申请日2010.07.09
公开(公告)日2011.11.02
IPC分类号C02F1/461
摘要
本发明涉及废水处理的装置及其方法，属于废水处理技术领域，是以大面积掺硼金刚石膜(BDD)电极为阳极，通过电化学氧化法处理苯酚废水的技术及装置。详细装置及其方法详见说明书。本发明优点是：装置结构紧凑合理，解决了大型电化学反应器的传质、热扩散和导电等问题。用于处理COD为530mg L-1的苯酚废水，经过3.19h可将废水处理达到国家排放标准(COD<150mg L-1)，能量消耗仅为56.94kWh m-3，处理量可达225Ld-1，具有处理效果好、能耗低、处理量大和运行稳定等特点。因此，该技术和装置在难降解有机废水处理领域具有广阔的应用前景。
翻译权利要求书
1.一种用于处理苯酚废水的装置，其特征在于以面积达2904cm2的掺硼金刚石膜BDD 电极为阳极，相同大小的不锈钢为阴极，BDD阳极和不锈钢阴极平行地置于电化学反应器 中，电极间距为1.55cm，通过电化学氧化法处理苯酚废水;
处理苯酚废水装置：该装置包括恒流稳压电源(1)、电化学反应器(2)、恒流泵(3) 和储水池(4);其中：电化学反应器主要包括外壳和主体两个部分;
外壳主要起固定主体、保护主体和绝缘作用;骨架为铸铁，底部装有四个轮子(5)， 便于反应器的移动;前后左右及上面用木板绝缘;前后木板上各装两个风扇(6)，有利于 热扩散;左侧木板上开两个孔作为电极导线的出口(7)，后面木板上开两口，一个为风扇 导线的出口(8)，另一个为出水管的出口(9)，风扇开关(10)安装在右侧木板;
主体为平板状，由绝缘板(17和25)、铜导线(18和24)、BDD阳极和不锈钢阴极(19 和23)、密封垫(20和22)和聚四氟乙烯框(21)压在一起构成;四周用铸铁夹(14)密 封，面上再用三对铸铁条(15)加固，前后的铸铁通过两端的螺栓(16)固定;绝缘板上 开许多通风口(13)以便热扩散;聚四氟乙烯框上下各开三个进水口(11)和出水口(12)。
2.根据权利要求1所述的用于处理苯酚废水的装置，其特征在于电化学反应器为平板 式的密闭体系，有利于传质过程。
3.根据权利要求1所述的用于处理苯酚废水的装置，其特征在于电化学反应器采用铜 导线内置的方式来有效导电和通过添加绝缘板来有效防止漏电。
4.应用权利要求1所述的用于处理苯酚废水的装置的方法，其特征在于该方法为电化 学氧化法，运行条件为流速4L·min-1、废水体积/阳极面积10.33cm和电流密度20mA cm-2;处理苯酚废水，经过3.19h可达到国家排放标准COD<150mg L-1，能量消耗仅为56.94 kWhm-3，处理量可达225L·d-1。
说明书
一种用于处理苯酚废水的装置及其方法
技术领域
本发明涉及处理废水的装置及其方法，属于废水处理技术领域，具体涉及一种以大面 积掺硼金刚石膜BDD电极为阳极通过电化学氧化法处理苯酚废水的装置及其方法。
背景技术
许多工业过程，如农药、杀虫剂、染料、医药、塑料、清洁剂等生产过程，都产生含 有各种难降解有机污染物的废水，这些难降解有机污染物通常是毒性很大的物质，如苯酚 类、甲酚类、硝基苯类、苯胺类、氯代苯类、多氯联苯、多环芳烃类等。含有这些难降解 有机污染物的有机废水具有如下的特点：有机物含量高、色度高、毒性强、盐度高、pH 变化幅度大、成分复杂、氨氮含量高、微生物营养元素比例严重失调、可生化性差。采用 常规物理、化学、生物方法处理这类废水，难以满足净化处理在技术和经济上的要求，相 关处理技术的开发是目前水处理领域的研究热点和难点。
电化学氧化技术是以电子为氧化剂，不需另外添加氧化还原剂，产生的自由基无选择 地直接与废水中的有机污染物反应，将其降解为二氧化碳、水和简单有机物，没有或很少 产生二次污染，是一种氧化能力较强、可控性很好、反应条件温和、设备及其操作较为简 单的“环境友好”技术(Environmental Friendly Technology)，在难降解有机废水处理方面 极具潜力。
对于电化学氧化技术电极材料非常重要，影响着电化学氧化过程的效果和效率。BDD 电极是目前研究表明电化学性能最好且最为稳定的电极材料，它具有如下一些独特的优 点：①析氧电势高，有利于·OH等具有强氧化能力的活性中间体生成，从而具有较高的电 流效率和较强的氧化能力;②化学性能稳定，不会释放有毒有害物质;③吸附性小，不易 被污染，且具有“自洁净”能力;④耐腐蚀能力强，因此使用寿命长。
此外，对于电化学氧化技术电化学反应器的合理设计也是提高电流效率和降低成本的 一个重要途径。在发生直接电化学氧化时，污染物只有传质到电极的表面，才能被氧化降 解;而间接电化学氧化时，高效率的处理只有在污染物与电化学产生的强氧化剂充分混合 的条件下才能实现。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中存在的不足之处，而提供一种高效的处理难降解有 机苯酚废水的装置及其方法。
本发明目的是通过如下措施来实现：该处理方法是以面积达2904cm2的掺硼金刚石膜 BDD电极为阳极，相同大小的不锈钢为阴极，BDD阳极和不锈钢阴极平行地置于电化学 反应器中，电极间距为1.55cm，通过电化学氧化法处理苯酚废水;
处理苯酚废水装置：该装置包括恒流稳压电源、电化学反应器、恒流泵和储水池;其 中：电化学反应器主要包括外壳和主体两个部分;
外壳主要起固定主体、保护主体和绝缘作用;骨架为铸铁，底部装有四个轮子，便于 反应器的移动;前后左右及上面用木板绝缘;前后木板上各装两个风扇，有利于热扩散; 左侧木板上开两个孔作为电极导线的出口，后面木板上开两口，一个为风扇导线的出口， 另一个为出水管的出口，风扇开关安装在右侧木板;
主体为平板状，由两块绝缘板、两根铜导线、BDD阳极和不锈钢阴极、二个密封垫和 一个聚四氟乙烯框压在一起构成;四周用铸铁夹密封，面上再用三对铸铁条加固，前后的 铸铁通过两端的螺栓固定;绝缘板上开许多通风口以便热扩散;聚四氟乙烯框上下各开三 个进水口和出水口;
所述的电化学反应器为平板式的密闭体系，有利于传质过程;
通过安装风扇和打孔的方式有效地改善了电化学反应器热扩散的问题;
所述的电化学反应器采用铜导线内置的方式来有效导电和通过添加绝缘板来有效防止 漏电;
用于处理苯酚废水的装置的方法为电化学氧化法，运行条件为流速1～4L min-1、废水 体积/阳极面积(V/A)6.89～13.77cm和电流密度15～30mA cm-2。
电化学氧化法优选运行条件为流速4L min-1、V/A 10.33cm和电流密度20mA cm-2;处 理苯酚废水，经过3.19h可达到国家排放标准COD<150mg L-1，能量消耗仅为56.94kWh m-3，处理量可达225Ld-1。
电化学氧化处理过程中，苯酚废水通过恒流泵以一定的流速从储水池流入电化学反应 器，恒流稳压电源向电化学反应器提供一定的电流电压，在BDD阳极表面将产生羟基自 由基(·OH)等强氧化剂，可有效去除废水中的有机污染物，处理后的水从反应器的上部 流入储水池中，如此循环一段时间即可将废水处理到国家排放标准或者将废水中的有机污 染物完全去除。每隔一段时间从储水池中取样分析COD的变化情况，并通过下式计算得 到该过程的单位能量消耗：
Esp=UIt/V
其中，Esp为能量消耗(kWhm-3)，U为电压(V)，I为电流(A)，t为电解时间(h)， V为废水体积(L)。
本发明与现有技术相比具有如下优点：以面积达2904cm2的BDD电极为阳极，相同大 小的不锈钢为阴极，构建了一个平板式大电化学反应器，装置结构紧凑合理，有效地解决 了传质、热扩散和导电等问题，用于处理苯酚废水，具有处理效果好、能耗低、处理量大 和运行稳定等特点。
