本發(fā)明涉及電化學(xué)工業(yè)廢水處理技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種新型電催化處理有機(jī)廢水的裝置和方法。
背景技術(shù)：
在生活污水、食品加工和造紙等工業(yè)廢水中，含有碳水化合物、蛋白質(zhì)、油脂、木質(zhì)素等有機(jī)物質(zhì)。這些物質(zhì)以懸浮或溶解狀態(tài)存在于污水中，可通過微生物的生物化學(xué)作用而分解。在其分解過程中需要消耗氧氣，因而被稱為耗氧污染物。這種污染物可造成水中溶解氧減少，影響魚類和其他水生生物的生長(zhǎng)。水中溶解氧耗盡后，有機(jī)物進(jìn)行厭氧分解，產(chǎn)生硫化氫、氨和硫醇等難聞氣味，使水質(zhì)惡化。有機(jī)廢水中含有大量的碳水化合物、脂肪、蛋白、纖維素等有機(jī)物，成分復(fù)雜，色度高，有異味，具有強(qiáng)酸強(qiáng)堿性，不易生物降解有機(jī)廢水中所含的有機(jī)污染物結(jié)構(gòu)更復(fù)雜，如果直接排放，會(huì)造成嚴(yán)重污染。
目前，國(guó)內(nèi)對(duì)該類有機(jī)廢水處理的方法主要包括物化處理技術(shù)、萃取法、吸附法、濃縮發(fā)、超聲波降解等，但部分有機(jī)廢水中可能含有大量的聚乙烯醇(PVA)漿料、新型助劑等難降解有機(jī)物，很難處理。因此，傳統(tǒng)的水處理技術(shù)在處理難降解有機(jī)廢水時(shí)中存在一定缺陷。電化學(xué)氧化是一種典型的高級(jí)氧化深度水處理技術(shù)，同時(shí)兼具氣浮、絮凝作用，可以通過分解水中大分子有機(jī)物，脫除毒性基團(tuán)以提高廢水的可生化性。此外，電催化反應(yīng)裝置單位效率高、水力停留時(shí)間短、占地面積少、工藝簡(jiǎn)單、易于自動(dòng)化控制，因此易于在空間狹窄，現(xiàn)場(chǎng)條件有限的生產(chǎn)區(qū)域展開，是一種有潛力的深度水處理技術(shù)。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種處理有機(jī)廢水的電催化氧化反應(yīng)裝置，包括電解池、電極和直流電源，陽(yáng)極為Ti/TinO2n－1(3＜n＜10)電極，陰極選自不銹鋼板、鈦板、銅板、鍍鋅板中的一種，所述陽(yáng)極連接直流電源正極，所述陰極連接直流電源負(fù)極。
上述Ti/TinO2n－1(3＜n＜10)電極包括Ti基體和完全單相的TinO2n－1。所述完全單相的TinO2n－1的制備方法是：將粉末二氧化鈦均勻的覆蓋在金屬鈦片上，以此金屬鈦片為陽(yáng)極，石墨為陰極，在溫度為800～950℃且氬氣氛圍下，于裝有熔融CaCl2的鈦坩堝中進(jìn)行電化學(xué)反應(yīng)，制備得到完全單相的TinO2n－1。
同時(shí)，本發(fā)明給出了上述反應(yīng)裝置在處理有機(jī)廢水時(shí)的使用方法，包括以下步驟：
1)對(duì)有機(jī)廢水進(jìn)行預(yù)處理，去除有機(jī)廢水中的懸浮物，使得SS值小于50mg/L；
2)用氫氧化鈉和硫酸調(diào)節(jié)有機(jī)廢水的PH值在值為3～5之間；
3)調(diào)節(jié)有機(jī)廢水的電導(dǎo)率大于1000μs/cm；
4)預(yù)先曝氣處理使有機(jī)廢水與電解質(zhì)充分混合，開啟直流電源，控制電流密度為15mA/cm2，對(duì)有機(jī)廢水進(jìn)行電催化氧化處理，保持通電和曝氣80～120分鐘直至有機(jī)廢水完全脫色分解。
上述處理有機(jī)廢水的裝置和方法可以用來處理的有機(jī)廢水包括有機(jī)工業(yè)廢水、焦炭廢水。
本發(fā)明裝置和方法的有益效果：
本發(fā)明的電催化氧化反應(yīng)裝置相對(duì)較為簡(jiǎn)單緊湊、占地面積少、污泥量小，運(yùn)行成本低、經(jīng)濟(jì)性好，便于實(shí)現(xiàn)工業(yè)化。特別是本反應(yīng)裝置的陽(yáng)極采用鈦基金屬亞氧化鈦涂層材料，具有耐腐蝕性和良好的電催化活性，電催化效果好。
具體實(shí)施方式
為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面對(duì)本發(fā)明的具體的實(shí)施方式進(jìn)行詳細(xì)描述。
本發(fā)明提供了一種處理有機(jī)廢水的電催化氧化反應(yīng)裝置，包括電解池、電極和直流電源，陽(yáng)極為Ti/TinO2n－1(3＜n＜10)電極，陰極選自不銹鋼板、鈦板、銅板、鍍鋅板中的一種，所述陽(yáng)極連接直流電源正極，所述陰極連接直流電源負(fù)極。
上述Ti/TinO2n－1(3＜n＜10)電極包括Ti基體和完全單相的TinO2n－1。所述完全單相的TinO2n－1的制備方法是：將粉末二氧化鈦均勻的覆蓋在金屬鈦片上，以此金屬鈦片為陽(yáng)極，石墨為陰極，在溫度為800～950℃且氬氣氛圍下，于裝有熔融CaCl2的鈦坩堝中進(jìn)行電化學(xué)反應(yīng)，制備得到完全單相的TinO2n－1。
同時(shí)，本發(fā)明給出了上述反應(yīng)裝置在處理有機(jī)廢水時(shí)的使用方法，包括以下步驟：
1)對(duì)有機(jī)廢水進(jìn)行預(yù)處理，去除有機(jī)廢水中的懸浮物，使得SS值小于50mg/L；
2)用氫氧化鈉和硫酸調(diào)節(jié)有機(jī)廢水的PH值在值為3～5之間；
3)調(diào)節(jié)有機(jī)廢水的電導(dǎo)率大于1000μs/cm；
4)預(yù)先曝氣處理使有機(jī)廢水與電解質(zhì)充分混合，開啟直流電源，控制電流密度為15mA/cm2，對(duì)有機(jī)廢水進(jìn)行電催化氧化處理，保持通電和曝氣80～120分鐘直至有機(jī)廢水完全脫色分解。
上述處理有機(jī)廢水的裝置和方法可以用來處理的有機(jī)廢水包括有機(jī)工業(yè)廢水、焦炭廢水。
實(shí)施例1
鈦基亞氧化鈦電極的制作：將粉末二氧化鈦均勻的覆蓋在金屬鈦片上，以此金屬鈦片為陽(yáng)極，石墨為陰極，在溫度為800～950℃且氬氣氛圍下，于裝有熔融CaCl2的鈦坩堝中進(jìn)行電化學(xué)反應(yīng)，制備得到完全單相的TinO2n－1，該單相的TinO2n－1在鈦片表面形成一層均勻的亞氧化鈦涂層。
實(shí)施例2
以實(shí)施例1制備的電極為陽(yáng)極，選鈦板為陰極，并連接好直流電源。取一定量的焦炭廢水，其色度為800度，COD Cr的質(zhì)量濃度為185mg/L,氨氮的質(zhì)量濃度為146mg/L。按照本發(fā)明的處理方法對(duì)焦炭廢水進(jìn)行預(yù)處理：首先以砂濾去除焦炭廢水中懸浮顆粒物，使得SS值小于50mg/L；然后用氫氧化鈉和硫酸調(diào)節(jié)焦炭廢水的PH值在值為3，并調(diào)節(jié)焦炭廢水的電導(dǎo)率大于1000μs/cm，最后進(jìn)行曝氣處理，使有機(jī)廢水與電解質(zhì)充分混合。對(duì)焦炭廢水預(yù)處理后開啟直流電源，設(shè)定電流密度為15mA/cm2進(jìn)行電催化反應(yīng)，反應(yīng)進(jìn)行80分鐘后停止。此時(shí)，出水水質(zhì)如下：COD Cr、氨氮、色度的去除率分別為93.0％、98.5％、90.0％。
實(shí)施例3
預(yù)處理時(shí)調(diào)節(jié)焦炭廢水的PH值為5，電催化處理時(shí)間為120分鐘，其它與實(shí)施例3相同，反應(yīng)結(jié)束后出水水質(zhì)如下：COD Cr、氨氮、色度的去除率分別為95.0％、99.5％、90.0％。
上述對(duì)實(shí)施例的描述是為便于該技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員能理解和應(yīng)用本發(fā)明。任何熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可以輕易對(duì)本實(shí)施例做出各種修改，并把在此說明的原理應(yīng)用到其它實(shí)例施而不必經(jīng)過創(chuàng)造性勞動(dòng)。因此，本發(fā)明不限于這里的實(shí)施例，不脫離本發(fā)明范疇所做出改進(jìn)和修改都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。