一種采用三維電極處理苯酚廢水的方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種采用三維電極處理苯酚廢水的方法，包括步驟（1）取濃度為500mg/L、COD為1784mg/L的苯酚廢水樣品250ml放入三維電極反應(yīng)器，通電采用電化學(xué)氧化法處理苯酚廢水；（2）向苯酚廢水中投加質(zhì)量濃度為1g/L～10g/L的電解質(zhì)，曝氣處理使苯酚廢水與電解質(zhì)充分混合，加入純堿調(diào)節(jié)苯酚廢水的PH值為2～6，在電極電壓為5～8V條件下電解120min。本發(fā)明通過(guò)采用規(guī)整型的第三電極，消除了傳統(tǒng)的亂堆型的三維電極中存在的分層現(xiàn)象，減小了短路電流，對(duì)苯酚處理的效果大大優(yōu)于傳統(tǒng)的亂堆型的三維電極，對(duì)于處理苯酚廢水具有深遠(yuǎn)的積極意義。
【專利說(shuō)明】一種采用三維電極處理苯酚廢水的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及廢水處理領(lǐng)域，尤其涉及一種采用三維電極處理苯酚廢水的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中，會(huì)產(chǎn)生很多的工業(yè)廢水，工業(yè)廢水是指工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的廢水、污水和廢液，其中含有隨水流失的工業(yè)生產(chǎn)用料、中間產(chǎn)物和產(chǎn)品以及生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的污染物。隨著工業(yè)的迅速發(fā)展，廢水的種類和數(shù)量迅猛增加，對(duì)水體的污染也日趨廣泛和嚴(yán)重，威脅人類的健康和安全，因此，對(duì)于保護(hù)環(huán)境來(lái)說(shuō)，工業(yè)廢水的處理尤為重要。目前，通常采用物理、化學(xué)、生物方法處理工業(yè)廢水，使廢水凈化，減少污染，以至達(dá)到廢水回收、復(fù)用，充分利用水資源，但這些處理方法難以滿足凈化處理在技術(shù)和經(jīng)濟(jì)上的要求。
[0003]對(duì)于像苯酚廢水這種難以降解的有機(jī)廢水來(lái)說(shuō)，通常是采用電化學(xué)法進(jìn)行處理，雖然電化學(xué)法處理廢水一般不需加入化學(xué)藥品，后處理簡(jiǎn)單，管理方便，但是其電解槽的面體比、物質(zhì)移動(dòng)速度、電流利用率以及處理效果不太理想。
[0004]為增大電解槽的面體比、提高物質(zhì)的移動(dòng)速度，引入了新型的電化學(xué)反應(yīng)器——三維電極，即在傳統(tǒng)的二維電解槽電極間裝填粒狀或其他碎屑狀的電極材料，使電極材料表面能發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)。然而，傳統(tǒng)的三維電極處理苯酚廢水工藝，效果不太理想，傳統(tǒng)的苯酚去除率僅在60~70%左右，限制苯酚去除率的主要原因是采用的是亂堆型的填充方式，即將粒子電極亂堆在陽(yáng)極與陰極之間，粒子電極在水流和氣流的長(zhǎng)期沖刷下，導(dǎo)電粒子和絕緣粒子逐漸分層，從而 導(dǎo)致短路電流增加，傳質(zhì)速率降低，利用率低。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明克服了現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種C0D降解率和苯酚去除率高的苯酚廢水處理方法。
[0006]為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為:一種采用三維電極處理苯酚廢水的方法，其特征是包括以下步驟:
[0007](1)取濃度為500mg/L、COD為1784mg/L的苯酚廢水樣品250ml放入三維電極反應(yīng)器，通電采用電化學(xué)氧化法處理苯酚廢水；
[0008]所述三維電極反應(yīng)器包括陽(yáng)極板、陰極板，在兩極板間夾設(shè)有規(guī)則形狀的第三電極，所述第三電極由導(dǎo)電膠將活性炭與玻璃珠按質(zhì)量比例混合制成規(guī)則形狀；
[0009](2)向苯酚廢水中投加質(zhì)量濃度為lg/L~10g/L的電解質(zhì)，曝氣處理使苯酚廢水與電解質(zhì)充分混合，加入純堿調(diào)節(jié)苯酚廢水的PH值為2~6，在電極電壓為5~8V條件下電解 120min。
[0010]本發(fā)明一個(gè)較佳實(shí)施例中，進(jìn)一步包括所述第三電極的制備方法包括以下步驟:
[0011]a、首先對(duì)活性炭進(jìn)行活化預(yù)處理，待用；
[0012]b、將處理過(guò)的活性炭與玻璃珠以1:1~2:1的質(zhì)量比放入導(dǎo)電膠中混合得導(dǎo)電混合物；[0013]c、將步驟b中的導(dǎo)電混合物放入規(guī)則形狀的模具中，待固化后取出。
[0014]本發(fā)明一個(gè)較佳實(shí)施例中，進(jìn)一步包括對(duì)活性炭活化預(yù)處理包括以下步驟:
[0015]aa、用篩子去掉活性炭中的小粉末；
[0016]bb、用稀鹽酸浸泡取出小粉末后的活性炭2小時(shí)后取出，用自來(lái)水清洗；
[0017]cc、將清洗后的活性炭放入烘干箱中在105°C溫度下烘干。
[0018]本發(fā)明一個(gè)較佳實(shí)施例中，進(jìn)一步包括所述導(dǎo)電膠由環(huán)氧樹脂、石墨粉、三乙醇胺、無(wú)水乙醇按1:3:1:1的質(zhì)量比混合而成。
[0019]本發(fā)明一個(gè)較佳實(shí)施例中，進(jìn)一步包括所述活性炭與玻璃珠呈蜂窩狀混合，所述活性炭與玻璃珠間的孔隙率為25%~50%。 [0020]本發(fā)明一個(gè)較佳實(shí)施例中，進(jìn)一步包括所述陽(yáng)極板為不銹鋼板，陰極板為鋁板。
[0021]本發(fā)明一個(gè)較佳實(shí)施例中，進(jìn)一步包括所述電解質(zhì)為Na2S04。
[0022]本發(fā)明一個(gè)較佳實(shí)施例中，進(jìn)一步包括所述電解質(zhì)的優(yōu)選質(zhì)量濃度為5g/L。
[0023]本發(fā)明一個(gè)較佳實(shí)施例中，進(jìn)一步包括施加的優(yōu)選電解電壓為7V。
[0024]本發(fā)明一個(gè)較佳實(shí)施例中，進(jìn)一步包括所述活性炭與玻璃珠間的優(yōu)選孔隙率為47.83%。
[0025]本發(fā)明解決了【背景技術(shù)】中存在的缺陷，本發(fā)明通過(guò)采用規(guī)整型的第三電極，消除了傳統(tǒng)的亂堆型的三維電極中存在的分層現(xiàn)象，減小了短路電流，對(duì)苯酚處理的效果大大優(yōu)于傳統(tǒng)的亂堆型的三維電極，因此，本發(fā)明提供的采用三維電極處理苯酚廢水的方法大大提高了苯酚去除率，對(duì)于處理苯酚廢水具有深遠(yuǎn)的積極意義。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0026]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說(shuō)明。
[0027]圖1是電解質(zhì)質(zhì)量濃度對(duì)苯酌.去除率和C0D去除率的影響；
[0028]圖2是第三電極質(zhì)量比對(duì)苯酚降解效率的影響；
[0029]圖3是PH值對(duì)苯酚去除率和C0D去除率的影響；
[0030]圖4是電解電壓對(duì)苯酚去除率和C0D去除率的影響；
[0031]圖5是第三電極的孔隙率對(duì)苯酚去除率的影響。
【具體實(shí)施方式】
[0032]現(xiàn)在結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說(shuō)明，這些附圖均為簡(jiǎn)化的示意圖，僅以示意方式說(shuō)明本發(fā)明的基本結(jié)構(gòu)，因此其僅顯示與本發(fā)明有關(guān)的構(gòu)成。
[0033]一種采用三維電極處理苯酚廢水的方法，包括以下步驟:
[0034]1、取濃度為500mg/L、COD為1784mg/L的苯酚廢水樣品250ml放入三維電極反應(yīng)器，通電采用電化學(xué)氧化法處理苯酚廢水；
[0035]2、向苯酹廢水中投加質(zhì)量濃度為lg/L~10g/L的電解質(zhì)，曝氣處理使苯酹廢水與電解質(zhì)充分混合，加入純堿(Na2C03)調(diào)節(jié)苯酚廢水的PH值為2~6，在電極電壓為5~8V條件下電解120min。
[0036]本發(fā)明中的三維電極反應(yīng)器包括陽(yáng)極板、陰極板，在兩極板間夾設(shè)有規(guī)則形狀的第三電極，第三電極由導(dǎo)電膠將活性炭與玻璃珠按質(zhì)量比例混合制成規(guī)則形狀，其通過(guò)以下步驟制成:
[0037]a、首先對(duì)活性炭進(jìn)行活化預(yù)處理，待用；對(duì)活性炭活化預(yù)處理包括以下步驟:
[0038]al、用篩子去掉活性炭中的小粉末；用孔徑為2mm的篩子去掉活性炭中的小粉末，確?；钚蕴恐袩o(wú)雜質(zhì)；
[0039]a2、用稀鹽酸浸泡取出小粉末后的活性炭2小時(shí)后取出，用自來(lái)水清洗；
[0040]a3、將清洗后的活性炭放入烘干箱中在105°C溫度下烘干；
[0041]b、將處理過(guò)的活性炭與玻璃珠以1:1~2:1的質(zhì)量比放入導(dǎo)電膠中混合得導(dǎo)電混合物；導(dǎo)電膠由環(huán)氧樹脂、石墨粉、三乙醇胺、無(wú)水乙醇按1:3:1:1的質(zhì)量比混合而成；
[0042]c、將步驟b中的導(dǎo)電混合物放入規(guī)則形狀的模具中，待固化后取出；將導(dǎo)電混合倒入長(zhǎng)方體形的模具中進(jìn)行冷卻固化。
[0043]為使得活性炭與玻璃珠之間粘結(jié)地比較堅(jiān)固，步驟二中將活性炭與玻璃珠呈蜂窩狀混合，并確保活性炭與玻璃珠間的孔隙率在25%~50%之間。
[0044]進(jìn)一步的，本發(fā)明中陽(yáng)極板采用不銹鋼板，陰極板采用鋁板，因?yàn)椋瑢?duì)于電化學(xué)氧化技術(shù)電極材料非常重要，對(duì)電化學(xué)氧化處理的效果與效率有直接的影響，因不銹鋼板與鋁板在苯酚廢水中耐高溫、耐腐蝕，使用壽命較長(zhǎng)，選用不銹鋼板為陽(yáng)極板、鋁板為陰極板為較佳的選擇；并且，在實(shí)施中，確保第三電極與陽(yáng)極板、陰極板之間的間距分別為
0.5cm~lcm之間，比傳統(tǒng)的二維電解槽內(nèi)陰陽(yáng)極間的間距小很多，因?yàn)槿S電極反應(yīng)器中電極的極距是非常重要的技術(shù)指標(biāo)，極距越小，反應(yīng)器內(nèi)電解電壓越小，相應(yīng)的生產(chǎn)電耗也越低，從而達(dá)到節(jié)能降耗的效果。
[0045]本發(fā)明中電解質(zhì)采用Na2S04，通過(guò)改變投加的電解質(zhì)的質(zhì)量濃度，考察Na2S04質(zhì)量濃度對(duì)苯酚的處理效果，分別投加質(zhì)量濃度為lg/L、2g/L、5g/L、10g/L的Na2S04，實(shí)驗(yàn)的參數(shù)設(shè)定如下:
[0046]苯酚廢水的PH值為4，電解電壓為7V，電解時(shí)間為120min，得如圖1所示處理結(jié)果:
[0047]隨著電解質(zhì)Na2S04投加濃度的增大，苯酚和C0D的去除率先增大后降低，這是因?yàn)楫?dāng)電解質(zhì)Na2S(U^濃度較低時(shí)，溶液的電導(dǎo)率較低，使得反應(yīng)器的反應(yīng)電流較小，反應(yīng)速度較慢，處理效果不高；當(dāng)電解質(zhì)的濃度逐漸增大時(shí)，溶液的導(dǎo)電能力增強(qiáng)，加快了溶液中離子的運(yùn)動(dòng)速度及電化學(xué)反應(yīng)速度，使得苯酚及其他中間產(chǎn)物較快的氧化降解，因此去除率顯著的提高；本實(shí)驗(yàn)中超過(guò)5g/L以后苯酚廢水的去除效果將緩慢下降，這是因?yàn)殡娊赓|(zhì)濃度過(guò)大時(shí)，溶液中反應(yīng)電流增大，大量能耗可能消耗在水的電解等副反應(yīng)上，反應(yīng)液的溫度也會(huì)相應(yīng)升高，另外，過(guò)量的電解質(zhì)還可能對(duì)第三電極表面感應(yīng)電位產(chǎn)生影響，電解質(zhì)濃度增大，離子間的相互作用增強(qiáng)，締合作用增大，而溶液的導(dǎo)電能力卻受到影響。因此，電解質(zhì)投加濃度不宜過(guò)高，本實(shí)驗(yàn)條件下，投加的Na2S04優(yōu)選濃度為5g/L。
[0048]為考察活性炭與玻璃珠不同混合比例制成的第三電極對(duì)苯酚廢水處理的效果，分別采取活性炭與玻璃珠質(zhì)量比1:1.2:1制成規(guī)則形狀的第三電極，實(shí)驗(yàn)的參數(shù)設(shè)定如下:
[0049]苯酚廢水的PH值為4，電解電壓為7V，電解時(shí)間為120min，投加的Na2S04質(zhì)量濃度分別為5g/L，得如圖2所示分析結(jié)果。
[0050]由此可見，質(zhì)量比例為2:1的第三電極對(duì)苯酚降解效率比質(zhì)量比例為1:1的電極要好，這是因?yàn)?，活性炭?duì)水中有機(jī)物有優(yōu)越的吸附特性，由于其具有發(fā)達(dá)的細(xì)孔結(jié)構(gòu)和巨大的比表面積，對(duì)水中溶解的有機(jī)污染物具有較強(qiáng)的吸附能力；在電解反應(yīng)器中，加入活性炭，相當(dāng)于將原來(lái)的二維電場(chǎng)轉(zhuǎn)化為三維電場(chǎng)，反應(yīng)界面增大，從而產(chǎn)生了更多的微氣泡，產(chǎn)生的微氣泡對(duì)溶液進(jìn)行了強(qiáng)制對(duì)流，從而提高了反應(yīng)效率；而玻璃珠的作用是防止活性炭之間發(fā)生短路而降低反應(yīng)效率，因此，玻璃珠的量不能過(guò)大，若加入的量過(guò)大可能會(huì)對(duì)活性炭的性能有影響，從而降低反應(yīng)效率。
[0051]為考察PH值對(duì)苯酚廢水處理的效果，調(diào)節(jié)PH值分別為2、4、5、6，實(shí)驗(yàn)的參數(shù)設(shè)定如下:
[0052]電解電壓為7V，投加的Na2S04質(zhì)量濃度為5g/L，電解時(shí)間為120min得如圖3所示處理結(jié)果:
[0053]隨著pH值的增大，苯酚的去除率先升高后下降，當(dāng)pH=4時(shí)去除率達(dá)到最大值，苯酚去除率為87.57% ;當(dāng)pH>4時(shí)，苯酚去除率逐漸下降，這是因?yàn)樵谒嵝詶l件下，體系中的02在陰極通過(guò)兩電子生成H202:02+2H++2e- — H202，在催化劑表面H202易失去電子形成強(qiáng)氧化性的.0H，它可以高效地氧化降解廢水中的有機(jī)物，但是并不是酸性越強(qiáng)越好；當(dāng)pH〈4時(shí)，極易發(fā)生2礦+26- — H2的析氫反應(yīng)，造成副反應(yīng)更加嚴(yán)重，從而影響有機(jī)物降解；而且當(dāng)pH>4時(shí)，體系中的H+不足以提供H202的生成，進(jìn)而影響.0H的生成，.0H的氧化能力隨pH值的升高而逐漸降低。由此可見，酸性條件有利于苯酚降解，且pH值控制在4左右苯酚降解效果最好。
[0054]本發(fā)明采用的是電化學(xué)氧化法對(duì)苯酚廢水進(jìn)行處理，需考察電壓對(duì)處理效果影響，調(diào)節(jié)陽(yáng)極板、陰極板上的電壓分別為5V、6V、7V、8V，實(shí)驗(yàn)的參數(shù)設(shè)定如下:
[0055]PH值為4，投加的Na2S04質(zhì)量濃度為5g/L，電解時(shí)間為120min得如圖4所示處理
結(jié)果:`
[0056]隨著電解電壓的增大，苯酚的去除率先升高后逐漸下降，當(dāng)電解電壓〈7V時(shí)，隨著電解電壓的增大苯酚去除率明顯增大，在7V時(shí)去除率達(dá)到最大，去除率為85.24%，繼續(xù)增大電解電壓時(shí)苯酚去除率略有下降，這是因?yàn)殡妷菏请娀瘜W(xué)反應(yīng)的推動(dòng)力，也是第三電極復(fù)極化的動(dòng)力，隨著電壓增大，第三電極復(fù)極化程度提高，工作電極的數(shù)量增多，苯酚發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)的動(dòng)力增加，從而提高了反應(yīng)速度，使得處理效果提高；當(dāng)繼續(xù)增大電解電壓時(shí)，電耗隨之增加，溫度明顯升高，大量電能消耗于副反應(yīng)即水的電解加劇，產(chǎn)生大量氣泡阻礙了電極表面產(chǎn)生.0Η和H202等活性物質(zhì)的反應(yīng)進(jìn)行，使得去除苯酚的效能降低。因此，在三維電極反應(yīng)器處理苯酚廢水時(shí)要施加適當(dāng)?shù)碾妷海景l(fā)明施加的優(yōu)選電解電壓為7V。
[0057]為考察第三電極的孔隙率對(duì)苯酚廢水處理的效果，通過(guò)設(shè)定不同的孔隙率對(duì)苯酚廢水進(jìn)行處理分析，如圖5所示。
[0058]可以看出苯酚去除率隨著孔隙率的逐漸增大而提高，這是因?yàn)殡S著孔隙率的增大，規(guī)整型第三電極的體積密度逐漸減小，堆積密度逐漸減小，真密度逐漸增大，這說(shuō)明能夠進(jìn)入規(guī)整型第三電極的水量越來(lái)越多，相同體積內(nèi)可處理的水增大，單位體積處理量增大，從而苯酚降解率提高；另一方面，孔隙率的增加可以進(jìn)一步的改善規(guī)整電極的導(dǎo)電性能和氧化性能，從而對(duì)苯酚廢水的降解率有所提升。當(dāng)規(guī)整電極孔隙率為47.83%時(shí)苯酚去除率達(dá)到了 91.73%。
[0059]綜上所述，本發(fā)明通過(guò)采用規(guī)整型的第三電極，消除了傳統(tǒng)的亂堆型的三維電極中存在的分層現(xiàn)象，減小了短路電流，對(duì)苯酚處理的效果大大優(yōu)于傳統(tǒng)的亂堆型的三維電極，因此，本發(fā)明提供的采用三維電極處理苯酚廢水的方法大大提高了苯酚去除率，對(duì)于處理苯酚廢水具有深遠(yuǎn)的積極意義。
[0060]以上依據(jù)本發(fā)明的理想實(shí)施例為啟示，通過(guò)上述的說(shuō)明內(nèi)容，相關(guān)人員完全可以在不偏離本項(xiàng)發(fā)明技術(shù)思想的范圍內(nèi)，進(jìn)行多樣的變更以及修改。本項(xiàng)發(fā)明的技術(shù)性范圍并不局限于說(shuō)明書上的內(nèi)容，必須要根據(jù)權(quán)利要求范圍來(lái)確定技術(shù)性范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種采用三維電極處理苯酚廢水的方法，其特征是包括以下步驟:(1)取濃度為500mg/L、C0D為1784mg/L的苯酚廢水樣品250ml放入三維電極反應(yīng)器，通電采用電化學(xué)氧化法處理苯酚廢水；所述三維電極反應(yīng)器包括陽(yáng)極板、陰極板，在兩極板間夾設(shè)有規(guī)則形狀的第三電極，所述第三電極由導(dǎo)電膠將活性炭與玻璃珠按質(zhì)量比例混合制成規(guī)則形狀；(2)向苯酚廢水中投加質(zhì)量濃度為lg/L~10g/L的電解質(zhì)，曝氣處理使苯酚廢水與電解質(zhì)充分混合，加入純堿調(diào)節(jié)苯酚廢水的PH值為2~6，在電極電壓為5~8V條件下電解120mino
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種采用三維電極處理苯酚廢水的方法，其特征在于:所述第三電極的制備方法包括以下步驟:a、首先對(duì)活性炭進(jìn)行活化預(yù)處理，待用；b、將處理過(guò)的活性炭與玻璃珠以1:1~2:1的質(zhì)量比放入導(dǎo)電膠中混合得導(dǎo)電混合物；c、將步驟b中的導(dǎo)電混合物放入規(guī)則形狀的模具中，待固化后取出。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種采用三維電極處理苯酚廢水的方法，其特征在于:對(duì)活性炭活化預(yù)處理包括以下步驟:aa、用篩子去掉活性炭中的小粉末；bb、用稀鹽酸浸泡取出小粉末后的活性炭2小時(shí)后取出，用自來(lái)水清洗；cc、將清洗后的活性炭放入烘干箱中在105°C溫度下烘干。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種采用三維電極處理苯酚廢水的方法，其特征在于:所述導(dǎo)電膠由環(huán)氧樹脂、石墨粉、三乙醇胺、無(wú)水乙醇按1:3:1:1的質(zhì)量比混合而成。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種采用三維電極處理苯酚廢水的方法，其特征在于:所述活性炭與玻璃珠呈蜂窩狀混合，所述活性炭與玻璃珠間的孔隙率為25%~50%。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種采用三維電極處理苯酚廢水的方法，其特征在于:所述陽(yáng)極板為不銹鋼板，陰極板為鋁板。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種采用三維電極處理苯酚廢水的方法，其特征在于:所述電解質(zhì)為Na2S04。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種采用三維電極處理苯酚廢水的方法，其特征在于:所述電解質(zhì)的優(yōu)選質(zhì)量濃度為5g/L。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種采用三維電極處理苯酚廢水的方法，其特征在于:施加的優(yōu)選電解電壓為7V。
10.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種采用三維電極處理苯酚廢水的方法，其特征在于:所述活性炭與玻璃珠間的優(yōu)選孔隙率為47.83%。
【文檔編號(hào)】C02F101/34GK103626264SQ201310450484
【公開日】2014年3月12日 申請(qǐng)日期:2013年9月27日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月27日
【發(fā)明者】崔曉曉 申請(qǐng)人:蘇州國(guó)環(huán)環(huán)境檢測(cè)有限公司