用于实验室废水处理的电化学-微电解耦合装置及技术的制作方法

本发明属于化工废水处理技术领域，具体涉及一种用于实验室废水处理的电化学-微电解耦合装置及技术。

背景技术：

实验室废水是指在教学、科研、化验、测试等过程中产生的综合废水，具体来源为实验室药品、试剂、试液、残留试剂、容器洗涤、仪器清洗等过程产生的综合废水。

实验室废水主要具有以下特点：(1)废水成分复杂，含有铅、汞、镉、六价铬、铜、锑、二价铁、铝、锰等重金属以及酸、碱、非金属离子等无机污染物，各类有机污染物及致病病原体等微生物污染物，具有腐蚀、有毒、有害等特性。据统计，化学类、药学类实验室涉及到的试剂种类可达到6000～10000种；(2)废水排放无规律性，尤其是科研实验室，排放的种类和数量都不具备规律性，不具备重现性，且可生化性差；(3)废水新增排放种类明显，随着科研活动的推进，往往会产生新的污水排放物；(4)废水排放量增大，随着国家对科研投入的力度加大，科研活动增多，废水排放水量逐年增大；

鉴于以上特点，实验室废水危害主要有以下几点：(1)腐蚀排放管网，如酸类废水腐蚀铁质下水道，有机溶剂类废水腐蚀pvc管道；(2)废水中含有毒剧毒物质，重金属、难降解物质，对城市污水处理厂运行造成冲击；(3)废水中的污染物质在降解过程中可能造成二次污染。

电化学氧化法是指通过阳极表面上放电产生的羟基自由基ho·的氧化作用，ho·亲电进攻吸附在阳极上的有机物而发生氧化反应，从而去除污染物。

电化学氧化原理是：有机物的某些官能团具有电化学活性，通过电场的强制作用，官能团结构发生变化，从而改变了有机物的化学性质，使其毒性减弱以至消失，增强了生物可降解性。电化学氧化法主要分为直接氧化法和间接氧化法两种。直接氧化法是通过阳极氧化使污染物直接转化为无害物质；间接氧化法则是通过阳极反应之外的中间反应，使污染物氧化，最终转化为无害物质。

但是，电化学氧化废水处理过程的存在以下问题：(1)可溶性的电极氧化法电极的消耗过大，电流效率偏低，反应器效率不高；(2)用电化学法彻底分解水中有机物能耗较高，设备成本也较高，这是电化学法单独使用时需要克服的问题。

微电解即在不通电的情况下，利用填充在废水中的微电解材料自身产生1.2v电位差对废水进行电解处理，同时形成的具有絮凝作用的铁离子。其原理是利用铁-碳颗粒之间存在着电位差而形成了无数个细微原电池。是基于电化学、氧化-还原、物理吸附以及絮凝沉淀的共同作用对废水进行处理。具有适用范围广、处理效果好、使用寿命长、成本低、操作维护方便等优势。但传统微电解存在填料易板结、易钝化等问题。

目前一般的城市污水处理厂不具备处理化学实验室特殊排放物的处理条件；高校或科研实验室，在处理实验室废水时，通常采用的是中和沉淀、过滤的方法，处理效果并不理想。处理后的废水中仍含有高浓度剧毒物质、难降解物质等，达不到排放标准。因而寻求一种能有效处理实验室废水的方法尤为重要。鉴于此，特提出本发明。

技术实现要素：

为了解决现有技术存在的上述问题，本发明提供了一种用于实验室废水处理的电化学-微电解耦合装置及技术。本发明所述电化学-微电解耦合技术，利用新型微电解技术协同三维电极电化学处理技术处理实验室废水，增强了cod的降解能力，对重金属的去除能力增强，有效解决传统微电解存在填料易板结、易钝化等问题，增强了废水的氧化性能，加快了有机物的分解进程，降低了能耗。

本发明所采用的技术方案为：

一种用于实验室废水处理的电化学-微电解耦合装置，包括进水口、出水口以及位于进水口和出水口之间的电解槽，所述电解槽内设置两个电极、电化学反应器和微电解填料。

所述电极为三维电极。

所述阳极为钛基金属氧化物，所述阴极为不锈钢，所述电化学反应器为三维固定床。

所述钛基金属氧化物为ti/sb-sno2。

所述微电解填料为铁碳微电解填料。

所述铁碳微电解填料由如下重量份的组分制备得到：

铁精粉50-80重量份、石墨颗粒10-15重量份、煤粉12-15重量份、膨润土8-10重量份、硫酸钠8-12重量份、高岭土5-9重量份、铜粉2-5重量份。

所述铁碳微电解填料由如下重量份的组分制备得到：

铁精粉65重量份、石墨颗粒13重量份、煤粉14重量份、膨润土9重量份、硫酸钠10重量份、高岭土7重量份、铜粉3.5重量份。

所述铁精粉的粒径为20-50nm，所述石墨颗粒的粒径为60-80nm，所述煤粉的粒径为100-120nm，所述膨润土和高岭土的粒径为80-100nm，所述铜粉的粒径为80-100nm。

所述铁碳微电解填料采用如下方法制备得到：

(1)分别取铁精粉、石墨颗粒、煤粉、膨润土、硫酸钠、高岭土和铜粉，充分混合均匀，得到混合物料；

(2)向步骤(1)所述混合物料中喷入占混合物料质量11-15％的水，搅拌混匀后，经挤压成型，得到粒径为30-50mm的球形填料；

(3)将步骤(2)所述球形填料置于100-120℃水蒸汽中养护15-25min后，烘干至水分小于5％，得烘干球粒；

(4)将步骤(3)所述烘干球粒置于1100-1250℃条件下保温2-4h，自然冷却后，即得所述铁碳微电解填料。

基于所述装置用于实验室废水处理的电化学-微电解耦合技术。

本发明的有益效果为：

本发明所述的用于实验室废水处理的电化学-微电解耦合装置，包括电化学反应系统和微电解反应系统，通过利用新型微电解技术协同三维电极电化学处理技术处理实验室废水，增强了cod的降解能力，对重金属的去除能力增强，有效解决传统微电解存在填料易板结、易钝化等问题，增强了废水的氧化性能，加快了有机物的分解进程，降低了能耗。

附图说明

图1是本发明一个实施例提供的用于实验室废水处理的电化学-微电解耦合装置的立体图；

图2是图1中结构的剖视图。

图中：1-进水口，2-出水口，3-电极，4-电化学反应器，5-微电解填料，6电源。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明的技术方案进行详细的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施方式，都属于本发明所保护的范围。

实施例1

如图1和图2所示，本实施例提供了一种用于实验室废水处理的电化学-微电解耦合装置，包括进水口1、出水口2以及位于进水口1和出水口2之间的电解槽，所述电解槽内设置两个电极3、电化学反应器4和微电解填料5。

本实施例所述电极3为三维电极，所述阳极为钛基金属氧化物ti/sb-sno2，所述阴极为不锈钢，所述电化学反应器4为三维固定床。

所述铁碳微电解填料5采用如下方法制备得到：

(1)分别取50重量份铁精粉(粒径为20-30nm)、15重量份石墨颗粒(粒径为60-70nm)、12重量份煤粉(粒径为100-110nm)、10重量份膨润土(粒径为80-90nm)、8重量份硫酸钠、9重量份高岭土(粒径为80-90nm)和2重量份铜粉(粒径为80-90nm)，充分混合均匀，得到混合物料；

(2)向步骤(1)所述混合物料中喷入占混合物料质量11％的水，搅拌混匀后，经挤压成型，得到粒径为30mm的球形填料；

(3)将步骤(2)所述球形填料置于100℃水蒸汽中养护25min后，烘干至水分小于5％，得烘干球粒；

(4)将步骤(3)所述烘干球粒置于1100℃条件下保温4h，自然冷却后，即得所述铁碳微电解填料。

实施例2

本实施例提供了一种用于实验室废水处理的电化学-微电解耦合装置，包括进水口1、出水口2以及位于进水口1和出水口2之间的电解槽，所述电解槽内设置两个电极3、电化学反应器4和微电解填料5。

本实施例所述电极3为三维电极，所述阳极为钛基金属氧化物ti/sb-sno2，所述阴极为不锈钢，所述电化学反应器4为三维固定床。

所述铁碳微电解填料5采用如下方法制备得到：

(1)分别取80重量份铁精粉(粒径为40-50nm)、10重量份石墨颗粒(粒径为70-80nm)、15重量份煤粉(粒径为110-120nm)、8重量份膨润土(粒径为90-100nm)、12重量份硫酸钠、5重量份高岭土(粒径为90-100nm)和5重量份铜粉(粒径为90-100nm)，充分混合均匀，得到混合物料；

(2)向步骤(1)所述混合物料中喷入占混合物料质量15％的水，搅拌混匀后，经挤压成型，得到粒径为50mm的球形填料；

(3)将步骤(2)所述球形填料置于120℃水蒸汽中养护15min后，烘干至水分小于4％，得烘干球粒；

(4)将步骤(3)所述烘干球粒置于1250℃条件下保温2h，自然冷却后，即得所述铁碳微电解填料。

实施例3

本实施例提供了一种用于实验室废水处理的电化学-微电解耦合装置，包括进水口1、出水口2以及位于进水口1和出水口2之间的电解槽，所述电解槽内设置两个电极3、电化学反应器4和微电解填料5。

本实施例所述电极3为三维电极，所述阳极为钛基金属氧化物ti/sb-sno2，所述阴极为不锈钢，所述电化学反应器4为三维固定床。

所述铁碳微电解填料5采用如下方法制备得到：

(1)分别取65重量份铁精粉(粒径为30-40nm)、13重量份石墨颗粒(粒径为65-75nm)、14重量份煤粉(粒径为105-115nm)、9重量份膨润土(粒径为85-95nm)、10重量份硫酸钠、7重量份高岭土(粒径为85-95nm)和3.5重量份铜粉(粒径为85-95nm)，充分混合均匀，得到混合物料；

(2)向步骤(1)所述混合物料中喷入占混合物料质量13％的水，搅拌混匀后，经挤压成型，得到粒径为40mm的球形填料；

(3)将步骤(2)所述球形填料置于110℃水蒸汽中养护20min后，烘干至水分小于3％，得烘干球粒；

(4)将步骤(3)所述烘干球粒置于1175℃条件下保温3h，自然冷却后，即得所述铁碳微电解填料。

对比例

与实施例3的区别仅在于，所述微电解填料采用市售的铁碳微电解填料。

实验例

利用本发明所述电化学-微电解耦合装置处理实验室废水，该水的水质呈浅黄色，ph为4.5，codcr约为750mg/l，重金属cr含量为550mg/kg，废水在耦合装置中停留时间为120min，所施电压为8v，检测处理前后水质的cod、重金属cr含量以及ph值变化。

表1-处理前后水质的cod、重金属含量

从表1可以看出，经本发明所述电化学-微电解耦合技术处理后，cod含量显著下降，重金属去除率90％以上，且处理后ph显著升高为8.5-10.2，同时形成大量沉淀；对比例方法处理后，cod、重金属去除率均不是很理想，处理后ph值为7.2，相比于本发明方法，对比例方法的处理效果并不好，从而说明相比于现有技术中提供的铁碳微电解填料，本发明方法制得的铁碳微电解填料具有更好的性能。

本发明不局限于上述最佳实施方式，任何人在本发明的启示下都可得出其他各种形式的产品，但不论在其形状或结构上作任何变化，凡是具有与本申请相同或相近似的技术方案，均落在本发明的保护范围之内。