公布日：2022.04.05
申請日：2021.12.06
分類號：C02F1/461(2006.01)I;C02F1/463(2006.01)I;C02F1/467(2006.01)I;C02F101/30(2006.01)N
摘要
本發(fā)明屬于環(huán)境工程技術(shù)領(lǐng)域，公開了一種電化學(xué)廢水處理裝置及其應(yīng)用。該電化學(xué)廢水處理裝置的陽極為Magneli相亞氧化鈦，陰極為含鋁的電極材料。本發(fā)明采用含鋁的電極材料作為陰極，配合Magneli相亞氧化鈦陽極構(gòu)建電化學(xué)廢水處理裝置，該廢水處理裝置能夠顯著提高污水中有機(jī)物和無機(jī)離子的去除率。在該裝置中，能同時產(chǎn)生氧化和絮凝作用，加強(qiáng)污水中污染物的去除，在短時間內(nèi)，將污水處理達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)。且該電化學(xué)廢水處理裝置結(jié)構(gòu)簡單。采用該電化學(xué)廢水處理裝置處理污水，尤其是垃圾滲濾液膜濃縮液，其處理方法簡單，處理成本較低。
權(quán)利要求書
1.一種電化學(xué)廢水處理裝置，其特征在于，所述電化學(xué)廢水處理裝置的陽極為Magneli相亞氧化鈦，陰極為含鋁的電極材料。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電化學(xué)廢水處理裝置，其特征在于，所述Magneli相亞氧化鈦選自Ti4O7、Ti5O9、Ti6O11、Ti7O13、Ti8O15或Ti9O17中的至少一種；所述含鋁的電極材料為鋁。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的電化學(xué)廢水處理裝置，其特征在于，所述陽極為Ti4O7，所述陰極為鋁陰極。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3中任一項所述的電化學(xué)廢水處理裝置，其特征在于，所述陽極和所述陰極的間距為0.1-10cm。
5.權(quán)利要求1-4中任一項所述的電化學(xué)廢水處理裝置在污水處理中的應(yīng)用。
6.權(quán)利要求1-4中任一項所述的電化學(xué)廢水處理裝置在處理水體環(huán)境中重金屬中的應(yīng)用。
7.權(quán)利要求1-4中任一項所述的電化學(xué)廢水處理裝置在垃圾滲濾液處理中的應(yīng)用。
8.一種污水的處理方法，包括以下步驟：將污水加入權(quán)利要求1-4中任一項所述的電化學(xué)廢水處理裝置中，使所述陽極與所述陰極浸于所述污水中；然后接通電源進(jìn)行處理。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的制備方法，其特征在于，在所述處理的過程中，所述陽極和所述陰極的電流密度為5-50mAcm-1。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的制備方法，其特征在于，所述處理的時間為0.5-10h。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明旨在至少解決上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的技術(shù)問題之一。為此，本發(fā)明提出一種電化學(xué)廢水處理裝置，其結(jié)構(gòu)簡單，處理方便，且對污水(尤其是垃圾滲濾液膜濃縮液)中有機(jī)物和無機(jī)離子均具有良好處理效果。
本發(fā)明第一方面提供了一種電化學(xué)廢水處理裝置。
具體的，一種電化學(xué)廢水處理裝置，所述電化學(xué)廢水處理裝置的陽極為Magneli相亞氧化鈦，陰極為含鋁的電極材料。
本發(fā)明采用含鋁的電極材料作為陰極，配合Magneli相亞氧化鈦陽極使用，能夠顯著提高廢水中有機(jī)物和無機(jī)離子的去除率。在電氧化過程中，由于氫氧離子在陰極表面不斷生成，與鋁陰極反應(yīng)生成多羥基絡(luò)合物絮體進(jìn)入到廢水中，有效地減緩了各種無機(jī)鹽和沉淀物在陰極上的沉積，減少惰性層的生成從而降低電阻和提高電流效率；且鋁陰極作為酸堿雙性電極不僅能與氫氧根反應(yīng)，也能與氫離子反應(yīng)，即能保持處理后廢水的pH處于7-8左右，有利于直接排放，減少調(diào)節(jié)費用。
優(yōu)選的，所述Magneli相亞氧化鈦選自Ti4O7、Ti5O9、Ti6O11、Ti7O13、Ti8O15或Ti9O17中的至少一種。
優(yōu)選的，所述含鋁的電極材料為鋁。鋁電極的價格低廉、消耗量小，更換頻率低，有利于節(jié)省電極費用和更換的人工費用。
優(yōu)選的，所述陽極為Ti4O7，所述陰極為鋁陰極。
優(yōu)選的，所述陽極和所述陰極的間距為0.1-10cm；進(jìn)一步優(yōu)選的，所述陽極和所述陰極的間距為0.1-5cm；更優(yōu)選的，所述陽極和所述陰極的間距為0.5-3cm。
優(yōu)選的，一種電化學(xué)廢水處理裝置，包括：
箱體，
反應(yīng)器，包括至少一個陽極、至少一個陰極和電源；所述反應(yīng)器設(shè)置于所述箱體內(nèi)。
所述陽極與所述陰極的數(shù)量不做限制，根據(jù)實際情況，可選擇多個陽極和陰極，電極之間可以經(jīng)過簡單的串聯(lián)或者并聯(lián)。陽極和陰極的個數(shù)根據(jù)廢水的情況進(jìn)行調(diào)節(jié)。比如高有機(jī)物就多陽極，多重金屬或總磷就多陰極。
優(yōu)選的，所述箱體內(nèi)設(shè)有攪拌裝置，如磁力攪拌器。在發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)時，以一個恒定或不恒定的速率進(jìn)行攪拌，能夠提高化學(xué)物質(zhì)向電極或從電極的質(zhì)量傳輸。
優(yōu)選的，所述箱體還包括進(jìn)水口。
優(yōu)選的，所述電化學(xué)廢水處理裝置還包括沉淀池，所述沉淀池通過管道與所述箱體相連。
優(yōu)選的，所述管道上設(shè)有閥門。
本發(fā)明第二方面提供了一種電化學(xué)廢水處理裝置的應(yīng)用。
具體的，所述電化學(xué)廢水處理裝置在污水處理中的應(yīng)用。
所述電化學(xué)廢水處理裝置在處理水體環(huán)境中重金屬中的應(yīng)用。
所述電化學(xué)廢水處理裝置在垃圾滲濾液處理中的應(yīng)用。
本發(fā)明第三方面提供了一種污水的處理方法。
具體的，一種污水的處理方法，包括以下步驟：
將污水加入上述電化學(xué)廢水處理裝置中，使所述陽極和所述陰極浸于所述污水中；然后接通電源進(jìn)行處理。
在污水的處理過程中，Magneli相亞氧化鈦陽極將氧化污水中的水分子和氯離子，形成羥基自由基，氯氣，次氯酸及其相關(guān)的氧化物。這些氧化物會氧化水中的有機(jī)物及氨氮，徹底變成二氧化碳，水及氮氣。Magneli相亞氧化鈦陽極有相對較高的氧過電勢，能降低陽極產(chǎn)生氧氣副反應(yīng)的情況。高濃度的次氯酸不僅能加強(qiáng)鋁離子的析出，也能滅活廢水中的有毒病菌。
含鋁的電極材料陰極還原水生成氫氣和氫氧根離子，產(chǎn)生的氫氧根離子可以與含鋁的電極材料反應(yīng)生成氫氧化鋁沉淀或多羥基絡(luò)合物絮體去吸附絮凝廢水中的有污染物(色度)，金屬及其他無機(jī)離子(如氯，磷酸，碳酸離子等)。此外，由于陰極含鋁的電極材料(鋁)的溶解能把由于陰極氫氧根生成產(chǎn)生的沉淀重新帶入所處理廢水中，能有效提高系統(tǒng)的電流效率。同時，由于帶電鋁離子和氫氧化鋁絮體的生成，能減緩廢水電導(dǎo)率的下降，降低體系電阻和減少電能損失。
在此過程中，涉及的反應(yīng)主要包括：
陽極產(chǎn)生的反應(yīng)：
H2O→·OH+H++e-
2Cl-→Cl2(aq)+2eCl2+H2O→HClO+H++Cl-；(氯來源于污水中，尤其是垃圾滲濾液膜濃縮液)；
陽極的氧化反應(yīng)：
HClO+2H++有機(jī)物→Cl-+H2O+無機(jī)物
ClO-+2H2O+有機(jī)物→Cl-+HClO+OH-+無機(jī)物
M(·OH)+有機(jī)物s/亞硝酸→CO2+H2O+M+無機(jī)物
NH4++1.5HClO→0.5N2+1.5H2O+2.5H++1.5Cl-
MOx(OH·)+NH4+→MOx+0.5N2+H2O+3H+；
陰極產(chǎn)生的反應(yīng)：
Al+3OH-→Al(OH)3
HClO+3OH+Al-→Al(OH)3+Cl-/ClO；
陰極的絮凝反應(yīng)：
Al(OH)3+污染物→Al(OH)3-污染物絮凝共沉淀。
優(yōu)選的，所述污水的初始溫度為0-50℃；進(jìn)一步優(yōu)選的，所述污水的初始溫度為5-40℃。本發(fā)明提供的污水的處理方法在不同溫度下均能達(dá)到良好的處理效果，不受季節(jié)和地區(qū)的限制，應(yīng)用范圍廣。
優(yōu)選的，在所述處理的過程中，所述陽極和所述陰極的電流密度為5-50mAcm-1；進(jìn)一步優(yōu)選的，在所述處理的過程中，所述陽極和所述陰極的電流密度為10-30mAcm-1。所述電流密度為單位浸沒電極面積的電流，此處的浸沒是指浸沒于所述垃圾滲濾液的面積，所述電極是指所述Ti4O7陽極或所述鋁陰極。
優(yōu)選的，所述電極的比表面積為5-300cm2/1L；進(jìn)一步優(yōu)選的，所述電極的比表面積為10-150cm2/1L。所述比表面積為處理1單位的污水所需要的電極的表面積。控制電極的比表面積能夠提高所述垃圾滲濾液的處理效果。
在處理過程中，提高電極的比表面積和電流密度都能提高處理效果。但是考慮到實際應(yīng)用，過多地提高電極的比表面積和電流密度會增加電極成本和損壞電極，當(dāng)電流密度為5-50mAcm-1時，其處理效果佳，且能節(jié)省電極成本。
優(yōu)選的，所述處理的時間為0.5-10h，進(jìn)一步優(yōu)選的，所述處理的時間為0.5-5h；更優(yōu)選的，所述處理的時間為2-5h。
相對于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明的有益效果如下：
本發(fā)明采用含鋁的電極材料作為陰極，配合Magneli相亞氧化鈦陽極構(gòu)建電化學(xué)廢水處理裝置，通過一種裝置實現(xiàn)了電化學(xué)氧化和絮凝的結(jié)合。該廢水處理裝置能同時產(chǎn)生氧化和絮凝作用，顯著提高污水(尤其是垃圾滲濾液膜濃縮液)中有機(jī)物和無機(jī)離子的去除率。該裝置能夠加強(qiáng)污水中污染物的去除，特別是電氧化工藝不能去除的污染物；能夠在短時間內(nèi)，將污水(尤其是垃圾滲濾液膜濃縮液)處理達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)。且該電化學(xué)廢水處理裝置結(jié)構(gòu)簡單，廢水處理工藝簡單，處理成本較低。
（發(fā)明人：李煥塏;郝天偉;項鵬宇）
