一种用于碱性条件下废水处理的微电极

摘要

本发明涉及一种可在碱性工业废水中直接应用的微电极，由二氧化锰、锌粉和陶粒组成，包括粒径为20～120目的二氧化锰组份(A)、粒径为20～160目的锌粉组份(B)和粒径为1～10mm的陶粒组份(C)，其按重量计算的组份比A∶B∶C为0.5～1.5：0.5～1.5：0.2～1.0。本发明的微电极与现有铁碳微电极相比，可直接用于碱性工业废水的微电解处理，无需像铁碳微电极体系将碱性工业废水预先调节至酸性，简化了流程，节约了成本。

权利要求

1.一种用于碱性废水微电解处理的微电极，该微电极包括负载于多孔性载体上的粉状阳极材料和粉状阴极材料；其中，所述的阳极材料为锌粉，所述的阴极材料为二氧化锰，按重量份计，所述的阳极材料、阴极材料和多孔性载体的比例为0.5～1.5：0.5～1.5：0.2～

1.0。

2.如权利要求1所述的微电极，其中，所述多孔性载体的比重小于水。

3.如权利要求2所述的微电极，其中，所述的多孔性载体是陶粒。

4.如权利要求3所述的微电极，其中，所述陶粒的粒径为1-10mm。

5.如权利要求1所述的微电极，其中，所述二氧化锰的粒径为20～120目，所述锌粉的粒径为20～160目。

6.如权利要求1-5之一所述的微电极，其中，按重量份计，所述的阳极材料、阴极材料和多孔性载体的比例为1.0～1.5：1.0～1.5：0.2～1.0。

7.如权利要求6所述的微电极，其中，按重量份计，所述的阳极材料、阴极材料和多孔性载体的比例为1～1.30：1～1.35：0.5～1.0。

8.如权利要求1所述的微电极，其中，在所述的阴极材料中，二氧化锰的重量百分含量为20～95％。

9.如权利要求1所述的微电极，其中，在所述的阳极材料中，锌粉的重量百分含量为

60～99％。

10.如权利要求1所述的微电极，其中，在所述的阳极材料中，锌粉的重量百分含量为

80～95％。

说明书

一种用于碱性条件下废水处理的微电极

技术领域

[0001] 本发明涉及一种用于废水微电解处理的微电极：更具体地讲，本发明涉及一种可直接处理碱性工业废水的微电极。

背景技术

[0002] 近年来，微电解法处理工业废水的研究成为热点，其中微电极的组成和构造是该技术的核心。微电解技术利用微电极直接作用于废水中的各种有害物质，使其降解为无害物质或使其转化为易降解而便于后续处理的物质。

[0003] 然而，现有文献报道的微电极几乎都是以铁、碳为正、负极材料，其只能在酸性条件下发生氧化还原反应。

[0004] 例如，中国专利02205209.7公开了一种动态强化微电解废水处理装置，该装置采用电化学方法对废水进行处理，其主体为一水平放置的转筒，转筒内的隔板和石墨板形成惰性电极相复合，等距离安插在隔板的定位条上，并由铜导线连接后引出装置筒体，在装置筒体外通过碳刷与固定的电极座定时连通，以强化了铁-碳床的微电解过程，缩短处理时间，增大处理能力。

[0005] 再如，中国专利201020199670.8也公开了一种铁碳微电解废水处理装置，其在通过装置筒体内设置密布填料孔的塑料隔板，隔板与隔板之间用玻璃丝布隔开，从而使填料孔形成以玻璃丝布为底面的小格，铁碳填料置于密布的填料孔内，同样的隔板与填料一层层重叠上去，形成一个巨大的蜂巢式铁碳分解床，这样各填料孔将铁碳填料分割成无数小填料体，各小填料体之间不相互接触，从而克服了现有堆积式电解床的“结疤”、“钝化”等固有缺陷。

[0006] 中国专利03206783.6、200920233972.X等也公开了以铁、碳为正、负极的处理方法和装置。

[0007] 但是，在工业废水中诸多是碱性废水，因而在微电解法处理时需预先在废水中加酸，调节其PH值至酸性，经微电解后再用石灰等碱性物质调节回碱性，以便后续处理。这使得处理流程明显变长，成本显著增加。

[0008] 因此，业界迫切需要一种能在碱性条件下发生氧化还原反应的微电极，使得废水处理时无需反复调节废水的PH值，从而缩短处理流程，并降低成本。

发明内容

[0009] 本发明的目的是提供一种能在碱性条件下发生氧化还原反应的微电极，使得碱性废水能直接处理而无需调节其PH值。

[0010] 为实现本发明的目的，本发明人经过大量的研究，设计出一种可直接处理碱性工业废水的微电极，这种微电极经实验证明具有良好的处理效果。

[0011] 根据本发明，用于碱性废水微电解处理的微电极包括负载于多孔性载体上的粉状阳极材料和粉状阴极材料。其中，优选的阳极(负极)材料为锌粉，优选的阴极(阳极)材料为二氧化锰，而且按重量份计，阳极材料、阴极材料和多孔性载体的比例为0.5～1.5：0.5～1.5：0.2～1.0。碱性废水是指pH在8～12的废水。

[0012] 在本发明的微电极中，所采用的多孔性载体优选为比重小于水的载体，以便在处理废水时，其能够产生向上的托举力，防止阳极材料和阴极材料过于沉积在废水处理池等的底部。这种向上的托举力有助于提高微电解处理的效率。载体采用多孔性材料，有助于阳极材料和阴极材料的分布，从而有助于形成众多的原电池，也进而有助于提高微电解处理的效率。

[0013] 在本发明的微电极中，所采用的多孔性载体也可以是比重较大的载体，此种情况下，为产生托举力，可以将负载了阳极材料和阴极材料的载体装载于能产生托举力的装置或材料上，如泡沫材料中：或者将负载了阳极材料和阴极材料的载体分布在位于废水处理池等中的不同高度处的隔板上等。当然，也可以采用其它类似的装置或设计。但这样的设计会增加装置本身的复杂性或处理工艺的复杂性，也会带来成本问题。相比而言，在这一方面，采用比重小于水的多孔性载体有其特定的优势，可降低装置或处理工艺的复杂性。

[0014] 优选地，在本发明的微电极中，所采用的多孔性载体是陶粒。陶粒就是陶质的颗粒，是一种人造轻质粗集料，外壳表面粗糙而坚硬，内部多孔，一般由页岩、黏土岩等经粉碎、筛分、再高温下烧结而成。根据原料的不同，陶粒可分为页岩陶粒、黏土陶粒、粉煤灰陶粒、铝钒土陶粒砂、煤矸石陶粒等：根据强度的不同，陶粒可分为高强度陶粒(强度标号不小于25MPa)和普通陶粒(强度标号小于25MPa)。

[0015] 陶粒自身的堆积密度小于1100kg/m3，一般为300～900kg/m3。陶粒的最大特点是外表坚硬，外壳呈陶质或釉质，而内部有许许多多的微孔。这些微孔赋予陶粒质轻的特性。陶粒按密度分为一般密度陶粒、超轻密度陶粒、特轻密度陶粒三类，其中，一般密度陶粒是指密度大于500kg/m3的陶粒，其强度一般相对较高：超轻密度陶粒一般是指300～500kg/m3的陶粒：而特轻密度陶粒是指小于300kg/m3的陶粒，其保温隔热性能非常优异，但强度较差。

[0016] 陶粒的形状大多呈圆形或椭圆形球体，但也可以呈不规则碎石状，其形状因工艺不同而各异。陶粒的外观颜色因所采用的原料和工艺不同而各异。焙烧陶粒的颜色大多为暗红色、赭红色，也有一些特殊品种为灰黄色、灰黑色、灰白色、青灰色等。

[0017] 陶粒的粒径一般为5～25mm，在习惯上将小于5mm的细颗粒称为陶砂或陶粒砂，在本发明中将其统称为陶粒。

[0018] 陶粒具有许多优良的性能，例如，优良的耐火性能、保温隔热性能、抗震性能、抗冻性能、抗渗性能、耐久性能和低吸水性能等。由于这些优良的性能，陶粒广泛应用于建筑领域等。

[0019] 在本发明中，将陶粒用作本发明微电极的载体取得了出人意料的技术效果，主要是因为除上述优良性能外，陶粒还具有质轻、耐酸、耐碱等特点，而且方便易得、成本低廉，特别是陶粒优良的耐碱能力，使其尤其适合作为处理碱性废水之微电极的载体。

[0020] 本发明所使用的陶粒没有特别限制，市场上一般的商用陶粒均可作为本发明微电极的载体，但一般选择比重低于水的陶粒。

[0021] 在本发明的微电极中，陶粒的粒径优选为1-10mm，优选为2-8mm：粉状阴极材料二氧化锰的粒径优选为20～120目，更优选为60～100目，例如80目：粉状阳极材料锌粉的粒径优选为20～160目，更优选为60～120目，例如80～100目。

[0022] 优选地，在本发明的微电极中，按重量份计，阳极材料(锌粉)、阴极材料(二氧化锰)和多孔性载体的比例为1.0～1.5：1.0～1.5：0.2～1.0，更优选的比例为1～1.30：1～1.35：0.5～1.0。

[0023] 在本发明微电极中所使用的阴极材料中，可以采用任何市售的二氧化锰粉料。在这种粉料中，二氧化锰的重量百分含量一般≥20％。一般来说，当二氧化锰粉料中二氧化锰的含量较低时，其价格较低，但在微电极中的用量就要增加。本发明中，二氧化锰的重量百分含量可以为20～95％，优选为60～95％。但本领域的技术人员可以理解，这种对于原材料的限制并非是严格的。

[0024] 在本发明微电极中所使用的阳极材料中，可以采用任何市售的锌粉或含有锌粉的原料。本发明中，锌粉的重量百分含量一般为60～99％，优选为80～95％。同样，本领域的技术人员可以理解，这种对于原材料的限制并非是严格的。

[0025] 在制备本发明的微电极时，可以采用各种已知的微粒负载方法，将粉状的阳极材料和粉状的阴极材料负载于多孔性的载体上。其中，最简单的方法是将粉状的阳极材料、粉状的阴极材料和多孔性的载体在25℃～100℃条件下于混料机内混合10～60分钟。

[0026] 对于轻污染的废水，例如轻污染的生活废水，经本发明的微电极处理后可得到直接排放的标准，但处理时间比普通生化处理系统明显缩短：对于重污染的废水，可以采用本发明的微电极与生化处理系统进行联合处理，以实现废水的达标排放，因为本发明的微电极可在碱性条件下使难于降解的污染物质发生微电解反应。

[0027] 与现有铁、碳为主要组份的微电极相比，本发明的微电极可在碱性条件下发生氧化还原反应，直接应用于碱性工业废水的微电解处理，工业废水无需预先酸化，简化了流程，降低了成本，对某些废水的处理效果优于铁碳微电极。

[0028] 下面结合具体实施方式来进一步地说明本发明：但是可以理解，这些具体的实施方式只是用于说明本发明，而不是对本发明的限制。本领域的普通技术人员完全可以在本发明的启示下，对本发明的具体实施方式进行改进，或对某些技术特征进行等同替换，但这些经过改进或替换后的技术方案，仍属于本发明的保护范围。

具体实施方式

[0029] 实施例1

[0030] 取粒度为80目的二氧化锰(市售，二氧化锰的含量≥20％)、粒度为80目的锌粉(市售，锌含量≥60％)和粒径为3mm的陶粒(市售)，按照重量份1：1：0.5的比例，在25℃～100℃条件下于混合机内混合10～60分钟，得到本发明的用于处理碱性废水的微电极。

[0031] 实施例2

[0032] 取粒度为20目的二氧化锰、粒度为20目的锌分和粒径为5mm的陶粒，按照重量份1.5：1.5：0.3的比例，按实施例1中的条件制备本发明的用于处理碱性废水的微电极。

[0033] 实施例3

[0034] 取粒度为120目的二氧化锰、粒度为160目的锌分和粒径为10mm的陶粒，按照重量份0.6：0.6：1.0的比例，按实施例1中的条件制备本发明的用于处理碱性废水的微电极。

[0035] 实施例4

[0036] 取粒度为60目的二氧化锰、粒度为100目的锌分和粒径为5mm的陶粒，按照重量份1.0：1.0：1.0的比例，按实施例1中的条件制备本发明的用于处理碱性废水的微电极。

[0037] 实施例5

[0038] 取粒度为80目的二氧化锰、粒度为80目的锌分和粒径为5mm的陶粒，按照重量份1.30：1.35：1.0的比例，按实施例1中的条件制备本发明的用于处理碱性废水的微电极。

[0039] 实施例6

[0040] 取粒度为80目的二氧化锰、粒度为80目的锌分和粒径为5mm的陶粒，按照重量份1.30：1.35：0.5的比例，按实施例1中的条件制备本发明的用于处理碱性废水的微电极。

[0041] 实施例7

[0042] 将实施例1制备的微电极盛装在由滤布制成、且其上均布有50～300目的孔以保证透气透水性的耐蚀网袋中。在设有进出水口的废水蓄水池的内壁上涂敷有耐碱抗蚀涂料层，在池的下部设有支撑袋装微电极的隔栅，在池底上设有曝气管网。此类结构可防止微电极的沉积，从而提高微电解反应的效率和微电极材料的使用寿命，而且利于微电极材料的更换，例如ZL 201110050540.7中所公开的结构。

[0043] 将来自印染厂的碱性废水(PH＝11～12)通入上述装有本发明之碱性微电极的废水蓄水池内。按如下的工艺流程进行处理：

[0044] A：碱性废水→碱性微电解(本发明微电极)→后续处理→出水

[0045] 作为对比，将ZL20091003893.1中所公开的铁碳微电极也盛装在由滤布制成、且其上均布有50～300目的孔以保证透气透水性的耐蚀网袋中。在与上述同样结构的废水蓄水池中，按如下的工艺流程进行处理来自印染厂的碱性废水：

[0046] B：碱性废水→酸化→酸性微电解(铁碳微电极)→后续处理→出水。

[0047] 下面的表1给出了分别经碱性微电极和酸性微电极处理后该印染废水的处理效果对照：

[0048] 表1

[0049]指标 COD 色度
原水(碱性废水) 1802.14 1000
本发明微电极处理后 758.51 60
铁碳微电极处理后 1196.12 100

[0050] 实施例8

[0051] 按照实施例7中同样的方式，对来自某表面活性剂废水(PH＝9)分别经碱性微电极和酸性微电极处理后，该表面活性剂废水的处理效果列于表2种：

[0052] 表2

[0053]