CN100467404C - 超声-电催化处理偶氮类染料废水处理装置及反应条件 - Google Patents

超声-电催化处理偶氮类染料废水处理装置及反应条件 Download PDF

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Abstract

一种超声-电催化偶氮类染料废水处理装置及反应条件。属偶氮类染料废水处理技术。反应装置由废水调节池(1)、流量计(2)、反应器(3)、出水容器(4)超声换能器(7)、可控硅镇流器(7)、置于反应器(3)中的阴、阳极及循环泵(5)所组成。本装置可控性强、流程简单、处理效率高。反应条件包括超声功率0.5W/cm2～2.0W/cm2，可控硅镇流器的操作电压在3.5V～8V，支持电解质NaCl的浓度0.02mol/L～0.08mol/L，相应的电流密度在5mA/cm2～50mA/cm2。本发明能有效地无害化处理偶氮类染料废水，反应速度与现有技术相比，提高了5-10倍，能耗降低了1-2倍，处理的甲基橙模拟废水，脱色率和COD去除率都达到95%以上。

Description

超声-电催化处理偶氮类染料废水处理装置及反应条件
一、技术领域
本发明涉及一种超声-电催化处理偶氮类染料废水处理装置及反应条件，属于偶氮类染料废水的处理技术。
二、背景技术
由于偶氮类染料废水的有效处理一直以来都是个难题。近年来国内外采用了湿式氧化法、Fenton法、光化学与光催化氧化法、电化学法、臭氧氧化法、微波辅助氧化法和超声氧化法等高级氧化技术。
高级氧化水处理技术是近20年来新兴的水处理技术，由于其在污染物降解中具有高效性、普适性和氧化降解的彻底性等优点，已成为国内外水处理研究领域的热点课题。但就目前来说，单一地使用这类技术彻底去除染色废水中的COD和色度，成本还是较高，与产业化应用还有一定距离。高级氧化技术处理难降解有机废水的发展趋势应是提高处理效率、降低处理成本。采用两种或两种以上高级氧化技术联用、利用它们之间的协同作用具有潜在的应用价值。
超声波和电化学高级氧化技术都是难降解有机废水处理的有效方法，且都不会形成二次污染，具有良好的应用前景；但超声波单独使用只对浓度较低的印染废水有降解作用，声能的利用率低，同样用电化学法彻底氧化分解水中有机污染物需要大量电子，能耗较高，设备成本也较高。
超声-电催化是在超声电化学的一个分支内容，是将超声波与电催化相结合的一项新技术。近年来，超声电化学研究发展很快，是超声化学和电化学的前沿研究领域之一。1990年，T.J.Mason等首先提出了超声电化学(sonoelectrochemistry)的概念，此后，超声电化学作为电化学和超声化学的一个新的分支蓬勃发展，至今已广泛应用于电镀与电沉积、有机合成、材料制备、电分析化学等研究领域。超声电化学应用于降解水体中有机物的研究还很少，超声-电催化技术应用于偶氮染料废水的处理还未见报道。
由于超声波与电化学的协同耦合作用产生的物理和化学效应，所以超声与电化学的结合具有许多潜在的优点，这些优点包括电极表面的清洗和除气、电极表面的去钝化、电极表面的侵蚀；加速液相质量转递；加快反应速率；增强电化学发光；提高降解效率等。
三、发明内容
本发明是提供一种超声-电催化处理偶氮类染料废水的技术及装置。运用本发明可有效对偶氮类染料废水进行有效地无害化处理。为最终该项废水处理技术的产业化应用奠定基础。
本发明包括以下两个方面的内容：
1、本发明的超声-电催化处理偶氮染料废水处理反应条件：
超声功率在0.5W/cm2～2.0W/cm2；
超声频率在40kHz～60kHz；
可控硅镇流器的操作电压在3.5V～8V；
支持电解质NaCl的浓度0.02mol/L～0.08mol/L；
相应的电流密度在5mA/cm2～50mA/cm2；
2、一种超声-电催化偶氮类染料废水处理装置，其特征在于，包括废水调节池、流量计、反应器、出水容器、循环泵、可控硅镇流器、超声换能器、挡板、阴极、阳极，其中两个超声换能器直接贴于反应器底部，反应器的进水口通过流量计与废水调节池相通，反应器的出水口通过循环泵与出水容器相通，反应器通过置于反应器内腔中阴极和阳极与可控硅镇流器的正、负极相连，废水调节池与循环泵和出水容器通过管道相互连接，所述反应器的内腔通过三块档板分割或进水区，第1反应区，第2反应区和出水区四部分，反应器的第1反应区和第2反应区分别通过同样的阴极和阳极与可控硅镇流器的正、负极相连。阴极与阳极的间距在3mm-20mm之间。其特点为装置可控性强、流程简单、处理废水效率高、能耗低，通过控制流量来控制降解的程度，如废水浓度太高可以通过循环处理达到预期的效果。
本发明反应器的阴极和阳极，采用网状催化性RuO2/Ti和活性炭纤维复合阳极，铜网阴极，极板间距在3mm～20mm，通过挡板将反应器分为进水区、第反应区、第2反应区和出水区四部分，同时也能够保证废水完全流经电极表面，通过导出反应产物，从而改变化学平衡，推动反应向生成产物的方向进行，提高反应速度。
另外超声换能器直接贴于反应器的底部，超声波不经过耦合液，而是通过器壁振动直接作用于反应液，提高了声能的利用率，同时也增强超声波与电催化的协同耦合作用。
能有效地无害化处理偶氮类染料废水，超声波-电催化联合与单独电催化相比较，反应速度提高5～10倍，能耗降低了1～2倍。如经本发明技术及装置处理的甲基橙废水，脱色率和COD去除率都达到了95％以上。
四、附图说明
图1为本发明的装置示意图。
图2为本发明反应器的主视图。
图3为本发明反应器的俯视图。
图表符号说明：
1废水调节池，2流量计，3反应器，4出水接收器，5循环泵，6可控硅镇流器，7超声换能器，8挡板，9阴极，10阳极，11进水口，12出水口，13废水流向。
五、具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步详述。
实施例1：配制300mg/L甲基橙模拟废水1000mL，在本发明装置中进行试验，具体反应条件和处理效果如下：
反应条件：
超声波输入功率：0.5W/cm2；
超声频率：59kHz
可控硅镇流器的操作电压：8V；
支持电解质NacL的浓度：0.03mol/L；
相应的电流密度：18mA/cm2；
流量：50mL/min。
极板间距：5mm
循环处理时间：120min
Figure C200710020004D00051
实施例2：配制100mg/L亚甲基蓝模拟废水1000mL，在本发明装置中进行试验，具体反应条件和处理效果列表如下：
反应条件：
超声波输入功率：0.5W/cm2；
超声频率：59kHz
可控硅镇流器的操作电压：8V；
支持电解质NaCl的浓度：0.03mol/L；
相应的电流密度：18mA/cm2；
流量：25mL/min。
极板间距：5mm
循环处理时间：80min
Figure C200710020004D00052
实施例3：配制300mg/L甲基橙模拟废水5000mL，在本发明装置中进行试验，不启动循环装置，反应前60min开启超声波，60min后关闭超声波进行单独电化学降解，再通过30min的过度后取样检测。具体的试验反应条件和处理效果数据列表如下：
反应条件：
超声波输入功率：0.5W/cm2(60min前)；
超声频率：59kHz(60min前)；
可控硅镇流器的操作电压：8V；
支持电解质NaCl的浓度：0.03mol/L；
相应的电流密度：18mA/cm2；
流量：20mL/min。
极板间距：5mm
处理时间：250min
Figure C200710020004D00061

Claims (2)

1、一种超声-电催化偶氮类染料废水处理装置，包括废水调节池(1)、流量计(2)、反应器(3)、出水容器(4)、循环泵(5)、可控硅镇流器(6)、超声换能器(7)、挡板(8)、阴极(9)、阳极(10)，反应器(3)的进水口(11)通过流量计(2)与废水调节池(1)相通，反应器(3)的出水口(12)通过循环泵(5)与出水容器(4)相通，反应器(3)通过置于反应器(3)内腔中的阴极(9)和阳极(10)与可控硅镇流器(6)的正、负极相连，废水调节池(1)与循环泵(5)和出水容器(4)通过管道相互连接，所述反应器(3)的内腔通过三块档板(8)分隔成进水区，第1反应区，第2反应区和出水区四部分，反应器的第1反应区和第2反应区分别通过同样的两组阴极(9)和阳极(10)与可控硅镇流器(6)的正、负极相连，阴极与阳极的间距在3mm-20mm之间，所述阴极(9)为铜网阴极，其特征在于，所述超声换能器(7)是两个，直接贴于反应器(3)底部，所述阳极(10)采用网状催化性RuO2/Ti和活性炭纤维复合阳极。
2、一种基于权利要求1所述的超声-电催化处理偶氮染料废水处理装置的处理方法，其特征在于，反应条件是，超声功率在0.5W/cm2～2.0W/cm2；可控硅镇流器的操作电压在3.5V～8V；支持电解质NaCl的浓度0.02mol/L～0.08mol/L；相应的电流密度在5mA/cm2～50mA/cm2。
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