專利名稱：三相三維電化學(xué)反應(yīng)器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及應(yīng)用電能，波能或粒子輻射的設(shè)備，尤其涉及一種三相三維電化學(xué)反應(yīng)器。

背景技術(shù)：
為了社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需要，近年來我國在石化、化纖、制藥、農(nóng)藥及染料等各個化工行業(yè)的生產(chǎn)規(guī)模不斷擴(kuò)大，伴隨而來的廢水產(chǎn)量也不斷增加，并且化工行業(yè)的廢水大多都屬于有毒有害難降解有機(jī)廢水。目前這類廢水的處理技術(shù)主要為混凝沉淀、氣浮、高溫氧化法、濕式氧化法、芬頓氧化法、電化學(xué)降解法及微生物降解法等。這類廢水可生化性差且含有抑制微生物生長的有毒物質(zhì)，從而不能夠直接用生化法處理，需要先進(jìn)行預(yù)處理以提高其可生化性。而高溫氧化法、濕式氧化法及芬頓氧化法等傳統(tǒng)高級氧化技術(shù)能夠有效的分解這類廢水中的難降解污染物，但是它們的廢水處理成本通常很高。
電化學(xué)方法處理廢水技術(shù)具有無須添加氧化劑、絮凝劑等化學(xué)藥品，不產(chǎn)生二次污染，設(shè)備體積小，占地面積少等優(yōu)點(diǎn)，是一種“環(huán)境友好”的高級氧化技術(shù)。電化學(xué)處理技術(shù)中最為成功的工藝技術(shù)為三相三維電化學(xué)反應(yīng)器。它是在傳統(tǒng)二維電解槽電極之間填裝柱狀、粒狀或者碎屑狀工作電極材料，并使工作電極材料表面帶電，稱為第三極，以增大工作電極的表面積，縮短反應(yīng)物的遷移距離，提高電流效率。目前的三相三維電化學(xué)反應(yīng)器主要利用電催化氧化作用降解廢水中的有毒難降解污染物以提高廢水的可生化性或者對濃度較低的廢水進(jìn)行深度處理。如果僅依靠電化學(xué)催化氧化作用完全礦化處理高濃度有機(jī)廢水，需要消耗大量的能源，從而導(dǎo)致廢水處理成本的增高。傳統(tǒng)的三相三維電化學(xué)反應(yīng)器不適合用于完全礦化處理高濃度難降解有機(jī)廢水。


發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種將微生物礦化作用和三相三維電化學(xué)作用耦合為一體的處理效率高、電流效率高的三相三維電化學(xué)反應(yīng)器。
本發(fā)明所提供的三相三維電化學(xué)反應(yīng)器，包括電解槽，所述電解槽設(shè)有陽極電極、兩個陰極電極和工作電極，所述工作電極為導(dǎo)電的活性炭與經(jīng)過絕緣處理的活性炭的混合物，導(dǎo)電的活性炭與經(jīng)過絕緣處理的活性炭質(zhì)量比為1∶4～4∶1；所述工作電極負(fù)載微生物，形成生物膜。
本發(fā)明的三相三維電化學(xué)反應(yīng)器，其中所述電解槽內(nèi)還設(shè)有多孔隔板和布?xì)獍?，所述布?xì)獍逦挥谒鲭娊獠鄣牡撞壳遗c進(jìn)氣管相連接，所述多孔隔板設(shè)置在所述布?xì)獍宓纳戏健?br> 本發(fā)明的三相三維電化學(xué)反應(yīng)器，其中所述工作電極以流化床或者固定床的形式分布于所述電解槽之中。
本發(fā)明的三相三維電化學(xué)反應(yīng)器，其中所述電解槽側(cè)壁的一側(cè)上部設(shè)置有一個出水檐，另一側(cè)的下部設(shè)置有一個進(jìn)水口。
本發(fā)明的三相三維電化學(xué)反應(yīng)器，其中還包括進(jìn)水調(diào)節(jié)池，所述進(jìn)水調(diào)節(jié)池包括儲水池，插裝于儲水池中的機(jī)械攪拌器和pH值在線監(jiān)測儀；所述儲水池的頂部裝有一個自動投加器；所述儲水池的池壁上部設(shè)置有廢水進(jìn)水口，所述儲水池另一側(cè)池壁的下部設(shè)置有出水口；所述進(jìn)水調(diào)節(jié)池的出水口與電解槽的進(jìn)水口相連通。
本發(fā)明的三相三維電化學(xué)反應(yīng)器，其中所述工作電極放置在所述多孔隔板上，所述陽極電極、所述兩個陰極電極平行交錯插裝于所述工作電極中。
本發(fā)明的三相三維電化學(xué)反應(yīng)器，其中所述陰極電極和所述陽極電極的板間距為20～300mm。
本發(fā)明的三相三維電化學(xué)反應(yīng)器，其中所述陰極電極和所述陽極電極的板間電流密度為1-6mA/cm2。
本發(fā)明的三相三維電化學(xué)反應(yīng)器，其中所述陽極電極為板狀、網(wǎng)狀或泡沫狀結(jié)構(gòu)。
本發(fā)明的三相三維電化學(xué)反應(yīng)器，采用導(dǎo)電的活性炭與經(jīng)過絕緣處理的活性炭的混合物作為工作電極，導(dǎo)電的活性炭與經(jīng)過絕緣處理的活性炭質(zhì)量比為1∶4～4∶1，工作電極負(fù)載微生物，耦合了傳統(tǒng)三相三維電化學(xué)反應(yīng)器的電催化作用和微生物的礦化作用，并且反應(yīng)器中的電場能夠強(qiáng)化微生物的礦化作用；三相三維電化學(xué)反應(yīng)器氧化分解有機(jī)難降解污染物后產(chǎn)生的生化性高的小分子物質(zhì)能夠快速的被反應(yīng)器中的高活性微生物完全礦化；提高了傳統(tǒng)的三相三維電化學(xué)反應(yīng)器的電流效率，降低了能耗，省去了后續(xù)生化處理裝置的建設(shè)，能夠快速地處理高濃度有毒有害難降解有機(jī)廢水，減少了占地面積，降低了污水處理成本。



圖1為本發(fā)明的三相三維電化學(xué)反應(yīng)器結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施例方式 下面結(jié)合圖1詳細(xì)描述本發(fā)明的三相三維電化學(xué)反應(yīng)器。
本發(fā)明的三相三維電化學(xué)反應(yīng)器包括進(jìn)水調(diào)節(jié)池15和電解槽1。
電解槽1設(shè)有陽極電極6、兩個陰極電極5、工作電極7、多孔隔板8和布?xì)獍?；布?xì)獍?位于電解槽的底部且與向電解槽1中通入空氣的進(jìn)氣管相連接(圖中未顯示)，布?xì)獍?的上方設(shè)有多孔隔板8，多孔隔板8與布?xì)獍?間隔一定距離，設(shè)置多孔隔板8和布?xì)獍?以便為微生物的礦化作用和三相三維電化學(xué)反應(yīng)器中電催化制H2O2(在陰極及工作電極上發(fā)生消耗O2生成·OH的反應(yīng)O2+2e-+2H+→H2O2)的反應(yīng)提供O2，工作電極7放置在多孔隔板8上，陽極電極6、兩個陰極電極5平行交錯插裝于工作電極7中；陰極電極5為碳?xì)肿印⒉Ａ?、海綿炭、活性碳纖維或者石墨；陽極電極6為表面涂層為氧化釕、氧化錳、氧化鉛、氧化鉑、氧化銥、錫銻氧化物及氧化鈀等具有電催化活性的DSA電極或金剛石膜電極，結(jié)構(gòu)為板狀、網(wǎng)狀及泡沫狀等；工作電極7為柱狀、粒狀或者碎屑狀的導(dǎo)電性良好的活性炭與經(jīng)過絕緣處理而導(dǎo)電性差的活性炭的混合物，導(dǎo)電性良好的活性炭與導(dǎo)電性差的活性炭的混合比例為1∶4～4∶1，工作電極7負(fù)載微生物，形成生物膜，工作電極7以流化床或者固定床的形式分布于電解槽1之中；陰極電極5和陽極電極6之間的電流密度為1-6mA/cm2；陰極電極5和陽極電極6的板間距為20～300mm；電解槽1的側(cè)壁的上部設(shè)置有一個出水檐3，另一側(cè)壁的下部設(shè)置了一個進(jìn)水口，與進(jìn)水口相連的進(jìn)水管上設(shè)置有進(jìn)水分配器2； 進(jìn)水調(diào)節(jié)池15包括儲水池13，插裝于儲水池13中的機(jī)械攪拌器12和pH值在線監(jiān)測儀14；儲水池13的頂部安裝有一個催化劑自動投加器10；儲水池13的池壁上部設(shè)置了廢水進(jìn)水口11，儲水池13另一側(cè)池壁的下部設(shè)置了出水口；與出水口相連的出水管上設(shè)置有出水分配器9；進(jìn)水調(diào)節(jié)池15的出水管與電解槽1的進(jìn)水管相連。
進(jìn)水調(diào)節(jié)池15調(diào)節(jié)進(jìn)水pH值在5～8之間，其pH值由pH在線監(jiān)測儀14監(jiān)控；催化劑自動投加器10所投加的催化劑主要為鐵、鈷及錳等金屬離子催化劑，每立方米廢水中投加金屬離子催化劑的量為0.05～2mol。
以下通過具體實(shí)施例對本發(fā)明在處理有毒有害難降解有機(jī)廢水中應(yīng)用及其效果做進(jìn)一步說明 本實(shí)施例提供的有毒有害難降解有機(jī)廢水的耦合微生物的三相三維電化學(xué)反應(yīng)器，整個裝置水平放置，陰極電極5采用的是碳?xì)肿?，陽極電極6采用的表面涂層為錫銻氧化物的網(wǎng)狀DSA電極，陰陽極間的極板間距為70mm，極板間電流密度為4mA/cm2，陰陽極之間的粒子工作電極7為直徑為3-4mm長為4-8mm的柱狀活性炭(導(dǎo)電性活性炭∶絕緣性活性炭＝3∶1)，進(jìn)水調(diào)節(jié)池15中進(jìn)水pH值為5，催化劑自動投加器向每升廢水投加催化劑硫酸亞鐵1mM，調(diào)節(jié)池15中完成調(diào)節(jié)的廢水由進(jìn)水口進(jìn)入電解槽1之中，其水力停留時間為2h，處理后的水直接由電解槽1上部的出水檐3排出，即完成其有毒有害難降解有機(jī)廢水的處理。
用本實(shí)施例提供的耦合微生物的三相三維電化學(xué)反應(yīng)器處理國內(nèi)某廠ABS樹脂生產(chǎn)車間E區(qū)廢水，并與傳統(tǒng)的三相三維電化學(xué)反應(yīng)器、單獨(dú)生物法處理進(jìn)行比較。廢水COD值為1321mg/L，TOC值為442.9mg/L，其特征污染物主要為苯系物、丙烯腈單體、丙烯腈的低聚物及丙烯腈衍生物等有毒有害難降解有機(jī)物。該廢水在反應(yīng)器中的水力停留時間為2h，三種方法的處理效果如表1所示。
表1
說明本實(shí)施例提供的耦合微生物的三相三維電化學(xué)反應(yīng)器能通過電催化預(yù)處理和微生物礦化的協(xié)同作用快速高效地礦化處理高濃度有毒有害難降解有機(jī)廢水。
以上的實(shí)施例僅僅是對本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式進(jìn)行描述，并非對本發(fā)明的范圍進(jìn)行限定，在不脫離本發(fā)明設(shè)計精神的前提下，本領(lǐng)域普通工程技術(shù)人員對本發(fā)明的技術(shù)方案作出的各種變形和改進(jìn)，均應(yīng)落入本發(fā)明的權(quán)利要求書確定的保護(hù)范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.三相三維電化學(xué)反應(yīng)器，包括電解槽(1)，所述電解槽(1)內(nèi)設(shè)有陽極電極(6)、兩個陰極電極(5)和工作電極(7)，其特征在于所述工作電極(7)為導(dǎo)電的活性炭與經(jīng)過絕緣處理的活性炭的混合物，導(dǎo)電的活性炭與經(jīng)過絕緣處理的活性炭質(zhì)量比為1∶4～4∶1；所述工作電極(7)負(fù)載微生物，形成生物膜。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三相三維電化學(xué)反應(yīng)器，其特征在于所述電解槽(1)內(nèi)還設(shè)有多孔隔板(8)和布?xì)獍?4)，所述布?xì)獍?4)位于所述電解槽(1)的底部且與進(jìn)氣管相連接，所述多孔隔板(8)設(shè)置在所述布?xì)獍?4)的上方。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的三相三維電化學(xué)反應(yīng)器，其特征在于所述工作電極(7)以流化床或者固定床的形式分布于所述電解槽(1)之中。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的三相三維電化學(xué)反應(yīng)器，其特征在于所述電解槽(1)側(cè)壁的一側(cè)上部設(shè)置有一個出水檐(3)，另一側(cè)的下部設(shè)置有一個進(jìn)水口。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的三相三維電化學(xué)反應(yīng)器，其特征在于還包括進(jìn)水調(diào)節(jié)池(15)，所述進(jìn)水調(diào)節(jié)池(15)包括儲水池(13)，插裝于儲水池(13)中的機(jī)械攪拌器(12)和pH值在線監(jiān)測儀(14)；所述儲水池(13)的頂部裝有一個自動投加器(10)；所述儲水池(13)的池壁上部設(shè)置有廢水進(jìn)水口(11)，所述儲水池(13)另一側(cè)池壁的下部設(shè)置有出水口；所述進(jìn)水調(diào)節(jié)池(15)的出水口與電解槽(1)的進(jìn)水口相連通。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的三相三維電化學(xué)反應(yīng)器，其特征在于所述工作電極(7)放置在所述多孔隔板(8)上，所述陽極電極(6)、所述兩個陰極電極(5)平行交錯插裝于所述工作電極(7)中。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的三相三維電化學(xué)反應(yīng)器，其特征在于所述陰極電極(5)和所述陽極電極(6)的板間距為20～300mm。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的三相三維電化學(xué)反應(yīng)器，其特征在于所述陰極電極(5)和所述陽極電極(6)的板間電流密度為1-6mA/cm2。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的三相三維電化學(xué)反應(yīng)器，其特征在于所述陽極電極為板狀、網(wǎng)狀或泡沫狀結(jié)構(gòu)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種三相三維電化學(xué)反應(yīng)器。該三相三維電化學(xué)反應(yīng)器，包括電解槽，所述電解槽設(shè)有陽極電極、兩個陰極電極和工作電極，所述工作電極為導(dǎo)電的活性炭與經(jīng)過絕緣處理的活性炭的混合物，導(dǎo)電性的活性炭與經(jīng)過絕緣處理的活性炭質(zhì)量比為1∶4～4∶1；所述工作電極負(fù)載微生物，形成生物膜。本發(fā)明的三相三維電化學(xué)反應(yīng)器提高了傳統(tǒng)的三相三維電化學(xué)反應(yīng)器的電流效率，降低了能耗，省去了后續(xù)生化處理裝置的建設(shè)，能夠快速地處理高濃度有毒有害難降解有機(jī)廢水，減少了占地面積，降低了污水處理成本。
文檔編號C02F9/14GK101812702SQ20101016866
公開日2010年8月25日 申請日期2010年5月11日 優(yōu)先權(quán)日2010年5月11日
發(fā)明者周岳溪, 賴波, 蔣進(jìn)元, 宋玉棟, 王海燕, 席宏波 申請人:中國環(huán)境科學(xué)研究院