CN102730802A - 一种电催化有机物废水高级氧化方法装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电催化有机物废水高级氧化装置和方法，设有直流电源、阳极、阴极、电分解催化床层、能够承受一定压力的电催化分解器。直流电源控制的阳极和阴极产生的电流通过电分解催化床层，由于系统产生很宽范围的电化学视窗，在带有一定压力的电催化分解器中能产生氧化性极高的羟基自由基·OH，因此，有机废水通过电催化床层得以高级氧化处理。其具有运行费用低廉，易于安装，处理效率高，操作简单。

Description

一种电催化有机物废水高级氧化方法装置及方法

技术领域

本发明涉及一种装有电分解催化床层的电催化分解器在0.1-1MPa操作压力下将水中有机物氧化的装置和运行方法，特别适用于BOD₅/COD较低的系统。属于工业有机污水处理领域。

背景技术

现代工业的发展使含有高浓度难生化降解有机污染物的工业废水日益增多，常规的物理、化学、生物方法难以满足净化处理在技术和经济上的要求，这类废水的处理技术已经引起越来越多人的关注，高级氧化技术由此而生，且已获得了显著的进展。高级氧化技术又称深度氧化技术，其基础在于运用电、光辐照、催化剂，有时还与氧化剂结合，在反应中产生活性极强的自由基(如·OH)，再通过自由基与有机化合物之间的加合、取代、电子转移、断键等，使水体中的大分子难降解有机物氧化降解成低毒或无毒的小分子物质，甚至直接降解成为CO₂和H₂O，接近完全矿化。

化学氧化技术常用于生物处理的前处理。一般是在催化剂作用下，用化学氧化剂去处理有机废水以提高其可生化性，或直接氧化降解废水中有机物使之稳定化。在化学氧化法中，Fenton法在处理一些难降解有机物(如苯酚类、苯胺类)方面显示出一定的优越性。Fenton法就是以铁盐(Fe²⁺、Fe³⁺均可)为催化剂，在H₂O₂存在下对有机物进行氧化降解。但是其额外加入了铁离子，处理成本较高。

光催化氧化技术是在光化学氧化技术的基础上发展起来的。光化学氧化技术是在可见光或紫外光作用下使有机污染物氧化降解的反应过程。自然环境中的部分近紫外光极易被有机污染物吸收，在有活性物质存在时即发生强烈的光化学反应，从而使有机物降解。但由于反应条件所限，光化学氧化降解往往不够彻底，易产生多种芳香族有机中间体，成为光化学氧化需要克服的问题。

电化学氧化就是使难降解有机污染物在电极表面发生氧化还原反应。超高电势易将有毒有机物阳极氧化，但电势过高会受到阳极材质和副反应的制约(阳极氧化和阴极还原两个反应过程放出的氢气和氧气会使电流效率降低)。故要求阳极材料必须对放氧反应有高析氧电位。在处理BOD₅/COD较低的系统有机物时，必须有较高的析氧电位。在已知技术中，参硼金刚石电极有较高的析氧电位，参硼金刚石膜电极具有很高的电化学视窗，因而可以分解难降解有机物。但是其制造加工过程要求高，大电极的表面均一性难以保证。

因此，寻求能直接氧化环状化合物、杂环化合物等难以生化降解的有机物质装置和方法非常必要。

发明内容

本发明目的是为了解决污水中环状化合物、杂环化合物等难以生化降解的有机物降解问题，基于能斯特方程和高的析氧电位可以产生羟基自由基的基本原理，在电化学催化有机物分解过程中，如果有催化床层提供的催化特性，电极系统的析氧电位和析氢电位达到一定数值时，才能使有机物分解。在一般电极体系构成的电分解系统中，由于在低电位时就正在阳极产生氧气析出，低电位下无催化层存在时，电化学反应中产生不易产生活性极强的羟基自由基，无法将难降解有机物分解。根据能斯特方程：

如果系统非环境大气压，根据溶液无机离子特性和pH值不同，确定在0.1-1Mpa在完成有机物电催化氧化反应，其吸氧和析氢电位差增大，可以产生氧化性极强的羟基自由基(·OH)，因而可以将有机物氧化分解或提高BOD₅/COD比值，使其具有可生化性，便于用常规污水处理工艺再进行处理。此外，其它条件不变时，当系统压力提高倍时，加上由于添加催化层触媒，使电化学氧化法能在常温下通过有催化活性的电极直接或间接的产生·OH或强氧化活性性物质，能高效率的产生强氧化性物质如羟基自由基，羟基自由基具有非常高的活性，能对有机物进行有效“催化焚烧”，从而有效氧化难降解污染物。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

电催化有机物废水高级氧化方法装置，设有直流电源、加压泵、阳极、阴极、电分解催化床层、能够承受一定压力的电催化分解器；所述阳极和阴极之间设由电分解催化床层。

本发明的进一步完善方案是：

所述阳极为涂层钛阳极、石墨电极、铅基合金电极或金刚石薄膜电极，阴极用一般惰性材料。

所述电分解催化床层为雷尼镍催化剂、活性炭。

所述电催化分解器设有气相压力调节阀。

本发明还提供一种电催化有机物废水高级氧化方法，其技术方案为：有机物废水通过含有电分解催化床层的电催化分解器得以分解，包括以下操作：

第一步，将有机物废水用加压泵送进装有电分解催化床层的电催化分解器，控制电催化分解器内有机物废水的pH值在8-10之间；

第二步，控制泵进口压力和气相压力调节阀，使电催化分解器内压力维持在0.1-1MPa；

第三步，在阳极和阴极间施加3-8V直流电压，施加电压高低与有机物废水的温度，电极间距离有关。

本发明的优点和积极效果：在电分解催化床层存在下，带有一定压力的电催化分解器能产生氧化性极高的羟基自由基·OH，能对能生化处理的有机物进行有效“催化焚烧”。本发明选用电极材料和电分解催化床层容易制作，经济性好，可用于连续处理，也可用于间歇处理；可直接处理难生化降解的高浓度有机废水，也可将提高BOD₅/COD比值，使其具有可生化性，然后用常规生化方法处理。

附图说明

图1为本发明的装置示意和流程说明图

图中：

1、阳极     2、阴极  3、电分解催化床层  4、电催化分解器

5、气相压力调节阀  6、加压泵    7、直流电源

具体实施方式

以下结合附图和实例，对本发明做进一步详细说明：参见附图1，电催化有机物废水高级氧化方法装置，设有直流电源7、加压泵6、阳极1、阴极2、电分解催化床层3、能够承受一定压力的电催化分解器4。

所述阳极为涂层钛阳极、石墨电极、铅基合金电极或金刚石薄膜电极，阴极用一般惰性材料，所述催化床层为雷尼镍催化剂、活性炭，所述电催化分解器设有气相压力调节阀。

实施例1

本发明的一种电催化有机物废水高级氧化装置，设有直流电源7、加压泵6、阳极1、阴极2、电分解催化床层3、能够承受一定压力的电催化分解器4。其直流电源控制的阳极和阴极产生的电流通过电分解催化床层，有机废水通过电催化床层进行氧化分解处理。将有机物废水用加压泵送进装有催化层的电催化分解器，控制电催化分解器内有机物废水的pH值为8.5；控制泵进口压力和气相压力调节阀，使电催化分解器内压力维持在0.5MPa；然后。在阳极和阴极间施加4V直流电压。

实施例2

本发明的一种电催化有机物废水高级氧化方法，施加直流电源控制的阳极和阴极间电压3.6V，电流为20A/m²，200mg/L的2-氯苯酚，电极距离150mm，调节pH到8.0，电催化分解器中雷尼镍催化剂催化床层填500mm，停留时间45分钟，阳极用钛基钌铱氧化物电极，阴极用钛板电极，操作压力0.4Mpa，其BOD₅/COD由0.16升高至0.46，，COD_Cr值由452mg/L降到240mg/L，3小时后，COD_Cr降到27mg/L。

实施例3

本发明的一种电催化有机物废水高级氧化方法，施加直流电源控制的阳极和阴极间电压3.2V，电流为160A/m²，190mg/L的2-对苯二酚，电极距离200mm，调节pH到8.5，电催化分解器中雷尼镍催化剂催化床层填500mm，停留时间分30钟，阳极用钛基钌铱氧化物电极，阴极用钛板电极，操作压力0.2Mpa，其BOD₅/COD由0.16升高至0.64。

Claims (5)

1.一种电催化有机物废水高级氧化装置，设有直流电源(7)、加压泵(6)、阳极(1)、阴极(2)、电分解催化床层(3)、能够承受一定压力的电催化分解器(4)，其特征在于：所述阳极(1)和阴极(2)之间设由电分解催化床层(3)。

2.根据权利要求1所述的电催化有机物废水高级氧化装置，其特征在于：所述阳极(1)为涂层钛阳极、石墨电极、铅基合金电极或金刚石薄膜电极，阴极用一般惰性材料。

3.根据权利要求1所述的电催化有机物废水高级氧化装置，其特征在于：所述电分解催化床层(3)为雷尼镍催化剂、活性炭。

4.根据权利要求1所述的电催化有机物废水高级氧化装置，其特征在于：所述电催化分解器(4)设有气相压力调节阀(5)。

5.根据权利要求1所述的电催化有机物废水高级氧化装置的运行方法，其特征在于：有机物废水通过含有电分解催化床层的电催化分解器得以分解，包括以下操作：

第一步，将有机物废水用加压泵送进装有电分解催化床层的电催化分解器，控制电催化分解器内有机物废水的pH值在8-10之间；

第二步，控制泵进口压力和气相压力调节阀，使电催化分解器内压力维持在0.1-1MPa；

第三步，在阳极和阴极间施加3-8V直流电压，施加电压高低与有机物废水的温度，电极间距离有关。

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