本發(fā)明涉及一種多級電化學氧化裝置，屬于工業(yè)染料廢水控制領域。

背景技術：

目前我國染料產(chǎn)量為420000噸,約占世界總產(chǎn)量的45%,居世界第一。然而,每生產(chǎn)1噸染料,將有2%的產(chǎn)品隨廢水流失,這不僅造成了極大的經(jīng)濟損失,也給環(huán)境帶來了嚴重的污染。染料及中間體品種繁多,生產(chǎn)工藝復雜,特別是由于副反應多,導致收率低,污染物排放量大。許多產(chǎn)品在生產(chǎn)過程中要經(jīng)過對所需要的目的產(chǎn)物鹽析、過濾、洗滌等工序,這樣就會產(chǎn)生大量的母液和洗滌水,這些廢水有的含酸,有的含鹽,有的含堿,或兼而有之。又由于含有副產(chǎn)物、雜質(zhì)、未反應的原料等因素的存在,往往含有大量有機物,多數(shù)染料廢水生物降解性差,甚至完全不能降解,因此治理技術難度很大。

目前染料廢水的處理主要有生物法、物理化學法和電化學方法。生物法處理工藝成本較低，但是降解過程相對緩慢，耗時較長，其處理設備的占地面積以及基礎建設的投資均較大。物理化學方法對染料的脫色與降解，包括吸附沉淀、化學氧化、光催化、高壓脈沖電解、離子交換技術超濾脫色技術等各種方法，這些方法雖然效果都較好，但是成本都非常高。

近年來，隨著電化學科學與電力工業(yè)的發(fā)展，電化學設備相對簡單，場地需求較小，且較易實現(xiàn)自動控制，可以大大降低處理成本，使得電化學已成為一類非常具有競爭力的一種染料廢水處理方法。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種多級電化學氧化裝置，該裝置含有兩個電化學氧化池，一級電化學氧化池包括以下部件：包括、進水口1、擋板2、陽極3、陰極4、溢流堰5、電源6、排泥口14，殼體16；二級電化學氧化池包括液體分布器13、陽極床9、陰極床10、電源12、活性炭過濾層8、出水口11，殼體17。一級電化學氧化池中進水口1位于殼體16上方， 進水口1處設置擋板2，陽極3與陰極4分別等距平行放置，陽極3與陰極4分別與電源6正負極相連，出水口處設置溢流堰5，經(jīng)蠕動泵7流入二級電化學氧化池，殼體16下方設置排泥口14；二級電化學氧化池進水口在殼體17上方，進水口處設置液體分布器13，下方設置活性炭過濾層8，活性炭過濾層8下方設置3層以上陽極床9，陽極床9下方設置3層以上陰極床10，陰極床10與陽極床9分別與電源12正負極相連，在殼體17下方設置出水口11。

本發(fā)明所述殼體16為長方體，長600mm，寬300mm，高300mm；殼體17為圓柱體，反應器直徑400mm，高600mm。

本發(fā)明進水口1前方設置擋板3有利于液體分布均勻，防止污水流速過快，影響電極處理效果。

本發(fā)明溢流堰5選用齒形堰，可以很好地抑制由于溢流造成的液層分布不均勻的現(xiàn)象，大大提高裝置處理效果。

本發(fā)明一級電化學氧化池陽極3采用SnO₂/Ti電極材料，采用常規(guī)方法制備得到，陰極4采用不銹鋼電極。陰極4與陽極3等距間隔放置，間距為60mm~80mm。其中陽極材料制備的具體步驟如下：

對鈦基體進行打磨、堿洗、酸洗三步，獲得清潔的鈦基體表面；配制一定濃度的SnCl₄和SnCl₃溶液，通過以一定濃度的氨水為沉淀劑的共沉淀方法使之生成沉淀；沉淀經(jīng)過濾洗滌后，除去Cl^-,然后在一定溫度范圍內(nèi)用草酸回溶，最后加入適量聚乙二醇制成溶膠；將溶膠涂覆在鈦基體表面，然后在90^oC下烘干15min使溶膠變?yōu)槟z，此過程反復進行多次后，在600^oC進行熱處理獲得SnO₂/Ti電極。

本發(fā)明排泥口14設置在殼體16底部，結構與人孔相似，直徑100mm。

本發(fā)明采用蠕動泵7將一級電化學氧化池出水，抽入二級電化學反應池，在二級電化學反應池進水口處設置液體分布器13。體分布器13為排管式分布器，其中噴孔孔徑為6~9mm，孔數(shù)為50~100個/m²，液體分布器可以保證液體在反應器中分布均勻。

本發(fā)明在二級電化學氧化池進水口15下方設置活性炭填料層8，活性炭采用市售凈水活性炭，活性炭層高60mm。通過活性炭填料層的吸附作用，可將一級電化學氧化池出水中的懸浮物質(zhì)截留下來，以及吸附一些無法降解的二次產(chǎn)物，以保證二級電化學氧化池的正常運行。

本發(fā)明陽極床9中陽極材料為PbO₂/Ti電極，采用電化學沉積法制得。陰極床10中陰極材料為不銹鋼電極。其中陽極材料制備工藝如下：

鈦基體進行打磨、堿洗、酸洗三步，獲得清潔的鈦基體表面，將鈦基體從草酸溶液中取出并迅速放入電沉積溶液中，選用不銹鋼電極為陰極，控制電流密度20mA/cm²，經(jīng)適當?shù)碾姵练e時間后可獲得不同厚度的PbO₂電沉積涂層。電沉積溶液組成為：0.1mol/L HNO₃、0.5mol/L Pb(NO₃)₂及40mmmol/L氟化鈉添加劑

本發(fā)明陽極床9與陰極床10固定于殼體17上，各層均可拆卸，并能根據(jù)不同要求調(diào)節(jié)陽極與陰極極板的間距。

本發(fā)明運行效果如下：（1）本發(fā)明對污水進行兩次電化學氧化處理，第一次可去除大部分有機污染物質(zhì)，可以有效去除染料廢水中COD，對含有碳雙鍵、偶氮、鹵代基和硝基的難降解有機物質(zhì)有非常好的降解效果，對有機物濃度大，高鹽度，高色度，高毒性、難生物降解染料廢水的處理，BOD/COD提高0.1~0.3，COD去除率為70%~90%。第二次電解進一步氧化其中大分子有機物，進行色度去除，色度去除率為95%以上。

(2)本發(fā)明反應器反應條件為常溫、常壓，反應條件溫和，操作簡單，電解反應器中電極耐用，可長時間不更換，并拆卸簡單，易于更換。

(3)本發(fā)明操作過程中，無需添加其他化學藥劑，無二次污染問題，并且應用靈活，占地面積小，運行成本與處理費用都較低。特別適合于含鹽量高，色度大的難降解染料廢水，即可作為預處理技術，又可作為深度處理技術。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的結構示意圖。

圖2是本發(fā)明的溢流堰結構示意圖。

圖3是本發(fā)明液體分布器結構示意圖。

圖中：一級電化學氧化池中，1是進水口，2是擋板，3是陽極，4是陰極，5是溢流堰，6是電源，7是泵，14是排泥口，16是殼體；二級電化學氧化池中，8是活性炭過濾層，9是陽極床，10是陰極床，11是出水口，12是電源，13是液體分布器，17是殼體。

具體實施方式

1.電化學氧化裝置的運行方式：1）廢水從一級電化學氧化池進水口進水，在一級電化學氧化池中電解30~60min后，停止電解；2）一級電化學氧化池中出水經(jīng)蠕動泵運至二級電化學氧化池進行深化處理；3）廢水在二級電化學氧化池中先經(jīng)活性炭過濾層吸附過濾后在反應器中電解40~80min，直至達到所需要處理效果；4)在二級電化學氧化池電解同時一級電化學反應池同時進水，兩反應器交替進行電解。

2.多級電化學氧化裝置應用實例。

【實施例1】：處理酸性偶氮染料廢水

實驗廢水取自青島雙桃精細化工有限公司，原水各指標為COD:9350mg/L、色度1200、氨氮150mg/L、PH=1.18。生物可生化性極低。本實例中一級電化學氧化池中采用SnO₂/Ti電極為陽極，不銹鋼電極為陰極，調(diào)節(jié)電流密度為20mA/cm²，電解30分鐘后，出水進入二級電化學氧化池。二級電化學氧化池中，采用網(wǎng)狀PbO₂/Ti電極為陽極，不銹鋼電極為陰極，調(diào)節(jié)電流密度為15mA/cm²，電解60分鐘。實驗結束后COD為2500mg/L，氨氮24mg/L，色度基本變?yōu)闊o色透明，且COD去除基本都在一級電化學氧化池中進行，一級電化學氧化池出水COD為2953mg/L，色度不降反增。在二級電化學氧化池中主要進行色度去除，出水變?yōu)闊o色透明。COD去除率73%，色度去除率98%以上，B/C從0.009提升至0.021，可生化性顯著提高。因此本發(fā)明可作為污水處理工藝中的前期處理工藝。

【實施例2】：處理中性偶氮染料廢水

實驗廢水同樣取自青島雙桃精細化工有限公司，原水各指標為COD:10821mg/Ll、色度1024、PH=7.58。本實例中一級電化學氧化池采用SnO₂/Ti電極為陽極，不銹鋼電極為陰極，調(diào)節(jié)電流密度為25mA/cm²電解50分鐘，出水進入二級電化學氧化池。在二級電化學氧化池中，污水經(jīng)活性炭層過濾后，調(diào)節(jié)電流密度為30mA/cm²，電解80分鐘，直至色度不在發(fā)生變化。二級電化學氧化池中陽極采用網(wǎng)狀PbO₂/Ti或SnO₂/Ti電極，陰極采用不銹鋼電極。實例總出水各指標為COD為3200mg/Ll，色度64，其中一級電化學氧化池出水COD為3600 mg/L，出水成淡黃色。COD去除率71%，色度去除率94%，可生化性從0.009提升至0.018。

【實施例3】:處理堿性偶氮染料廢水

實驗廢水同樣取自青島雙桃精細化工有限公司，原水各指標為COD：8650mg/L，色度1400，PH=13.5。

直接將未經(jīng)預處理污水加入反應器中，一級電化學氧化池中采用SnO₂/Ti電極為陽極，不銹鋼電極為陰極，調(diào)節(jié)電流密度為30mA/cm²，電解80分鐘后，出水進入二級電化學氧化池。二級電化學氧化池中，采用網(wǎng)狀PbO₂/Ti電極或SnO₂/Ti電極為陽極，不銹鋼電極為陰極，調(diào)節(jié)電流密度為15mA/cm²，電解60分鐘?？偝鏊髦笜藶镃OD：4200mg/L色度256。COD去除率為52%，色度去除率為82%，可生化性從0.009提升至0.020。

將污水進行加鹽酸預處理，調(diào)節(jié)污水PH為3時，在進水電化學氧化裝置中處理。一級電化學氧化池采用SnO₂/Ti電極為陽極，不銹鋼電極為陰極，調(diào)節(jié)電流密度為20mA/cm²電解40分鐘，出水進入二級電化學氧化池。在二級電化學氧化池中，污水經(jīng)活性炭層過濾后，調(diào)節(jié)電流密度為20mA/cm²，電解60分鐘，直至色度不在發(fā)生變化。二級電化學氧化池中陽極采用網(wǎng)狀PbO₂/Ti或SnO₂/Ti電極，陰極采用不銹鋼電極。實例總出水各指標為COD為1643mg/L，色度128，其中一級電化學氧化池出水COD為1965 mg/L，出水成淡黃色。COD去除率81%，色度去除率90%，可生化性從0.009提升至0.023。