公布日：2022.04.05
申请日：2021.12.06
分类号：C02F1/461(2006.01)I;C02F1/463(2006.01)I;C02F1/467(2006.01)I;C02F101/30(2006.01)N
摘要
本发明属于环境工程技术领域，公开了一种电化学废水处理装置及其应用。该电化学废水处理装置的阳极为Magneli相亚氧化钛，阴极为含铝的电极材料。本发明采用含铝的电极材料作为阴极，配合Magneli相亚氧化钛阳极构建电化学废水处理装置，该废水处理装置能够显著提高污水中有机物和无机离子的去除率。在该装置中，能同时产生氧化和絮凝作用，加强污水中污染物的去除，在短时间内，将污水处理达到排放标准。且该电化学废水处理装置结构简单。采用该电化学废水处理装置处理污水，尤其是垃圾渗滤液膜浓缩液，其处理方法简单，处理成本较低。
权利要求书
1.一种电化学废水处理装置，其特征在于，所述电化学废水处理装置的阳极为Magneli相亚氧化钛，阴极为含铝的电极材料。
2.根据权利要求1所述的电化学废水处理装置，其特征在于，所述Magneli相亚氧化钛选自Ti4O7、Ti5O9、Ti6O11、Ti7O13、Ti8O15或Ti9O17中的至少一种；所述含铝的电极材料为铝。
3.根据权利要求2所述的电化学废水处理装置，其特征在于，所述阳极为Ti4O7，所述阴极为铝阴极。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的电化学废水处理装置，其特征在于，所述阳极和所述阴极的间距为0.1-10cm。
5.权利要求1-4中任一项所述的电化学废水处理装置在污水处理中的应用。
6.权利要求1-4中任一项所述的电化学废水处理装置在处理水体环境中重金属中的应用。
7.权利要求1-4中任一项所述的电化学废水处理装置在垃圾渗滤液处理中的应用。
8.一种污水的处理方法，包括以下步骤：将污水加入权利要求1-4中任一项所述的电化学废水处理装置中，使所述阳极与所述阴极浸于所述污水中；然后接通电源进行处理。
9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，在所述处理的过程中，所述阳极和所述阴极的电流密度为5-50mAcm-1。
10.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，所述处理的时间为0.5-10h。
发明内容
本发明旨在至少解决上述现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种电化学废水处理装置，其结构简单，处理方便，且对污水(尤其是垃圾渗滤液膜浓缩液)中有机物和无机离子均具有良好处理效果。
本发明第一方面提供了一种电化学废水处理装置。
具体的，一种电化学废水处理装置，所述电化学废水处理装置的阳极为Magneli相亚氧化钛，阴极为含铝的电极材料。
本发明采用含铝的电极材料作为阴极，配合Magneli相亚氧化钛阳极使用，能够显著提高废水中有机物和无机离子的去除率。在电氧化过程中，由于氢氧离子在阴极表面不断生成，与铝阴极反应生成多羟基络合物絮体进入到废水中，有效地减缓了各种无机盐和沉淀物在阴极上的沉积，减少惰性层的生成从而降低电阻和提高电流效率；且铝阴极作为酸碱双性电极不仅能与氢氧根反应，也能与氢离子反应，即能保持处理后废水的pH处于7-8左右，有利于直接排放，减少调节费用。
优选的，所述Magneli相亚氧化钛选自Ti4O7、Ti5O9、Ti6O11、Ti7O13、Ti8O15或Ti9O17中的至少一种。
优选的，所述含铝的电极材料为铝。铝电极的价格低廉、消耗量小，更换频率低，有利于节省电极费用和更换的人工费用。
优选的，所述阳极为Ti4O7，所述阴极为铝阴极。
优选的，所述阳极和所述阴极的间距为0.1-10cm；进一步优选的，所述阳极和所述阴极的间距为0.1-5cm；更优选的，所述阳极和所述阴极的间距为0.5-3cm。
优选的，一种电化学废水处理装置，包括：
箱体，
反应器，包括至少一个阳极、至少一个阴极和电源；所述反应器设置于所述箱体内。
所述阳极与所述阴极的数量不做限制，根据实际情况，可选择多个阳极和阴极，电极之间可以经过简单的串联或者并联。阳极和阴极的个数根据废水的情况进行调节。比如高有机物就多阳极，多重金属或总磷就多阴极。
优选的，所述箱体内设有搅拌装置，如磁力搅拌器。在发生电化学反应时，以一个恒定或不恒定的速率进行搅拌，能够提高化学物质向电极或从电极的质量传输。
优选的，所述箱体还包括进水口。
优选的，所述电化学废水处理装置还包括沉淀池，所述沉淀池通过管道与所述箱体相连。
优选的，所述管道上设有阀门。
本发明第二方面提供了一种电化学废水处理装置的应用。
具体的，所述电化学废水处理装置在污水处理中的应用。
所述电化学废水处理装置在处理水体环境中重金属中的应用。
所述电化学废水处理装置在垃圾渗滤液处理中的应用。
本发明第三方面提供了一种污水的处理方法。
具体的，一种污水的处理方法，包括以下步骤：
将污水加入上述电化学废水处理装置中，使所述阳极和所述阴极浸于所述污水中；然后接通电源进行处理。
在污水的处理过程中，Magneli相亚氧化钛阳极将氧化污水中的水分子和氯离子，形成羟基自由基，氯气，次氯酸及其相关的氧化物。这些氧化物会氧化水中的有机物及氨氮，彻底变成二氧化碳，水及氮气。Magneli相亚氧化钛阳极有相对较高的氧过电势，能降低阳极产生氧气副反应的情况。高浓度的次氯酸不仅能加强铝离子的析出，也能灭活废水中的有毒病菌。
含铝的电极材料阴极还原水生成氢气和氢氧根离子，产生的氢氧根离子可以与含铝的电极材料反应生成氢氧化铝沉淀或多羟基络合物絮体去吸附絮凝废水中的有污染物(色度)，金属及其他无机离子(如氯，磷酸，碳酸离子等)。此外，由于阴极含铝的电极材料(铝)的溶解能把由于阴极氢氧根生成产生的沉淀重新带入所处理废水中，能有效提高系统的电流效率。同时，由于带电铝离子和氢氧化铝絮体的生成，能减缓废水电导率的下降，降低体系电阻和减少电能损失。
在此过程中，涉及的反应主要包括：
阳极产生的反应：
H2O→·OH+H++e-
2Cl-→Cl2(aq)+2eCl2+H2O→HClO+H++Cl-；(氯来源于污水中，尤其是垃圾渗滤液膜浓缩液)；
阳极的氧化反应：
HClO+2H++有机物→Cl-+H2O+无机物
ClO-+2H2O+有机物→Cl-+HClO+OH-+无机物
M(·OH)+有机物s/亚硝酸→CO2+H2O+M+无机物
NH4++1.5HClO→0.5N2+1.5H2O+2.5H++1.5Cl-
MOx(OH·)+NH4+→MOx+0.5N2+H2O+3H+；
阴极产生的反应：
Al+3OH-→Al(OH)3
HClO+3OH+Al-→Al(OH)3+Cl-/ClO；
阴极的絮凝反应：
Al(OH)3+污染物→Al(OH)3-污染物絮凝共沉淀。
优选的，所述污水的初始温度为0-50℃；进一步优选的，所述污水的初始温度为5-40℃。本发明提供的污水的处理方法在不同温度下均能达到良好的处理效果，不受季节和地区的限制，应用范围广。
优选的，在所述处理的过程中，所述阳极和所述阴极的电流密度为5-50mAcm-1；进一步优选的，在所述处理的过程中，所述阳极和所述阴极的电流密度为10-30mAcm-1。所述电流密度为单位浸没电极面积的电流，此处的浸没是指浸没于所述垃圾渗滤液的面积，所述电极是指所述Ti4O7阳极或所述铝阴极。
优选的，所述电极的比表面积为5-300cm2/1L；进一步优选的，所述电极的比表面积为10-150cm2/1L。所述比表面积为处理1单位的污水所需要的电极的表面积。控制电极的比表面积能够提高所述垃圾渗滤液的处理效果。
在处理过程中，提高电极的比表面积和电流密度都能提高处理效果。但是考虑到实际应用，过多地提高电极的比表面积和电流密度会增加电极成本和损坏电极，当电流密度为5-50mAcm-1时，其处理效果佳，且能节省电极成本。
优选的，所述处理的时间为0.5-10h，进一步优选的，所述处理的时间为0.5-5h；更优选的，所述处理的时间为2-5h。
相对于现有技术，本发明的有益效果如下：
本发明采用含铝的电极材料作为阴极，配合Magneli相亚氧化钛阳极构建电化学废水处理装置，通过一种装置实现了电化学氧化和絮凝的结合。该废水处理装置能同时产生氧化和絮凝作用，显著提高污水(尤其是垃圾渗滤液膜浓缩液)中有机物和无机离子的去除率。该装置能够加强污水中污染物的去除，特别是电氧化工艺不能去除的污染物；能够在短时间内，将污水(尤其是垃圾渗滤液膜浓缩液)处理达到排放标准。且该电化学废水处理装置结构简单，废水处理工艺简单，处理成本较低。
（发明人：李焕垲;郝天伟;项鹏宇）
