CN102139981A - 一种超声波电化学双脉冲协同氧化处理废水的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种超声波电化学双脉冲协同氧化处理废水的方法，其特征是脉冲式超声波辅助电化学脉冲电解氧化处理废水中的污染物，其中超声波脉冲和电解脉冲交替进行。这种处理方式将超声波和电化学氧化两种技术有机地结合起来，使不同的机理在短时间内反复交替作用，产生高效的叠加、协同效应，在增加氧化电流效率，降低能耗的同时，加速的氧化降解过程。相比现有的超声波辅助电化学氧化处理方法，本方法具有处理成本低、能耗低、处理效果好等特点，既可以设计成处理特定污染物的专用设备，也可以设计成处理多种污染物的通用设备，处理一般方法很难处理的废水，并且可以实现处理过程在线自动化监控。

Description

一种超声波电化学双脉冲协同氧化处理废水的方法

技术领域

本发明涉及废水中污染物的氧化降解方法，可用于去除用常规方法难以氧化降解的废水中的污染物，属于环保技术领域。

背景技术

由于超声波辅助电化学氧化方法具有能够氧化降解一般方法不能降解污染物、处理过程无需添加任何药剂、设备相对简单、容易设计成满足各种特殊要求的处理装置、反应条件温和、安全、可靠、高效、绿色、环保等方面的优势，因此超声波辅助电化学氧化的方法得到环保工作者的重视，已经成为电化学氧化方法的一种新的发展趋势。已有研究表明，采用脉冲超声波，在消耗同样能量的情况下，其超声波产生的效果可以比连续超声波提高20％(相关文献：Sivakumar V，Verma V R，Rao P G，et al.Studies on the use of power ultrasound insolideliquid myrobalan extraction process.Journal of Cleaner Production，2007，15：1813-1818.)。而采用脉冲电解，不但能够降低能耗(相关文献：Chuanping F，Norio S，Satoru S，et al.Development of a high performanceelectrochemical wastewater treatment system.Journal of Hazardous Materials，2003，B103：65-78.)，而且还可以促进自由基的产生，提高电化学氧化的效果(相关文献：Chuanping F，Norio S，Takaaki M，et al.Study on the electrochemicaltreatment of wastewater-fundamental experiments for developing the treatingequipment，in：Proceedings of the XIV Memorial CIGR World Congress 2000，Japan，2000，pp.1306-1311.)。

但超声波一方面可以有效增强电化学氧化过程的速度和效果，另一方面，超声波引起的声冲流和微流也扰乱了电解反应时离子的定向运动，削弱了通常无超声波作用时的电极反应，而超声空化不断产生的大量的介电性空泡也会降低电解液的导电性，抑制电解过程。因而超声波也会对电化学反应起一些互为相反的影响。而且，同时使用电解和超声波也会增加能耗。

因此，为了使超声波和电化学氧化的协同效果达到一个理想的程度，就必须优化超声波和电化学两种效应的组构模式，使超声波对电化学过程的促进作用得到增强，同时消除超声波对电化学过程的阻碍作用。而有关优化超声波和电化学两种效应的组构模式的研究，目前在国内外文献中尚未报道。而中国专利CN 101412548A、CN 101786756A、CN 2603074Y、CNl01037279A、CN201567249U、CN201176452A、CN 100360434C等公开的超声波电化学辅助协同氧化处理废水的方法均采用了连续超声波及连续电解方式，对超声波和电化学两种效应的组构模式并没有进行优化，因而也就没有达到最佳的协同效果。

发明内容

本发明的目的在于有效解决上述超声波和电化学两种效应的优化组构问题，以达到超声波和电化学的最佳协同效果。

本发明的目的通过以下技术方案实现：

一种超声波电化学双脉冲协同氧化处理废水的方法，其特征在于，采用调节控制器控制超声波脉冲和电解脉冲交替进行氧化。在电解脉冲的时段内，超声波作用停止，避免了超声波对电解反应的干扰，还降低了能耗。在超声波脉冲的时段内，电解停止，这样超声波可以有效消除电解过程中产生的浓差极化和电化学极化，也可以极化参与电解反应的分子和离子，为下一个电解脉冲的电化学氧化的高效进行做准备。如此使超声波和电化学两种作用在短时间内反复交替作用，产生高效的叠加、协同效应，既能增加氧化电流效率、降低能耗，又能加速氧化过程。

所述电解条件是以钛基氧化物涂层电极、掺硼金刚石膜电极、石墨电极或单金属电极为阳极，以钛电极或不锈钢电极为阴极。

所述超声波发生的方式为通过浸入电解液的金属探头发射超声波或将超声波换能器连接在电解槽外壁通过电解槽内壁发射超声波或将超声波换能器连接在工作电极外延部分通过工作电极发射超声波。

所述调节控制器采用可编程控制器、脉冲控制器或电源控制器。

将超声波及电解两种脉冲分别持续的时间及周期、超声波的功率、频率、电解的槽电压、电流密度为可调式，可以针对各种废水中的污染物以及所要求的处理效果，调整这些工作参数，达到最优化设置。上述优化参数的调整可以参照常规对废水单一脉冲处理时的参数。

本发明与现有技术相比具有如下优点和有益效果：

采用本发明建立的超声波电化学双脉冲协同氧化处理废水的方法，相比现有的超声波辅助电化学氧化处理方法，具有处理成本低、能耗低、处理效果好的特点，既可以设计成处理特定污染物的专用设备，也可以设计成处理多种污染物的通用设备，处理一般方法很难处理的废水，并且可以实现处理过程在线自动化监控。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步具体详细描述，但本发明的实施方式不限于此，对于未特别注明的工艺参数，可参照常规技术进行。

实施例1

某线路板蚀刻废液资源化处理厂的漂洗尾液经硫化钠除铜后氨氮含量为204mg/L，氯离子含量为612mg/L，其处理装置及工艺条件如下：

采用可编程控制器对超声波和电化学的两种脉冲进行控制和调节；

采用钛基氧化物涂层电极为工作电极，金属钛电极为阴极，极板间距为5cm；

采用钛制超声波探头作为超声波发射源；

超声波脉冲持续时间均控制为0.05秒，电解脉冲持续时间均控制为0.95秒，即脉冲周期为1秒；

超声波功率密度为0.18w/cm³，频率为20kHz；

槽电压为7.6V，电流密度为12mA/cm²；

处理流量为3.57L/min·m²(工作电极面积)。

按照上述处理装置及工艺条件，处理后的方式氨氮浓度降至6.3ppm，氨氮去除率达到96.9％。

实施例2

模拟废水硝基苯含量为20mg/L，氯离子含量为500mg/L，其处理装置及工艺条件如下：

采用可脉冲控制器对超声波和电化学的两种脉冲进行控制和调节；

采用掺硼金刚石膜电极为工作电极，不锈钢电极为阴极，极板间距为2cm；

将超声波换能器连接在工作电极外延部分，通过工作电极发射超声波；

超声波脉冲持续时间控制为0.3秒，电解脉冲持续时间均控制为5秒，即脉冲周期为5.3秒；

超声波功率密度为0.20w/cm³，频率为22kHz；

槽电压为12V，电流密度为25mA/cm²；

处理流量为4.82L/min·m²(单位工作电极面积)。

按照上述处理装置及工艺条件，处理后的方式硝基苯浓度降至1.2mg/L，硝基苯去除率达到94.0％。

实施例3

某线路板厂的退墨水COD为932mg/L，加入氯化钠10g/L，其处理装置及工艺条件如下：

采用电源控制器对超声波和电化学的两种脉冲进行控制和调节；

采用石墨电极为工作电极，不锈钢电极为阴极，极板间距为3cm；

将超声波换能器连接在电解槽外壁，通过电解槽内壁发射超声波；

超声波脉冲持续时间控制为0.5秒，电解脉冲持续时间均控制为10秒，即脉冲周期为10.5秒；

超声波功率密度为0.25w/cm³，频率为25kHz；

槽电压为9V，电流密度为20mA/cm²；

处理流量为2.56L/min·m²(工作电极面积)。

按照上述处理装置及工艺条件，处理后的方式COD降至mg/L，COD去除率达到91.5％。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种超声波电化学双脉冲协同氧化处理废水的方法，其特征在于，采用调节控制器控制超声波脉冲和电解脉冲交替进行氧化。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述电解条件是以钛基氧化物涂层电极、掺硼金刚石膜电极、石墨电极或单金属电极为阳极，以钛电极或不锈钢电极为阴极。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述超声波发生的方式为通过浸入电解液的金属探头发射超声波或将超声波换能器连接在电解槽外壁通过电解槽内壁发射超声波或将超声波换能器连接在工作电极外延部分通过工作电极发射超声波。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述调节控制器采用可编程控制器、脉冲控制器或电源控制器。