CN102603038A - 一种处理水中有机污染物的电化学反应器与方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种处理水中有机污染物的电化学反应器与方法。反应器包括直流电源、电解槽和设置在电解槽内的电极组件，其特征在于：所述电极组件主要由电极架和阴、阳极板构成，所述电极架与电解槽为分体结构，电极架包括绝缘的两侧壁、阴极导电条和阳极导电条，所述阴极导电条和阳极导电条分别固定在两侧壁的内侧底部，两侧壁相对的内侧上分别设有纵向设置的沟槽，阴、阳极板插设在两侧壁的沟槽间，阴极板和阳极板相间布置，阴极板下端与阴极导电条接触连接，阳极板下端与阳极导电条接触连接，阴极导电条与直流电源的负极电连接，阳极导电条与直流电源的正极电连接。本发明能耗少，电催化氧化效果好，电极安装及后续的电极、电解槽清洗均易于实现。

Description

一种处理水中有机污染物的电化学反应器与方法
技术领域
本发明涉及一种废水处理装置，具体涉及一种处理水中有机污染物的电化学反应器与方法。
背景技术
高浓度难降解有机废水的处理，是目前国内外污水处理界公认的难题，其特点是产生的量虽然不大，但浓度较高，难以生化降解，对环境造成的危害较大。对于这类废水，目前国内外研究较多的有制药废水、纺织/印染废水、石化/油类废水、化工废水、垃圾渗滤液等行业性废水。“高浓度”、“难降解”两大特性的叠加，使得此类废水在处理中，单独使用生物法或物化法等“常规”方法失去可能。因此开发能够有效处理高浓度难降解有机废水技术具有广阔的应用前景和良好的社会、经济和环境效益。
目前利用光、声、电、磁及其它无毒试剂催化氧化技术处理有机废水，尤其是难生化降解、对人类危害极大的“三致”有机污染物，是当前世界水处理相当活跃的研究领域，电催化氧化技术就是其中的热点研究领域之一。电催化氧化技术是一种与环境兼容的高效废水处理技术，特别是在处理难生化降解有机废水方面得到越来越广泛的应用。电催化氧化技术为废水处理提出了新的思路，该方法不需要添加氧化剂，无二次污染，反应条件温和，兼具气浮、絮凝、杀菌作用，易于自动化，尤其是对于难生物降解有毒废水的处理，可能成为新的易于自动化操作、便捷、稳定的废水处理工艺。
目前电催化氧化技术的优势和特点仍然没有在实际应用中得到充分发挥，主要原因在于耗能较高，极板损耗大，设备工作后极板吸污累积增多，沉淀物处理困难。
常规电化学反应器中的极板结构，多是将若干块正极板焊接在一起，将若干块负极板焊接在一起组成正负电极群，正、负电极群再与直流电源的正负极相连。如其中一块极板出现问题，则需换整套极板，局部维修十分困难。而且现行的电极组结构不利于正负极尽量靠近，而且容易导致正负极直接接触而短路。由于正负极难于尽量靠近而耗能，因此电能消耗大，处理效果不佳。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中的不足，而提供一种有利于降低能耗，便于维护，提高废水处理效率的电化学反应器。
为达到上述发明目的，本发明采用的技术方案是：一种处理水中有机污染物的电化学反应器，包括直流电源、电解槽和设置在电解槽内的电极组件，所述电极组件主要由电极架和阴、阳极板构成，所述电极架与电解槽为分体结构，电极架包括绝缘的两侧壁、阴极导电条和阳极导电条，所述阴极导电条和阳极导电条分别固定在两侧壁的内侧底部，两侧壁相对的内侧上分别设有纵向设置的沟槽，阴、阳极板插设在两侧壁的沟槽间，阴极板和阳极板相间布置，阴极板下端与阴极导电条接触连接，阳极板下端与阳极导电条接触连接，阴极导电条与直流电源的负极电连接，阳极导电条与直流电源的正极电连接。
上述技术方案中，阴、阳极导电条的一端分别向上引伸出电解槽以便与直流电源相连接。
进一步的技术方案，所述阴极导电条和阳极导电条上表面分别设有沿导电条长度方向设置的齿形槽，每一所述阴极板底部与阴极导电条上的齿形槽位置相对设有连接凸起，每一所述阳极板底部与阳极导电条上的齿形槽位置相对设有连接凸起。通过凸起与齿形沟槽的配合，安装时适当加力，保证极板与导电条的接触良好。
上述技术方案中，所述侧板与阴极导电条或阳极导电条底部平齐，每侧侧板下方连接至少2个支撑脚，使侧板和导电条底部与电解槽底面间形成通道。该通道可以使电解过程产生的固体沉淀物沉降到电解槽底部；也可以在所述通道中布置有曝气管。
上述技术方案中，侧板上的沟槽均匀分布，相邻沟槽的间距在5mm～20mm之间。
一种处理水中有机污染物的电化学反应方法，采用上述电化学反应器进行处理，首先组装电极组件，将阴、阳极板相间依次插在两侧内壁的沟槽中，分别组成阳极群和阴极群，阴、阳极板靠自身重力与阴极导电条或阳极导电条接触连接；将组装好的电极组件放入电解槽中，构成电化学反应器；由泵将待处理废水泵入电化学反应器内进行电解，直流电源给电化学反应器提供电解电流，电解后的废水经阀排出。
上述技术方案中，采用低压电解技术进行电催化氧化反应，阳极板采用形稳阳极，阴极板采用钛网、钛板或不锈钢材料。
优选的技术方案，阳极板采用钛基二氧化铅电极、钛基铱釕电极或钛基铱钽电极。
由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：
1．本发明通过设置电极架和导电条，阴阳极板可依次插在电极架两侧内壁的极板固定槽中，极板固定槽用于定位阴阳极板，保证阴阳极的位置关系，形成稳定的电场区域。相邻的阴阳极板可充分靠近，电极间距小，容纳的电极面积大。所以能耗减少，电催化氧化效果好；
2．通过电极架底部的阳极导电条连接多个阳极，通过电极架底部的阴极导电条连接多个阴极，并且电极固定方式为***式，避免了阳极与阳极之间、阴极与阴极之间的焊接连接方式，所以电极安装及后续的电极清洗均易于实现；
3．阴阳极导电条对称设置在两侧极板底部，可以互换极性。即本次电解做阳极导电条，下次电解时即做阴极导电条，以便使上次导电条上氧化生成的物质被还原，保证导电条与极板的良好电接触；
4．由于电解槽与电极架是分离的，电解后可将电极架整体移出电极槽，便于处理清洁槽底沉淀物；
5．在电解槽底部和电极架之间的空间布置了曝气管，通过曝气可以使溶液充分搅拌，从而减少浓差极化，减轻极板腐蚀。
附图说明
图1为本发明实施例一的电化学反应器的结构示意图。
图2为电极架的平面示意图。
图3电极架正立面示意图。
图4电极架侧立面及电极与导电条连接示意图。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述：
实施例一：参见图1至图4所示，一种处理水中有机污染物的电化学反应器，包括直流电源、电解槽3和设置在电解槽3内的电极组件，电解槽3上设置有进水口1和出水口2，所述电极组件主要由电极架、阴极板7和阳极板8构成，所述电极架与电解槽3为分体结构，电极架包括绝缘的两侧壁、阴极导电条10和阳极导电条11，所述阴极导电条10和阳极导电条11分别固定在两侧壁的内侧底部，两侧壁相对的内侧上分别设有纵向设置的沟槽9，侧板上的沟槽9均匀分布，相邻沟槽9的间距在5mm～20mm之间，阴极板7和阳极板8插设在两侧壁的沟槽9间，阴极板7和阳极板8相间布置，阴极板7下端与阴极导电条10接触连接，阳极板8下端与阳极导电条11接触连接。阴极导电条10和阳极导电条11的一端分别向上引伸出电解槽3构成阴极群接线柱4和阳极群接线柱5，以便于直流电源相连接，阴极导电条10与直流电源的负极电连接，阳极导电条11与直流电源的正极电连接。所述阴极导电条10和阳极导电条11上表面分别设有沿导电条长度方向设置的齿形槽，每一所述阴极板7底部与阴极导电条10上的齿形槽位置相对设有连接凸起，每一所述阳极板8底部与阳极导电条11上的齿形槽位置相对设有连接凸起。
所述侧板与阴极导电条10或阳极导电条11底部平齐，每侧侧板下方连接2个支撑脚，使侧板和导电条6底部与电解槽3底面间形成通道。所述通道中可以布置曝气管。
实施例二：采用实施例一的装置进行处理制药废水试验
将制药废水稀释3倍置于电化学反应器内，阳极采用钛基二氧化铅电极，阴极采用钛板电极，阴阳极各用1片，电极面积为12cm×15cm，阴阳极间距为2cm。控制电流密度12mA/cm2，T=20℃，降解10h。结果参见表1。
表1 处理制药废水试验结果
Figure 2012101047186100002DEST_PATH_IMAGE001
由表1可以看出，废水经处理后化学需氧量（COD）去除率为60%、总磷（TP）去除率接近100%、氨氮（NH3-N）去除率为91%左右、总氮（TN）去除率76.3%。SUVA较低可间接反映水生化降解性能较好，所以经电化学降解后，该制药废水的可生化性提高了，为后续生物处理提供了便利。
实施例三：处理化工废水试验
采用实施例一的装置处理某化工废水，结果如表2所示。将化工废水稀释3倍置于电化学反应器内，试验条件：阳极采用钛基铱钽电极，阴极采用钛板电极。阴阳极面积均为12cm×15cm，阳极用8片，阴极用9片，阴阳极间距为0.5cm，I=20A。试验温度为10℃，降解3h。
表2 处理化工废水试验结果
Figure 883496DEST_PATH_IMAGE002
结果表明，本发明的装置能有效处理化工废水。

Claims (9)

1. 一种处理水中有机污染物的电化学反应器，包括直流电源、电解槽和设置在电解槽内的电极组件，其特征在于：所述电极组件主要由电极架和阴、阳极板构成，所述电极架与电解槽为分体结构，电极架包括绝缘的两侧壁、阴极导电条和阳极导电条，所述阴极导电条和阳极导电条分别固定在两侧壁的内侧底部，两侧壁相对的内侧上分别设有纵向设置的沟槽，阴、阳极板插设在两侧壁的沟槽间，阴极板和阳极板相间布置，阴极板下端与阴极导电条接触连接，阳极板下端与阳极导电条接触连接，阴极导电条与直流电源的负极电连接，阳极导电条与直流电源的正极电连接。
2. 根据权利要求1所述的处理水中有机污染物的电化学反应器，其特征在于：阴、阳极导电条的一端分别向上引伸出电解槽，与直流电源相连接。
3. 根据权利要求1所述的处理水中有机污染物的电化学反应器，其特征在于：所述阴极导电条和阳极导电条上表面分别设有沿导电条长度方向设置的齿形槽，每一所述阴极板底部与阴极导电条上的齿形槽位置相对设有连接凸起，每一所述阳极板底部与阳极导电条上的齿形槽位置相对设有连接凸起。
4. 根据权利要求1所述的处理水中有机污染物的电化学反应器，其特征在于：所述侧板与阴极导电条或阳极导电条底部平齐，每侧侧板下方连接至少2个支撑脚，使侧板和导电条底部与电解槽底面间形成通道。
5. 根据权利要求4所述的处理水中有机污染物的电化学反应器，其特征在于：所述通道中布置有曝气管。
6. 根据权利要求1所述的处理水中有机污染物的电化学反应器，其特征在于：侧板上的沟槽均匀分布，相邻沟槽的间距在5mm～20mm之间。
7. 一种处理水中有机污染物的电化学反应方法，其特征在于：采用权利要求1的电化学反应器进行处理，首先组装电极组件，将阴、阳极板相间依次插在两侧内壁的沟槽中，分别组成阳极群和阴极群，阴、阳极板靠自身重力与阴极导电条或阳极导电条接触连接；将组装好的电极组件放入电解槽中，构成电化学反应器；由泵将待处理废水泵入电化学反应器内进行电解，直流电源给电化学反应器提供电解电流，电解后的废水经阀排出。
8. 根据权利要求7所述的处理水中有机污染物的电化学反应方法，其特征在于：采用低压电解技术进行电催化氧化反应，阳极板采用形稳阳极，阴极板采用钛网、钛板或不锈钢材料。
9. 根据权利要求8所述的处理水中有机污染物的电化学反应方法，其特征在于：阳极板采用钛基二氧化铅电极、钛基铱釕电极或钛基铱钽电极。
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