申請日2014.10.23

　　公開(公告)日2015.01.28

　　IPC分類號C02F1/46; C02F9/06

　　摘要

　　本發(fā)明涉及一種采用間歇供電的三維電極電催化反應器廢水處理方法，屬于污水處理技術領域，該方法包括：原廢水經pH調節(jié)池，加鹽酸調節(jié)pH至5.0-5.5后，進入三維電極反應器進行反應，三維電極反應器進行反應的時間HRT為0.5-2.0 h后出水;該三維電極反應器采用脈沖方波電流供電電源，電流密度為2.0-10mA/cm2、脈沖占空比為0.2-0.6、脈沖頻率為0.02-0.1 Hz。本發(fā)明方法操作簡便，能夠提高反應效率，相同的反應時間下，在保證出水水質的前提下，可大大減少了能耗的三維電極反應器運行。

 
　　權利要求書

　　1.一種采用間歇供電的三維電極電催化反應器廢水處理方法，其特征在于，該方法 包括：原廢水經pH調節(jié)池，加鹽酸調節(jié)pH至5.0-5.5后，進入三維電極反應器進行反應，三 維電極反應器進行反應的時間HRT為0.5-2.0h后出水;該三維電極反應器采用脈沖方波電流 供電電源，電流密度為2.0-10mA/cm2、脈沖占空比為0.2-0.6、脈沖頻率為0.02-0.1Hz。

　　2.如權利要求1所述方法，其特征在于，所述三維電極反應器采用負載催化劑活性炭 的三維粒子電極的三維電極催化反應器。

　　3.如權利要求1、2所述方法，其特征在于，所述的脈沖方波電流供電電源按照間歇 供電的形式設置通電和斷電的時間控制電路，通電和斷電的時間在正負3s的調節(jié)范圍內調 節(jié)控制，電源的功率為22.5kW。

　　說明書

　　一種采用間歇供電的三維電極電催化反應器廢水處理方法

　　技術領域

　　本發(fā)明屬于污水處理技術領域，尤其是一種采用間歇供電的三維電極電催化反應器的 工業(yè)廢水處理方法。

　　背景技術

　　經過傳統(tǒng)的物理、生物處理階段，工業(yè)廢水中分子量較小、易被生物降解的組分已經 得到了降解處理，但廢水中含有較多的難以生物降解的長鏈大分子和環(huán)狀分子，導致廢水 可生化性較差，不適合使用生物法進行處理。因此，針對工業(yè)廢水的深度處理，開發(fā)適合 的處理技術勢在必行。

　　電化學氧化法可以利用電能使陽極形成高氧化還原電位狀態(tài)，或者產生高氧化還原電 位的自由基團(如羥基自由基、自由氯)，進而利用這些高氧化還原電位的陽極和自由基 團對有機物進行氧化降解。電化學氧化法氧化能力強、清潔簡單、占地面積小、處理周期 短，是一種處理難降解有機廢水的熱點方法。

　　傳統(tǒng)的電化學氧化法反應只在陽極表面進行，存在面體比小、傳質效果差的缺點，因 而電流效率低，處理能力不強，在實際工程應用中存在明顯缺陷。針對這一缺陷，三維電 極氧化的概念得到提出。三維電極反應器是指在傳統(tǒng)的電化學反應器電極板之間中填充顆 粒狀、碎屑狀電極材料，這些電極材料在陰陽電極電場感應作用下帶電，形成新的電極， 因而將電化學反應進行的區(qū)域從極板表面擴充到這些電極材料表面，大大地增大了反應接 觸面積，縮短了傳質距離，可以大大提高反應器降解污染物的效率。

　　三維電極反應器通常由電源、陰極、陽極、填充電極組成，根據(jù)反應器中間是否被高 阻值材料阻隔分為單極性三維電極反應器和復極性三維電極反應器2類。由于填充高阻值 填充材料的特點，單極性三維電極填充材料表面電勢較高，而通過電流較小，因而常用于 電吸附去除重金屬離子、有害負離子如氟離子等。與單極性三維電極反應器不同，復極性 三維電極反應器中間不用高阻值材料阻隔，直接采用阻值較大的導電材料填充，由于其單 位槽體處理量大，有機污染物降解效果好、傳質速率快等優(yōu)點成為研究熱點。雖然國內外 學者都作了大量研究，三維電極氧化法仍然存在一些不足：

　　(1)通過對比分析文獻中結果可以發(fā)現(xiàn)，在負載催化劑材料之后，活性炭、陶瓷粒 子等填充材料的氧化性能能夠得到大大提升，因此開發(fā)負載催化劑的填充材料具有顯著意 義，而實際研究者對于負載催化劑的填充材料開發(fā)不夠，報道的一些負載催化劑的填充材 料存在明顯的催化活性不高、催化劑易流失的特點。

　　(2)對于整體三維電極反應器而言，文獻中報道的三維電極反應器，存在明顯的去 除效率偏低、能耗偏高的特點，使其開發(fā)的三維電極反應器在實際應用過程中缺乏有效的 競爭力。

　　針對以上不足之處，本申請人進行了大量研究，針對三維粒子電極的不足，研究開發(fā) 出“一種負載催化劑活性炭的三維粒子電極及其制備方法”并申請了中國專利 (CN103663631A)，該方法具有污染物去除率高、催化活性高、催化劑流失量低等特點，且 其制備方法簡單;針對整體三維電極反應器去除率低的問題;同時研究開發(fā)出“一種采 用三維電極法的廢水處理系統(tǒng)”并同時申請了中國專利(CN103663634A)，該系統(tǒng)不僅可 以高效去除廢水中的難降解有機物，同時可避免電極結垢、系統(tǒng)運行穩(wěn)定。經過上述兩項 技術的研究，三維電極廢水處理系統(tǒng)能夠穩(wěn)定有效地處理污染物，但是由于三維電極反應 器采用直流供電方式，在進行廢水處理過程中，還存在整體三維電極反應器能耗偏高的缺 點。

　　發(fā)明內容

　　本發(fā)明的目的是為克服已有技術的不足之處，提供一種采用間歇供電的三維電極電催 化反應器廢水處理方法，該方法操作簡便，能夠提高反應效率，相同的反應時間下，在保 證出水水質的前提下，可大大減少了能耗的三維電極反應器運行。

　　本發(fā)明提出的一種采用間歇供電的三維電極電催化反應器廢水處理方法，其特征在 于，該方法包括：原廢水經pH調節(jié)池，加鹽酸調節(jié)pH至5.0-5.5后，進入三維電極反應器進 行反應，三維電極反應器進行反應的時間HRT為0.5-2.0h后出水;該三維電極反應器采用脈 沖方波電流供電電源，電流密度為2.0-10mA/cm2、脈沖占空比為0.2-0.6、脈沖頻率為0.02-0.1 Hz。

　　所述三維電極反應器采用負載催化劑活性炭的三維粒子電極的三維電極催化反應器。

　　所述的脈沖方波電流供電電源按照間歇供電的形式設置通電和斷電的時間控制電路， 通電和斷電的時間在正負3s的調節(jié)范圍內調節(jié)控制，電源的功率為22.5kW。

　　本發(fā)明的技術特點及有益效果：

　　本發(fā)明為一種針對難降解工業(yè)廢水的深度處理的三維電極催化反應器的運行方法，供 電方式采用低頻方波脈沖電流供電方式，通過“通電-斷電-通電”的循環(huán)間歇供電方式， 在通電時間段使三維電極反應器的陽極板和填充電流粒子表面發(fā)生得失電子效應，產生羥 基自由基，發(fā)生電化學反應，而在斷電時間段使有機物充分擴散遷移至粒子、電極板表面， 因而更為有利于反應的傳質過程，從而可以提高反應效率，相同的反應時間下，在保證出 水水質的前提下，大大減少了能耗。

　　采用本發(fā)明的供電電源按照間歇供電的形式設置通電和斷電的時間控制電路，通電和 斷電的時間在正負3s的調節(jié)范圍，電源的功率為22.5kW。供電電源可在傳統(tǒng)的硅整流、 可控硅和高頻開關電源的基礎上進行改造，不需要增加大量投資，不需要單獨購置高頻脈 沖電源。

　　本發(fā)明在供電方式選擇為脈沖方波電流供電，運行條件為：脈沖占空比為0.2-0.6、脈 沖頻率為0.02-0.1Hz、電流密度為2.0-10mA/cm2，明顯區(qū)別于高頻脈沖電源燈的 100Hz-3000Hz;廢水COD去除率高于50%，kgCOD處理能耗比連續(xù)通電降低50%左右， 能耗低于65kWh/kg COD。

　　本發(fā)明與現(xiàn)有發(fā)明相比，該廢水處理方法在高效處理難降解工業(yè)廢水的同時，kgCOD 能耗低于65kWh，大大降低了能耗，操作簡單，具有能耗和材耗低的特點。