一种电催化氧化装置及其应用方法

1.本发明涉及电催化装置技术领域，尤其是涉及一种电催化氧化装置及其应用方法。


背景技术：

2.高盐有机废水来自农药厂、抗生素药厂、纯碱厂等行业，其除了含有各种无机盐外，还含有复杂的、难降解的有机污染物，该类废水通常由于可生化性差、废水中的生物毒性高，盐度高等因素，不适合直接采用生物法进行降解。这些难降解的有机废水亟待解决，需要研究新型的高盐有机废水处理技术和方法。
3.电催化氧化技术(eaops)作为高级氧化技术中的一种，在生活污水、高盐废水、油田废水、垃圾渗滤液等领域的应用中已被证实是一种对环境友好、操作简单的技术。其作用机理主要为以下两种方式：1)利用电极在外加电场的作用下，被吸附在电极表面的有机污染物被直接降解；2)电极上的电化学反应产生具有氧化性物质如活性氯、羟基自由基(
·
oh)等，进而实现对有机污染物的间接氧化降解。eaops可以仅通过电子作为媒介，在不需要其他试剂的情况下对有机污染物的氧化分解去除。然而，电催化氧化目前还存在电流效率较低，降解率不高的问题。
4.因此有必要开发新型的电催化反应装置和处理方法，优化电催化反应设备，减小能耗，满足处理高盐有机废水、生活污水等的技术要求。


技术实现要素：

5.本发明所要解决的第一个技术问题是：
6.提供一种电催化氧化装置。
7.本发明所要解决的第二个技术问题是：
8.提供一种使用所述电催化氧化装置的方法。
9.本发明所要解决的第三个技术问题是：
10.所述电催化氧化装置的应用。
11.为了解决所述第一个技术问题，本发明采用的技术方案为：
12.一种电催化氧化装置，包括：
13.反应槽；
14.布水管，所述布水管设于反应槽的底部；
15.进水口，所述进水口设于所述布水管的一端；
16.出水口，所述出水口设于所述反应槽的上部；
17.电催化阴极和电催化阳极，所述电催化阴极和电催化阳极设于所述反应槽的两边。
18.根据本发明的实施方式，所述技术方案中的一个技术方案至少具有如下优点或有益效果之一：
19.1.本发明的电催化氧化装置，其结构紧凑，占地面积小，但处理效率却比大体积装置要高。本发明的电催化氧化装置便于推广和工业化应用。
20.2.当受污染水体经过电催化氧化装置进行电催化氧化处理后，能够有效地处理降低受污染水体中的化学需氧量(cod
cr
)、氨氮(nh
3-n)、总氮(总氮含量)。表明本发明的电催化氧化装置能够被用于高盐有机废水、生活污水等水污染环境的处理。
21.根据本发明的一种实施方式，所述进水口与出水口设置在所述反应槽的对角位置。
22.根据本发明的一种实施方式，所述电催化阴极和电催化阳极板间距小于等于3.6cm。板间距的大小与装置的cod去除率关系较大，当板间距小于等于3.6cm，cod去除率优良。
23.根据本发明的一种实施方式，所述电催化阴极和电催化阳极板间距为1.0-3.2cm。
24.根据本发明的一种实施方式，所述反应槽中设置了可用于调节板间距的卡槽若干，相邻两个槽位距离0.4-0.6mm。卡槽槽位的设定值(板间距)，因不同废水的进水水质而改变，进而做出调整。当板间距调整到合适的位置后，能够提高电流效率以及水中羟基自由基(
·
oh)的生成量，废水中的污染物
·
oh接触进而被破坏成小分子结构，最终使废水有机污染物的去除效率提高。
25.根据本发明的一种实施方式，所述布水管外接计量泵。计量泵用于调控流量大小。
26.根据本发明的一种实施方式，所述布水管表面均匀分布若干曝气孔。
27.根据本发明的一种实施方式，所述电催化阳极包括ti/pbo2电极和ti/ruo2+iro2电极中的至少一种。上述材料具有析氧过电位高，稳定性好，对有机物的矿化能力强，催化活性高的特点。
28.根据本发明的一种实施方式，所述进水口处所用的进水管道为耐腐蚀、耐压管道，水口处的进水管道用于连接计量泵，输送调节池中的废水。
29.根据本发明的一种实施方式，所述出水口连接接收池，用于接收电催化氧化处理完成后的废水。
30.根据本发明的一种实施方式，操作本发明的所述电催化氧化装置，既可以采用间歇式，也可以采用连续式的处理模式。
31.为了解决所述第二个技术问题，本发明采用的技术方案为：
32.一种使用所述电催化氧化装置的方法，包括以下步骤：
33.使废水从进水口注入反应槽，启动所述电催化阴极和电催化阳极以形成闭合回路，经处理，得到处理液，将处理液从出水口排出。
34.从在该装置底部的左侧进入高盐有机废水，通过设置进水流速调节废水在装置中的停留时间；将所述电催化阳极和电催化阴极插入卡槽，分别接到稳流稳压电源的正极和负极，开始电催化氧化反应根据本发明的一种实施方式，还包括将废水的ph调节至5-9的步骤。
35.根据本发明的一种实施方式，所述废水可以包括废水、也可以包括需要经过电催化处理的试剂或溶液。
36.根据本发明的一种实施方式，当废水为废水时，还包括将所述废水进行预处理调质，以去除过滤沙石等大颗粒杂质。
37.根据本发明的一种实施方式，所述废水从进水口注入反应槽的流速为100-600ml/min。
38.根据本发明的一种实施方式，所述废水注入反应槽后，需要反应槽反应1-6h。
39.根据本发明的一种实施方式，所述电催化阴极和电催化阳极板间距为1.0-3.2cm。
40.根据本发明的一种实施方式，所述闭合回路中，控制输出的电流密度为10-50ma/cm2。
41.本发明使用所述电催化氧化装置的方法中，通过调节极板间距、流速、电流密度和ph，使本发明所述电催化氧化装置，能够最大化的降低废水中的化学需氧量(cod
cr
)、氨氮(nh
3-n)、总氮(总氮含量)和总有机碳(总有机碳含量)。
42.根据实际需要，本发明使用所述电催化氧化装置的方法，可作为常规生化处理方法的前处理步骤，处理高盐有机废水，降低生物毒性，提高废水的可生化性；或者将其置于后处理环节中，对尚未达标的废水作进一步处理。
43.本发明的另一个方面，还涉及所述电催化氧化装置在水污染处理装置中的应用。包括如上述第1方面实施例所述的电催化氧化装置。由于该应用采用了上述电催化氧化装置的全部技术方案，因此至少具有上述实施例的技术方案所带来的所有有益效果。
44.本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。
附图说明
45.本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
46.图1为实施例1的电催化氧化装置的正视图；
47.图2为实施例1的电催化氧化装置的俯视图；
48.图3为实施例2使用电催化氧化装置处理高盐有机废水的方法流程图；
49.图4为经实施例1的电催化氧化装置处理前后废水cod
cr
随时间的变化图；
50.图5为经实施例1的电催化氧化装置处理前后废水氨氮随时间的变化图；
51.图6为经实施例1的电催化氧化装置处理前后废水总氮随时间的变化图。
52.附图标记：
53.1-进水口，2-布水管，3-反应槽，4-电催化阳极，5-电催化阴极，6-出水口，7-卡槽，8-曝气孔。
具体实施方式
54.下面详细描述本发明的实施例，实施例中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
55.在本发明的描述中，如果有描述到第一、第二等只是用于区分技术特征为目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。
56.在本发明的描述中，需要理解的是，涉及到方位描述，例如上、下等指示的方位或
位置关系为基于实施例所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
57.本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的限定，设置、安装、连接等词语应做广义理解，所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本发明中的具体含义。
58.下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的范围。
59.本发明所采用的试剂、方法和设备，如无特殊说明，均为本技术领域常规试剂、方法和设备。
60.实施例1
61.一种电催化氧化装置，正视图如图1所示，俯视图如图2所示，包括：
62.反应槽3；
63.布水管2，上述布水管2设于反应槽3的底部；
64.进水口1，上述进水口1设于上述布水管2的一端；
65.出水口6，上述出水口6设于上述反应槽3的上部；
66.电催化阴极5和电催化阳极4，上述电催化阴极5和电催化阳极4设于上述反应槽3的两边。
67.一种使用电催化氧化装置处理高盐有机废水的方法，如图3所示，包括如下步骤：
68.将上述废水进行预处理调质，包括去除过滤去除沙石等大颗粒杂质，然后用稀硫酸溶液调节ph至6，为电催化氧化提供合适的酸度条件。
69.将预处理调质后的废水用连接于下部进水口1，计量泵以250ml/min的流量注入反应槽3。
70.将ti/pbo2阳极与纯钛板阴极平行插入反应槽3内，设置ti/pbo2阳极及纯钛板在反应槽3中的板间距为2.2cm，调节反应温度为25℃。
71.将稳流稳压电源与的正极与ti/pbo2阳极相连，纯钛板阴极与电源负极相连形成回路。设置电源输出方式为恒电流输出模式，调节电流大小，控制输出电流密度20ma/cm2，使废水在反应槽3中停留5h，处理完成后通过上部出水口6排至接收池中，接收池中的废水可接入常规生化处理系统。
72.实施例2
73.一种电催化氧化装置，包括：
74.反应槽3；
75.布水管2，上述布水管2设于反应槽3的底部；
76.进水口1，上述进水口1设于上述布水管2的一端；
77.出水口6，上述出水口6设于上述反应槽3的上部；
78.电催化阴极5和电催化阳极4，上述电催化阴极5和电催化阳极4设于上述反应槽3的两边。
79.一种使用电催化氧化装置处理高盐有机废水的方法，包括如下步骤：
80.将上述处理废水进行预处理调质，包括去除过滤去除沙石等大颗粒杂质，然后用稀硫酸溶液调节ph至7，为电催化氧化提供合适的酸度条件。
81.将预处理调质后的废水用连接于下部进水口1，计量泵以450ml/min的流量注入反应槽3。
82.将ti/pbo2阳极与纯钛板阴极平行插入反应槽3内，设置ti/pbo2阳极及纯钛板在反应槽3中的板间距为1.8cm，调节反应温度为25℃。
83.将稳流稳压电源与的正极与ti/pbo2阳极相连，纯钛板阴极与电源负极相连形成回路。设置电源输出方式为恒电流输出模式，调节电流大小，控制输出电流密度25ma/cm2，使废水在反应槽3中停留4h，处理完成后通过上部出水口6排至接收池中，接收池中的废水可接入常规生化处理系统。
84.实施例3
85.一种电催化氧化装置，包括：
86.反应槽3；
87.布水管2，上述布水管2设于反应槽3的底部；
88.进水口1，上述进水口1设于上述布水管2的一端；
89.出水口6，上述出水口6设于上述反应槽3的上部；
90.电催化阴极5和电催化阳极4，上述电催化阴极5和电催化阳极4设于上述反应槽3的两边。
91.一种使用电催化氧化装置处理高盐有机废水的方法，包括如下步骤：
92.将上述处理废水进行预处理调质，包括去除过滤去除沙石等大颗粒杂质，然后用稀硫酸溶液调节ph至7，为电催化氧化提供合适的酸度条件。
93.将预处理调质后的废水用连接于下部进水口1，计量泵以450ml/min的流量注入反应槽3。
94.将ti/pbo2阳极与纯钛板阴极平行插入反应槽3内，设置ti/pbo2阳极及纯钛板在反应槽3中的板间距为2.2cm，调节反应温度为25℃。
95.将稳流稳压电源与的正极与ti/pbo2阳极相连，纯钛板阴极与电源负极相连形成回路。设置电源输出方式为恒电流输出模式，调节电流大小，控制输出电流密度10ma/cm2，使废水在反应槽3中停留6h，处理完成后通过上部出水口6排至接收池中，接收池中的废水可接入常规生化处理系统。
96.实施例4
97.一种电催化氧化装置，包括：
98.反应槽3；
99.布水管2，上述布水管2设于反应槽3的底部；
100.进水口1，上述进水口1设于上述布水管2的一端；
101.出水口6，上述出水口6设于上述反应槽3的上部；
102.电催化阴极5和电催化阳极4，上述电催化阴极5和电催化阳极4设于上述反应槽3的两边。
103.一种使用电催化氧化装置处理高盐有机废水的方法，包括如下步骤：
104.将上述处理废水进行预处理调质，包括去除过滤去除沙石等大颗粒杂质，然后用稀硫酸溶液调节ph至7，为电催化氧化提供合适的酸度条件。
105.将预处理调质后的废水用连接于下部进水口1，计量泵以450ml/min的流量注入反应槽3。
106.将ti/ruo2+iro2阳极与纯钛板阴极平行插入反应槽3内，设置ti/ruo2+iro2阳极及纯钛板在反应槽3中的板间距为1.4cm，反应温度为25℃。
107.将稳流稳压电源与的正极与ti/ruo2+iro2阳极相连，纯钛板阴极与电源负极相连形成回路。设置电源输出方式为恒电流输出模式，调节电流大小，控制输出电流密度10ma/cm2，废水在反应槽3中停留3.0h后结束电催化氧化。
108.实施例5
109.一种电催化氧化装置，包括：
110.反应槽3；
111.布水管2，上述布水管2设于反应槽3的底部；
112.进水口1，上述进水口1设于上述布水管2的一端；
113.出水口6，上述出水口6设于上述反应槽3的上部；
114.电催化阴极5和电催化阳极4，上述电催化阴极5和电催化阳极4设于上述反应槽3的两边。
115.一种使用电催化氧化装置处理高盐有机废水的方法，包括如下步骤：
116.向2.5l模拟废水加入12.5g硫酸钠作为电解质，然后用稀硫酸溶液调节ph至7，为电催化氧化提供合适的酸度条件。
117.将预处理调质后的废水用连接于下部进水口1，计量泵以125ml/min的流量注入反应槽3。
118.将ti/pbo2阳极与纯钛板阴极平行插入反应槽3内，设置ti/pbo2阳极及纯钛板在反应槽3中的板间距为2.0cm，反应温度为25℃。
119.将稳流稳压电源与的正极与ti/pbo2阳极相连，纯钛板阴极与电源负极相连形成回路。设置电源输出方式为恒电流输出模式，调节电流大小，控制输出电流密度25ma/cm2，使废水在反应槽3中停留5h，处理完成后通过上部出水口6排至接收池。
120.实施例6
121.实施例6与实施例3的区别在于：板间距不同。其中，实施例6中设置ti/pbo2阳极及纯钛板在反应槽3中的板间距为1.8cm。实施例3设置ti/pbo2阳极及纯钛板在反应槽3中的板间距为2.2cm。
122.对比例1
123.对比例1与实施例3的区别在于：ph值不同。其中，对比例1的废水用稀硫酸溶液调节ph至4。实施例3的废水用稀硫酸溶液调节ph至7。
124.对比例2
125.对比例2与实施例3的区别在于：ph值不同。其中，对比例2的废水用稀硫酸溶液调节ph至10。实施例3的废水用稀硫酸溶液调节ph至7。
126.对比例3
127.对比例3与实施例3的区别在于：板间距不同。其中，对比例3中设置ti/pbo2阳极及
纯钛板在反应槽3中的板间距为3.6cm。实施例3设置ti/pbo2阳极及纯钛板在反应槽3中的板间距为2.2cm。
128.性能测试：
129.出水cod
cr
、氨氮、总氮含量和总有机碳含量的测试，参照《水和废水监测分析方法(第四版)》。
130.对实施例1处理前后废水中相关检测指标进行测试，结果见表1。具体的，实施例1处理前后废水cod
cr
随时间的变化如图4所示。实施例1处理前后废水氨氮随时间的变化如图5所示。实施例1处理前后废水总氮随时间的变化如图6所示。
131.表1
[0132][0133][0134]
对实施例2处理前后废水中相关检测指标进行测试，结果见表2。
[0135]
表2
[0136][0137]
对实施例3处理前后废水中相关检测指标进行测试，结果见表3。
[0138]
表3
[0139][0140]
对实施例4处理前后废水中相关检测指标进行测试，结果见表4。
[0141]
表4
[0142][0143]
对实施例5处理前后废水中相关检测指标进行测试，结果见表5。
[0144]
表5
[0145]
检测指标cod
cr
(mg/l)氨氮(mg/l)处理前591.3274.31处理后45.926.84
[0146]
对经过实施例3、对比例1-2的处理过的废水进行测试，以测试ph对cod及氨氮去除率的影响，结果如表6。
[0147]
表6
[0148][0149]
从表6中可见，在中性条件下(ph＝7)的cod去除效果要优于酸性和碱性条件。这在氨氮的去除率也有类似的现象，但是不明显。
[0150]
对经过实施例3、对比例1-2的处理过的废水进行测试，以测试板间距对cod及氨氮去除率的影响，结果如表7。
[0151]
表7
[0152][0153]
从表7中可见，板间距在1.8和2.2cm的条件下cod去除率较好，而在3.6cm的条件下去除率较差，对氨氮去除率的影响不明显。
[0154]
从表6和表7中可以知晓，采用该电催化氧化装置时，对影响氨氮去除率的各个因素具有较好的适应范围，可以减少对氨氮因素的考虑,进而主要考虑对cod去除率的影响。
[0155]
以上仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书内容所作的等同变换，或直接或间接运用在相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。