CN101812702A - 三相三维电化学反应器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种三相三维电化学反应器。该三相三维电化学反应器，包括电解槽，所述电解槽设有阳极电极、两个阴极电极和工作电极，所述工作电极为导电的活性炭与经过绝缘处理的活性炭的混合物，导电性的活性炭与经过绝缘处理的活性炭质量比为1∶4～4∶1；所述工作电极负载微生物，形成生物膜。本发明的三相三维电化学反应器提高了传统的三相三维电化学反应器的电流效率，降低了能耗，省去了后续生化处理装置的建设，能够快速地处理高浓度有毒有害难降解有机废水，减少了占地面积，降低了污水处理成本。
Description
技术领域
本发明涉及应用电能，波能或粒子辐射的设备，尤其涉及一种三相三维电化学反应器。
背景技术
为了社会经济发展的需要，近年来我国在石化、化纤、制药、农药及染料等各个化工行业的生产规模不断扩大，伴随而来的废水产量也不断增加，并且化工行业的废水大多都属于有毒有害难降解有机废水。目前这类废水的处理技术主要为混凝沉淀、气浮、高温氧化法、湿式氧化法、芬顿氧化法、电化学降解法及微生物降解法等。这类废水可生化性差且含有抑制微生物生长的有毒物质，从而不能够直接用生化法处理，需要先进行预处理以提高其可生化性。而高温氧化法、湿式氧化法及芬顿氧化法等传统高级氧化技术能够有效的分解这类废水中的难降解污染物，但是它们的废水处理成本通常很高。
电化学方法处理废水技术具有无须添加氧化剂、絮凝剂等化学药品，不产生二次污染，设备体积小，占地面积少等优点，是一种“环境友好”的高级氧化技术。电化学处理技术中最为成功的工艺技术为三相三维电化学反应器。它是在传统二维电解槽电极之间填装柱状、粒状或者碎屑状工作电极材料，并使工作电极材料表面带电，称为第三极，以增大工作电极的表面积，缩短反应物的迁移距离，提高电流效率。目前的三相三维电化学反应器主要利用电催化氧化作用降解废水中的有毒难降解污染物以提高废水的可生化性或者对浓度较低的废水进行深度处理。如果仅依靠电化学催化氧化作用完全矿化处理高浓度有机废水，需要消耗大量的能源，从而导致废水处理成本的增高。传统的三相三维电化学反应器不适合用于完全矿化处理高浓度难降解有机废水。
发明内容
本发明的目的是提供一种将微生物矿化作用和三相三维电化学作用耦合为一体的处理效率高、电流效率高的三相三维电化学反应器。
本发明所提供的三相三维电化学反应器，包括电解槽，所述电解槽设有阳极电极、两个阴极电极和工作电极，所述工作电极为导电的活性炭与经过绝缘处理的活性炭的混合物，导电的活性炭与经过绝缘处理的活性炭质量比为1∶4～4∶1；所述工作电极负载微生物，形成生物膜。
本发明的三相三维电化学反应器，其中：所述电解槽内还设有多孔隔板和布气板，所述布气板位于所述电解槽的底部且与进气管相连接，所述多孔隔板设置在所述布气板的上方。
本发明的三相三维电化学反应器，其中：所述工作电极以流化床或者固定床的形式分布于所述电解槽之中。
本发明的三相三维电化学反应器，其中：所述电解槽侧壁的一侧上部设置有一个出水檐，另一侧的下部设置有一个进水口。
本发明的三相三维电化学反应器，其中：还包括进水调节池，所述进水调节池包括储水池，插装于储水池中的机械搅拌器和pH值在线监测仪；所述储水池的顶部装有一个自动投加器；所述储水池的池壁上部设置有废水进水口，所述储水池另一侧池壁的下部设置有出水口；所述进水调节池的出水口与电解槽的进水口相连通。
本发明的三相三维电化学反应器，其中：所述工作电极放置在所述多孔隔板上，所述阳极电极、所述两个阴极电极平行交错插装于所述工作电极中。
本发明的三相三维电化学反应器，其中：所述阴极电极和所述阳极电极的板间距为20～300mm。
本发明的三相三维电化学反应器，其中：所述阴极电极和所述阳极电极的板间电流密度为1-6mA/cm2。
本发明的三相三维电化学反应器，其中：所述阳极电极为板状、网状或泡沫状结构。
本发明的三相三维电化学反应器，采用导电的活性炭与经过绝缘处理的活性炭的混合物作为工作电极，导电的活性炭与经过绝缘处理的活性炭质量比为1∶4～4∶1，工作电极负载微生物，耦合了传统三相三维电化学反应器的电催化作用和微生物的矿化作用，并且反应器中的电场能够强化微生物的矿化作用；三相三维电化学反应器氧化分解有机难降解污染物后产生的生化性高的小分子物质能够快速的被反应器中的高活性微生物完全矿化；提高了传统的三相三维电化学反应器的电流效率，降低了能耗，省去了后续生化处理装置的建设，能够快速地处理高浓度有毒有害难降解有机废水，减少了占地面积，降低了污水处理成本。
附图说明
图1为本发明的三相三维电化学反应器结构示意图。
具体实施方式
下面结合图1详细描述本发明的三相三维电化学反应器。
本发明的三相三维电化学反应器包括进水调节池15和电解槽1。
电解槽1设有阳极电极6、两个阴极电极5、工作电极7、多孔隔板8和布气板4；布气板4位于电解槽的底部且与向电解槽1中通入空气的进气管相连接(图中未显示)，布气板4的上方设有多孔隔板8，多孔隔板8与布气板4间隔一定距离，设置多孔隔板8和布气板4以便为微生物的矿化作用和三相三维电化学反应器中电催化制H2O2(在阴极及工作电极上发生消耗O2生成·OH的反应：O2+2e-+2H+→H2O2)的反应提供O2，工作电极7放置在多孔隔板8上，阳极电极6、两个阴极电极5平行交错插装于工作电极7中；阴极电极5为碳毡子、玻璃炭、海绵炭、活性碳纤维或者石墨；阳极电极6为表面涂层为氧化钌、氧化锰、氧化铅、氧化铂、氧化铱、锡锑氧化物及氧化钯等具有电催化活性的DSA电极或金刚石膜电极，结构为板状、网状及泡沫状等；工作电极7为柱状、粒状或者碎屑状的导电性良好的活性炭与经过绝缘处理而导电性差的活性炭的混合物，导电性良好的活性炭与导电性差的活性炭的混合比例为1∶4～4∶1，工作电极7负载微生物，形成生物膜，工作电极7以流化床或者固定床的形式分布于电解槽1之中；阴极电极5和阳极电极6之间的电流密度为1-6mA/cm2；阴极电极5和阳极电极6的板间距为20～300mm；电解槽1的侧壁的上部设置有一个出水檐3，另一侧壁的下部设置了一个进水口，与进水口相连的进水管上设置有进水分配器2；
进水调节池15包括储水池13，插装于储水池13中的机械搅拌器12和pH值在线监测仪14；储水池13的顶部安装有一个催化剂自动投加器10；储水池13的池壁上部设置了废水进水口11，储水池13另一侧池壁的下部设置了出水口；与出水口相连的出水管上设置有出水分配器9；进水调节池15的出水管与电解槽1的进水管相连。
进水调节池15调节进水pH值在5～8之间，其pH值由pH在线监测仪14监控；催化剂自动投加器10所投加的催化剂主要为铁、钴及锰等金属离子催化剂，每立方米废水中投加金属离子催化剂的量为0.05～2mol。
以下通过具体实施例对本发明在处理有毒有害难降解有机废水中应用及其效果做进一步说明：
本实施例提供的有毒有害难降解有机废水的耦合微生物的三相三维电化学反应器，整个装置水平放置，阴极电极5采用的是碳毡子，阳极电极6采用的表面涂层为锡锑氧化物的网状DSA电极，阴阳极间的极板间距为70mm，极板间电流密度为4mA/cm2，阴阳极之间的粒子工作电极7为直径为3-4mm长为4-8mm的柱状活性炭(导电性活性炭∶绝缘性活性炭＝3∶1)，进水调节池15中进水pH值为5，催化剂自动投加器向每升废水投加催化剂硫酸亚铁1mM，调节池15中完成调节的废水由进水口进入电解槽1之中，其水力停留时间为2h，处理后的水直接由电解槽1上部的出水檐3排出，即完成其有毒有害难降解有机废水的处理。
用本实施例提供的耦合微生物的三相三维电化学反应器处理国内某厂ABS树脂生产车间E区废水，并与传统的三相三维电化学反应器、单独生物法处理进行比较。废水COD值为1321mg/L，TOC值为442.9mg/L，其特征污染物主要为苯系物、丙烯腈单体、丙烯腈的低聚物及丙烯腈衍生物等有毒有害难降解有机物。该废水在反应器中的水力停留时间为2h，三种方法的处理效果如表1所示。
表1
说明本实施例提供的耦合微生物的三相三维电化学反应器能通过电催化预处理和微生物矿化的协同作用快速高效地矿化处理高浓度有毒有害难降解有机废水。
以上的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通工程技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明的权利要求书确定的保护范围内。
Claims (9)
1.三相三维电化学反应器，包括电解槽(1)，所述电解槽(1)内设有阳极电极(6)、两个阴极电极(5)和工作电极(7)，其特征在于：所述工作电极(7)为导电的活性炭与经过绝缘处理的活性炭的混合物，导电的活性炭与经过绝缘处理的活性炭质量比为1∶4～4∶1；所述工作电极(7)负载微生物，形成生物膜。
2.根据权利要求1所述的三相三维电化学反应器，其特征在于：所述电解槽(1)内还设有多孔隔板(8)和布气板(4)，所述布气板(4)位于所述电解槽(1)的底部且与进气管相连接，所述多孔隔板(8)设置在所述布气板(4)的上方。
3.根据权利要求1或2所述的三相三维电化学反应器，其特征在于：所述工作电极(7)以流化床或者固定床的形式分布于所述电解槽(1)之中。
4.根据权利要求3所述的三相三维电化学反应器，其特征在于：所述电解槽(1)侧壁的一侧上部设置有一个出水檐(3)，另一侧的下部设置有一个进水口。
5.根据权利要求4所述的三相三维电化学反应器，其特征在于：还包括进水调节池(15)，所述进水调节池(15)包括储水池(13)，插装于储水池(13)中的机械搅拌器(12)和pH值在线监测仪(14)；所述储水池(13)的顶部装有一个自动投加器(10)；所述储水池(13)的池壁上部设置有废水进水口(11)，所述储水池(13)另一侧池壁的下部设置有出水口；所述进水调节池(15)的出水口与电解槽(1)的进水口相连通。
6.根据权利要求5所述的三相三维电化学反应器，其特征在于：所述工作电极(7)放置在所述多孔隔板(8)上，所述阳极电极(6)、所述两个阴极电极(5)平行交错插装于所述工作电极(7)中。
7.根据权利要求6所述的三相三维电化学反应器，其特征在于：所述阴极电极(5)和所述阳极电极(6)的板间距为20～300mm。
8.根据权利要求6所述的三相三维电化学反应器，其特征在于：所述阴极电极(5)和所述阳极电极(6)的板间电流密度为1-6mA/cm2。
9.根据权利要求8所述的三相三维电化学反应器，其特征在于：所述阳极电极为板状、网状或泡沫状结构。
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