專利名稱：三維電極反應(yīng)器及利用其處理氯苯廢水的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種廢水處理裝置及方法，具體涉及一種三維電極反應(yīng)器及利用其處理 氯苯廢水的方法。
背景技術(shù)：
長期以來環(huán)境中難降解有機物的處理是環(huán)境治理中的難點，氯苯類芳香化合物是其 中的典型代表i被列于江蘇省"優(yōu)先考慮的有機污染物名單"、全國水中優(yōu)先控制污染物 "黑名單"和美國129種EPA優(yōu)先污染物"黑名單"中。多氯苯產(chǎn)品主要用于涂料、染料、 殺蟲劑、驅(qū)蟲劑、醫(yī)藥、農(nóng)藥、防蛀、溶劑、有機合成等領(lǐng)域。其中氯苯主要來源于紡 織、制藥、洗衣業(yè)、皮革鞣制及修整和鋼鐵等行業(yè)。氯苯類化合物為半揮發(fā)性多氯取代 烴，其化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，在土壤中不易化學(xué)水解和生物降解， 一般在土壤中殘留期為幾個 月甚至更長時間，氯苯類化合物可以經(jīng)食物鏈進入人體，危害人類健康。
氯苯類芳香化合物是一類較難生物降解、毒性較大的有機物，氯苯類污染的控制是 環(huán)境治理領(lǐng)域的重大課題之一。氯苯的主要處理方法有生化法、物化法和氧化法等。生 化法具有成本低的優(yōu)點，但由于氯苯毒性大，對微生物有很大影響，處理周期很長。該
法對較低濃度的氯苯廢水處理效果好，對濃度較高、毒性較強的廢水的處理效率低。物 化法主要包括吸附法、混凝法、萃取法、膜處理技術(shù)等，采用物化方法處理氯苯的研究 很少，由于物化處理多數(shù)伴隨著污染物的轉(zhuǎn)移過程，常造成新的污染，需要后續(xù)處理過 程以達(dá)到徹底降解。氧化法可以使化合物的結(jié)構(gòu)發(fā)生轉(zhuǎn)變，提高可生化性或直接氧化降 解廢水中有機物。目前，在氧化法的研究中，最有吸引力的處理技術(shù)是電化學(xué)氧化法。 電化學(xué)氧化法是通過發(fā)生得失電子反應(yīng)，利用電極反應(yīng)直接降解有機物，或是通過電極
反應(yīng)產(chǎn)生羥基自由基、過氧化氫等強氧化性中間物來降解有機物的一種方法。隨著電化 學(xué)氧化技術(shù)的發(fā)展，電化學(xué)氧化技術(shù)用于處理有機廢水的研究不斷增多。
電化學(xué)氧化法又分直接電化學(xué)氧化法和間接電化學(xué)氧化法。直接電化學(xué)氧化法是指 通過陽極氧化使有機污染物和部分無機污染物轉(zhuǎn)化為無害物質(zhì)。主要分兩類進行 一是 電化學(xué)轉(zhuǎn)化，把有毒物質(zhì)轉(zhuǎn)變?yōu)闊o毒物質(zhì)，或把非生物相容的有機物轉(zhuǎn)化為生物相容的 物質(zhì)，例如芳香化合物的開環(huán)氧化等，隨后可進行生物后續(xù)處理；二是電化學(xué)燃燒，可 直接將有機物深度氧化為C02和H20。
本發(fā)明涉及的電化學(xué)轉(zhuǎn)化方法即為上述領(lǐng)域中的電化學(xué)轉(zhuǎn)化方法。該技術(shù)的優(yōu)點在 于(1)電子轉(zhuǎn)移只在電極及廢水組分間進行，不需另外添加氧化還原劑，由此避免了 由另外添加藥劑而引進的二次污染問題；(2)通過改變外加電流、電壓，可以隨時調(diào)節(jié) 反應(yīng)條件，可控制性較強；(3)能量效率高，反應(yīng)條件溫和，電化學(xué)過程一般在常溫常 壓下進行，操作靈活；(4)易于實現(xiàn)自動化，既可作為單獨處理，又可以與其他處理方 法聯(lián)合使用。

發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明目的本發(fā)明的目的是提供一種三維電極反應(yīng)器，可在較低能耗下實現(xiàn)氯苯廢 水的電化學(xué)轉(zhuǎn)化，將高毒的氯苯成分轉(zhuǎn)化為低毒的有機酸組分。
本發(fā)明的另一目的是提供使用上述三維電極反應(yīng)器處理氯苯廢水的方法。
技術(shù)方案本發(fā)明的三維電極反應(yīng)器，包括一個封閉容器，容器內(nèi)的底部中心設(shè)置 柱狀石墨陽極，容器的側(cè)壁為不銹鋼陰極，柱狀石墨與側(cè)壁之間充填導(dǎo)電顆粒和催化劑， 柱狀石墨和側(cè)壁接直流穩(wěn)壓電源。
其中，三維電極反應(yīng)器的形狀優(yōu)選圓筒狀。
其中，所述的導(dǎo)電顆粒為活性炭。
其中，所述的催化劑為鈦、錫、銻或錳氧化物，且負(fù)載在所述的導(dǎo)電顆粒上。 利用上述三維電極反應(yīng)器處理氯苯廢水的方法為，將氯苯廢水引入三維電極反應(yīng)
器，設(shè)定電流1~5A，廢水在三維電極反應(yīng)器中的停留時間為30~120min，反應(yīng)結(jié)束后
將尾水直接排放或進一步做生化深度處理。
實驗證明，氯苯廢水的電化學(xué)轉(zhuǎn)化途徑如下<formula>formula see original document page 4</formula>
上述產(chǎn)物的毒性差異較大，對氯苯酚、對苯醌和對苯二酚等仍具有較高的毒性，其 中對苯醌的毒性甚至高于氯苯，而丁烯二酸、草酸的毒性則相對較低，見圖l。
因此，在廢水在三維電極反應(yīng)器中，較短停留時間下，氯苯主要降解產(chǎn)物為對氯苯
酚、對苯醌和對苯二酚等，這一階段的降解產(chǎn)物仍保持有較高的毒性，其中產(chǎn)物對苯醌 的毒性甚至高于氯苯。如果直接排放或者納入生化處理，對環(huán)境和生物凈化過程均可能 造成極大的危害。而在較長的停留時間下，廢水中氯苯最終可礦化為二氧化碳和水，以 及無機鹽。但是停留時間長，也導(dǎo)致能耗增加，反應(yīng)器容積增大等問題，降低了技術(shù)的 經(jīng)濟可行性。本發(fā)明通過在額定的電流下控制反應(yīng)時間，控制出水的中降解產(chǎn)物主要為 有機酸類低毒產(chǎn)物(丁烯二酸和草酸類有機酸物質(zhì))。從而實現(xiàn)了廢水的低能耗處理和 毒性削減。
本發(fā)明提供的三維電極反應(yīng)器，其導(dǎo)電顆粒與主電極直接或間接連接，從而成為了 主電極的外延部分，形成三維電極，有效增大了電極的表面積，縮短了兩極之間的距離， 減少了反應(yīng)物的遷移路程，加快了溶液中帶電粒子的遷移速度，從而有利于溶液中發(fā)生 較快速的電解作用。而催化劑具備富集氯苯的功能，并有催化降解的作用。在導(dǎo)電顆粒 和催化劑的復(fù)合作用下可實現(xiàn)氯苯的高效降解。
有益效果本發(fā)明的三維電極反應(yīng)器及利用其處理氯苯廢水的方法，其優(yōu)勢在于
1、 通過電流和停留時間的控制，使氯苯廢水的主要降解產(chǎn)物為有機酸，實現(xiàn)廢水 的低能耗的毒性削減和氯苯去除。
2、 通過三維電極反應(yīng)器中導(dǎo)電顆粒和催化劑的復(fù)合作用，實現(xiàn)氯苯的高效降解。
3、 本發(fā)明的三維電極反應(yīng)器在處理過程中不需另外添加氧化還原劑，避免了二次 污染問題。
4、 本發(fā)明的三維電極反應(yīng)器可通過改變外加電流、電壓，可以隨時調(diào)節(jié)反應(yīng)條件， 可控制性較強。


圖1為氯苯及其降解產(chǎn)物對發(fā)光菌的毒性數(shù)據(jù)(15minEC50);
圖2為電催化試驗裝置流程圖。
具體實施方式
實施例h
如圖2，本發(fā)明的三維電極反應(yīng)器4，為封閉圓筒狀容器，底部中心設(shè)置柱狀石墨 陽極，側(cè)壁為不銹鋼陰極，柱狀石墨與側(cè)壁之間充填負(fù)載二氧化銻催化劑的活性炭，柱 狀石墨和側(cè)壁接直流穩(wěn)壓電源。氯苯廢水可從原水槽l中，經(jīng)進水泵2，通過玻璃轉(zhuǎn)子 流量計3注入三維電極反應(yīng)器4中，直流穩(wěn)壓電源6控制三維電極反應(yīng)器4的電壓和電 流，閥門7可控制廢水在三維電極反應(yīng)器4中的停留時間，處理后的尾水排入出水貯槽 5，之后可直接排放或進一步做生化深度處理。
實施例2:
進水氯苯濃度為100mg/L，進水毒性ECso為10.98%，控制電流強度1.0A，停留時間 120min，經(jīng)三維電極反應(yīng)器降解后，出水中主要成分為丁烯二酸和草酸，氯苯濃度為 4.5mg/L，相對抑光度=5.3%，降解出水低毒。 實施例3:
進水氯苯濃度為112.5mg/L，進水毒性ECso為11.68%，控制電流強度2.0A,停留時 間60min，經(jīng)三維電極反應(yīng)器降解后，出水中主要成分為丁烯二酸和草酸，氯苯濃度為 1.5mg/L，相對抑光度=0，降解出水無毒。
權(quán)利要求
1、一種三維電極反應(yīng)器，其特征在于它包括一個封閉容器，容器內(nèi)的底部中心設(shè)置柱狀石墨陽極，容器的側(cè)壁為不銹鋼陰極，柱狀石墨與側(cè)壁之間充填導(dǎo)電顆粒和催化劑，柱狀石墨和側(cè)壁接直流穩(wěn)壓電源。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的三維電極反應(yīng)器，其特征在于密封容器為圓筒狀。
3、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的三維電極反應(yīng)器，其特征在于所述的導(dǎo)電顆粒為活性炭。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的三維電極反應(yīng)器，其特征在于所述的催化劑為鈦、錫、 銻或錳氧化物，且負(fù)載在所述的導(dǎo)電顆粒上。
5、 一種利用權(quán)利要求1所述三維電極反應(yīng)器處理氯苯廢水的方法，其特征在于將 氯苯廢水引入三維電極反應(yīng)器，設(shè)定電流1~5A，廢水在三維電極反應(yīng)器中的停留時間 為30~120min，反應(yīng)結(jié)束后將尾水直接排放或進一步做深度處理。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種三維電極反應(yīng)器，包括一個封閉容器，容器內(nèi)的底部中心設(shè)置柱狀石墨陽極，容器的側(cè)壁為不銹鋼陰極，柱狀石墨與側(cè)壁之間充填導(dǎo)電顆粒和催化劑，柱狀石墨和側(cè)壁接直流穩(wěn)壓電源。利用上述三維電極反應(yīng)器處理氯苯廢水的方法為，將氯苯廢水引入三維電極反應(yīng)器，設(shè)定電流1～5A，廢水在三維電極反應(yīng)器中的停留時間為30～120min，反應(yīng)結(jié)束后將尾水直接排放或進一步做生化深度處理。通過本發(fā)明的裝置和方法，可同時削減氯苯濃度和降低廢水毒性。
文檔編號C02F1/461GK101186361SQ200710191739
公開日2008年5月28日 申請日期2007年12月17日 優(yōu)先權(quán)日2007年12月17日
發(fā)明者夏明芳, 磊 張, 張利民, 春 王, 王志良, 陽 邱, 陸繼來 申請人:江蘇省環(huán)境科學(xué)研究院