專利名稱：：膨化床電解裝置及其用于水相有機物分解的處理工藝的制作方法
技術領域：
：本發(fā)明涉及一種膨化床電解裝置及用于水相有機物分解的處理工藝。(二)
背景技術：
：工業(yè)有機廢水處理一直是水污染控制領域的一個難題。電分解是除去工業(yè)廢水中有害雜質的一種有效方法，目前在制藥、化工、印染等行業(yè)領域得到廣泛的研究和應用。三維電反應器因在傳統(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，改善了水相傳質效果，提高了電解效率，成為電分解技術的一個發(fā)展方向，更具工程實際價值。流化態(tài)概念的引入，解決了三維電反應器的電極阻塞和短路問題，流化床三維電極反應器值得推廣。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，使得部分污染物未被分解前已吹脫進入空氣環(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器這項技術。(三)
發(fā)明內容本發(fā)明的目的是針對上述存在的問題，提出一種設備體積小、結構合理、穩(wěn)定性好、運行費用低、可連續(xù)有效去除水相有機物的膨化床電解裝置及用于水相有機物分解的處理工藝。本發(fā)明采用的技術方案是一種膨化床電解裝置，包括電解槽，設置于電解槽內的陰極、陽電和4顆粒電極，能使電解槽內電解液循環(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區(qū)、固接于電解反應區(qū)上部的漏斗狀的固液分離區(qū)、連接于電解反應區(qū)下部的倒錐形水流分布區(qū)，所述的固液分離區(qū)設有出口，水流分布區(qū)底部設有入口，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)、沿所述電解反應區(qū)的內壁環(huán)繞布置，所述陽極為棒狀Ti/Sn02+Sb204復合電極、設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，可實現(xiàn)水相有機物有效分解。所述Ti/Sn02+Sb204復合電極由棒狀Ti電極采用熱分解涂布Sn02和Sb204制得，復合電極中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脫落。制備所述電解槽的材料為本領域常規(guī)用于制備電槽的材料,優(yōu)選為聚丙婦。所述電解槽內徑與電解反應區(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物的處理方法，所述方法包括廢水由進水泵經(jīng)電解槽底部水流分布區(qū)進入電解反應區(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，電解結束后關閉循環(huán)水泵，處理后的廢水經(jīng)固液分離后排出。具體的，所述含有機物的廢水為醫(yī)化企業(yè)生產(chǎn)性有機廢水，所述有機廢水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?；蛘撸龊袡C物的廢水為染料企業(yè)生產(chǎn)性有機廢水，所述有機廢水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，無二次污染問題出現(xiàn)；(3)電解槽上部設置固液分離區(qū)，解決了膨化強度控制不當，少數(shù)顆粒電極隨水流流失或進入循環(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構示意圖；l為固液分離區(qū)，2為電解反應區(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。具體實施例方式下面結合具體實施例對本發(fā)明進行進一步描述，但本發(fā)明的保護范圍并不僅限于此本發(fā)明重點是一種膨化床電解裝置，對不同有機廢水具有通用性。實施例以兩類有代表意義的實際有機廢水進行試一驗，一類是醫(yī)藥化工生產(chǎn)廢水，另一類是染料生產(chǎn)有機廢水。所述膨化床電解裝置結構參見圖1、圖2，包括電解槽，設置于電解槽內的陰極、陽電和顆粒電極，能使電解槽內電解液循環(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區(qū)2、固接于電解反應區(qū)上部的漏斗狀的固液分離區(qū)1、連接于電解反應區(qū)2下部的倒錐形水流分布區(qū)3構成，所述的固液分離區(qū)設有出口，水流分布區(qū)底部設有入口，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)、沿所述電解反應區(qū)的內壁環(huán)繞布置，所述陽極為棒狀Ti/Sn02+Sb204復合電極(由棒狀Ti電極采用熱分解涂布Sn02和Sb204制得，復合電極中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)水泵通過設置在電解槽頂端和底部的出水管和進水管與電解反應區(qū)組成水循環(huán)系統(tǒng)，出水管和進水管靠近電解槽的一端均設置有閥門，在電解時開啟以啟動循環(huán)系統(tǒng)，電解結束后關閉閥門，將處理后的廢水經(jīng)固液分離后排出。為便于描述清楚，試驗槽體具體直徑為60mm,實際工程上應以徑高比確定更合適。實施例1:本發(fā)明的實施方案和工作原理為當處理的廢水為醫(yī)化企業(yè)生產(chǎn)性有機廢水時，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,廢水由進水泵經(jīng)槽底布水流分布器進入電解反應區(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基團具有強氧化性，氧化電才及電位高達2.80V,比03(2.07V)高35%,氧化能力僅次于氟；另外，該基團具有高電負性(親電性)，其電子親和能為569.3kJ,容易進攻高電子云密度點。因此，*OH基團可以起到對污染物的深度氧化分解，進而達到處理目的。廢水處理結果見表l。表l:醫(yī)化企業(yè)生產(chǎn)廢水處理結果<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%實施例2:本發(fā)明的實施方案和工作原理為當處理的廢水為染料企業(yè)生產(chǎn)性有機廢水時，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,廢水由進水泵經(jīng)槽底布水流分布器進入電解反應區(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基團具有強氧化性，氧化電極電位高達2.80V，比03(2.07V)高35°/。，氧化能力僅次于氟；另外，該基團具有高電負性(親電性)，其電子親和能為569.3kJ，容易進攻高電子云密度點。因此，.OH基團可以起到對污染物的深度氧化分解，進而達到處理目的。廢水處理結果見表2。表2:染料廢水處理結果項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)?？偩志幹摹端?廢水監(jiān)測分析方法》中^見定的相應方法，pH值采用pH計測定。表l、表2結果表明，同樣操作條件下，懸浮床電解裝置有利于水相有機物的去除，顆粒電極表面活性物質脫落明顯減少，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)有技術相比，本發(fā)明所述的用于水相有機物分解的膨化床電解裝置及處理工藝，具有結構合理，電流效率高，運行穩(wěn)定，使用壽命長等優(yōu)點，市場應用前景廣闊。權利要求1.一種膨化床電解裝置，包括電解槽，設置于電解槽內的陰極、陽極和顆粒電極，能使電解槽內電解液循環(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區(qū)、固接于電解反應區(qū)上部的漏斗狀的固液分離區(qū)、連接于電解反應區(qū)下部的倒錐形水流分布區(qū)，所述的固液分離區(qū)設有出口，水流分布區(qū)底部設有入口，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)、沿所述電解反應區(qū)的內壁環(huán)繞布置，所述陽極為棒狀Ti/SnO2+Sb2O4復合電極、設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復合電極由棒狀Ti電極采用熱分解涂布Sn02和Sb204制得，復合電極中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徑與電解反應區(qū)高度比為1:3~6。6.利用權利要求1所述膨化床電解裝置分解水相有機物的方法，所述方法包括廢水由進水泵經(jīng)電解槽底部水流分布區(qū)入口進入電解反應區(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，電解結束后關閉循環(huán)水泵，處理后的廢水經(jīng)固液分離后排出。7.如權利要求7所述的方法，其特征在于所述含有機物的廢水為醫(yī)化企業(yè)生產(chǎn)性有機廢水，所述有機廢水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.如權利要求7所述的方法，其特征在于所述含有機物的廢水為染料企業(yè)生產(chǎn)性有機廢水，所述有機廢水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、設置于電解槽內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)、沿所述電解槽的內壁與電解槽同軸設置，所述陽極為棒狀Ti/SnO₂+Sb₂O₄復合電極、設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區(qū)；所述循環(huán)水泵通過設置在電解槽頂端和底部的出水管和進水管與電解反應區(qū)組成水循環(huán)系統(tǒng)；本發(fā)明所述的用于水相有機物分解的膨化床電解裝置及處理工藝具有設備體積小、穩(wěn)定性好、電流效率高、運行費用低及易操作等優(yōu)點，市場應用前景廣。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