專利名稱：一種處理廢水的電化學方法及其反應器的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種廢水處理的電化學方法及其反應器，具體是綜合利用電解過程中的氧化作用和還原作用，并根據(jù)被處理水的性質在氧化-還原一體化反應器進行內(nèi)部循環(huán)處理，以達到改善電化學過程的凈水效果、提高能源利用率的目的。
在廢水處理中，電化學方法已被廣泛利用。現(xiàn)行的電解處理廢水的方法和裝置，主要是利用其氧化功能，通過采用適當?shù)碾姌O、反應器構造、電催化氧化并控制適當?shù)碾娏骱碗妷旱?，以提高水處理效率和對水中污染物的去除效果。但這些方法和反應裝置往往忽視了在氧化還原反應中的還原作用。實際上，水中的很多污染物質的結構是復雜的，有很多情況下單純氧化不僅不能起到有效的污染去除作用，反而會使污染物的分子發(fā)生聚合，或者變成一種更難處理的有機物，或者加重了水的色度，等等。而對這些物質如果采取了適當?shù)倪€原處理，則可使之分解，達到從水中去除之目的。因此，單純的電化學氧化，不僅浪費能源，而且對一些污染物不能去除。
本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)行的電化學處理廢水方法和裝置的缺陷，將電解過程中的氧化和還原作用進行綜合運用，并根據(jù)被處理的污染物對象，選擇氧化-還原或還原-氧化的循環(huán)方式，建立一種新的更有效的電化學處理廢水的方法和反應器。
本發(fā)明的方法是根據(jù)水中主要污染物的結構和性質，進行氧化-還原的循環(huán)處理，氧化過程采用天然錳砂進行介質催化反應，還原過程采用無煙煤、石英砂、活性碳和沸石等進行接觸還原。對某些含有可還原性結構并可通過還原處理使之降解的物質的廢水，先還原處理，而后氧化處理；反之，則先氧化處理，后還原處理。也可以對不同性質的水進行單獨的氧化或還原處理。
本發(fā)明的反應器的構造如附圖
所示。氧化還原一體化內(nèi)循環(huán)反應器1由陽極槽2和陰極槽3構成，陽極和陰極槽間隔以分離滲透膜4，分離膜可采用PE微濾膜、陶瓷微濾膜、中空纖維超濾膜、石棉等材料，優(yōu)選PE微濾膜。陽極室中裝有以鈦板、鈦-釕網(wǎng)、鎳、石墨、鍍二氧化鈦的鎳板等為材料的陽極5，優(yōu)選鍍二氧化鈦的鎳板和鈦釕網(wǎng)；陰極槽中裝有以不銹鋼、鐵板、鋁板、鈦板、鈦-釕網(wǎng)、鎳、石墨、鍍二氧化鈦的鎳板等為材料的陰極6，優(yōu)選鎳板、鐵板和鋁板；陽極和陰極均采取并聯(lián)方式，通過導線7和導線8與交直流轉換電源9連接，電極間距3-10cm。在陽極槽和陰極槽中分別填充顆粒狀介質10和11，陽極槽內(nèi)填充的介質是粒徑為2-5mm的具有催化氧化作用的天然錳砂，填充高度為距反應器底部以下5-20cm、距上部5-20cm；陰極槽內(nèi)填充的介質是粒徑為2-5mm的無煙煤、石英砂、活性碳和沸石等濾料，優(yōu)選無煙煤和活性碳，填充高度為距反應器底部以下5-20cm、距上部5-20cm。在陽極室一側的下部，安裝進水調(diào)節(jié)閥門12和13，當進行電氧化處理水時，12和13為原水的進水調(diào)節(jié)閥門，當進行先還原后氧化時，則分別為還原后待處理水的進水口和進水調(diào)節(jié)閥門；在陽極室一側的上部，安裝經(jīng)電氧化處理后水的出水調(diào)節(jié)閥門14；水從氧化槽循環(huán)進入還原槽采用輸水泵15；從氧化槽出水到還原槽進水的管路中最好安裝水量控制閥門16；在還原槽一側的下部裝有進水調(diào)節(jié)閥門17和18，當進行電還原處理水時，17和18分別為原水的進水調(diào)節(jié)閥門，當先氧化后還原時，18為氧化后待處理水的進水調(diào)節(jié)閥門；在還原槽一側的上部，裝有經(jīng)電還原處理后水的出水調(diào)節(jié)閥門19；水從還原槽循環(huán)進入氧化槽采用輸水泵20；從氧化槽出水到還原槽進水的管路中最好安裝水量控制閥門21；在氧化槽和還原槽的出水管路上最好加裝排水調(diào)節(jié)閥門22和23。
本發(fā)明的操作過程如下在進水之前，先連接好電極并將并聯(lián)后的陽極和陰極分別連接到電源的正極和負極。打開進水閥門12、13、17和18，將原水送入陽極室2和陰極室3，然后開啟電源9。如果對水進行單獨的電氧化處理，則先關閉閥門16和21，打開閥門14和22，再打開進水閥門12和13，水經(jīng)電氧化處理后直接排出；如果對水先進行氧化后進行還原處理時，則先關閉閥門22、17和21，打開閥門14、16、18、19和20，開啟循環(huán)泵15，水則從氧化槽處理后進入還原槽處理，然后排出；處理后的水從排水調(diào)節(jié)閥14和排水口22排出。如果對水單獨進行還原處理，關閉閥門16和21，打開閥門17、18、19和23，水經(jīng)還原處理后直接排出；如果對水進行先還原后氧化處理時，則關閉閥門12、16和23，打開閥門13、14、17、18、19和22，開啟循環(huán)泵21，水則從還原槽處理后進入氧化槽處理，然后排出。
本發(fā)明的特點是1、同時利用了電解過程的氧化和還原作用，并將兩種作用功能進行綜合集成。
2、實現(xiàn)在同一反應器內(nèi)對廢水的氧化-還原或還原-氧化的循環(huán)處理。
3、該氧化還原反應器既可對廢水進行氧化還原的循處理，也可進行單獨的氧化處理和還原處理。
4、在氧化反應槽中使用天然錳砂作為填料，對廢水的電化學氧化處理具有催化作用。
5、在還原反應槽中使用顆粒填料為介質，提高了對廢水的接觸還原處理效果。
電流6.3A動態(tài)水流速10mL/min水在陽極室和陰極室的停留時間30min幾種方式對廢水的COD去除結果如表1所示。
表1實例1的廢水處理結果
實例2某染料生產(chǎn)廠廢水，其中含COD 4278mg/L，pH9.24，在以下條件下進行單獨氧化、單獨還原、先氧化后還原和先還原后氧化處理電化學反應器20cm×10cm×10cm；PVC材料陽極室9cm×5cm×10cm；以3mm天然錳砂為填料陰極室9cm×5cm×10cm；以3mm無煙煤為填料隔膜10cm×10cm×0.5cm；PE微濾膜陽極9cm×5cm×0.2cm；鈦釕網(wǎng)陽極9cm×5cm×0.2cm；金屬鎳極間距3.5cm電壓8V電流6.3A動態(tài)水流速10mL/min水在陽極室和陰極室的停留時間30min幾種方式對廢水的COD去除結果如表1所示。
表2實例2的廢水處理結果
權利要求
1.一種廢水處理的電化學方法，其特征在于，先進行氧化、后進行還原處理，或先進行還原、后進行氧化處理，或者單獨進行氧化或還原處理。
2.按照權利要求1所述的方法，其特征在于，氧化處理是使用天然錳砂為介質來進行的，還原處理是使用無煙煤、石英砂、活性碳和/或沸石來進行的。
3.一種用于廢水處理的電化學反應器，其特征在于，它包括陽極槽(2)和陰極槽(3)，陽極和陰極槽間隔以分離滲透膜(4)，陽極和陰極均采取并聯(lián)方式，通過導線(7)和導線(8)與電源(9)連接，在陽極槽和陰極槽中分別填充顆粒狀介質(10)和(11)，陽極槽內(nèi)填充的介質是粒徑為2-5mm的具有催化氧化作用的天然錳砂；陰極槽內(nèi)填充的介質是粒徑為2-5mm的無煙煤、石英砂、活性碳和/或沸石，在陽極室一側的下部，安裝進水調(diào)節(jié)閥門(12)和(13)，當進行電氧化處理水時，它們?yōu)樵倪M水調(diào)節(jié)閥門，當進行先還原后氧化時，則分別為還原后待處理水的進水口和進水調(diào)節(jié)閥門；在陽極室一側的上部，安裝經(jīng)電氧化處理后水的出水調(diào)節(jié)閥門(14)；水從氧化槽循環(huán)進入還原槽采用輸水泵(15)；在還原槽一側的下部裝有進水調(diào)節(jié)閥門(17)和(18)，當進行電還原處理水時，它們分別為原水的進水調(diào)節(jié)閥門，當先氧化后還原時，后者為氧化后待處理水的進水調(diào)節(jié)閥門；在還原槽一側的上部，裝有經(jīng)電還原處理后水的出水調(diào)節(jié)閥門(19)；水從還原槽循環(huán)進入氧化槽采用輸水泵(20)。
4.按照權利要求3所述的反應器，其特征在于，所述的分離膜采用PE微濾膜、陶瓷微濾膜、中空纖維超濾膜、或石棉材料制成。
5.按照權利要求3所述的反應器，其特征在于，所述的分離膜為PE微濾膜。
6.按照權利要求3所述的反應器，其特征在于，陽極是由鈦板、鈦-釕網(wǎng)、鎳、石墨、或鍍二氧化鈦的鎳板制成。
7.按照權利要求3所述的反應器，其特征在于，陽極是由鍍二氧化鈦的鎳板或鈦釕網(wǎng)制成。
8.按照權利要求3所述的反應器，其特征在于，陰極是由不銹鋼、鐵板、鋁板、鈦板、鈦-釕網(wǎng)、鎳、石墨、或鍍二氧化鈦的鎳板制成。
9.按照權利要求3所述的反應器，其特征在于，陰極是由鎳板、鐵板或鋁板制成。
10.按照權利要求3所述的反應器，其特征在于，陽極槽內(nèi)填充的介質的填充高度為距反應器底部以下5-20cm、距上部5-20cm。
11.按照權利要求3所述的反應器，其特征在于，陰極槽內(nèi)填充的介質為無煙煤和/或活性碳，填充高度為距反應器底部以下5-20cm、距上部5-20cm。
12.按照權利要求3所述的反應器，其特征在于，從氧化槽出水到還原槽進水的管路中還安裝水量控制閥門(16)。
13.按照權利要求3所述的反應器，其特征在于，從氧化槽出水到還原槽進水的管路中還安裝有水量控制閥門(21)。
14.按照權利要求3所述的反應器，其特征在于，在氧化槽和還原槽的出水管路上還裝有排水調(diào)節(jié)閥門(22)和(23)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種廢水處理的電化學方法及其反應器,本發(fā)明方法的特征在于,先進行氧化、后進行還原處理,或先進行還原、后進行氧化處理,或者單獨進行還原處理。本發(fā)明的方法和反應器可達到改善電化學過程的凈水效果、提高能源利用率的目的。
文檔編號C02F1/461GK1350982SQ00130320
公開日2002年5月29日 申請日期2000年10月31日 優(yōu)先權日2000年10月31日
發(fā)明者曲久輝, 雷鵬舉, 劉會娟 申請人:中國科學院生態(tài)環(huán)境研究中心