專利名稱：：膨化床電解裝置及其用于水相有機(jī)物分解的處理工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種膨化床電解裝置及用于水相有機(jī)物分解的處理工藝。(二)
背景技術(shù)：
：工業(yè)有機(jī)廢水處理一直是水污染控制領(lǐng)域的一個難題。電分解是除去工業(yè)廢水中有害雜質(zhì)的一種有效方法，目前在制藥、化工、印染等行業(yè)領(lǐng)域得到廣泛的研究和應(yīng)用。三維電反應(yīng)器因在傳統(tǒng)二維電解槽電極間裝填粒狀電極材料，增加了電極的面體比，改善了水相傳質(zhì)效果，提高了電解效率，成為電分解技術(shù)的一個發(fā)展方向，更具工程實(shí)際價(jià)值。流化態(tài)概念的引入，解決了三維電反應(yīng)器的電極阻塞和短路問題，流化床三維電極反應(yīng)器值得推廣。由于顆粒電極處于高度流化狀態(tài)，電極表面活性物質(zhì)會因摩擦不斷脫落，而縮短壽命會；另外，目前普遍采用氣流流化，盡管氣流流化會因氧氣的加入，一定程度上有助于污染物的分解，但也帶來一個氣流對水相污染物的吹脫效應(yīng)，使得部分污染物未被分解前已吹脫進(jìn)入空氣環(huán)境，帶來二次污染。因此，如何有效解決現(xiàn)有流化床運(yùn)行過程存在的這些問題，將有助于完善流化床三維電極反應(yīng)器這項(xiàng)技術(shù)。(三)
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是針對上述存在的問題，提出一種設(shè)備體積小、結(jié)構(gòu)合理、穩(wěn)定性好、運(yùn)行費(fèi)用低、可連續(xù)有效去除水相有機(jī)物的膨化床電解裝置及用于水相有機(jī)物分解的處理工藝。本發(fā)明采用的技術(shù)方案是一種膨化床電解裝置，包括電解槽，設(shè)置于電解槽內(nèi)的陰極、陽電和4顆粒電極，能使電解槽內(nèi)電解液循環(huán)的循環(huán)管路和循環(huán)水泵，以及直流電源，所述電解槽包括圓筒狀的電解反應(yīng)區(qū)、固接于電解反應(yīng)區(qū)上部的漏斗狀的固液分離區(qū)、連接于電解反應(yīng)區(qū)下部的倒錐形水流分布區(qū)，所述的固液分離區(qū)設(shè)有出口，水流分布區(qū)底部設(shè)有入口，所述的出口與入口分別與所述的循環(huán)管路兩端連接，所述的電解反應(yīng)區(qū)與水流分布區(qū)由具有篩孔的隔板分隔，所述的顆粒電極布置于所述的隔板上，所述陰極為圓筒狀不銹鋼網(wǎng)、沿所述電解反應(yīng)區(qū)的內(nèi)壁環(huán)繞布置，所述陽極為棒狀Ti/Sn02+Sb204復(fù)合電極、設(shè)置在電解槽軸心位置；所述顆粒電極為y-Al203/Sn02+Sb204球形顆粒催化電極；所述直流電源為直流穩(wěn)流電源，提供槽電壓812V、電流密度10mA/cm2電場條件，可實(shí)現(xiàn)水相有機(jī)物有效分解。所述Ti/Sn02+Sb204復(fù)合電極由棒狀Ti電極采用熱分解涂布Sn02和Sb204制得，復(fù)合電極中Sn02含量為10-6~10-4mol/cm3,Sn02含量為l(T610-4mol/cm3。所述y-Al203/Sn02+Sb204球形顆粒催化電極是以y-A1203為載體，以Sn02+Sb204(載體與活性組分物質(zhì)的量之比為5~10:1)為電極活性組分，采用浸漬法制備得到，顆粒直徑3~4mm,涂層厚度^3(im，膨化態(tài)密度為30kg/m3。顆粒電極膨化態(tài)介于固定態(tài)和流化態(tài)之間，目的是減少顆粒電極摩擦引起的表面活性物質(zhì)脫落。制備所述電解槽的材料為本領(lǐng)域常規(guī)用于制備電槽的材料,優(yōu)選為聚丙婦。所述電解槽內(nèi)徑與電解反應(yīng)區(qū)高度之比為1:3~6，優(yōu)選為1:4。本發(fā)明還涉及利用所述膨化床電解裝置分解水相中有機(jī)物的處理方法，所述方法包括廢水由進(jìn)水泵經(jīng)電解槽底部水流分布區(qū)進(jìn)入電解反應(yīng)區(qū)，開啟循環(huán)水泵，于槽電壓812V、電流密度10mA/cm2、水相溫度常溫、pH值3.0~10.0條件下電解4080min，電解結(jié)束后關(guān)閉循環(huán)水泵，處理后的廢水經(jīng)固液分離后排出。具體的，所述含有機(jī)物的廢水為醫(yī)化企業(yè)生產(chǎn)性有機(jī)廢水，所述有機(jī)廢水CODo30004700mg/L、硝基苯濃度50300mg/L,電解條件為槽電壓12V,電流密度10mA/cm2，水相溫度常溫，pH9~10，電解時間60min,顆粒電極膨化態(tài)密度為30kg/m3。或者，所述含有機(jī)物的廢水為染料企業(yè)生產(chǎn)性有機(jī)廢水，所述有機(jī)廢水CODCr6000~10000mg/L,電解條件為槽電壓8V,電流密度10mA/cm2，水相溫度常溫，pH13,電解時間60min,顆粒電極膨化態(tài)密度為30kg/m3。本發(fā)明所述的用于水相有機(jī)物分解的膨化床電解裝置及處理工藝的有益效果主要體現(xiàn)在(l)顆粒電極呈膨化懸浮態(tài)，而非流化態(tài)，解決了顆粒電極表面活性物質(zhì)因摩擦脫落的問題，延長了顆粒電極使用壽命；(2)采用水流體外循環(huán)推動膨化，消除了氣流化對污染物的吹脫效應(yīng)，無二次污染問題出現(xiàn)；(3)電解槽上部設(shè)置固液分離區(qū)，解決了膨化強(qiáng)度控制不當(dāng)，少數(shù)顆粒電極隨水流流失或進(jìn)入循環(huán)系統(tǒng)，引起循環(huán)管路堵塞甚至泵體燒壞。圖1為本發(fā)明所述膨化床電解裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；l為固液分離區(qū)，2為電解反應(yīng)區(qū)，3為水流分布區(qū)，4為陰極，5為陽極，6為循環(huán)水泵；圖2為本發(fā)明所述膨化床電解裝置顆粒電極膨化懸浮態(tài)示意圖；1為固液分離區(qū)，2為電解反應(yīng)區(qū)，3為水流分布區(qū)，4為陰4及，5為陽極，6為循環(huán)水泵。具體實(shí)施例方式下面結(jié)合具體實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步描述，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不僅限于此本發(fā)明重點(diǎn)是一種膨化床電解裝置，對不同有機(jī)廢水具有通用性。實(shí)施例以兩類有代表意義的實(shí)際有機(jī)廢水進(jìn)行試一驗(yàn)，一類是醫(yī)藥化工生產(chǎn)廢水，另一類是染料生產(chǎn)有機(jī)廢水。所述膨化床電解裝置結(jié)構(gòu)參見圖1、圖2，包括電解槽，設(shè)置于電解槽內(nèi)的陰極、陽電和顆粒電極，能使電解槽內(nèi)電解液循環(huán)的循環(huán)管路和循環(huán)水泵，以及直流電源，所述電解槽包括圓筒狀的電解反應(yīng)區(qū)2、固接于電解反應(yīng)區(qū)上部的漏斗狀的固液分離區(qū)1、連接于電解反應(yīng)區(qū)2下部的倒錐形水流分布區(qū)3構(gòu)成，所述的固液分離區(qū)設(shè)有出口，水流分布區(qū)底部設(shè)有入口，所述的出口與入口分別與所述的循環(huán)管路兩端連接，所述的電解反應(yīng)區(qū)與水流分布區(qū)由具有篩孔的隔板分隔，所述的顆粒電極布置于所述的隔板上，所述陰極4為圓筒狀不銹鋼網(wǎng)、沿所述電解反應(yīng)區(qū)的內(nèi)壁環(huán)繞布置，所述陽極為棒狀Ti/Sn02+Sb204復(fù)合電極(由棒狀Ti電極采用熱分解涂布Sn02和Sb204制得，復(fù)合電極中Sn02含量為l(T5mol/cn^數(shù)量級，Sn02含量為10-Smol/cmS數(shù)量級)、設(shè)置在所述電解槽軸心位置；所述顆粒電極為Y-Al203/Sn02+Sb204球形顆粒催化電極(以Y-A1203為載體，以Sn02+Sb204為電極活性組分，載體與活性組分物質(zhì)的量之比為8:1,采用浸漬法制備得到；顆粒直徑34mm，涂層厚度^3jim,膨化態(tài)密度為30kg/m3);所述直流電源為直流穩(wěn)流電源，提供槽電壓8~12V、電流密度10mA/cm2電場條件。所述循環(huán)水泵通過設(shè)置在電解槽頂端和底部的出水管和進(jìn)水管與電解反應(yīng)區(qū)組成水循環(huán)系統(tǒng)，出水管和進(jìn)水管靠近電解槽的一端均設(shè)置有閥門，在電解時開啟以啟動循環(huán)系統(tǒng)，電解結(jié)束后關(guān)閉閥門，將處理后的廢水經(jīng)固液分離后排出。為便于描述清楚，試驗(yàn)槽體具體直徑為60mm,實(shí)際工程上應(yīng)以徑高比確定更合適。實(shí)施例1:本發(fā)明的實(shí)施方案和工作原理為當(dāng)處理的廢水為醫(yī)化企業(yè)生產(chǎn)性有機(jī)廢水時，CODCr3000~4700mg/L,硝基苯濃度50300mg/L,pH9~10,槽電壓12V，電流密度10mA/cm2,電解時間60min，顆粒電極膨化態(tài)密度為30kg/m3,廢水由進(jìn)水泵經(jīng)槽底布水流分布器進(jìn)入電解反應(yīng)區(qū)，處理后的廢水經(jīng)固液分離后排出。丄#/廳、遽疋，個吧肝廠生'Ori，H20—OH+*H。形成的.OH基團(tuán)具有強(qiáng)氧化性，氧化電才及電位高達(dá)2.80V,比03(2.07V)高35%,氧化能力僅次于氟；另外，該基團(tuán)具有高電負(fù)性(親電性)，其電子親和能為569.3kJ,容易進(jìn)攻高電子云密度點(diǎn)。因此，*OH基團(tuán)可以起到對污染物的深度氧化分解，進(jìn)而達(dá)到處理目的。廢水處理結(jié)果見表l。表l:醫(yī)化企業(yè)生產(chǎn)廢水處理結(jié)果<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>CODo去除率62~75%45~520/0硝基苯去除率7891%5563%電流效率24~28%16~23%實(shí)施例2:本發(fā)明的實(shí)施方案和工作原理為當(dāng)處理的廢水為染料企業(yè)生產(chǎn)性有機(jī)廢水時，CODCr6000~10000mg/L，pHl3，槽電壓8V，電流密度10mA/cm2,電解時間60min,顆粒電極膨化態(tài)密度為30kg/m3,廢水由進(jìn)水泵經(jīng)槽底布水流分布器進(jìn)入電解反應(yīng)區(qū)，處理后的廢水經(jīng)固液分離后排出。工作原理是，水電解產(chǎn)生.OH，H20—*0H+'H。形成的.OH基團(tuán)具有強(qiáng)氧化性，氧化電極電位高達(dá)2.80V，比03(2.07V)高35°/。，氧化能力僅次于氟；另外，該基團(tuán)具有高電負(fù)性(親電性)，其電子親和能為569.3kJ，容易進(jìn)攻高電子云密度點(diǎn)。因此，.OH基團(tuán)可以起到對污染物的深度氧化分解，進(jìn)而達(dá)到處理目的。廢水處理結(jié)果見表2。表2:染料廢水處理結(jié)果項(xiàng)目名稱膨化床電解槽流化床電解槽推動力水流2氣流顆粒電極失重率幾乎不失重3~5%顆粒電極流失率不流失6~10%CODo去除率5572%38~51%電流效率22~26%15~21%注本發(fā)明涉及的CODo、硝基苯采用國家環(huán)保總局編著的《水和9廢水監(jiān)測分析方法》中^見定的相應(yīng)方法，pH值采用pH計(jì)測定。表l、表2結(jié)果表明，同樣操作條件下，懸浮床電解裝置有利于水相有機(jī)物的去除，顆粒電極表面活性物質(zhì)脫落明顯減少，電解槽固液分離區(qū)可有效消除顆粒電極膨化引起的對循環(huán)泵影響，污染物去除率明顯高于傳統(tǒng)的流化床三維電解裝置。綜上所述，本發(fā)明所述的膨化床電解裝置及處理工藝有利于水相有機(jī)物的去除，顆粒電極呈膨化懸浮態(tài)，解決了顆粒電極表面活性物質(zhì)因摩擦脫落的問題，延長了顆粒電極使用壽命，水流體外循環(huán)推動膨化，消除了空氣流化二次污染問題，電解槽設(shè)置固液分離區(qū)，解決了膨化的顆粒電極對循環(huán)水泵的影響。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明所述的用于水相有機(jī)物分解的膨化床電解裝置及處理工藝，具有結(jié)構(gòu)合理，電流效率高，運(yùn)行穩(wěn)定，使用壽命長等優(yōu)點(diǎn)，市場應(yīng)用前景廣闊。權(quán)利要求1.一種膨化床電解裝置，包括電解槽，設(shè)置于電解槽內(nèi)的陰極、陽極和顆粒電極，能使電解槽內(nèi)電解液循環(huán)的循環(huán)管路和循環(huán)水泵，以及直流電源，其特征在于所述電解槽包括圓筒狀的電解反應(yīng)區(qū)、固接于電解反應(yīng)區(qū)上部的漏斗狀的固液分離區(qū)、連接于電解反應(yīng)區(qū)下部的倒錐形水流分布區(qū)，所述的固液分離區(qū)設(shè)有出口，水流分布區(qū)底部設(shè)有入口，所述的出口與入口分別與所述的循環(huán)管路兩端連接，所述的電解反應(yīng)區(qū)與水流分布區(qū)由具有篩孔的隔板分隔，所述的顆粒電極布置于所述的隔板上，所述陰極為圓筒狀不銹鋼網(wǎng)、沿所述電解反應(yīng)區(qū)的內(nèi)壁環(huán)繞布置，所述陽極為棒狀Ti/SnO2+Sb2O4復(fù)合電極、設(shè)置在所述電解槽軸心位置；所述顆粒電極為γ-Al2O3/SnO2+Sb2O4球形顆粒催化電極；所述直流電源為直流穩(wěn)流電源，提供槽電壓8～12V、電流密度10mA/cm2電場條件。2.如權(quán)利要求1所述的膨化床電解裝置，其特征在于所述Ti/Sn02+Sb204復(fù)合電極由棒狀Ti電極采用熱分解涂布Sn02和Sb204制得，復(fù)合電極中Sn02含量為l(T6~l(T4mol/cm3,813204含量為l(T7~l(T5mol/cm3。3.如權(quán)利要求1所述的膨化床電解裝置，其特征在于所述Y-Al203/Sn02+Sb204球形顆粒催化電極是以y-A1203為載體，以Sn02+Sb204(兩者比例為5~10:1)為電極活性組分，采用浸漬法制備得到，顆粒直徑34mm，涂層厚度^3pm,膨化態(tài)密度為30kg/m3。4.如權(quán)利要求1所述的膨化床電解裝置，其特征在于制備所述電解槽的材料為聚丙烯。5.如權(quán)利要求1所述的膨化床電解裝置，其特征在于所述電解槽內(nèi)徑與電解反應(yīng)區(qū)高度比為1:3~6。6.利用權(quán)利要求1所述膨化床電解裝置分解水相有機(jī)物的方法，所述方法包括廢水由進(jìn)水泵經(jīng)電解槽底部水流分布區(qū)入口進(jìn)入電解反應(yīng)區(qū)，開啟循環(huán)水泵，于槽電壓812V、電流密度10mA/cm2、水相溫度常溫、pH值3.0~10.0條件下電解4080min，電解結(jié)束后關(guān)閉循環(huán)水泵，處理后的廢水經(jīng)固液分離后排出。7.如權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于所述含有機(jī)物的廢水為醫(yī)化企業(yè)生產(chǎn)性有機(jī)廢水，所述有機(jī)廢水CODo30004700mg/L、硝基苯濃度50~300mg/L,電解條件為槽電壓12V,電流密度10mA/cm2,水相溫度常溫，pH910,電解時間60min，顆粒電極膨化態(tài)密度為30kg/m3。8.如權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于所述含有機(jī)物的廢水為染料企業(yè)生產(chǎn)性有機(jī)廢水，所述有機(jī)廢水CODcr600010000mg/L,電解條件為槽電壓8V，電流密度10mA/cm2,水相溫度常溫，pHl~3,電解時間60min，顆粒電極膨化態(tài)密度為30kg/m3。全文摘要本發(fā)明提供了一種用于水相有機(jī)物分解的膨化床電解裝置及處理工藝。所述一種膨化床電解裝置包括電解槽、設(shè)置于電解槽內(nèi)的陰陽電極和顆粒電極，以及循環(huán)水泵和電源，所述電解槽為圓筒狀，所述陰極為圓筒狀不銹鋼網(wǎng)、沿所述電解槽的內(nèi)壁與電解槽同軸設(shè)置，所述陽極為棒狀Ti/SnO₂+Sb₂O₄復(fù)合電極、設(shè)置在所述電解槽軸心位置，所述顆粒電極為γ-Al₂O₃/SnO₂+Sb₂O₄球形顆粒催化電極、位于所述陰極和陽極之間形成的電解反應(yīng)區(qū)；所述循環(huán)水泵通過設(shè)置在電解槽頂端和底部的出水管和進(jìn)水管與電解反應(yīng)區(qū)組成水循環(huán)系統(tǒng)；本發(fā)明所述的用于水相有機(jī)物分解的膨化床電解裝置及處理工藝具有設(shè)備體積小、穩(wěn)定性好、電流效率高、運(yùn)行費(fèi)用低及易操作等優(yōu)點(diǎn)，市場應(yīng)用前景廣。文檔編號C02F1/461GK101544415SQ20091009689公開日2009年9月30日申請日期2009年3月20日優(yōu)先權(quán)日2009年3月20日發(fā)明者劉臣亮,華仁清,戴啟洲,王家德,陳建孟申請人:浙江工業(yè)大學(xué)