CN1140460C - 一种处理废水的电化学反应器 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种用于废水处理的电化学反应器，它包括阳极槽(2)和阴极槽(3)，阳极和阴极槽间隔以分离渗透膜(4)，阳极和阴极均采取并联方式，通过导线(7)和导线(8)与电源(9)连接，在阳极槽和阴极槽中分别填充颗粒状介质，在阳极室一侧的下部，安装进水调节阀门(12)和(13)，在阳极室一侧的上部，安装经电氧化处理后水的出水调节阀门(14)；水从氧化槽循环进入还原槽采用输水泵(15)；在还原槽一侧的下部装有进水调节阀门(17)和(18)，在还原槽一侧的上部，装有经电还原处理后水的出水调节阀门(19)；水从还原槽循环进入氧化槽采用输水泵(20)。
Description
技术领域
本发明涉及一种废水处理的电化学反应器，具体是综合利用电解过程中的氧化作用和还原作用，并根据被处理水的性质在氧化-还原一体化反应器进行内部循环处理，以达到改善电化学过程的净水效果、提高能源利用率的目的。
背景技术
在废水处理中，电化学方法已被广泛利用。现行的电解处理废水的方法和装置，主要是利用其氧化功能，通过采用适当的电极、反应器构造、电催化氧化并控制适当的电流和电压等，以提高水处理效率和对水中污染物的去除效果。但这些方法和反应装置往往忽视了在氧化还原反应中的还原作用。实际上，水中的很多污染物质的结构是复杂的，有很多情况下单纯氧化不仅不能起到有效的污染去除作用，反而会使污染物的分子发生聚合，或者变成一种更难处理的有机物，或者加重了水的色度，等等。而对这些物质如果采取了适当的还原处理，则可使之分解，达到从水中去除之目的。因此，单纯的电化学氧化，不仅浪费能源，而且对一些污染物不能去除。
发明内容
本发明的目的是：克服现行的电化学处理废水方法和装置的缺陷，将电解过程中的氧化和还原作用进行综合运用，并根据被处理的污染物对象，选择氧化-还原或还原-氧化的循环方式，建立一种新的更有效的电化学处理废水的方法和反应器。
本发明的方法是根据水中主要污染物的结构和性质，进行氧化-还原的循环处理，氧化过程采用天然锰砂进行介质催化反应，还原过程采用无烟煤、石英砂、活性碳和沸石等进行接触还原。对某些含有可还原性结构并可通过还原处理使之降解的物质的废水，先还原处理，而后氧化处理；反之，则先氧化处理，后还原处理。也可以对不同性质的水进行单独的氧化或还原处理。
本发明的反应器的构造如附图所示。氧化还原一体化内循环反应器1由阳极槽2和阴极槽3构成，阳极和阴极槽间隔以分离渗透膜4，分离膜可采用PE微滤膜、陶瓷微滤膜、中空纤维超滤膜、石棉等材料，优选PE微滤膜。阳极室中装有以钛板、钛-钌网、镍、石墨、镀二氧化钛的镍板等为材料的阳极5，优选镀二氧化钛的镍板和钛钌网；阴极槽中装有以不锈钢、铁板、铝板、钛板、钛-钌网、镍、石墨、镀二氧化钛的镍板等为材料的阴极6，优选镍板、铁板和铝板；阳极和阴极均采取并联方式，通过导线7和导线8与交直流转换电源9连接，阴极与阳极之间间距3-10cm。在阳极槽和阴极槽中分别填充颗粒状介质10和11，阳极槽内填充的介质是粒径为2-5mm的具有催化氧化作用的天然锰砂，填充高度为距反应器底部以下5-20cm、距上部5-20cm；阴极槽内填充的介质是粒径为2-5mm的无烟煤、石英砂、活性碳和沸石等滤料，优选无烟煤和活性碳，填充高度为距反应器底部以下5-20cm、距上部5-20cm。在阳极室一侧的下部，安装进水调节阀门12和13，当进行电氧化处理水时，12和13为原水的进水调节阀门，当进行先还原后氧化时，则分别为还原后待处理水的进水口和进水调节阀门；在阳极室一侧的上部，安装经电氧化处理后水的出水调节阀门14；水从氧化槽循环进入还原槽采用输水泵15；从氧化槽出水到还原槽进水的管路中最好安装水量控制阀门16；在还原槽一侧的下部装有进水调节阀门17和18，当进行电还原处理水时，17和18分别为原水的进水调节阀门，当先氧化后还原时，18为氧化后待处理水的进水调节阀门；在还原槽一侧的上部，装有经电还原处理后水的出水调节阀门19；水从还原槽循环进入氧化槽采用输水泵20；从氧化槽出水到还原槽进水的管路中最好安装水量控制阀门21；在氧化槽和还原槽的出水管路上最好加装排水调节阀门22和23。
本发明的操作过程如下：
在进水之前，先连接好电极并将并联后的阳极和阴极分别连接到电源的正极和负极。打开进水阀门12、13、17和18，将原水送入阳极室2和阴极室3，然后开启电源9。如果对水进行单独的电氧化处理，则先关闭阀门16和21，打开阀门14和22，再打开进水阀门12和13，水经电氧化处理后直接排出；如果对水先进行氧化后进行还原处理时，则先关闭阀门22、17和21，打开阀门14、16、18、19和21，开启循环泵15，水则从氧化槽处理后进入还原槽处理，然后排出；处理后的水从排水调节阀14和排水口22排出。如果对水单独进行还原处理，关闭阀门16和21，打开阀门17、18、19和23，水经还原处理后直接排出；如果对水进行先还原后氧化处理时，则关闭阀门12、16和23，打开阀门13、14、17、18、19和22，开启循环泵20，水则从还原槽处理后进入氧化槽处理，然后排出。
本发明的特点是：
1、同时利用了电解过程的氧化和还原作用，并将两种作用功能进行综合集成。
2、实现在同一反应器内对废水的氧化-还原或还原-氧化的循环处理。
3、该氧化还原反应器既可对废水进行氧化还原的循处理，也可进行单独的氧化处理和还原处理。
4、在氧化反应槽中使用天然锰砂作为填料，对废水的电化学氧化处理具有催化作用。
5、在还原反应槽中使用颗粒填料为介质，提高了对废水的接触还原处理效果。
附图说明图1表示本发明的用于处理废水的电化学反应器。
具体实施方式：
实施例1某染料生产厂废水，其中含COD 1498mg/L，pH8.14，在以下条件下进行单独氧化、单独还原、先氧化后还原和先还原后氧化处理：
电化学反应器：20cm×10cm×10cm；PVC材料
阳极室：9cm×5cm×10cm；以3mm天然锰砂为填料
阴极室：9cm×5cm×10cm；以3mm无烟煤为填料
隔膜：10cm×10cm×0.5cm；PE微滤膜
阳极：9cm×5cm×0.2cm；钛钌网
阳极：9cm×5cm×0.2cm；金属镍
极间距：3.5cm
电压：8V
电流：6.3A
动态水流速：10mL/min
水在阳极室和阴极室的停留时间：30min
几种方式对废水的COD去除结果如表1所示。
表1实例1的废水处理结果
| 单独电氧化 | 单独电还原 | 先氧化后还原 | 先还原后氧化 | |
| COD去除率(％) | 45.1 | 16.5 | 45.7 | 75.8 |
实施例2某染料生产厂废水，其中含COD 4278mg/L，pH9.24，在以下条件下进行单独氧化、单独还原、先氧化后还原和先还原后氧化处理：
电化学反应器：20cm×10cm×10cm；PVC材料
阳极室：9cm×5cm×10cm；以3mm天然锰砂为填料
阴极室：9cm×5cm×10cm；以3mm无烟煤为填料
隔膜：10cm×10cm×0.5cm；PE微滤膜
阳极：9cm×5cm×0.2cm；钛钌网
阳极：9cm×5cm×0.2cm；金属镍
极间距：3.5cm
电压：8V
电流：6.3A
动态水流速：10mL/min
水在阳极室和阴极室的停留时间：30min
几种方式对废水的COD去除结果如表1所示。
表2实例2的废水处理结果
| 单独电氧化 | 单独电还原 | 先氧化后还原 | 先还原后氧化 | |
| COD去除率(％) | 48.6 | 19.3 | 49.5 | 78.4 |
Claims (12)
1.一种用于废水处理的电化学反应器，其特征在于，它包括阳极槽(2)和阴极槽(3)，阳极和阴极槽间隔以分离渗透膜(4)，阳极和阴极均采取并联方式，通过导线(7)和导线(8)与电源(9)连接，在阳极槽和阴极槽中分别填充颗粒状介质(10)和(11)，阳极槽内填充的介质是粒径为2-5mm的具有催化氧化作用的天然锰砂；阴极槽内填充的介质是粒径为2-5mm的无烟煤、石英砂、活性碳和/或沸石，在阳极室一侧的下部，安装进水调节阀门(12)和(13)，当进行电氧化处理水时，它们为原水的进水调节阀门，当进行先还原后氧化时，则分别为还原后待处理水的进水口和进水调节阀门；在阳极室一侧的上部，安装经电氧化处理后水的出水调节阀门(14)；水从氧化槽循环进入还原槽采用输水泵(15)；在还原槽一侧的下部装有进水调节阀门(17)和(18)，当进行电还原处理水时，它们分别为原水的进水调节阀门，当先氧化后还原时，进水调节阀门(18)为氧化后待处理水的进水调节阀门；在还原槽一侧的上部，装有经电还原处理后水的出水调节阀门(19)；水从还原槽循环进入氧化槽采用输水泵(20)。
2.按照权利要求1所述的反应器，其特征在于，所述的分离膜采用PE微滤膜、陶瓷微滤膜、中空纤维超滤膜、或石棉材料制成。
3.按照权利要求1所述的反应器，其特征在于，所述的分离膜为PE微滤膜。
4.按照权利要求1所述的反应器，其特征在于，阳极是由钛板、钛-钌网、镍、石墨、或镀二氧化钛的镍板制成。
5.按照权利要求1所述的反应器，其特征在于，阳极是由镀二氧化钛的镍板或钛钌网制成。
6.按照权利要求1所述的反应器，其特征在于，阴极是由不锈钢、铁板、铝板、钛板、钛-钌网、镍、石墨、或镀二氧化钛的镍板制成。
7.按照权利要求1所述的反应器，其特征在于，阴极是由镍板、铁板或铝板制成。
8.按照权利要求1所述的反应器，其特征在于，阳极槽内填充的介质的填充高度为距反应器底部以下5-20cm、距上部5-20cm。
9.按照权利要求1所述的反应器，其特征在于，阴极槽内填充的介质为无烟煤和/或活性碳，填充高度为距反应器底部以下5-20cm、距上部5-20cm。
10.按照权利要求1所述的反应器，其特征在于，从氧化槽出水到还原槽进水的管路中还安装水量控制阀门(16)。
11.按照权利要求1所述的反应器，其特征在于，从氧化槽出水到还原槽进水的管路中还安装有水量控制阀门(21)。
12.按照权利要求1所述的反应器，其特征在于，在氧化槽和还原槽的出水管路上还装有排水调节阀门(22)和(23)。
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