申请日2017.06.22
公开(公告)日2017.09.08
IPC分类号C02F1/461; C02F1/469; C02F1/76; C02F101/30
摘要
本申请提供一种电化学‑吸附复合工艺处理染料废水的设备及处理方法，反应器的主电极板由负载金属铜钯的石墨板阴极和钌钛锡涂层的钛阳极组成，主电极板之间填充无水NaCl和粉末状活性炭，本发明是一种电流导电率高，操作简单，同时兼具高效脱除染料废水中的COD和颜色，该工艺可有效降解染料废水中的色度，并且在中低浓度的染料废水的处理中得到应用。
权利要求书
1.一种电化学-吸附复合工艺处理染料废水的设备，其特征在于：由直流稳压电源(1)、负载金属铜钯的石墨板阴极(2)、钌锡涂层钛阳极(3)、磁力搅拌器(4)、废水储罐(5)、磁力搅拌子(6)、蠕动泵(7)、溢流口(8)、出水阀(9-1)、进水阀(9-2)和粉末状活性炭(10)组成，所述负载金属铜钯的石墨板阴极(2)和钌锡涂层钛阳极(3)分别设在电化学-吸附复合工艺处理染料废水的设备的池体两端，负载金属铜钯的石墨板阴极(2)通过导线与直流稳压电源(1)负极连接，钌锡涂层钛阳极(3)通过导线与直流稳压电源(1)正极连接，负载金属铜钯的石墨板阴极(2)和钌锡涂层钛阳极(3)之间填充粉末状活性炭(10)和无水氯化钠，溢流口(8)设在池体顶盖下方，所述池体顶盖与池体活动连接，池体顶盖上设有一组开孔，池体底部设有磁力搅拌器(4)，池体内设有磁力搅拌子(6)，所述的出水阀(9-1)和进水阀(9-2)分别设在池体两侧，废水储罐(5)通过蠕动泵(7)与进水阀(9-2)相连，当废水在池体内反应完全后，由出水阀(9-1)流出，当池体内废水过多，过多的废水从溢流口(8)溢出。
2.根据权利要求1所述的电化学-吸附复合工艺处理染料废水的设备，其特征在于：所述负载金属铜钯的石墨板阴极(2)由乙二醇还原法制得，取石墨板电极，砂纸打磨表面光滑平整，依次放入NaOH溶液和盐酸溶液中浸泡，再冲洗并干燥，制得预备石墨板电极，将制得的预备石墨板电极至于乙二醇溶液中，超声1h;称取76mg的PdCl2、72mg的CuCl2.2H2O和240mg的柠檬酸钠于250mL圆底烧瓶中，并加入50mL乙二醇EG，于室温下搅拌1h，然后将上述浸泡于乙二醇中的石墨板电极放置于其中，用5wt% KOH/EG溶液调节反应混合液的pH至9.5-0-10.5，继续在室温下搅拌30min，然后将反应混合液置于油浴锅中，160℃下反应6h，反应结束后，取出石墨板电极，用去离子水冲洗，真空干燥后得到负载金属铜钯的石墨板阴极。
3.根据权利要求1所述的电化学-吸附复合工艺处理染料废水的设备，其特征在于：所述电化学-吸附复合工艺处理染料废水的设备的池体为长方体，尺寸为15cm×10cm×12cm。
4.根据权利要求1所述的电化学-吸附复合工艺处理染料废水的设备，其特征在于：所述负载金属铜钯的石墨板阴极(2)和钌锡涂层钛阳极(3)尺寸均为10cm×8cm×0.5cm，两电极间距离3.0cm-5.0cm。
5.根据权利要求1所述的电化学-吸附复合工艺处理染料废水的设备，其特征在于：所述粉末状活性炭颗粒(10)粒径为0.15mm-2.00mm。
6.根据权利要求1所述的电化学-吸附复合工艺处理染料废水的设备，其特征在于：所述溢流口(8)低于池体顶端1cm-5cm。
7.一种权利要求1-6任一所述的电化学-吸附复合工艺处理染料废水的设备的处理方法，其特征在于：包括如下步骤：
第一步：将粉末状活性炭(10)放在蒸馏水中煮沸2-4h，然后用蒸馏水冲洗5-10min，冲洗完成后在120℃下干燥24-48h取出，放入负载金属铜钯的石墨板阴极(2)和钌锡涂层钛阳极(3)之间，同时加入20g/L无水氯化钠;
第二步：打开直流电源(1)，调节电压范围≤9V，控制反应间歇时间≤30min，打开进水阀(9-2)，开启蠕动泵(7)，染料废水从废水储罐(5)进入反应器中，染料废水采用模拟废水的茜红素S染料废水，初始浓度200-1000mg/L、COD=600mg/L、色度4-6;
第三步，出水检测：反应后关闭进水阀(9-2)，打开出水阀(9-1)，处理后的染料废水由出水阀(9-1)流出，检测处理后染料废水中COD和色度达到《污水综合排放标准》(GB8978-1996)后即可排出;
第四步：当染料废水浓度升高，导致处理后出水浓度升高，达不到《污水综合排放标准》(GB8978-1996)，关闭进水阀(9-2)和蠕动泵(7)，重新调节电压和反应间歇时间，直至出水达标后恢复正常处理流程。
8.根据权利要求7所述的电化学-吸附复合工艺处理染料废水的设备的处理方法，其特征在于：所述第四步重新调节电压和反应间歇时间的调节方法为依次调高电压1V、3V、5V、7V和9V，调节反应间歇时间5min、10min、15min、20min、25min和30min。
说明书
一种电化学-吸附复合工艺处理染料废水的设备及处理方法
技术领域
本发明属于污水处理技术领域，具体涉及一种电化学-吸附复合工艺处理染料废水的设备及处理方法。
背景技术
伴随我国染料生产和印染行业的快速发展，染料工业废水的排放量也急剧增多，根据有关部门提供的数据显示，在我国每年大约有1.8忆立方米的染料废水排放进入环境中。染料废水有机物含量高，色度大，组分复杂，且PH变化范围广。由于染料生产品种多，并朝着抗光解，抗氧化，抗生物氧化的方向发展，从而进一步使染料废水的处理难度变得更大了。染料废水中含有大量的有机污染物，排入水体以后将消耗水体中的溶解氧，破坏水体生态系统平衡，严重危及到鱼类和其它水生生物的生存。鉴于以上几点，处理染料废水已经成为国内外研究的重点。
传统处理染料废水的方法包括物理法、化学法、生物法等。这些方法对于染料废水的处理有一定的效果，同时也有不足之处。
为了寻找到更为有效、经济地从根本上解决染料废水对环境污染问题的方法，人们采用了不同的方法与技术对染料废水进行了各种处理途径的尝试。其中电化学水处理技术吸引了国内外众多研究者们，电化学处理污水技术具有设备简单，操作方便，二次污染小和适用范围广泛等优点。
为此，考虑到复合工艺的优越性及发展趋势，本发明以茜红素S模拟染料废水为研究对象，采用电化学技术和吸附技术二者相结合的处理方法，对电化学-吸附协同作用复合工艺处理染料废水进行了深入研究。
发明内容
解决的技术问题：本申请主要是提出一种电化学-吸附复合工艺处理染料废水的设备及处理方法，解决现有技术中存在氮化碳是粉体材料，使用过程中需要搅拌，且使用后不易回收等技术问题。
技术方案：一种电化学-吸附复合工艺处理染料废水的设备，由直流稳压电源、负载金属铜钯的石墨板阴极、钌锡涂层钛阳极、磁力搅拌器、废水储罐、磁力搅拌子、蠕动泵、溢流口、进水阀、出水阀和粉末状活性炭组成，所述负载金属铜钯的石墨板阴极和钌锡涂层钛阳极分别设在电化学-吸附复合工艺处理染料废水的设备的池体两端，负载金属铜钯的石墨板阴极通过导线与直流稳压电源负极连接，钌锡涂层钛阳极通过导线与直流稳压电源正极连接，负载金属铜钯的石墨板阴极和钌锡涂层钛阳极之间填充粉末状活性炭和无水氯化钠，溢流口设在池体顶盖下方，所述池体顶盖与池体活动连接，池体顶盖上设有一组开孔，池体底部设有磁力搅拌器，池体内设有磁力搅拌子，所述进水阀和出水阀分别设在池体两侧，废水储罐通过蠕动泵与进水阀相连，当废水在池体内反应完全后，由出水阀流出，当池体内废水过多，过多的废水从溢流口溢出。
作为本发明的一种优选技术方案：所述负载金属铜钯的石墨板阴极由乙二醇还原法制得，取石墨板电极，砂纸打磨表面光滑平整，依次放入NaOH溶液和盐酸溶液中浸泡，再冲洗并干燥，制得预备石墨板电极，将制得的预备石墨板电极至于乙二醇溶液中，超声1h;称取76mg的PdCl2、72mg的CuCl2.2H2O和240mg的柠檬酸钠于250mL圆底烧瓶中，并加入50mL乙二醇EG，于室温下搅拌1h，然后将上述浸泡于乙二醇中的石墨板电极放置于其中，用5wt%KOH/EG溶液调节反应混合液的pH至9.5-0-10.5，继续在室温下搅拌30min，然后将反应混合液置于油浴锅中，160℃下反应6h，反应结束后，取出石墨板电极，用去离子水冲洗，真空干燥后得到负载金属铜钯的石墨板阴极。
作为本发明的一种优选技术方案：所述电化学-吸附复合工艺处理染料废水的设备的池体为长方体，尺寸为15cm×10cm×12cm。
作为本发明的一种优选技术方案：所述负载金属铜钯的石墨板阴极和钌锡涂层钛阳极尺寸均为10cm×8cm×0.5cm，两电极间距离3.0-5.0cm。
作为本发明的一种优选技术方案：所述粉末状活性炭颗粒粒径为0.15-2.00mm。
作为本发明的一种优选技术方案：所述溢流口低于池体顶端1-5cm。
一种所述的电化学-吸附复合工艺处理染料废水的设备的处理方法，包括如下步骤：
第一步：将粉末状活性炭放在蒸馏水中煮沸2-4h,然后用蒸馏水冲洗5-10min，冲洗完成后在120℃下干燥24-48h取出，放入负载金属铜钯的石墨板阴极和钌锡涂层钛阳极之间，同时加入20g/L无水氯化钠;
第二步：打开直流电源，调节电压范围≤9V，控制反应间歇时间≤30min，打开进水阀，开启蠕动泵，染料废水从废水储罐进入反应器中，染料废水采用模拟废水的茜红素S染料废水，初始浓度200-1000mg/L、COD=600mg/L、色度4-6;
第三步，出水检测：反应后关闭进水阀，打开出水阀，处理后的染料废水由出水阀流出，检测处理后染料废水中COD和色度达到《污水综合排放标准》(GB8978-1996)后即可排出;
第四步：当染料废水浓度升高，导致处理后出水浓度升高，达不到《污水综合排放标准》(GB8978-1996)，关闭进水阀和蠕动泵，重新调节电压和反应间歇时间，直至出水达标后恢复正常处理流程。
作为本发明的一种优选技术方案：所述四步重新调节电压和反应间歇时间的调节方法为依次调高电压1V、3V、5V、7V和9V，调节反应间歇时间5min、10min、15min、20min、25min和30min。
有益效果：本申请所述一种电化学-吸附复合工艺处理染料废水的设备及处理方法采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：
1、针对传统三维电极进行改善，通过引进新的电极对，负载了金属铜钯的石墨板和钌锡钛阳极，在电极间添加粉末状活性炭和无水NaCl作为电解质，形成了一种电流效率高、氧化能力强、能耗低，去除COD和脱色效果好且操作方便，应用范围广的染料废水处理装置和工艺，对处理染料废水具有积极意义;
2、采用新的电极对，以石墨板负载金属铜钯为阴极，钌锡涂层的钛阳极。再与反应器中的粉末状活性炭构成三维电极反应器，从而大大的提高了电极的比表面积，增强了电解效果;
3、采用电化学-吸附复合工艺，以电化学为主，吸附法为辅的处理工艺，巧妙地将二者结合在一起，实现了省时节能，大大提高了处理染料废水的效果;
4、采用粉末状活性炭作为填料，它既可以作为电解质，同时也可以作为吸附剂。反应器的顶盖可揭开，并且在顶盖上开孔，这样既方便反应器的组装以及填料的更换，由方便在反应过程中气体的排出;
5、利用电解质氯化钠发生的一系列电化学反应，可以生成具有极强氧化性的HClO、OCl-、HClO3等中间体，对有机物进行氧化降解，从而对染料废水的色度去除效果非常好;
6、在反应器两端接上电源，活性炭在电场中成为带电粒子，可充当电化学氧化还原的载体，有机难降解的分子在这个载体上完成得失电荷的过程，断裂分解为小分子，部分可以直接氧化分解为H2O和CO2，粉末状活性炭在电化学-吸附复合工艺中充当了第三电极，从而大大的提高了电极的比表面积，增强了电解效果;
7、不同的浓度原废水(200mg/L、600mg/L、1000mg/L)经过处理后的，废水中的COD、色度的去除率均达到了85%~90%，表明该工艺对染料废水的处理效果非常高效。
附图说明：
图1为本申请电化学-吸附复合工艺处理染料废水反应器的结构示意图。
附图标记说明：1、直流稳压电源，2、负载金属铜钯的石墨板阴极，3、钌锡涂层钛阳极，4、磁力搅拌器，5、废水储罐，6、磁力搅拌子，7、蠕动泵，8、溢流口，9-1出水阀、9-2进水阀，10、粉末状活性炭。
