电化学处理方法及电化学反应器

摘要

本发明涉及一种电化学处理方法及电化学反应器，包括一立方体的槽体，槽体内在竖直方向上平行排列有若干块极板，所述的极板为相对的正负极板，极板之间有待处理水体流经的流道；槽体底部设有进水口，顶部设有出水口，槽体外还有一从出水口到进水口的回流管道。本发明在水处理中设置了回流环节，可以使待处理的水体多次回流，从而进行多次电化学反应处理；同时，回流水体可以将处理过程中产生Cl2、O2等有利气体带回流道，节省了集气设备且有利于电化学处理过程。

权利要求

1.电化学处理方法，包括相对的正负极板，在极板通电状态下，待处理水体流过正负极板间的流道，其特征在于：流经流道的水体中，至少有一部分通过回流管道回流至流道起点，再次流过流道。

2.根据权利要求1所述的电化学处理方法，其特征在于：初次流过流道的水量与回流的水量之比为1∶0.5-5。

3.电化学反应器，包括一立方体状的槽体，槽体内在竖直方向上平行排列有若干块极板；槽体底部设有进水口，顶部设有出水口；其特征在于：槽体外另有一从出水口到进水口的回流管道。

说明书

电化学处理方法及电化学反应器

技术领域

[0001] 本发明属于环保污水处理领域，更具体地，涉及电化学处理方法，以及其中所用的电化学反应器。

背景技术

[0002] 电化学处理法是近年来发展起来的一种水处理方法，其基本思路是设置相对的正负极板，使极板间的空间成为流道，令待处理水体流过流道，在此过程中，电极表面可以产· -生一些活性中间产物，如 OH、OCL、H2 O2、O3等，这些中间产物参与氧化污染物，使污染物降解去除。

[0003] (1)产生羟基自由基(·OH)。羟基的氧化电位2.82，高于氯、臭氧、双氧水等其它·强氧化性物质，物理吸附态的“活泼氧”( OH)主要起电化学燃烧作用，使有机物完全氧化，这是一个不可逆转过程。有机物浓度较高时发生的是直接电氧化，而在有机物浓度较低时，·
则发生的是与 OH的反应，如下所示：

[0004] H2O→·OH+H++e

[0005] 有机物+·OH→产物

[0006] 2·OH→H2O+1/2 O2

[0007] 电化学氧化可以发生类芬顿(Fenton)反应，产生·OH氧化有机污染物，有机物的电化学氧化是由以下的步骤组成(以甲苯的电化学氧化为例)：

[0008] O2+2H++2e→H2 O2

[0009] Mox+e→Mred

[0010] Mred+H2 O2→Mox+·OH+OH-

[0011] 甲苯+OH·→苯甲醛，苯甲醇

[0012] OH+Mred→Mox+OH-

[0013] 氧分子在阴极表面还原生成H2O2，H2O2与还原态金属发生F enton反应生成·OH，降解有机物。

[0014] (2)产生次氯酸根(OCL-)。电化学处理含氯有机废水时有机物去除主要是通过间接过程实现的，即氯化物电化学氧化生成次氯酸盐，次氯酸根再氧化降解有机物。在含氯溶-液中，OCL 通过以下反应实现：

[0015] 2CL-→CL2+2e

[0016] CL2+H2O→HO CL+HCL

[0017] HO CL→H++OCL-

[0018] 明电解产生的氯气/次氯酸盐的间接氧化起主要作用。该方法已被有效应用于印染废水、甲醛废水、垃圾渗滤液的处理。

[0019] 有氯离子存在情况下阳极发生以下三个反应：

[0020] HO-→·OH+e

[0021] CL-→·CL+e

[0022] 2CL-→CL2+2e

[0023] 同时发生以下反应：

[0024] CL2+·OH→HO CL+CL-

[0025] CL2+2H2O→HO CL+H3O++CL-

[0026] HO CL+H2O→H3O++OCL-

[0027] 这些具有氧化作用的含氯物质(·CL，CL2，OCL-等)与羟基自由基(·OH)共同氧化降解有机污染物。

[0028] (3)产生臭氧(O3)。还有研究者认为阳极可产生O3，从而氧化降解有机物，电化学方法可以在线产生O3，它比空气放电产生O3要方便得多。O3通过以下反应产生的：

[0029] 3H2O→O3(g)+6e+6H+

[0030] O2+H2O→O3(aq)+2e+2H+

[0031] O3具有很强的氧化能力，可以通过电化学过程在线产生O3，用于水中污染物的氧化降解、杀菌消毒等。

[0032] (4)产生过氧化氢(H2O2)。在前面没已经提到O2在阴极得电子，发生还原反应生成-H2O2。其形成过程可能是吸附在阴极催化剂表面的O2通过捕获电子，形成过氧基离子O2，然后通过一系列反应形成H2O2。

[0033] O2+e→O2-

[0034] O2-+H+→HO2·

[0035] O2-+HO2·→O2+HO2-

[0036] 2HO2·→H2O2+O2

[0037] HO2-+H+→H2 O2

[0038] 通过前述背景技术可知，电化学处理是较复杂的化学反应过程，影响处理效果的因素也必然很多，在实际应用中，水流流速与停留时间就是一对较为困扰的矛盾。

[0039] 电化学反应器其结构都是将多块极板平行排列在槽体中，通过布水管、集水管来控制水流，令需处理的水流自下而上流经两块极板的区域，在此过程中发生前述的各种电化学反应，以达成处理目的。

[0040] 这样的处理方法，其效果并不尽如人意；同时在反应器使用过程中，容易出现极板钝化的问题。申请人经过大量研究发现，造成这一问题的根源在于水流速度不够，从而造成极板有较大的浓差，久而久之令极板钝化。同时，流速过慢还将使得个区域的水流混合不充分，影响处理效果，也容易沉积污泥。而如果一味加大压强，人为提高流速的话，又将使待处理水流在反应器中停留时间不够，达不到处理效果。

发明内容

[0041] 本发明的目的是解决上述因流速过低带来的问题，提供一种更优化的电化学处理方法。

[0042] 本发明的另一目的是提供一种结构更合理的电化学反应器。

[0043] 为实现第一个发明目的，本发明采用的技术方案是这样的：电化学处理方法，包括相对的正负极板，在极板通电状态下，待处理水体流过正负极板间的流道，其特征在于：流经流道的水体中，至少有一部分通过回流管道回流至流道起点，再次流过流道。

[0044] 进一步地，初次流过流道的水量与回流的水量之比为1∶0.5-5。

[0045] 为实现第二个发明目的，所采用的技术方案是这样的：电化学反应器，包括一立方体状的槽体，槽体内在竖直方向上平行排列有若干块极板；槽体底部设有进水口，顶部设有出水口；其特征在于：槽体外另有一从出水口到进水口的回流管道。

[0046] 本发明在水处理过程中设置了回流环节，等于是在处理量不变的情况下，增加了流道的流量；实际上使待处理的水体多次流经流道，亦即进行了多次处理。这样既可以提高流速，又延长了水体在流道内的停留时间。另一方面，在电化学处理过程中，本身会产生Cl2、O2等气体，这些气体对电化学反应是有利的；现有技术中这些气体需要另行收集处理，而本发明中这些气体又随回流的水体带入流道中，节省了集气设备且有利于电化学处理过程。

附图说明

[0047] 图1是本发明电化学反应器的结构示意图。

具体实施方式

[0048] 以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。

[0049] 实施例1

[0050] 参见附图，本实施例包括一立方体的槽体1，槽体1内在竖直方向上平行排列有若干块极板2，所述的极板2为相对的正负极板，极板2之间有待处理水体流经的流道；槽体1底部设有进水口3，顶部设有出水口4，槽体外还有一从出水口4到进水口3的回流管道5，回流管道5上设有一阀门6，回流比可以通过阀门6进行控制。

[0051] 所述回流比为初次流过流道的水量与回流的水量之比。

[0052] 实施例2

[0053] 通过本发明对某工厂染料废水进行处理，将同样的原水，分四次处理。第一次为现有技术，不采用回流装置；第二、三、四次用不同回流比。四次处理在电压100V、电流5A的条件下，反应时间都为10分钟。

[0054] 原水及处理后的水质数据见下表。

[0055]原水 回流比(1∶0 回流比(1∶ 回流比(1∶ 回流比(1∶
) 0.5) 1) 2)
COD(mg/l) 6200 3500 3200 2950 2900
色度 500 90 80 75 75
絮凝时间(min 30 20 15 18

[0056] 结论：增加回流装置后，COD去除率及色度都有约20％的提高，絮凝时间也有减少。

[0057] 实施例3

[0058] 通过本发明对某工厂重金属废水进行处理1，同样的原水，分四次处理。第一次为现有技术，不采用回流装置；第二、三、四次用不同回流比回流。四次处理在电压100V、电流5A的条件下，反应时间都为10分钟。

[0059] 原水及处理后的水质数据见下表。

[0060]原水 回流比(1∶0 回流比(1∶ 回流比(1∶ 回流比(1∶
) 0.5) 1) 2)
COD(mg/l) 200 50 35 32 35
Cu离子(mg/l) 120 0.28 0.15 0.1 0.1
六价铬(mg/l) 55 0.1 0.02 0.01 0.01
镍离子(mg/l) 35 0.1 0.05 0.02 0.05

[0061] 结论：增加回流装置后，COD去除率及重金属离子去除率有大幅提高。