一種用于難生物降解有機廢水治理的復極性三維電極耦合處理裝置制造方法
【專利摘要】本發明屬于難生物降解有機廢水治理【技術領域】，具體涉及一種復極性三電極耦合技術，通過以γ-Al2O3為載體負載MnO2、CuO、Fe2O3等常見金屬氧化物中的一種或幾種共同作為復極性粒子電極，并與以普通導電炭纖維炭氈為陰極和陽極，組成復極性三電極耦合反應器，輔以臭氧強化催化氧化，最后經由中空纖維分離膜出水，實現難生物降解廢水有機污染物的高效降解并提升廢水的可生化性。該技術運行費用低，易于安裝，工作壓力低；同時，外加低于10V的直流電場有效地強化了電化學反應，對酸性、堿性、高溫等廢水的適應性強，廢水的COD下降達80％以上，顯著提高了固液分離的效率，使出水水質得到明顯改善，出水水質穩定。
【專利說明】一種用于難生物降解有機廢水治理的復極性三維電極耦合
處理裝置
【技術領域】
[0001 ] 本發明涉及一種復極性三維電極耦合技術處理難生物降解有機廢水的方法和處理裝置，屬于環保【技術領域】。
【背景技術】
[0002]電化學方法治理廢水一般無需添加氧化劑，設備簡單、體積小，污泥量少，后處理簡單，通常被稱為“環境友好”的綠色氧化技術。20世紀60年代末，隨著傳質理論、材料科學及電力工業的迅速發展，在傳統二維電極的基礎上提出了三維電極的概念。它是在傳統的二維電解槽電極間裝填粒狀工作電極材料，并使裝充的工作材料表面帶電而成為新的第三極，即粒子電極，在電極材料表面發生電化學反應。與傳統的二維電極相比，三維電極在電解槽內增加了無數的微電極，能夠增大電解槽的面體比，縮短了反應物的遷移距離、增大物質傳質速度，提高電流效率和處理效果。因此，三維電極在電化學水處理領域顯示出較大的優勢和良好的發展前景。
[0003]三維電極反應器的分類方法很多，按粒子極性可分為單極性和復極性，按電極構型可分為矩形和圓柱形，按電流與液流方向關系可分為平行型與垂直型，按粒子材料充填狀態可分為有固定方式和懸浮方式。
[0004]目前已用于廢水處理的三維粒子電極有石英微孔瓷環顆粒上浸潰摻Sb的SnO2 (IOV電壓，7g/L電解質，反應120min對除草劑廢水的COD去除達到68% ) ,Pt和Ni沉積于陶瓷載體上(15V電壓，5g/L電解質，反應120min對甲醇的降解達到85% )，炭黑粉末上擔載Sn02、Sb2O3,活性炭負載Pb02、Sb2O3等。但上述粒子電極所用組分多為貴金屬，不利于工程應用，同時Pb02、SnO2等在反應中會有大量毒性元素Pb、Sn溶出，再次污染環境。
`[0005]同時，傳統的三維電極反應處理難生物降解有機廢水，多數以簡單的外加電場作用下進行有機廢水的電化學降解，因此廢水中有機污染物的轉化和去除效率不高，無法實現廢水中有機物的轉化。
【發明內容】
[0006]本發明所要解決的技術問題在于針對上述現有技術的不足，采用常見過渡金屬氧化物做活性組分，優先一種成本低，性質穩定，電催化效率高的粒子催化劑作為復極性粒子電極，同時，通過將復極性粒子電極、直流電場、中空纖維分離膜、炭纖維炭氈進行有機耦合形成新型三電極耦合技術，能高效電化學氧化分解去除化工、制藥等工業難降解廢水中的主要有害污染源，實現難生物降解廢水的完全降解或生成無害或可降解的低級有機物的廢水處理方法。
[0007]本發明是通過下述技術方案加以實現的，一種難生物降解有機廢水治理的復極性三維電極耦合處理裝置，其特征在于，包括用于產生直流電場的陰極和陽極均為普通導電炭纖維炭氈電極，在裝置中將中空纖維分離膜置于反應器器壁與陽極導電炭纖維炭氈之間用于分離出水，在所述的陰極和陽極之間，填充有一種電催化效率高的無二次污染的復極性粒子電極作為三給電極的第三極，廢水由所述裝置的底部由水泵加壓打入，同時在水泵出口管路上串接射流器，起到催化氧反應增強作用的富含臭氧的空氣進入射流器內與廢水均勻混合后一起進入反應裝置。
[0008]作為優選實施方式，中空纖維分離膜平均孔徑在0.1~0.2μπι之間；所述的裝置采用正壓出水；在用于產生直流電場的陰極和陽極之間所施加的電壓< IOV ;所述的陰極、陽極導電炭纖維炭氈的面積隨著待處理廢水流量的加大而加大；復極性粒子電極由活性氧化鋁即Y-Al2O3為載體，MnO2, CuO、Fe2O3等常見金屬氧化物為活性組分而組成，將 Mn(N03)2、Cu (NO3)2.3H20、Fe (NO3) 3.9H20 配制成浸潰液，以 Y-Al2O3 載體，采用常規的催化劑浸潰、干燥和焙燒工制成，其中Mn02、CuO、Fe2O3與Y-Al2O3的質量比例控制在Mn: Cu: Fe: Y-Al2O3=O~12: O~30: O~20: 1000，每升有效容積對應的曝氣量固定為0.0OlcmVs~0.5cm3/s,由工業臭氧發生器產生的富含臭氧的空氣向反應體系供氧的方式采用在廢水輸送水泵出口處串接射流器，向反應體系供氧的氣體進入射流器內與廢水均勻混合后一起進入反應裝置，其中富含臭氧的空氣中臭氧濃度為5~80mg/l。
[0009]本發明的技術優點在于，其主要優點在于通過采取將過渡金屬錳、銅、鐵的氧化物負載到Y-Al2O3上組成復極性粒子電極，有效避免了傳統第三電極由炭粒與惰性粒子混合堆積在一起形成導電便捷通道引起的短路電流問題，也避免了 Pb02、SnO2作為催化劑可能造成的二次污染和催化轉化效能不高的問題；此外，陰陽兩極采用炭質材料也避免了電極腐蝕，減少向反應體系引入金屬離子和產泥量較大的不利情況；以中空纖維分離膜作為集水出水器，可很好地實現廢水中有機物與水的分離，保證了反應器中廢水的較高污染物濃度，從而進一步將廢水有機物進行催化氧化處理，提高反應器中難生物降解廢水中有機物的分解率，顯著提高了出水水質。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0010]附圖1為本發明的用于難生物降解有機廢水治理的復極性三維電極耦合處理裝置示意圖。`
附圖標記說明如下:1水泵；2射流器；3中空纖維分離膜；4炭纖維炭氈電極；5復極性粒子電極(反應室)；6炭纖維炭氈電極
【具體實施方式】
[0011]實施例1
[0012]本實施例中使用的復極性三維電極反應器粒子電極，以活性氧化鋁即Y-Al2O3為載體，MnO2, CuO、Fe2O3為活性組分而組成；1000mg y -Al2O3上Mn02、CuO、Fe2O3的含量分別為(以單質金屬質量計):Mn:2.8mg/g ；Cu:5.4mg/g ；Fe:12.3mg/g。本實施例以含酹廢水處理為例，該水pH=5.9，有機酚濃度為5000mg/L，廢水在三電極耦合處理裝置中的停留時間為30min，所施電壓為直流7V，每升反應器有效容積對應的曝氣量固定為0.085，臭氧濃度為20mg/L，有機酚濃度轉化率為95%，出水COD降至原水的20%，廢水可生化性指標B/C由處理前的0.13提升至0.36。
[0013]實施例2[0014]與實施例1不同點在于，1000mg Y -Al2O3上只含有CuO，Cu含量為(以單質金屬質量計):Cu:5.4mg/g。有機酚濃度轉化率為75%，出水COD降至原水的40%，廢水可生化性指標B/C由處理前的0.13提升至0.26。
[0015]實施例3
[0016]與實施例1不同點在于，反應器處理的廢水為含有多環和-NH2、-N03等在內的復雜制藥廢水，該廢水原始COD為104700mg/L，色度為10萬倍(稀釋倍數)。廢水在三電極耦合處理裝置中的停留時間為10h，所施電壓為直流7V，每升反應器有效容積對應的曝氣量固定為0.085，臭氧濃度為60mg/L，反應后COD降為14600mg/L，色度降為500倍，廢水可生化性指標B/C由處理前的0.03提`升至0.24。
【權利要求】
1.一種難生物降解有機廢水治理的復極性三維電極耦合處理裝置，其特征在于，包括用于產生直流電場的陰極和陽極均為普通導電炭纖維炭氈，在裝置中將中空纖維分離膜置于反應器器壁與陽極導電炭纖維炭氈之間用于分離出水，在所述的陰極和陽極之間，填充有一種電催化效率高的無二次污染的復極性粒子電極作為第三極，廢水由所述裝置的底部由水泵加壓打入，同時在水泵出口管路上串接射流器，起到催化氧化反應增強作用的富含臭氧的空氣進入射流器內與廢水均勻混合后一起進入反應裝置。
2.根據權利要求1所述的復極性三維電極耦合處理裝置，其特征在于，所述的復極性粒子電極是通過采取常規的催化劑浸潰、干燥和焙燒工藝，將過渡金屬錳、銅、鐵的氧化物中的一種或幾種負載到Y-Al2O3上，其中Mn02、CuO、Fe2O3與Y-Al2O3的質量比例控制在Mn: Cu: Fe: Y-Al2O3=O ~12: O ~30: O ~20: 1000。
3.根據權利要求1所述的復極性三維電極耦合處理裝置，其特征在于，用于產生直流電場的陰極和陽極均為普通導電炭纖維炭氈。
4.根據權利要求1所述的復極性三維電極耦合處理裝置，其特征在于，作為分離出水的中空纖維分離膜平均孔徑在0.1~0.2 μ m之間。
5.根據權利要求1所述的復極性三維電極耦合處理裝置，其特征在于，用于產生直流電場的陰極和陽極之間所施加的電壓< IOV。
6.根據權利要求1所述的復極性三維電極耦合處理裝置，其特征在于，向反應體系供氣的方式采用在廢水輸送水泵出口處串接射流器，向反應體系供氧的氣體進入射流器內與廢水均勻混合后一起進入反應裝置，每升有效容積對應的曝氣量固定為0.0OlcmVs~0.5cm3/s。
7.根據權利要求1所述的復極性三維電極耦合處理裝置，其特征在于，向反應體系通入的起到催化氧反應增強作用的富含臭氧的空氣由工業臭氧發生器產生，富含臭氧的空氣中臭氧濃度為5~80mg/l。`
【文檔編號】C02F1/78GK103754990SQ201310719743
【公開日】2014年4月30日 申請日期:2013年12月19日 優先權日:2013年12月19日
【發明者】張永剛, 張揚 申請人:天津工業大學