专利名称：超声－电催化处理偶氮类染料废水处理装置及反应条件的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种超声-电催化处理偶氮类染料废水处理装置及反应条件，属于偶氮类染料废水的处理技术。
背景技术：
由于偶氮类染料废水的有效处理一直以来都是个难题。近年来国内外采用了湿式氧化法、Fenton法、光化学与光催化氧化法、电化学法、臭氧氧化法、微波辅助氧化法和超声氧化法等高级氧化技术。
高级氧化水处理技术是近20年来新兴的水处理技术，由于其在污染物降解中具有高效性、普适性和氧化降解的彻底性等优点，已成为国内外水处理研究领域的热点课题。但就目前来说，单一地使用这类技术彻底去除染色废水中的COD和色度，成本还是较高，与产业化应用还有一定距离。高级氧化技术处理难降解有机废水的发展趋势应是提高处理效率、降低处理成本。采用两种或两种以上高级氧化技术联用、利用它们之间的协同作用具有潜在的应用价值。
超声波和电化学高级氧化技术都是难降解有机废水处理的有效方法，且都不会形成二次污染，具有良好的应用前景；但超声波单独使用只对浓度较低的印染废水有降解作用，声能的利用率低，同样用电化学法彻底氧化分解水中有机污染物需要大量电子，能耗较高，设备成本也较高。
超声-电催化是在超声电化学的一个分支内容，是将超声波与电催化相结合的一项新技术。近年来，超声电化学研究发展很快，是超声化学和电化学的前沿研究领域之一。1990年，T.J.Mason等首先提出了超声电化学(sonoelectrochemistry)的概念，此后，超声电化学作为电化学和超声化学的一个新的分支蓬勃发展，至今已广泛应用于电镀与电沉积、有机合成、材料制备、电分析化学等研究领域。超声电化学应用于降解水体中有机物的研究还很少，超声-电催化技术应用于偶氮染料废水的处理还未见报道。
由于超声波与电化学的协同耦合作用产生的物理和化学效应，所以超声与电化学的结合具有许多潜在的优点，这些优点包括电极表面的清洗和除气、电极表面的去钝化、电极表面的侵蚀；加速液相质量转递；加快反应速率；增强电化学发光；提高降解效率等。
发明内容
本发明是提供一种超声-电催化处理偶氮类染料废水的技术及装置。运用本发明可有效对偶氮类染料废水进行有效地无害化处理。为最终该项废水处理技术的产业化应用奠定基础。
本发明包括以下两个方面的内容1、本发明的超声-电催化处理偶氮染料废水处理反应条件超声功率在0.5W/cm2～2.0W/cm2；超声频率在40kHz～60kHz；
可控硅镇流器的操作电压在3.5V～8V；支持电解质NaCl的浓度0.02mol/L～0.08mol/L；相应的电流密度在5mA/cm2～50mA/cm2；2、一种超声-电催化偶氮类染料废水处理装置，其特征在于，包括废水调节池、流量计、反应器、出水容器、循环泵、可控硅镇流器、超声换能器、挡板、阴极、阳极，其中两个超声换能器直接贴于反应器底部，反应器的进水口通过流量计与废水调节池相通，反应器的出水口通过循环泵与出水容器相通，反应器通过置于反应器内腔中阴极和阳极与可控硅镇流器的正、负极相连，废水调节池与循环泵和出水容器通过管道相互连接，所述反应器的内腔通过三块档板分割或进水区，第1反应区，第2反应区和出水区四部分，反应器的第1反应区和第2反应区分别通过同样的阴极和阳极与可控硅镇流器的正、负极相连。阴极与阳极的间距在3mm-20mm之间。其特点为装置可控性强、流程简单、处理废水效率高、能耗低，通过控制流量来控制降解的程度，如废水浓度太高可以通过循环处理达到预期的效果。
本发明反应器的阴极和阳极，采用网状催化性RuO2/Ti和活性炭纤维复合阳极，铜网阴极，极板间距在3mm～20mm，通过挡板将反应器分为进水区、第反应区、第2反应区和出水区四部分，同时也能够保证废水完全流经电极表面，通过导出反应产物，从而改变化学平衡，推动反应向生成产物的方向进行，提高反应速度。
另外超声换能器直接贴于反应器的底部，超声波不经过耦合液，而是通过器壁振动直接作用于反应液，提高了声能的利用率，同时也增强超声波与电催化的协同耦合作用。
能有效地无害化处理偶氮类染料废水，超声波-电催化联合与单独电催化相比较，反应速度提高5～10倍，能耗降低了1～2倍。如经本发明技术及装置处理的甲基橙废水，脱色率和COD去除率都达到了95％以上。
四
图1为本发明的装置示意图。
图2为本发明反应器的主视图。
图3为本发明反应器的俯视图。
图表符号说明1废水调节池，2流量计，3反应器，4出水接收器，5循环泵，6可控硅镇流器，7超声换能器，8挡板，9阴极，10阳极，11进水口，12出水口，13废水流向。
五具体实施例方式
下面结合实施例对本发明作进一步详述。
实施例1配制300mg/L甲基橙模拟废水1000mL，在本发明装置中进行试验，具体反应条件和处理效果如下
反应条件超声波输入功率0.5W/cm2；超声频率59kHz可控硅镇流器的操作电压8V；支持电解质NacL的浓度0.03mol/L；相应的电流密度18mA/cm2；流量50mL/min。
极板间距5mm循环处理时间120min
实施例2配制100mg/L亚甲基蓝模拟废水1000mL，在本发明装置中进行试验，具体反应条件和处理效果列表如下反应条件超声波输入功率0.5W/cm2；超声频率59kHz可控硅镇流器的操作电压8V；支持电解质NaCl的浓度0.03mol/L；相应的电流密度18mA/cm2；流量25mL/min。
极板间距5mm循环处理时间80min
实施例3配制300mg/L甲基橙模拟废水5000mL，在本发明装置中进行试验，不启动循环装置，反应前60min开启超声波，60min后关闭超声波进行单独电化学降解，再通过30min的过度后取样检测。具体的试验反应条件和处理效果数据列表如下反应条件超声波输入功率0.5W/cm2(60min前)；超声频率59kHz(60min前)；
可控硅镇流器的操作电压8V；支持电解质NaCl的浓度0.03mol/L；相应的电流密度18mA/cm2；流量20mL/min。
极板间距5mm处理时间250min
权利要求
1.一种超声-电催化偶氮类染料废水处理装置，其特征在于，包括废水调节池(1)、流量计(2)、反应器(3)、出水容器(4)、循环泵(5)、可控硅镇流器(6)、超声换能器(7)、挡板(8)、阴极(9)、阳极(10)，其中两个超声换能器(7)直接贴于反应器(3)底部，反应器(3)的进水口(11)通过流量计(2)与废水调节池(1)相通，反应器(3)的出水口(12)通过循环泵(5)与出水容器(4)相通，反应器(3)通过置于反应器(3)内腔中阴极(9)和阳极(10)与可控硅镇流器(6)的正、负极相连，废水调节池(1)与循环泵(5)和出水容器(4)通过管道相互连接，所述反应器(3)的内腔通过三块档板(8)分隔成进水区，第1反应区，第2反应区和出水区四部分，反应器的第1反应区和第2反应区分别通过同样的阴极和阳极与可控硅镇流器(6)的正、负极相连，阴极与阳极的间距在3mm-20mm之间。
2.如权利要求1所述的超声-电催化处理偶氮染料废水处理装置，其特征在于采用网状催化性RuO2/Ti和活性炭复合阳极，铜网阴极。
3.如权利要求1所述的超声-电催化处理偶氮染料废水处理的反应条件，其特征在于，超声功率在0.5W/cm2～2.0W/cm2；可控硅镇流器的操作电压在3.5V～8V；支持电解质NaCl的浓度0.02mol/L～0.08mol/L；相应的电流密度在5mA/cm2～50mA/cm2。
全文摘要
一种超声－电催化偶氮类染料废水处理装置及反应条件。属偶氮类染料废水处理技术。反应装置由废水调节池(1)、流量计(2)、反应器(3)、出水容器(4)超声换能器(7)、可控硅镇流器(7)、置于反应器(3)中的阴、阳极及循环泵(5)所组成。本装置可控性强、流程简单、处理效率高。反应条件包括超声功率0.5W/cm
文档编号C02F1/34GK101037279SQ20071002000
公开日2007年9月19日 申请日期2007年2月6日 优先权日2007年2月6日
发明者薛建军, 崔益华, 王玲, 孙海波, 金丹萍, 薛峰 申请人:南京航空航天大学