CN101037279A - 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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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去处率都达到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
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
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

Claims (3)

1.一种超声-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(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),其中两个超声换能器(7)直接贴于反应器(3)底部,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阴极和阳极与可控硅镇流器(6)的正、负极相连,阴极与阳极的间距在3mm-20mm之间。
2.如权利要求1所述的超声-电催化处理偶氮染料废水处理装置,其特征在于采用网状催化性RuO2/Ti和活性炭复合阳极,铜网阴极。
3.如权利要求1所述的超声-电催化处理偶氮染料废水处理的反应条件,其特征在于,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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