質(zhì)速率快等優(yōu)點(diǎn)成為研究熱點(diǎn)。雖然國(guó)內(nèi)外 學(xué)者都作了大量研究，三維電極氧化法仍然存在一些不足：

　　(1)通過對(duì)比分析文獻(xiàn)中結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)，在負(fù)載催化劑材料之后，活性炭、陶瓷粒 子等填充材料的氧化性能能夠得到大大提升，因此開發(fā)負(fù)載催化劑的填充材料具有顯著意 義，而實(shí)際研究者對(duì)于負(fù)載催化劑的填充材料開發(fā)不夠，報(bào)道的一些負(fù)載催化劑的填充材 料存在明顯的催化活性不高、催化劑易流失的特點(diǎn)。

　　(2)對(duì)于整體三維電極反應(yīng)器而言，文獻(xiàn)中報(bào)道的三維電極反應(yīng)器，存在明顯的去 除效率偏低、能耗偏高的特點(diǎn)，使其開發(fā)的三維電極反應(yīng)器在實(shí)際應(yīng)用過程中缺乏有效的 競(jìng)爭(zhēng)力。

　　針對(duì)以上不足之處，本申請(qǐng)人進(jìn)行了大量研究，針對(duì)三維粒子電極的不足，研究開發(fā) 出“一種負(fù)載催化劑活性炭的三維粒子電極及其制備方法”并申請(qǐng)了中國(guó)專利 (CN103663631A)，該方法具有污染物去除率高、催化活性高、催化劑流失量低等特點(diǎn)，且 其制備方法簡(jiǎn)單;針對(duì)整體三維電極反應(yīng)器去除率低的問題;同時(shí)研究開發(fā)出“一種采 用三維電極法的廢水處理系統(tǒng)”并同時(shí)申請(qǐng)了中國(guó)專利(CN103663634A)，該系統(tǒng)不僅可 以高效去除廢水中的難降解有機(jī)物，同時(shí)可避免電極結(jié)垢、系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定。經(jīng)過上述兩項(xiàng) 技術(shù)的研究，三維電極廢水處理系統(tǒng)能夠穩(wěn)定有效地處理污染物，但是由于三維電極反應(yīng) 器采用直流供電方式，在進(jìn)行廢水處理過程中，還存在整體三維電極反應(yīng)器能耗偏高的缺 點(diǎn)。

　　發(fā)明內(nèi)容

　　本發(fā)明的目的是為克服已有技術(shù)的不足之處，提供一種采用間歇供電的三維電極電催 化反應(yīng)器廢水處理方法，該方法操作簡(jiǎn)便，能夠提高反應(yīng)效率，相同的反應(yīng)時(shí)間下，在保 證出水水質(zhì)的前提下，可大大減少了能耗的三維電極反應(yīng)器運(yùn)行。

　　本發(fā)明提出的一種采用間歇供電的三維電極電催化反應(yīng)器廢水處理方法，其特征在 于，該方法包括：原廢水經(jīng)pH調(diào)節(jié)池，加鹽酸調(diào)節(jié)pH至5.0-5.5后，進(jìn)入三維電極反應(yīng)器進(jìn) 行反應(yīng)，三維電極反應(yīng)器進(jìn)行反應(yīng)的時(shí)間HRT為0.5-2.0h后出水;該三維電極反應(yīng)器采用脈 沖方波電流供電電源，電流密度為2.0-10mA/cm2、脈沖占空比為0.2-0.6、脈沖頻率為0.02-0.1 Hz。

　　所述三維電極反應(yīng)器采用負(fù)載催化劑活性炭的三維粒子電極的三維電極催化反應(yīng)器。

　　所述的脈沖方波電流供電電源按照間歇供電的形式設(shè)置通電和斷電的時(shí)間控制電路， 通電和斷電的時(shí)間在正負(fù)3s的調(diào)節(jié)范圍內(nèi)調(diào)節(jié)控制，電源的功率為22.5kW。

　　本發(fā)明的技術(shù)特點(diǎn)及有益效果：

　　本發(fā)明為一種針對(duì)難降解工業(yè)廢水的深度處理的三維電極催化反應(yīng)器的運(yùn)行方法，供 電方式采用低頻方波脈沖電流供電方式，通過“通電-斷電-通電”的循環(huán)間歇供電方式， 在通電時(shí)間段使三維電極反應(yīng)器的陽(yáng)極板和填充電流粒子表面發(fā)生得失電子效應(yīng)，產(chǎn)生羥 基自由基，發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)，而在斷電時(shí)間段使有機(jī)物充分?jǐn)U散遷移至粒子、電極板表面， 因而更為有利于反應(yīng)的傳質(zhì)過程，從而可以提高反應(yīng)效率，相同的反應(yīng)時(shí)間下，在保證出 水水質(zhì)的前提下，大大減少了能耗。

　　采用本發(fā)明的供電電源按照間歇供電的形式設(shè)置通電和斷電的時(shí)間控制電路，通電和 斷電的時(shí)間在正負(fù)3s的調(diào)節(jié)范圍，電源的功率為22.5kW。供電電源可在傳統(tǒng)的硅整流、 可控硅和高頻開關(guān)電源的基礎(chǔ)上進(jìn)行改造，不需要增加大量投資，不需要單獨(dú)購(gòu)置高頻脈 沖電源。

　　本發(fā)明在供電方式選擇為脈沖方波電流供電，運(yùn)行條件為：脈沖占空比為0.2-0.6、脈 沖頻率為0.02-0.1Hz、電流密度為2.0-10mA/cm2，明顯區(qū)別于高頻脈沖電源燈的 100Hz-3000Hz;廢水COD去除率高于50%，kgCOD處理能耗比連續(xù)通電降低50%左右， 能耗低于65kWh/kg COD。

　　本發(fā)明與現(xiàn)有發(fā)明相比，該廢水處理方法在高效處理難降解工業(yè)廢水的同時(shí)，kgCOD 能耗低于65kWh，大大降低了能耗，操作簡(jiǎn)單，具有能耗和材耗低的特點(diǎn)。