公布日：2022.04.05
申請日：2021.12.06
分類(lèi)號：C02F1/461(2006.01)I;C02F1/463(2006.01)I;C02F1/467(2006.01)I;C02F101/30(2006.01)N
摘要
本發(fā)明屬于環(huán)境工程技術(shù)領(lǐng)域，公開(kāi)了一種電化學(xué)廢水處理裝置及其應用。該電化學(xué)廢水處理裝置的陽(yáng)極為Magneli相亞氧化鈦，陰極為含鋁的電極材料。本發(fā)明采用含鋁的電極材料作為陰極，配合Magneli相亞氧化鈦陽(yáng)極構建電化學(xué)廢水處理裝置，該廢水處理裝置能夠顯著(zhù)提高污水中有機物和無(wú)機離子的去除率。在該裝置中，能同時(shí)產(chǎn)生氧化和絮凝作用，加強污水中污染物的去除，在短時(shí)間內，將污水處理達到排放標準。且該電化學(xué)廢水處理裝置結構簡(jiǎn)單。采用該電化學(xué)廢水處理裝置處理污水，尤其是垃圾滲濾液膜濃縮液，其處理方法簡(jiǎn)單，處理成本較低。
權利要求書(shū)
1.一種電化學(xué)廢水處理裝置，其特征在于，所述電化學(xué)廢水處理裝置的陽(yáng)極為Magneli相亞氧化鈦，陰極為含鋁的電極材料。
2.根據權利要求1所述的電化學(xué)廢水處理裝置，其特征在于，所述Magneli相亞氧化鈦選自Ti4O7、Ti5O9、Ti6O11、Ti7O13、Ti8O15或Ti9O17中的至少一種；所述含鋁的電極材料為鋁。
3.根據權利要求2所述的電化學(xué)廢水處理裝置，其特征在于，所述陽(yáng)極為T(mén)i4O7，所述陰極為鋁陰極。
4.根據權利要求1-3中任一項所述的電化學(xué)廢水處理裝置，其特征在于，所述陽(yáng)極和所述陰極的間距為0.1-10cm。
5.權利要求1-4中任一項所述的電化學(xué)廢水處理裝置在污水處理中的應用。
6.權利要求1-4中任一項所述的電化學(xué)廢水處理裝置在處理水體環(huán)境中重金屬中的應用。
7.權利要求1-4中任一項所述的電化學(xué)廢水處理裝置在垃圾滲濾液處理中的應用。
8.一種污水的處理方法，包括以下步驟：將污水加入權利要求1-4中任一項所述的電化學(xué)廢水處理裝置中，使所述陽(yáng)極與所述陰極浸于所述污水中；然后接通電源進(jìn)行處理。
9.根據權利要求8所述的制備方法，其特征在于，在所述處理的過(guò)程中，所述陽(yáng)極和所述陰極的電流密度為5-50mAcm-1。
10.根據權利要求8所述的制備方法，其特征在于，所述處理的時(shí)間為0.5-10h。
發(fā)明內容
本發(fā)明旨在至少解決上述現有技術(shù)中存在的技術(shù)問(wèn)題之一。為此，本發(fā)明提出一種電化學(xué)廢水處理裝置，其結構簡(jiǎn)單，處理方便，且對污水(尤其是垃圾滲濾液膜濃縮液)中有機物和無(wú)機離子均具有良好處理效果。
本發(fā)明第一方面提供了一種電化學(xué)廢水處理裝置。
具體的，一種電化學(xué)廢水處理裝置，所述電化學(xué)廢水處理裝置的陽(yáng)極為Magneli相亞氧化鈦，陰極為含鋁的電極材料。
本發(fā)明采用含鋁的電極材料作為陰極，配合Magneli相亞氧化鈦陽(yáng)極使用，能夠顯著(zhù)提高廢水中有機物和無(wú)機離子的去除率。在電氧化過(guò)程中，由于氫氧離子在陰極表面不斷生成，與鋁陰極反應生成多羥基絡(luò )合物絮體進(jìn)入到廢水中，有效地減緩了各種無(wú)機鹽和沉淀物在陰極上的沉積，減少惰性層的生成從而降低電阻和提高電流效率；且鋁陰極作為酸堿雙性電極不僅能與氫氧根反應，也能與氫離子反應，即能保持處理后廢水的pH處于7-8左右，有利于直接排放，減少調節費用。
優(yōu)選的，所述Magneli相亞氧化鈦選自Ti4O7、Ti5O9、Ti6O11、Ti7O13、Ti8O15或Ti9O17中的至少一種。
優(yōu)選的，所述含鋁的電極材料為鋁。鋁電極的價(jià)格低廉、消耗量小，更換頻率低，有利于節省電極費用和更換的人工費用。
優(yōu)選的，所述陽(yáng)極為T(mén)i4O7，所述陰極為鋁陰極。
優(yōu)選的，所述陽(yáng)極和所述陰極的間距為0.1-10cm；進(jìn)一步優(yōu)選的，所述陽(yáng)極和所述陰極的間距為0.1-5cm；更優(yōu)選的，所述陽(yáng)極和所述陰極的間距為0.5-3cm。
優(yōu)選的，一種電化學(xué)廢水處理裝置，包括：
箱體，
反應器，包括至少一個(gè)陽(yáng)極、至少一個(gè)陰極和電源；所述反應器設置于所述箱體內。
所述陽(yáng)極與所述陰極的數量不做限制，根據實(shí)際情況，可選擇多個(gè)陽(yáng)極和陰極，電極之間可以經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)單的串聯(lián)或者并聯(lián)。陽(yáng)極和陰極的個(gè)數根據廢水的情況進(jìn)行調節。比如高有機物就多陽(yáng)極，多重金屬或總磷就多陰極。
優(yōu)選的，所述箱體內設有攪拌裝置，如磁力攪拌器。在發(fā)生電化學(xué)反應時(shí)，以一個(gè)恒定或不恒定的速率進(jìn)行攪拌，能夠提高化學(xué)物質(zhì)向電極或從電極的質(zhì)量傳輸。
優(yōu)選的，所述箱體還包括進(jìn)水口。
優(yōu)選的，所述電化學(xué)廢水處理裝置還包括沉淀池，所述沉淀池通過(guò)管道與所述箱體相連。
優(yōu)選的，所述管道上設有閥門(mén)。
本發(fā)明第二方面提供了一種電化學(xué)廢水處理裝置的應用。
具體的，所述電化學(xué)廢水處理裝置在污水處理中的應用。
所述電化學(xué)廢水處理裝置在處理水體環(huán)境中重金屬中的應用。
所述電化學(xué)廢水處理裝置在垃圾滲濾液處理中的應用。
本發(fā)明第三方面提供了一種污水的處理方法。
具體的，一種污水的處理方法，包括以下步驟：
將污水加入上述電化學(xué)廢水處理裝置中，使所述陽(yáng)極和所述陰極浸于所述污水中；然后接通電源進(jìn)行處理。
在污水的處理過(guò)程中，Magneli相亞氧化鈦陽(yáng)極將氧化污水中的水分子和氯離子，形成羥基自由基，氯氣，次氯酸及其相關(guān)的氧化物。這些氧化物會(huì )氧化水中的有機物及氨氮，徹底變成二氧化碳，水及氮氣。Magneli相亞氧化鈦陽(yáng)極有相對較高的氧過(guò)電勢，能降低陽(yáng)極產(chǎn)生氧氣副反應的情況。高濃度的次氯酸不僅能加強鋁離子的析出，也能滅活廢水中的有毒病菌。
含鋁的電極材料陰極還原水生成氫氣和氫氧根離子，產(chǎn)生的氫氧根離子可以與含鋁的電極材料反應生成氫氧化鋁沉淀或多羥基絡(luò )合物絮體去吸附絮凝廢水中的有污染物(色度)，金屬及其他無(wú)機離子(如氯，磷酸，碳酸離子等)。此外，由于陰極含鋁的電極材料(鋁)的溶解能把由于陰極氫氧根生成產(chǎn)生的沉淀重新帶入所處理廢水中，能有效提高系統的電流效率。同時(shí)，由于帶電鋁離子和氫氧化鋁絮體的生成，能減緩廢水電導率的下降，降低體系電阻和減少電能損失。
在此過(guò)程中，涉及的反應主要包括：
陽(yáng)極產(chǎn)生的反應：
H2O→·OH+H++e-
2Cl-→Cl2(aq)+2eCl2+H2O→HClO+H++Cl-；(氯來(lái)源于污水中，尤其是垃圾滲濾液膜濃縮液)；
陽(yáng)極的氧化反應：
HClO+2H++有機物→Cl-+H2O+無(wú)機物
ClO-+2H2O+有機物→Cl-+HClO+OH-+無(wú)機物
M(·OH)+有機物s/亞硝酸→CO2+H2O+M+無(wú)機物
NH4++1.5HClO→0.5N2+1.5H2O+2.5H++1.5Cl-
MOx(OH·)+NH4+→MOx+0.5N2+H2O+3H+；
陰極產(chǎn)生的反應：
Al+3OH-→Al(OH)3
HClO+3OH+Al-→Al(OH)3+Cl-/ClO；
陰極的絮凝反應：
Al(OH)3+污染物→Al(OH)3-污染物絮凝共沉淀。
優(yōu)選的，所述污水的初始溫度為0-50℃；進(jìn)一步優(yōu)選的，所述污水的初始溫度為5-40℃。本發(fā)明提供的污水的處理方法在不同溫度下均能達到良好的處理效果，不受季節和地區的限制，應用范圍廣。
優(yōu)選的，在所述處理的過(guò)程中，所述陽(yáng)極和所述陰極的電流密度為5-50mAcm-1；進(jìn)一步優(yōu)選的，在所述處理的過(guò)程中，所述陽(yáng)極和所述陰極的電流密度為10-30mAcm-1。所述電流密度為單位浸沒(méi)電極面積的電流，此處的浸沒(méi)是指浸沒(méi)于所述垃圾滲濾液的面積，所述電極是指所述Ti4O7陽(yáng)極或所述鋁陰極。
優(yōu)選的，所述電極的比表面積為5-300cm2/1L；進(jìn)一步優(yōu)選的，所述電極的比表面積為10-150cm2/1L。所述比表面積為處理1單位的污水所需要的電極的表面積�？刂齐姌O的比表面積能夠提高所述垃圾滲濾液的處理效果。
在處理過(guò)程中，提高電極的比表面積和電流密度都能提高處理效果。但是考慮到實(shí)際應用，過(guò)多地提高電極的比表面積和電流密度會(huì )增加電極成本和損壞電極，當電流密度為5-50mAcm-1時(shí)，其處理效果佳，且能節省電極成本。
優(yōu)選的，所述處理的時(shí)間為0.5-10h，進(jìn)一步優(yōu)選的，所述處理的時(shí)間為0.5-5h；更優(yōu)選的，所述處理的時(shí)間為2-5h。
相對于現有技術(shù)，本發(fā)明的有益效果如下：
本發(fā)明采用含鋁的電極材料作為陰極，配合Magneli相亞氧化鈦陽(yáng)極構建電化學(xué)廢水處理裝置，通過(guò)一種裝置實(shí)現了電化學(xué)氧化和絮凝的結合。該廢水處理裝置能同時(shí)產(chǎn)生氧化和絮凝作用，顯著(zhù)提高污水(尤其是垃圾滲濾液膜濃縮液)中有機物和無(wú)機離子的去除率。該裝置能夠加強污水中污染物的去除，特別是電氧化工藝不能去除的污染物；能夠在短時(shí)間內，將污水(尤其是垃圾滲濾液膜濃縮液)處理達到排放標準。且該電化學(xué)廢水處理裝置結構簡(jiǎn)單，廢水處理工藝簡(jiǎn)單，處理成本較低。
（發(fā)明人：李煥塏;郝天偉;項鵬宇）
