CN102583662A

CN102583662A - 一种网板柱塞流电解装置及用于处理有机废水的方法

Info

Publication number: CN102583662A
Application number: CN2012100439876A
Authority: CN
Inventors: 王家德; 陈飞翔; 杨初引; 甘永平; 陈建孟
Original assignee: Zhejiang University of Technology ZJUT
Current assignee: Zhejiang University of Technology ZJUT
Priority date: 2012-02-24
Filing date: 2012-02-24
Publication date: 2012-07-18
Anticipated expiration: 2032-02-24
Also published as: CN102583662B

Abstract

本发明提供了一种网板柱塞流电解装置以及利用该装置对有机废水进行处理的方法。所述网板柱塞流电解装置主要包括电解槽槽体，槽体两端设置有水流入口区和水流出口区，槽体内设置有阴极和阳极，所述阴极和阳极为网板式结构、沿槽体横截面方向放置，运行时水流通过所述阴极板和阳极板；所述阳极为网状的钛基镀层金属氧化物电极板，所述阴极为网状的铅或不锈钢电极板，所述阴极和阳极有多个，在槽体内交替均匀分布，阴极比阳极多一个。本发明的有益效果主要体现在：(1)小尺寸装置，电极间距小，电耗低；(2)废水流向与电极面垂直，过程连续稳定；(3)可采用其他新型的网板活性电极，具有很高的催化活性；(4)传质好，电解效率高。

Description

一种网板柱塞流电解装置及用于处理有机废水的方法

(一)技术领域

本发明涉及一种网板柱塞流电解装置，以及利用该装置对有机废水进行处理的方法。

(二)背景技术

工业有机废水处理一直是水污染控制领域的一个难题。电分解是除去工业废水中有毒有害物质的一种有效方法，在制药、化工、印染等行业领域得到广泛的研究和应用。柱塞流(又称管式或平推流)电化学反应器因流经反应器的流体体积元呈活塞状平推移动，前后体积元不发生返混，各体积元内物料组成反应时间相同，可实现单位能耗污染物转化率达到最大值。现有柱塞流(或管式)电化学反应器的电极与水流向呈平行排列，受反应器高长径比结构限制(通常，L/D＝50∶1)，配套的电极(包括阳极和阴极)需长条(筒)状，活性电极制作难度大，且筒状电极还存在面积不一导致电流密度分布差异大的缺陷，因此该类反应器目前仍以试验研究为主，难以工程化应用。

(三)发明内容

为了解决柱塞流反应器以上问题，推进柱塞流反应器工程应用，本发明提出一种用于水相有机物分解的网板柱塞流电解装置，提供了一种小尺寸、连续稳定、可有效去除水相有机物的网板柱塞流电解装置及其处理工艺。

本发明采用的技术方案是：

一种网板柱塞流电解装置，主要包括管式电解槽槽体，槽体两端设置有水流入口区和水流出口区，槽体内设置有阴极和阳极，其特征在于：所述阴极和阳极为网板式结构、沿槽体横截面方向放置，运行时水流通过所述阴极板和阳极板；所述阳极为网状的钛基镀层金属氧化物电极板，所述阴极为网状的铅或不锈钢电极板；所述阴极和阳极有多个，在槽体内交替均匀分布，阴极数目比阳极多一个(即两端均为阴极)。

优选的，所述阳极为网状的Ti/PbO₂电极，所述电极在钛网上镀上具有高析氧电位的二氧化铅涂层，网孔尺寸为5.0×12.5mm，Ti/PbO₂电极制作工艺已为本领域技术人员所熟知，具体在工程应用的Ti/PbO₂电极可向生产电极的厂商定制。

所述阴极和阳极之间间距为2～5cm。

所述管式电解槽槽体可由多个直管或弯管串联而成，需处理的有机物废水可从一端电解槽的入口流入，穿过电解槽内的网板电极群，从最后一个出口流出，完成电解处理工作，有机废水的处理过程可以连续。作为电解槽的材料，推荐使用聚丙烯或聚氯乙烯材料。需要说明的是，工程应用时，也可根据实际情况采用沟渠状，槽体采用混凝土制作，内部环氧树脂防腐处理，其他结构与管式装置一样，电极仍为网状，与水流向垂直，沟渠截面积最大值不宜超过1m²。

本发明所述的网板柱塞流电解装置基础是化工反应装置的管式反应器，废水从电解装置的一端进入，从网状电极群的孔间穿过，一边流动一边分解，从装置的另一端流出时已达到预定的净化率。与传统的管式电化学反应器相比，本发明所述的反应器的网板电极与水流呈垂直放置，阴阳极都采用网状电极，这种结构设计保证反应器柱塞流的同时解决了管式反应器活性电极制作难度大及筒状电极因面积不一导致电流密度分布差异大的工程化缺陷，在废水处理领域极具工程应用前景。

本发明还涉及利用所述网板柱塞流电解装置处理有机废水的方法，所述方法包括：将有机废水通入电解槽的入口区，电解条件为：电流密度8～15mA/cm²，槽电压5～8V(具体视废水导电率确定，但不宜过高，否则能耗会很大)，常温下控制有机废水流经电解装置的时间为30～60min(即电解时间)，进行电解反应，处理后的废水由出口区排出。

本发明推荐所述的网板柱塞流电解装置由若干个电解槽串联而成，所述的电解反应连续进行，控制有机废水从网板柱塞流电解装置的一端流入到出口流出的流经时间是30～60min。

具体的，如废水为油墨生产废水，所述有机废水COD_Cr800～1000mg/L，色度6000倍，pH8.0～9.0。推荐电解条件为：电流密度10mA/cm²，槽电压5V，水相温度常温，控制有机废水在电解装置内的滞留时间在30～60min。

如废水为染料有机废水，所述废水COD_C500～600mg/L，色度250～300倍，pH6.0～7.0。推荐电解条件为：电流密度10mA/cm²，槽电压3V，水相温度常温，控制有机废水在电解装置内的滞留时间在30～60min。

本发明的网板柱塞流电解装置除具备柱塞流反应器一切特点外，电极为网板式结构(不是圆筒状)，以实现水流垂直穿过。

本发明重点是一种网板柱塞流电解装置，对不同有机废水具有通用性。该电解装置因改变了电极与水流向的排布，电极为小面积的网板式结构，解决了现有柱塞流电化学反应器因高长径比需要配置长筒状电极的特殊要求，有利于该反应器的工程化以及一些高性能电极的应用。

本发明的有益效果主要体现在：(1)小尺寸装置，电极间距小，电耗低；(2)废水流向与电极面垂直，过程连续稳定；(3)可采用其他新型的网板活性电极，具有很高的催化活性；(4)传质好，电解效率高。

(四)附图说明

图1为实施例1所述网板柱塞流电解装置中单个电解槽的结构示意图；

图2为实施例1所述网板柱塞流电解装置中电解槽串联示意图。

(五)具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行进一步描述，但本发明的保护范围并不仅限于此：

实施例1：

本发明重点是一种网板柱塞流电解装置，对不同有机废水具有通用性。实施例以两类有代表意义的实际企业生产性有机废水进行试验。

网板柱塞流电解装置如下：

网板柱塞流电解装置结构参见图1，电解槽包括电解槽槽体4、入口区1、出口区5，电解槽槽体内设置有阳极2、阴极3，所述的阴极、阳极分别与直流稳流电源的阴极与阳极导线连接，所述电解槽槽体为管式电解槽，所述阴阳电极为网板状结构，阳极为网状Ti/PbO₂电极，阴极为网状铅板电极，网孔尺寸5.0×12.5mm。所述的阳极和阴极交替均匀分布，间距为3cm，与水流向呈垂直状态置入管式电解槽体4内，本实施例的电极均向电极厂商根据工程需求定制；所述的单元模块的连接通过相同直径材质的直管或弯管法兰连接。

工作时，将有机废水通入入口，控制直流稳流电源，提供电流密度10mA/cm²、槽电压5V电场条件，实现水相有机物有效分解。本实施例试验网板柱塞流电解装置单元模块的电解槽管径直径为60mm，总管长为1200mm。实际工程上应以处理规模及处理效率确定具体尺寸，但柱塞流电解槽截面积一般≤1.0m²。

实施例2：

分别利用实施例1的网板柱塞流电解装置处理某企业实际油墨废水。

利用本发明实施1的管式填充床电解装置来处理有机废水的方案和工作原理为：当处理的废水为实际油墨废水时，COD_Cr800～1000mg/L，色度6000倍，pH8.0～9.0。废水由进水泵经电解槽一端经水流分布区入口进入电解反应区，于槽电流密度10mA/cm²、电压5V、水相温度常温条件下电解，控制有机废水管内流速为1.0、2.0m/h，保持有机废水在网板柱塞流电解装置内滞留时间为30、60min，这段时间即有机废水的电解时间。处理后的废水经电解槽另一端排出。

工作原理是，水电解产生·OH，

H₂O→·OH+·H。

形成的·OH基团具有强氧化性，氧化电极电位高达2.80V，比O₃(2.07V)高35％；另外，该基团具有高电负性(亲电性)，其电子亲和能为569.3kJ，容易进攻高电子云密度点。因此，·OH基团可以起到对污染物的深度氧化分解，进而达到处理目的。

废水处理结果见表1。

表1：油墨废水处理结果

注：本发明涉及的COD_Cr、色度均采用国家环保总局编著的《水和废水监测分析方法》中规定的相应方法，pH值采用pH计测定。

实施例3：

利用本发明实施1的网板柱塞流电解装置来深度处理某染料企业生化出水方案和工作原理为：有机废水COD_C500～600mg/L，色度250～300倍，pH6.0～7.0。废水由进水泵经电解槽一端经水流分布区入口进入电解反应区，于槽电压电流密度10mA/cm²、3V(该废水电导率高)、水相温度常温条件下电解，控制有机废水管内流速为1.0、2.0m/h，保持有机废水在管式填充床电解装置内滞留时间为30、60min，这段时间即有机废水的电解时间。处理后的废水经电解槽另一端排出。

工作原理是，水电解产生·OH，

H₂O→·OH+·H。

形成的·OH基团具有强氧化性，氧化电极电位高达2.80V，比O₃(2.07V)高35％；另外，该基团具有高电负性(亲电性)，其电子亲和能为569.3kJ，容易进攻高电子云密度点。因此，·OH基团可以起到对污染物的深度氧化分解，进而达到处理目的。废水处理结果见表2。

表2：染料废水生化处理出水处理结果

表1～2结果表明，该网板柱塞流电解装置及其用于处理有机废水的方法可以有效处理有机废水，运行效果稳定，可以适应多样的水质。

综上所述，本发明所述的网板柱塞流电解装置及其用于处理有机废水的方法可以有效的去除污水中的污染物，对于污水的COD_cr和色度去除效果明显，而且该电化学反应器具有运行稳定，处理效果好，占地面积小等特点，适用于现在企业的发展状况和环保的要求，具有广阔的市场应用前景。

Claims

1.一种网板柱塞流电解装置，主要包括管式电解槽槽体，槽体两端设置有水流入口区和水流出口区，槽体内设置有阴极和阳极，其特征在于：所述阴极和阳极为网板式结构、沿槽体横截面方向放置，运行时水流通过所述阴极板和阳极板；所述阳极为网状的钛基镀层金属氧化物电极板，所述阴极为网状的铅或不锈钢电极板；所述阴极和阳极有多个，在槽体内交替均匀分布，阴极比阳极多一个。

2.如权利要求1所述的网板柱塞流电解装置，其特征在于所述阳极为网状的Ti/PbO₂电极。

3.如权利要求1所述的网板柱塞流电解装置，其特征在于所述阴极和阳极之间间距为2～5cm。

4.如权利要求1所述的网板柱塞流电解装置，其特征在于所述管式电解槽槽体可由多个直管或弯管形成串联结构。

5.利用权利要求1所述网板柱塞流电解装置处理有机废水的方法，所述方法包括：将有机废水通入电解槽的入口区，电解条件为：电流密度8～15mA/cm²，槽电压3～8V，常温下控制有机废水流经电解装置的时间为30～60min，进行电解反应，处理后的废水由出口区排出。