014] 所使用的電解池包括一種固體聚合物電解質(zhì)電解池，該電解池包括一個陽極、一 個陰極以及分離該陽極與該陰極的一種固體聚合物膜電解質(zhì)。該陽極包括一個陽極催化劑 層，并且該陽極催化劑層包含一種陽極催化劑。以一種類似的方式，該陰極包括一個陰極催 化劑層并且該陰極催化劑層包含一種陰極催化劑。在電解池中的陰極是不含液體電解質(zhì) 的。即，該陰極既不包含液體陰極電解質(zhì)，也不包含液體支持電解質(zhì)。
[0015] 本發(fā)明方法包括至少提供一個第一固體聚合物電解質(zhì)電解池堆和一個第二固體 聚合物電解質(zhì)電解池堆、將包含一種污染物的一個廢水流以一個流速和流動壓供應(yīng)給該第 一電解池堆和第二電解池堆中每一個的陽極、穿過該第一電解池堆和第二電解池堆中的每 一個電池提供小于約3伏特的壓力（其中陽極相對于陰極是正性的）、以一個運行溫度和 小于約20mA/cm 2并且具體地小于約10mA/cm2的電流密度運行這些電解池堆中的每一個電 池。這引起污染物降解并且氫氣在陰極生成。所生成的氫氣從陰極排出。廢水流可以在無 支持電解質(zhì)的情況下供應(yīng)給陽極，并且電解池可以在廣泛范圍的廢水溫度下運行。在此具 體地說，在兩個堆中的每一個的堆部件是不同的或者兩個堆的運行條件是不同的。換言之， 在該第一固體聚合物電解質(zhì)電解池堆中的堆部件和該第一固體聚合物電解質(zhì)電解池堆的 運行條件中的至少一個是不同于該第二固體聚合物電解質(zhì)電解池堆的堆部件和該第二固 體聚合物電解質(zhì)電解池堆的運行條件的。
[0016] 在其中該第一固體聚合物電解質(zhì)電解池堆和第二固體聚合物電解質(zhì)電解池堆之 間的一個堆部件不同的實施例中，該不同的電池部件可以是選自下組，該組由以下各項組 成：一個陽極流體遞送層、該陽極催化劑、該陽極催化劑層、一個陽極流場板、一個陽極過濾 層、該固體聚合物電解質(zhì)膜、以及該堆中的多個電池。
[0017] 在其中不同堆部件是陽極催化劑層的實施例中，它可以是第一固體聚合物電解質(zhì) 電解池堆的陽極催化劑層中的催化劑負(fù)載量和催化劑活性面積中的至少一個，它與第二固 體聚合物電解質(zhì)電解池堆的陽極催化劑層中的催化劑負(fù)載量和催化劑活性面積中的至少 一個的差異超過約5%。在某些實施例中，可能的是第一固體聚合物電解質(zhì)電解池堆的陽極 催化劑層中的催化劑負(fù)載量或催化劑活性面積與第二固體聚合物電解質(zhì)電解池堆的陽極 催化劑層中的催化劑負(fù)載量和催化劑活性面積的差異超過約10 %。
[0018] 在其中該第一固體聚合物電解質(zhì)電解池堆和第二固體聚合物電解質(zhì)電解池堆之 間一個運行條件不同的實施例中，該不同運行條件可以是選自下組，該組由以下各項組成： 廢水的流速、廢水的流動壓、電壓、運行溫度、以及電流密度。第一固體聚合物電解質(zhì)電解池 堆的不同運行條件與第二固體聚合物電解質(zhì)電解池堆的運行條件的差異可以超過約5%， 并且在某些實施例中運行條件的差異可以超過約10%。
[0019] 在本發(fā)明的方法和系統(tǒng)中，該第一固體聚合物電解質(zhì)電解池堆和該第二固體聚合 物電解質(zhì)電解池堆可以各自包括一個單一電解池?；蛘?，該第一固體聚合物電解質(zhì)電解池 堆和該第二固體聚合物電解質(zhì)電解池堆中之一或二者可以包括多于一個電解池。另外，可 以使用另外的固體聚合物電解質(zhì)電解池堆。
[0020] 在本發(fā)明的一種構(gòu)型中，該第一固體聚合物電解質(zhì)電解池堆連接到該第二固體聚 合物電解質(zhì)電解池上游并且與其串流連接，并且第一固體聚合物電解質(zhì)電解池堆的陽極出 口連接到第二固體聚合物電解質(zhì)電解池堆第二電池堆的陽極入口。在某些此類實施例中， 該第一固體聚合物電解質(zhì)電解池堆和該第二固體聚合物電解質(zhì)電解池堆可以共用共同端 板。
[0021] 在本發(fā)明的另一個構(gòu)型中，該第一固體聚合物電解質(zhì)電解池堆和該第二固體聚合 物電解質(zhì)電解池堆與該第二固體聚合物電解質(zhì)電解池并流連接并且在第一固體聚合物電 解質(zhì)電解池堆和第二固體聚合物電解質(zhì)電解池堆的陽極入口之間分開所供應(yīng)的廢水。
[0022] 在本發(fā)明的方法和系統(tǒng)中，一個或多個處理單元可以結(jié)合在廢水流中。該或這些 處理單元可以是一個過濾器、一個脫氣單元、以及一個pH控制器。此類處理單元可以結(jié)合 在整個系統(tǒng)的不同位置處，包括該第一固體聚合物電解質(zhì)電解池堆或第二固體聚合物電解 質(zhì)電解池堆的上游或下游。
[0023] 該方法適用于從廢水中去除多種污染物，例如一種有機物或多種有機物的混合 物、無機物如氨或硫化氫或者有機物和無機物的混合物。如實例中所證明的，該方法適用 于去除一種有機污染物如酸性藍(lán)染料、苯酚、對乙酰氨基酚、甲酸、布洛芬、或者來自牛皮紙 漿和造紙廢水的有機污染物的混合物。使用該方法氧化的污染物包括溶解的有機物、生物 需氧量（BOD)、化學(xué)需氧量（COD)、總有機碳（TOC)、在生物處理過程之后保留的難降解有機 物、氨、溶解的氣體（V0C輕質(zhì)烴和H 2S硫化氫）、微生物、病原體、以及金屬離子。
[0024] 在污染物的一個廢水混合物中，用于優(yōu)化分解和/或氧化的能量需要和電池運行 條件對于所有成分并不相等。而且，不同催化劑能夠加速特定成分的氧化和/或分解。因 此，通過串并聯(lián)地組合以較低和較高的電壓、電流密度、溫度、壓力、以及流速的組合來運行 的各堆可以優(yōu)化廢水污染物的分解和氧化，以便降低處理成本。
[0025] 另外或者可替代地，每個電池堆可以包括不同的部件設(shè)計和材料，如陽極流體遞 送層、陽極過濾層、催化劑組合物和負(fù)載量、流場板類型和設(shè)計、聚合物電解質(zhì)膜、電極活性 面積、以及電池計數(shù)。而且，每個電解池堆可以被優(yōu)化用于可能處于廢水流中的不同類型的 污染物。例如，如以下實例中所示的，某些陽極催化劑具有用于氧化不同污染物的較高親和 力。因此，在具有若干種不同污染物的廢水流中，本領(lǐng)域技術(shù)人員將能夠確定用于特定類型 的污染物的最好的陽極催化劑（或者膜電極組件設(shè)計），并且在單獨的分段電解池組或電 解池堆中使用它們以改進從廢水流中的污染物去除。
[0026] 該系統(tǒng)的實施例可以包括成堆的多個電解池，它們處于串聯(lián)和/或并流的安排。 例如，廢水可以是分流的并且供應(yīng)給多個電池堆并且這些流在此之后在電池或堆出口處合 并。電解池堆中的每一個可以是不同的，例如在不同運行條件下運行和/或包括不同部件。 這特別適用于包含可感知濃度的可氧化成分如氨、硫化氫、金屬以及無機物或者在低電解 電位下分解、用熱量分解以及用不同催化劑分解的成分的廢水。通過針對可能處于廢水流 中的特定類型的污染物優(yōu)化每個堆的設(shè)計，可以實現(xiàn)改進的污染物去除、能量效率、運行成 本以及電池壽命。如以下實例所示的，電池（和膜電極組件）設(shè)計和運行條件對于不同污 染物的去除具有很大的作用。
[0027] 污染物特定分解和氧化催化劑可以被理想地結(jié)合到陽極流場板、陽極過濾層、陽 極流體擴散層或陽極催化劑層中。這些實現(xiàn)較低電壓、較高流速以及較低能耗下的污染物 的分解和/或氧化。污染物特定分解催化劑可以被理想地結(jié)合到催化劑層中，以提供更快 的污染物去除速率。這可以實現(xiàn)更高的流速和減小能耗所需要的更低電池活性面積。陽極 催化劑層可以可替代地僅包含加速特定污染物的分解（例如MnO 2分解H2O2)但是不會與廢 水中的其他污染物反應(yīng)的催化劑顆粒。在氧化剩余有機物和無機物之前以這種方式快速去 除所得的產(chǎn)物可能是有利的。例如，如果這些產(chǎn)物是氣體和/或固體，在中間步驟中廢水可 以被有利地脫氣或過濾，以防止它們干擾下游過程。
[0028] 從混合的廢水中去除污染物所需要的總能量可以通過將該系統(tǒng)配置成首先以較 低能量去除容易分解或氧化的污染物來降低。廢水可以穿過一系列堆，每個堆具有一個催 化劑層，該催化劑層靶向一種或多種污染物以便以低能量分解和/或氧化它們。對于具有 快速氧化和分解的污染物的廢水，可以增加流速并且減少總電池面積或電池數(shù)目，以降低 成本和系統(tǒng)覆蓋區(qū)（system footprint)。
[0029] 對于氧化和/或分解成氣體的污染物，一個或多個脫氣單元或方法可以用于該系 統(tǒng)，以去除所得的產(chǎn)物氣體。溶解的氣體（例如，C0 2、O2)由于下游裝備和過程中的腐蝕和 /或不希望的反應(yīng)而可能需要被去除。例如，在具有低濃度的礦物質(zhì)的水中，二氧化碳形成 腐蝕性的碳酸。脫氣方法包括加熱（例如，除氧加熱器）、降低壓力（例如，真空脫氧器）、 膜加工（例如，膜接觸器）、空氣清洗、用惰性氣體取代（例如，用氬氣鼓泡）、劇烈攪拌、與 催化樹脂接觸、以及冷凍-解凍循環(huán)對于溶解的氧氣，還可以添加化學(xué)氧氣清除劑（例如， 亞硫酸銨）。對于溶解的二氧化碳，另外的去除方法包括與石灰?guī)r和/或氧化鎂接觸（以形 成碳酸鹽和碳酸氫鹽）、與碳酸鈉溶液進行化學(xué)反應(yīng)以形成碳酸氫鈉、以及通過將pH控制 在7. 5與8. 5之間來進行碳酸中和。
[0030] 以下是可以在一個系統(tǒng)中逐堆單獨地或者組合地調(diào)節(jié)以提供較低能耗的運行條 件：
[0031] ?對于易于分