一种电解设备及其应用

1.本发明属于化工生产领域，具体涉及一种电解设备及其应用。


背景技术：

2.次氯酸钠具有较好的消毒和杀菌效果，且相较于液氯更易储存、运输和使用，具有更好的安全性，因此在净水和污水处理厂、印染行业、纸浆漂白领域均有广泛的应用。新型冠状病毒肺炎疫情爆发以来，次氯酸钠作为一种杀菌剂和消毒剂也被广泛应用到居民的生活中。
3.当前，次氯酸钠的制备方法主要包括4种：漂白粉与碳酸钠的复分解反应法、盐溶液电解法、纯碱溶液氯化反应法、烧碱氯化法。其中漂白粉与碳酸钠的复分解反应法产生的次氯酸钠溶液中易含有大量碳酸钙沉淀，且制备过程需使用大量的纯碱，不适宜工业化生产。纯碱溶液氯化反应法和烧碱氯化法均适合大规模生产，但制备过程均需使用氯气，存在较大安全隐患和二次污染风险，且成本易受碱价格变化而波动。盐溶液电解法是通过电解氯化钠水溶液产生的氯气与烧碱在内部混合，重新反应形成次氯酸钠。盐溶液电解法是一种将氯化钠转化为次氯酸钠的方法，无需添加其它化学试剂，但目前该方法制备的次氯酸钠有效氯质量分数仅5％，氯转化效率低。因此，基于上述分析，研发一种利用氯化钠制备高有效氯含量次氯酸钠的设备及相应制备方法是解决上述问题的关键。
4.另外，印染、电镀、制药及食品加工等行业易产生大量含盐有机废水，若未经处理直接排放到周边环境会对土壤及地表地下水体造成严重污染。高浓度含盐有机废水由于其既含有高浓度有机污染物又含有大量无机盐，其净化难度较大。例如，对于仅含有有机污染物的废水，通常可通过絮凝耦合厌氧
‑
好氧生化实现有机废液的净化。但对于高浓度含盐有机废水，通过絮凝无法有效降低其盐分，高含量的盐又会抑制后段工序中微生物的生长，从而影响对废液的处置效果。
5.目前对于高的浓度含盐有机废液，采纳物理化学与生物法组合工艺。采用膜工艺耦合电渗析技术实现盐份的去除。再将脱盐后的有机废液通过生化(微生物)技术处置。
6.总体而言，组合工艺可以一定程度上实现对有机含盐废液的处置，但现有组合工艺也存在净化效果较差、处置环节较多、处置周期长、潜在二次污染风险高等问题。因此，若能研发一套处置高浓度含盐有机废液的设备，实现对高浓度含盐有机废液高效处置是解决上述问题的关键。
7.再有，全国各级学校尤其是大学每年在进行化学实验实践过程中会持续性产生大量的含硫酸废液。同时硫化金属矿山在矿物开采、富集、冶炼过程中也会产生大量的含硫酸废水。对于传统的电镀行业，电镀过程中会产生含有大量硫酸盐物质的废水。这些含有硫酸或硫酸盐的废水若未经适当处理被直接排放到水体中会严重影响水体生态环境并造成水体污染。过多的硫酸根流入水体，会使得水底厌氧菌代谢变得更加活跃，从而抑制好氧菌活性。同时，河道中流入的硫酸根还会加速水体中甲基汞的生成，还会在厌氧菌作用下转化为h2s，从而对水体中微生物、藻类植物、鱼类等各种生物的生长和生存造成严重危害，使得水
体逐渐失去生态调节功能。
8.目前，处理含硫酸废液的方法主要包括酸碱中合法、化学沉淀法和微生物还原法。其中，酸碱中合法和化学沉淀法没有涉及到硫酸根价态变化。微生物还原法可通过硫酸盐还原菌在厌氧条件下实现将硫酸根转化为单质硫，但该方法存在作用周期长和硫转化效率低的问题。因此，研发一种直接利用硫酸废液制备单质硫的设备及相应制备方法是解决上述问题的关键。
9.现有电解设备结构较为简单，通常由直流电源、电极和电解槽三个部分组成。电极分为阳极和阴极，阳极和阴极通过导线与直流电源连接。通常将废液置于阳极和阴极之间，接通电源后通过电迁移和电渗流作用实现污染物向电极方向迁移，污染物通过在电极表面得失电子得到转化或去除。然而，当前电解设备电解过程会产生大量的水解气体(例如氧气和氢气)，需配置复杂的安全设备对气体进行安全排放。并且当前电解设备处置污染物废液效率低，功能较为单一。例如，利用现有电解设备电解饱和氯化钠溶液只能实现将氯离子迁移至阳极然后转化为氯气，再通过将氯气导入烧碱中制备。这种方法氯气利用率低，电解过程产生的氯气与烧碱无法充分混合反应，制备的次氯酸钠有效态氯含量低，且电解过程产生的氧气没有得到充分利用，需要外源加烧碱提供次氯酸钠中的氧。再例如，利用现有电解设备处置含盐有机废液，可以通过电迁移作用实现无机盐份的有效转移和浓缩，但无法有效同时去除废液中的有机污染物。并且电解过程盐分中的氯离子在阳极氧化产生的氯气需要额外处置。再例如，在利用现有电解设备处置含含硫酸废液时，可实现硫酸根在阳极富集，但无法实现将硫酸根还原转化为单质硫。因此，基于上述问题分析，若能研发一种新型电解设备，能实现不同目标功能且实现对电解过程产生的气体进行循环利用对解决上述行业问题具有重要意义。


技术实现要素：

10.发明目的：为了解决现有技术存在的问题，本发明的第一目的是提供一种电解设备。本发明的第二目的是提供该设备在利用氯化钠制备高有效氯含量次氯酸钠中的应用。本发明的第三目的是提供该设备在净化有机废液中的应用。本发明的第四目的是提供该设备在利用硫酸废液制备单质硫中的应用。
11.技术方案：本发明所述一种电解设备，该电解设备包含电解槽、直流电源和低温等离子体放电电源；所述电解槽包括第一电极区、高压电区和第二电极区；所述第一电极区设有氢气排气口、第一电极和溶液进口；所述高压电区从上至下依次设有高压线、高压电极套和接地电极，所述高压电极套内部从上至下依次设有高压冒、高压电极和曝气头；所述第二电极区设有连接接气管的出气口和第二电极；所述出气口通过接气管与高压电极套内部相连通，所述高压线与低温等离子放电电源的高压接口连接，所述接地电极通过接地线与低温等离子体电源的接地端口连接。
12.进一步地，所述第一电极区为阴极区，所述第二电极区为阳极区，所述第一电极为阴极电极，所述第二电极为阳极电极，所述阴极电极带有阴极导线，所述阳极电极带有阳极导线，所述阴极导线与直流电源的阴极接口连接，所述阳极导线与直流电源的阳极接口连接。
13.进一步地，所述的阴极电极与高压电极套之间设有阳离子交换膜，所述阳极电极
与高压电极套之间设有阴离子交换膜，所述阴极区设有阴极液出口，所述接地电极与阳极电极之间设有溶液出口，所述阳极区设有阳极液出口。
14.进一步地，所述第一电极区为阳极区，所述第二电极区为阴极区，所述第一电极为阳极电极，所述第二电极为阴极电机，所述阳极电极带有阳极导线，所述阴极电极带有阴极导线，所述阳极导线与直流电源的阳极接口连接，所述阴极导线与直流电源的阴极接口连接，所述阳极电极与接地电极之间设有阳极搅拌器，所述接地电极与阴极电极之间设有阴极搅拌器，所述接地电极与阴极搅拌器之间设有浆液出口。
15.进一步地，所述高压电极套(15)厚度为0.5～2.5cm,所述高压电极套(15)选材为陶瓷或石英玻璃，所述高压电极套(15)的内圈面与高压电极(3)的外圈面垂直距离为5～15mm；所述曝气头(5)曝气孔径0.1～200μm，所述曝气头(5)孔隙度35％～75％。
16.本发明所述电解设备在利用氯化钠制备高有效氯含量次氯酸钠中的应用。
17.进一步地，使用电解设备利用氯化钠制备高有效氯含量次氯酸钠的方法包括以下步骤：
18.(a1)配置氯化钠水溶液；
19.(a2)将氯化钠水溶液载入电解槽中，接通直流电源，并打开低温等离子体放电电源对氯化钠水溶液进行处置；
20.(a3)关闭直流电源和低温等离子体放电电源，电解槽中得到次氯酸钠溶液。
21.进一步地，步骤(a1)中，所述氯化钠质量浓度为5％～25％；步骤(a2)中，所述直流电源的电压为10～100v，直流电源的电流为100～1000a。所述低温等离子体放电电压为5～75kv，功率为10～100kw，所述处置的时间为0.5～1.5h。
22.本发明所述电解设备在净化有机废液中的应用。
23.进一步地，电解设备净化有机废液的方法包含以下步骤：
24.(b1)将有机废液通过溶液进口载入电解槽内；
25.(b2)接通直流电源和低温等离子体放电电源对有机废液进行处置；
26.(b3)处置结束后断开直流电源和低温等离子体放电电源，将净化后溶液从溶液出口排出，将阴极液从阴极液出口排出，将阳极液从阳极液出口排出。
27.进一步地，步骤中，所述的有机废液为高浓度有机废液或含盐有机废液，步骤中，所述的直流电源的电压为20～200v，电流为100～1100a，所述的低温等离子体放电电源电压为5～75kv，功率为10～100kw，所述处置时间为0.2～2h。
28.本发明所述电解设备在利用硫酸废液制备单质硫中的应用。
29.进一步地，使用该电解设备利用硫酸废液制备单质硫的方法包括以下步骤：
30.(c1)将硫酸废液通过样品进口导入电解槽中；
31.(c2)接通直流电源和低温等离子体电源对硫酸废液进行处置；
32.(c3)启动阳极搅拌器和阴极搅拌器对处置过的硫酸废液进行搅拌，关闭阳极搅拌器和阴极搅拌器，电解槽中得到含硫浆液；
33.(c4)将含硫浆液从浆液出口排出；
34.(c5)将含硫浆液离心，将固体部分真空烘干，得到单质硫。
35.进一步地，步骤(c1)中，所述硫酸废液中硫酸浓度为0.5～17.5m；步骤(c2)中，所述直流电源的电压为10～100v，电流为100～1000a，所述低温等离子体放电电压为5～
75kv，功率为10～100kw，所述处置时间为0.5～1.5h，步骤(c3)中，所述搅拌时间为5～15min，搅拌速率为60～720rpm，步骤(c5)中，所述离心速率为3000～12000rpm，离心时间为5～15min，所述烘干温度为50～90℃
36.利用氯化钠制备高有效氯含量次氯酸钠的反应机理：接通直流电源后，电解槽中的氯离子在电迁移作用下向阳极电极方向迁移，在接触到阳极电极后失去电子生成氯气。同时，阳极电极和阴极电极表面发生水解，分别产生氧气和氢气。阴极电极产生的氢气通过氢气排气孔排放到空气中，阳极电极产生的部分氯气溶于水中水解生成次氯根，部分氯气和氧气经出气口和接起管进入高压电极套中。接通低温等离子体电源后，低温等离子体放电过程中在高压电极和高压电极套间产生高能量密度的放电通道，氧气和氯气在放电通道中发生电离和解离生成氯自由基、氧自由基、氯氧自由基、臭氧等活性粒子。这些活性粒子经过曝气头重新进入电解槽里的水溶液中，继而与电解槽中的氯离子反应生成次氯酸根，电解槽里水溶液中的次氯酸根与钠离子结合生成次氯酸钠。
37.净化有机废液的反应机理：对于高浓度有机废液，当直流电源接通后，阳极电极表面的水分子失去电子发生水解生成氧气和氢离子，阴极电极表面的水分子得到电子发生水解生成氢气和氢氧根离子。氧气通过出气孔和接气管通至高压电极套中。氢气通过氢气排气孔排出。当低温等离子体放电电源接通后，在高压电极和高压电极套之间产生放电通道，氧气在放电通道中发生电离和解离生成氧自由基和臭氧。氧自由基和臭氧通过曝气头进入电解槽里的高浓度有机废液中，继而促使废液中的有机物发生矿化转化为二氧化碳和水。
38.对于高浓度含盐有机废液，当直流电源接通后，电解槽废液中的氯离子在电迁移作用下通过阴离子交换膜进入到阳极液中并在接触到阳极后失去电子转化为氯气，阳极电极表面的水分子失去电子发生水解生成氧气和氢氧根离子。氯气和氧气通过出气孔和接气管通至高压电极套中。氢气通过氢气排气孔排出。当低温等离子体放电电源接通后，在高压电极和高压电极套之间产生放电通道，氧气和氯气在放电通道中发生电离和解离生成氧自由基、氯自由基、氯氧自由基、臭氧等氧化活性粒子。氧化活性粒子通过曝气头进入电解槽里的高浓度有机废液中，继而促使废液中的有机物发生矿化转化为二氧化碳和水，促使废液中的氨氮氧化为硝酸根。在电迁移作用下废液中的硝酸根、磷酸根、转化的氯离子及其他阴离子通过阴离子交换膜从而进入到阳极液中，废液中的阳离子通过阳离子交换膜从而进入到阴极液中。
39.利用硫酸废液制备单质硫的反应机理：接通直流电源后，电解槽中的氢离子向阴极方向迁移，氢离子在阴极表面得到电子转化为氢气。同时阳极表面的水失去电子转化为氧气和氢离子。阳极表面产生的氧气通过氧气排气孔排放到空气中。阴极表面产生的氢气经出气口和接起管进入高压电极套中。接通低温等离子体电源后，低温等离子体放电过程中在高压电极和高压电极套间产生高能量密度的放电通道，氢气在放电通道中发生电离和解离生成氢自由基。氢自由基经过曝气头进入电解槽里的水溶液中与硫酸根反应生成单质硫和氢氧根离子，氢氧根离子随即和电解槽里的氢离子生成水。启动搅拌器后，单质硫在水的冲击下悬浮在水中。打开浆液出口阀，携有单质硫的水溶液从浆液出口排出。将含硫浆液离心，得到单质硫和水溶液。将离心获得的单质硫烘干得到最终制备的单质硫。
40.有益效果：与现有技术相比，本发明具有以下显著优势：本发明通过将电解槽与直流电源和低温等离子体放电耦合使用，设备结构简单，操作方便，仅需将待测溶液加入电解
槽中作用一定时间既可获得目标产物。将本发明所述的设备应用在利用氯化钠制备高有效氯含量次氯酸钠中，可实现氯化钠向次氯酸钠的高效转变，生成的次氯酸钠溶液中有效氯含量均符合《次氯酸钠》a
‑
i类指标，将本发明所述的设备应用在净化有机废液中，最高可实现去除有机废液中99.8％cod，99.9％氯、99.8％氨氮和99.5％总磷。将本发明所述的设备应用在利用硫酸废液制备单质硫中，硫酸废液中硫酸根的最高转化率可达98％以上。
附图说明
41.图1是利用氯化钠制备高有效氯含量次氯酸钠所用设备电解槽的剖面图。
42.图2是净化有机废液所用的电解槽的剖面图。
43.图3是利用硫酸废液制备单质硫所用的电解槽的剖面图。
具体实施方式
44.下面结合附图对本发明技术方案作进一步的说明。
45.一、电解设备在利用氯化钠制备高有效氯含量次氯酸钠中的应用
46.实施例1氯化钠质量浓度对有效氯含量影响
47.如图1所示，该设备包含电解槽10、直流电源和低温等离子体放电电源；所述电解槽10包括第一电极极区、高压电区和第二电极区；所述第一电极区为阴极区，所述第二电极区为阳极区；所述阴极区上端设有氢气排气口16和溶液进口11、阴极区内部设有带阴极导线6的阴极电极1；所述高压电区从上至下依次设有高压线9、高压电极套15和接地电极4，所述高压电极套15内部从上至下依次设有高压冒8、高压电极3和曝气头5；所述阳极区上端设有连接接气管14的出气口13，所述阳极区内部设有连接阳极导线7的阳极电极2，所阳极导线7与直流电源的阳极接口连接，所述出气口13通过接气管14与高压电极套15内部相连通，所述高压线9与低温等离子放电电源高压接口连接，所述接地电极4通过接地线与低温等离子体电源接地端口连接，所述阴极导线6与直流电源的阴极接口连接。溶液样品通过溶液进口11载入电解槽10后，阳极电极2电解产生的气体通过出气口13、接气管14、高压电极套15、曝气头5通入到电解槽10中；阴极电极1电解产生的氢气通过氢气排气孔16排出。
48.分别制备氯化钠质量浓度为5％、10％、15％、20％、25％的氯化钠水溶液。打开溶液进口阀12，将氯化钠水溶液通过溶液进口11载入电解槽10，接通直流电源和低温等离子体放电电源对氯化钠水溶液进行处置，阴极电极1电解产生的氢气通过氢气排气孔16排放到空气中，阳极电极2电解产生的部分氯气溶于水中水解生成次氯根，部分氯气和氧气经出气口13和接气管14进入高压电极套15，再通过曝气头5重新进入电解槽10的溶液中。处置0.5h后断开直流电源和低温等离子体放电电源，在电解槽10中得到次氯酸钠溶液共五组，其中直流电源的电压为10v，电流为100a，低温等离子体放电电源电压为5kv，功率为10kw。
49.有效氯含量检测：次氯酸钠溶液中有效氯含量按照国家标准《次氯酸钠》(gb/t 19106
‑
2013)进行检测。
50.本实施例试验结果见表1。
51.表1氯化钠质量浓度对有效氯含量影响
52.氯化钠质量浓度有效氯含量相对误差5％25.36％
±
0.1％
10％29.24％
±
0.1％15％32.58％
±
0.1％20％27.93％
±
0.1％25％23.28％
±
0.1％
53.由表1可看出，当氯化钠质量浓度为5％～25％范围时，本发明制备的次氯酸钠溶液中有效氯含量均大于22％，均符合《次氯酸钠》a
‑
i类指标，即有效氯大于等于13％。
54.实施例2直流电源电流对有效氯含量影响
55.实验设备及方法同实施例1，其中氯化钠水溶液浓度为15％，接通直流电源和低温等离子体放电电源对氯化钠水溶液进行处置1h，直流电源的电压为55v，电流分别为100a、300a、500a、700a、900a、1000a，低温等离子体放电电源电压为40kv，功率为55kw，得到的次氯酸钠溶液共六组。
56.有效氯含量检测同实施例1，本实施例试验结果见表2。
57.表2直流电源电流对有效氯含量影响
58.直流电源电流有效氯含量相对误差100a34.17％
±
0.1％300a41.06％
±
0.1％500a42.58％
±
0.1％700a44.25％
±
0.1％900a47.13％
±
0.1％1000a39.04％
±
0.1％
59.由表2可看出，当直流电源电流为100～1000a范围时，本发明制备的次氯酸钠溶液中有效氯含量均大于34％，均符合《次氯酸钠》a
‑
i类指标，即有效氯大于等于13％。
60.实施例3低温等离子体放电电源功率对有效氯含量影响
61.实验设备及方法同实施例1，其中氯化钠水溶液浓度为15％，接通直流电源和低温等离子体放电电源对氯化钠水溶液进行处置1.5h，直流电源的电压为100v，电流为550a，低温等离子体放电电源电压为75kv，功率为10kw、30kw、50kw、70kw、90kw、100kw，得到的次氯酸钠溶液共六组。
62.有效氯含量检测同实施例1，本实施例试验结果见表3。
63.表3低温等离子体放电电源功率对有效氯含量影响
64.65.由表3可看出，当低温等离子体放电电源功率为10～100kw范围时，本发明制备的次氯酸钠溶液中有效氯含量均大于41％，均符合《次氯酸钠》a
‑
i类指标，即有效氯大于等于13％。
66.不同处置工艺实现次氯酸钠有效氯含量对比
67.实施例4
68.采用本发明工艺，实验设备及方法同实施例1，其中氯化钠水溶液浓度为15％，接通直流电源和低温等离子体放电电源对氯化钠水溶液进行处置1.5h，直流电源的电压为100v，电流为550a，低温等离子体放电电源电压为75kv，功率为100kw，得到的次氯酸钠溶液。
69.对比例1
70.实验设备及方法同实施例1，其中氯化钠水溶液浓度为15％，仅接通直流电源对氯化钠水溶液进行处置1.5h，直流电源的电压为100v，电流为550a，得到的次氯酸钠对比溶液1。
71.对比例2
72.实验设备及方法同实施例1，其中氯化钠水溶液浓度为15％，仅接通低温等离子体放电电源对氯化钠水溶液进行处置1.5h，低温等离子体放电电源电压为75kv，功率为100kw，得到次氯酸钠对比溶液2。
73.对比例3
74.实验设备及方法同实施例1，其中氯化钠水溶液浓度为15％，先仅接通直流电源对氯化钠水溶液进行处置1.5h，直流电源的电压为100v，电流为550a，再关闭直流电源并接通低温等离子体放电电源对氯化钠水溶液进行处置1.5h，低温等离子体放电电源电压为75kv，功率为100kw，得到的次氯酸钠对比溶液3。
75.有效氯含量检测同实施例1，实施例4及对比例1
‑
3试验结果见表4。
76.表4不同处置工艺实现次氯酸钠有效氯含量对比
77.工艺类型有效氯含量相对误差本实施例450.28％
±
0.1％对比例12.37％
±
0.1％对比例20.82％
±
0.1％对比例34.13％
±
0.1％
78.由表4可知，将直流电动和低温等离子放电进行耦合，可以方便快捷的将氯化钠转化为次氯酸钠，有效氯含量为50.28％，有效氯含量均符合《次氯酸钠》a
‑
i类指标，效果明显优于直流电动对比例1与低温等离子放电对比例2单独使用或两者串联即对比例艺3的情况，由此可见，将直流电动和低温等离子放电进行耦合起到协同增效的作用。
79.二、电解设备在净化有机废液中的应用
80.印染废液取自绍兴上虞某经编印染企业的废液收集池，主要含有1789mg/lcod的罗丹明b和1542mg/lcod的孔雀绿。
81.垃圾渗滤液取自连云港市海州区青城山生活垃圾卫生填埋场。垃圾渗滤液中cod的质量浓度为2431mg/l，氨氮的浓度为824mg/l，总磷的浓度为546mg/l、氯含量为902mg/l。
82.实施例5直流电源和低温等离子体放电接通时间对印染废液及垃圾渗滤液净化效
果影响
83.如图2所示，如图1所示，该设备包含电解槽10、直流电源和低温等离子体放电电源；所述电解槽10包括第一电极极区、高压电区和第二电极区；所述第一电极区为阴极区，所述第二电极区为阳极区；所述阴极区上端设有氢气排气口16和溶液进口11，阴极区内部并排设有带阴极导线6的阴极电极1和阳离子交换膜18，阴极区下端侧面设有阴极液出口21；所述高压电区从上至下依次设有高压线9、高压电极套15和接地电极4，所述接地电极4旁边设有溶液出口19，所述高压电极套15内部从上至下依次设有高压冒8、高压电极3和曝气头5；所述阳极区上端设有连接接气管14的出气口13，所述阳极区下端侧面设有阳极液出口23，所述阳极区内部并排设有阴离子交换膜17和连接阳极导线7的阳极电极2；所述阳极导线7与直流电源的阳极接口连接，所述出气口13通过接气管14与高压电极套15内部相连通，所述高压线9与低温等离子放电电源高压接口连接，所述接地电极4通过接地线与低温等离子体放电电源接地端口连接，所述阴极导线6与直流电源的阴极接口连接。溶液样品通过溶液进口11载入电解槽10后，阳极电极2电解产生的气体通过出气口13、接气管14、高压电极套15、曝气头5通到电解槽中10；阴极电极1电解产生的氢气通过氢气排气孔16排出；阴离子交换膜17只允许阴离子穿过；阳离子交换膜18只允许阳离子穿过；净化后溶液通过溶液出口19排出；阴极液通过阴极液出口21排出；阳极液通过阳极液出口23排出。
84.净化印染废液：打开净化设备的溶液进口阀12，将印染废液通过样品进口11载入电解槽10中，关闭溶液进口阀12。接通直流电源和低温等离子体放电电源，0.2h、0.6h、1h、1.4h、1.8h、2h后断开直流电源和低温等离子体放电电源，在电解槽10中得到净化后溶液共六组，其中直流电源的电压为20v，电流为100a，低温等离子体放电电源电压为5kv，功率为10kw。打开溶液出口阀20，将净化后溶液通过溶液出口19排出，打开阴极液出口阀22后可将阴极液通过阴极液出口21排出，打开阳极液出口阀24后可将阳极液通过阳极液出口23排出。
85.净化垃圾渗滤液：打开净化设备的溶液进口阀12，将垃圾渗滤液通过样品进口11载入电解槽10中，关闭溶液进口阀12。接通直流电源和低温等离子体放电电源，0.2h、0.6h、1h、1.4h、1.8h、2h后断开直流电源和低温等离子体放电电源，在电解槽10中得到净化后溶液，其中直流电源的电压为20v，电流为100a，低温等离子体放电电源电压为5kv，功率为10kw。打开溶液出口阀20，将净化后溶液通过溶液出口19排出，打开阴极液出口阀22后可将阴极液通过阴极液出口21排出，打开阳极液出口阀24后可将阳极液通过阳极液出口23排出。
86.cod浓度检测：印染废液及垃圾渗滤液中化学需氧量cod的浓度按照国家标准《水质化学需氧量的测定重铬酸盐法》(gb 11914
‑
1989)进行测定；
87.cod去除率的计算：cod去除率按照公式(1)计算，其中r
cod
为cod去除率，c
o
和c
t
分别为印染废液或垃圾渗滤液在净化前和净化后的cod浓度(mg/l)。
[0088][0089]
氨氮浓度检测：垃圾渗滤液中氨氮的浓度按照《水质氨氮的测定水杨酸分光光度法》(hj536
‑
2009)进行测定；
[0090]
氨氮去除率计算：氨氮去除率按照公式(2)计算，其中r
n
为氨氮去除率，c
n0
为净化
前的垃圾渗滤液中氨氮初始浓度(mg/l)，c
nt
为净化后的垃圾渗滤液中氨氮剩余浓度(mg/l)。
[0091][0092]
总磷浓度检测：垃圾渗滤液总磷浓度按照标准《水质磷酸盐和总磷的测定连续流动
‑
钼酸铵分光光度法》(hj 670
‑
2013)进行测定。
[0093]
总磷去除率计算：总磷去除率按照公式(3)计算，其中r
tp
为总磷去除率，c
tf0
和c
tpt
分别为垃圾渗滤液净化前和净化后的总磷浓度(mg/l)。
[0094][0095]
氯离子浓度检测：垃圾渗滤液中氯离子含量通过离子剂进行测量。
[0096]
氯离子去除率计算：氯离子去除率按照公式(4)计算，其中r
cl
为氯离子去除率，c
cl0
和c
clt
分别为垃圾渗滤液净化前和净化后的氯离子浓度(mg/l)。
[0097][0098]
本实施例印染废液中cod，垃圾渗滤液中cod、氨氮、总磷和氯离子去除率的试验结果见表5。
[0099]
表5直流电源和低温等离子体放电电源接通时间对印染废液及垃圾渗滤液净化效果影响
[0100][0101]
由表5可看出，当直流电源和低温等离子体放电电源接通时间为0.2～2h，利用本发明的设备和方法可以有效净化印染废液和垃圾渗滤液，印染废液cod去除率高于96％，垃圾渗滤液cod去除率高于97％、氨氮去除率高于95％、总磷去除率高于96％、氯离子去除率高于98％。
[0102]
实施例6直流电源的电压对印染废液及垃圾渗滤液净化效果影响
[0103]
净化印染废液：实验设备及过程同实施例5，其中接通直流电源和低温等离子体放电电源对废液处置2h，直流电源的电压分别为20v、60v、100v、140v、180v、200v，电流为600a，低温等离子体放电电源电压为40kv，功率为55kw。
[0104]
净化垃圾渗滤液：实验设备及过程同实施例5，其中接通直流电源和低温等离子体放电电源对废液处置2h，直流电源的电压分别为20v、60v、100v、140v、180v、200v，电流为600a，低温等离子体放电电源电压为40kv，功率为55kw。
[0105]
cod浓度检测、cod去除率的计算、氨氮浓度检测、氨氮去除率计算、总磷浓度检测、总磷去除率计算、氯离子浓度检测及氯离子去除率计算均同实施例5。
[0106]
本实施例印染废液中cod，垃圾渗滤液中cod、氨氮、总磷和氯离子去除率的试验结果见表6。
[0107]
表6直流电源的电压对印染废液及垃圾渗滤液净化效果影响
[0108][0109]
由表6可看出，当直流电源的电压为20～200v，利用本发明的设备和方法可以有效净化印染废液和垃圾渗滤液，印染废液cod去除率高于98％，垃圾渗滤液cod去除率高于98％、氨氮去除率高于99％、总磷去除率高于98％、氯离子去除率高于99％。
[0110]
实施例7低温等离子体电源放电功率对印染废液及垃圾渗滤液净化效果影响
[0111]
净化印染废液：实验设备及过程同实施例5，其中接通直流电源和低温等离子体放电电源对废液处置2h，直流电源的电压为200v，电流为1100a，低温等离子体放电电源电压为75kv，低温等离子体放电电源功率分别为10kw、30kw、50kw、70kw、90kw、100kw。
[0112]
净化垃圾渗滤液：实验设备及过程同实施例5，其中接通直流电源和低温等离子体放电电源对废液处置2h，直流电源的电压为200v，电流为1100a，低温等离子体放电电源电压为75kv，低温等离子体放电电源功率分别为10kw、30kw、50kw、70kw、90kw、100kw。
[0113]
cod浓度检测、cod去除率的计算、氨氮浓度检测、氨氮去除率计算、总磷浓度检测、总磷去除率计算、氯离子浓度检测及氯离子去除率计算均同实施例5。
[0114]
本实施例印染废液中cod、垃圾渗滤液中cod、氨氮、总磷和氯离子去除率的试验结果见表7。
[0115]
表7低温等离子体电源放电功率对印染废液及垃圾渗滤液净化效果影响
[0116]
[0117][0118]
由表7可看出，当低温等离子体电源放电功率为10～100kw，利用本发明的设备和方法可以有效净化印染废液和垃圾渗滤液，印染废液cod去除率高于99％，垃圾渗滤液cod去除率高于99％、氨氮去除率高于99％、总磷去除率高于99％、氯离子去除率高于99％。
[0119]
不同对比工艺实现印染废液及垃圾渗滤液净化效果对比
[0120]
实施例8
[0121]
净化印染废液：实验设备及过程同实施例5，其中接通直流电源和低温等离子体放电电源对废液处置2h，直流电源的电压为200v，电流为1100a，低温等离子体放电电源电压为75kv，低温等离子体放电电源功率分为100kw。
[0122]
净化垃圾渗滤液：实验设备及过程同实施例5，其中接通直流电源和低温等离子体放电电源对废液处置2h，直流电源的电压为200v，电流为1100a，低温等离子体放电电源电压为75kv，低温等离子体放电电源功率分为100kw。
[0123]
对比例4
[0124]
净化印染废液：实验设备及过程同实施例5，其中仅接通直流电源对印染废液处置2h，直流电源的电压为200v，电流为1100a。
[0125]
净化垃圾渗滤液：实验设备及过程同实施例5，其中仅接通直流电源对垃圾渗滤液处置2h，直流电源的电压为200v，电流为1100a。
[0126]
对比例5
[0127]
净化印染废液：实验设备及过程同实施例5，其中仅接通低温等离子体放电电源对印染废液处置2h，低温等离子体放电电源电压为75kv，低温等离子体放电电源功率分为100kw。
[0128]
净化垃圾渗滤液：实验设备及过程同实施例5，其中仅接通低温等离子体放电电源对垃圾渗滤液处置2h，低温等离子体放电电源电压为75kv，低温等离子体放电电源功率分为100kw。
[0129]
对比例6
[0130]
净化印染废液：实验设备及过程同实施例5，其中先仅接通直流电源对印染废液处置2h，直流电源的电压为200v，电流为1100a，再仅接通低温等离子体放电电源对印染废液处置2h，低温等离子体放电电源电压为75kv，低温等离子体放电电源功率分为100kw。
[0131]
净化垃圾渗滤液：实验设备及过程同实施例5，其中先仅接通直流电源对垃圾渗滤
液处置2h，直流电源的电压为200v，电流为1100a，再仅接通低温等离子体放电电源对垃圾渗滤液处置2h，低温等离子体放电电源电压为75kv，低温等离子体放电电源功率分为100kw。
[0132]
cod浓度检测、cod去除率的计算、氨氮浓度检测、氨氮去除率计算、总磷浓度检测、总磷去除率计算、氯离子浓度检测及氯离子去除率计算均同实施例5。
[0133]
实施例8及对比例4
‑
6印染废液中cod，垃圾渗滤液中cod、氨氮、总磷和氯离子去除率的试验结果见表8。
[0134]
表8不同处置工艺实现印染废液及垃圾渗滤液净化效果对比
[0135][0136]
由表8可知，将直流电动和低温等离子放电进行耦合实现印染废液cod去除率为高于99.73％，垃圾渗滤液cod去除率高于99.69％、氨氮去除率高于99.67％、总磷去除率高于99.49％、氯离子去除率高于99.71％。采用本发明所述的设备即实施例8印染废液及垃圾渗滤液净化效果明显优于直流电动即对比例4和低温等离子放电即对比例5单独使用或将直流电动与低温等离子体放电两者串联即对比例6的情况，由此可见，将直流电动和低温等离子放电进行耦合起到协同增效的作用。
[0137]
三、电解设备在利用硫酸制备单质硫中的应用
[0138]
实施例9硫酸废液中硫酸浓度对硫酸根转化率影响
[0139]
如图3所示，该设备包含电解槽10、直流电源和低温等离子体放电电源；所述电解槽10包括第一电极极区、高压电区和第二电极区，所述第一电极区为阳极区，所述第二电极区为阴极区；所述阳极区上端设有氢气排气口16和溶液进口11，所述阳极区内部设有连接阳极导线7的阳极电极2，所述阳极下端设有阳极搅拌器17；所述高压电区从上至下依次设有高压线9、高压电极套15和接地电极4，所述接地电极4旁边设有浆液出口18，所述高压电极套15内部从上至下依次设有高压冒8、高压电极3和曝气头5；所述阴极区上端设有连接接气管14的出气口13，所述阴极区内部设有带阴极导线6的阴极电极1，所述阴极下端设有阴极搅拌器20；所述阴极导线6与直流电源的阴极接口连接，所述出气口13通过接气管14与高压电极套15内部相连通，所述高压线9与低温等离子放电电源高压接口连接，所述接地电极4通过接地线与低温等离子体电源接地端口连接，所述阳极导线7与直流电源的阳极接口连接。溶液样品通过溶液进口11载入电解槽10后，阴极极电极1电解产生的气体通过出气口13、接气管14、高压电极套15、曝气头5通入到电解槽10中；阳极电极2电解产生的氢气通过氢气排气孔16排出。
[0140]
打开溶液进口阀12，将硫酸废液由溶液进口11导入电解槽10中，其中硫酸废液中
硫酸浓度分别为0.5m、4m、7.5m、9m、10.5m、14m、17.5m。关闭溶液进口阀12，接通直流电源和低温等离子体放电电源对硫酸废液进行处置，其中直流电源的电压为10v，电流为100a，低温等离子体放电电源电压为5kv，功率为10kw。0.5h后断开直流电源和低温等离子体放电电源，然后启动阳极搅拌器17和阴极搅拌器20搅拌5min，搅拌器搅拌速率为60rpm。关闭阳极搅拌器17和阴极搅拌器20，在电解槽10中得到含硫浆液。打开浆液出口阀19，将含硫浆液从浆液出口18排出。将含硫浆液离心5min，排尽上清液，得到的固体部分真空烘干，得到七组单质硫，其中离心速率为3000rpm，烘干温度为50℃。
[0141]
硫酸根转化率计算：硫酸根转化率按照公式(1)进行计算，其中α为硫酸根转化率，m为本发明制备的单质硫质量(g)，c为硫酸废液中硫酸浓度(m)，v为硫酸废液体积(l)。
[0142][0143]
本实施例试验结果见表9。
[0144]
表9硫酸废液中硫酸浓度对硫酸根转化率影响
[0145]
硫酸废液中硫酸浓度硫酸根转化率相对误差0.5m94.32％
±
0.1％4m93.65％
±
0.1％7.5m95.06％
±
0.1％9m96.37％
±
0.1％10.5m95.28％
±
0.1％14m93.19％
±
0.2％17.5m92.84％
±
0.1％
[0146]
由表9可看出，当硫酸废液中硫酸浓度为0.5～17.5m范围时，使用本发明所述的设备和方法可有效的将硫酸废液中的硫酸转化为单质硫，硫酸废液中硫酸根转化率均大于92％。
[0147]
实施例10直流电源和低温等离子体放电电源接通处置硫酸废液的时间对硫酸根转化率影响
[0148]
实验设备及方法同实施例9，其中硫酸废液中硫酸浓度为9m。接通直流电源和低温等离子体放电电源处置硫酸废液的时间分别为0.5h、0.75h、1h、1.25h、1.5h，直流电源的电压为55v，电流为550a，低温等离子体放电电源电压为40kv，功率为55kw，阳极搅拌器17和阴极搅拌器20的搅拌速率均为390rpm，搅拌时间为10min，，离心速率为7500rpm，离心时间为10min，烘干温度为70℃，共得到五组单质硫。
[0149]
硫酸根转化率计算同实施例9，本实施例试验结果见表10。
[0150]
表10直流电源和低温等离子体放电电源接通处置硫酸废液时间对硫酸根转化率影响
[0151][0152][0153]
由表10可看出，当直流电源和低温等离子体放电电源接通时间为0.5～1.5h范围时，使用本发明所述的设备和方法可有效的将硫酸废液中的硫酸转化为单质硫，硫酸废液中硫酸根转化率均大于94％。
[0154]
实施例11直流电源电流对硫酸根转化率影响
[0155]
实验设备及方法同实施例9，其中硫酸废液中硫酸浓度为9m，接通直流电源和低温等离子体放电电源处置硫酸废液1h，直流电源的电压为100v，电流为分别为100a、300a、500a、700a、1000a，低温等离子体放电电源电压为75kv，功率为100kw，阳极搅拌器17和阴极搅拌20的搅拌速率均为720rpm，搅拌时间为15min，离心速率为12000rpm，离心时间为15min，烘干温度为90℃，共得到五组单质硫。
[0156]
硫酸根转化率计算同实施例9，本实施例试验结果见表11。
[0157]
表11直流电源电流对硫酸根转化率影响
[0158]
直流电源电流硫酸根转化率相对误差100a95.24％
±
0.1％300a96.78％
±
0.1％500a96.15％
±
0.1％700a98.67％
±
0.1％1000a97.34％
±
0.1％
[0159]
由表11可看出，当直流电源电流为范围100a
‑
1000a时，使用本发明所述的设备和方法可有效的将硫酸废液中的硫酸转化为单质硫，硫酸废液中硫酸根转化率均大于95％。
[0160]
实施例12低温等离子体放电电源功率对硫酸根转化率影响
[0161]
实验设备及方法同实施例9，其中硫酸废液中硫酸浓度为9m，接通直流电源和低温等离子体放电电源处置硫酸废液1.5h，直流电源的电压为100v，电流为1000a，低温等离子体放电电源电压为75kv，功率分别为10kw、30kw、50kw、55kw、60kw、80kw、100kw，阳极搅拌器17和阴极搅拌20的搅拌速率均为720rpm，搅拌时间为15min，离心速率为12000rpm，离心时间为15min，烘干温度为90℃，共得到七组单质硫。
[0162]
硫酸根转化率计算同实施例9，本实施例试验结果见表12。
[0163]
表12低温等离子体放电电源功率对硫酸根转化率影响
[0164]
低温等离子体放电电源功率硫酸根转化率相对误差10kw94.28％
±
0.1％30kw96.43％
±
0.1％50kw98.54％
±
0.1％55kw98.87％
±
0.1％60kw97.19％
±
0.1％80kw96.73％
±
0.1％100kw98.06％
±
0.1％
[0165]
由表12可看出，当低温等离子体放电电源功率为10～100kw范围时，使用本发明所述的设备和方法可有效的将硫酸废液中的硫酸转化为单质硫，硫酸废液中硫酸根转化率均大于94％，。
[0166]
不同处置工艺实现硫酸根转化率对比
[0167]
实施例13
[0168]
实验设备及方法同实施例9，其中硫酸废液中硫酸浓度为9m，接通直流电源和低温等离子体放电电源处置硫酸废液1.5h，直流电源的电压为100v，电流为1000a，低温等离子体放电电源电压为75kv，功率为100kw，阳极搅拌器17和阴极搅拌20的搅拌速率均为720rpm，搅拌时间为15min，离心速率为12000rpm，离心时间为15min，烘干温度为90℃，共得到单质硫。
[0169]
对比例7
[0170]
实验设备及方法同实施例9，其中硫酸废液中硫酸浓度为9m，仅接通直流电源处置硫酸废液1.5h，直流电源的电压为100v，电流为1000a，阳极搅拌器17和阴极搅拌20的搅拌速率均为720rpm，搅拌时间为15min，离心速率为12000rpm，离心时间为15min，烘干温度为90℃，共得到单质硫。
[0171]
对比例8
[0172]
实验设备及方法同实施例9，其中硫酸废液中硫酸浓度为9m，仅接通低温等离子体放电电源处置硫酸废液1.5h，低温等离子体放电电源电压为75kv，功率为100kw，阳极搅拌器17和阴极搅拌20的搅拌速率均为720rpm，搅拌时间为15min，离心速率为12000rpm，离心时间为15min，烘干温度为90℃，共得到单质硫。
[0173]
对比例9
[0174]
实验设备及方法同实施例9，其中硫酸废液中硫酸浓度为9m，先仅接通直流电源处置硫酸废液1.5h，直流电源的电压为100v，电流为1000a，再关闭直流电源并接通低温等离子体放电电源处置硫酸废液1.5h，低温等离子体放电电源电压为75kv，功率为100kw，阳极搅拌器17和阴极搅拌20的搅拌速率均为720rpm，搅拌时间为15min，离心速率为12000rpm，离心时间为15min，烘干温度为90℃，共得到单质硫。
[0175]
硫酸根转化率计算同实施例9，实施例13及对比例7
‑
9试验结果见表13。
[0176]
表13不同处置工艺实现硫酸根转化率对比
[0177]
工艺类型硫酸根转化率相对误差实施例1398.06％
±
0.1％对比例712.37％
±
0.1％
对比例838.93％
±
0.1％对比例964.92％
±
0.1％
[0178]
由表13可知，将直流电动和低温等离子放电进行耦合即实施例13实现的硫酸根转化率为98.06％，硫酸根转化率明显优于直流电动即对比例7和低温等离子放电即对比例8单独使用或将直流电动和低温等离子放电两者串联即对比例9的情况，由此可见，将直流电动和低温等离子放电进行耦合起到协同增效的作用。