专利名称：三维电极反应器及利用其处理氯苯废水的方法
技术领域：
本发明涉及一种废水处理装置及方法，具体涉及一种三维电极反应器及利用其处理 氯苯废水的方法。
背景技术：
长期以来环境中难降解有机物的处理是环境治理中的难点，氯苯类芳香化合物是其 中的典型代表i被列于江苏省"优先考虑的有机污染物名单"、全国水中优先控制污染物 "黑名单"和美国129种EPA优先污染物"黑名单"中。多氯苯产品主要用于涂料、染料、 杀虫剂、驱虫剂、医药、农药、防蛀、溶剂、有机合成等领域。其中氯苯主要来源于纺 织、制药、洗衣业、皮革鞣制及修整和钢铁等行业。氯苯类化合物为半挥发性多氯取代 烃，其化学性质稳定，在土壤中不易化学水解和生物降解， 一般在土壤中残留期为几个 月甚至更长时间，氯苯类化合物可以经食物链进入人体，危害人类健康。
氯苯类芳香化合物是一类较难生物降解、毒性较大的有机物，氯苯类污染的控制是 环境治理领域的重大课题之一。氯苯的主要处理方法有生化法、物化法和氧化法等。生 化法具有成本低的优点，但由于氯苯毒性大，对微生物有很大影响，处理周期很长。该
法对较低浓度的氯苯废水处理效果好，对浓度较高、毒性较强的废水的处理效率低。物 化法主要包括吸附法、混凝法、萃取法、膜处理技术等，采用物化方法处理氯苯的研究 很少，由于物化处理多数伴随着污染物的转移过程，常造成新的污染，需要后续处理过 程以达到彻底降解。氧化法可以使化合物的结构发生转变，提高可生化性或直接氧化降 解废水中有机物。目前，在氧化法的研究中，最有吸引力的处理技术是电化学氧化法。 电化学氧化法是通过发生得失电子反应，利用电极反应直接降解有机物，或是通过电极
反应产生羟基自由基、过氧化氢等强氧化性中间物来降解有机物的一种方法。随着电化 学氧化技术的发展，电化学氧化技术用于处理有机废水的研究不断增多。
电化学氧化法又分直接电化学氧化法和间接电化学氧化法。直接电化学氧化法是指 通过阳极氧化使有机污染物和部分无机污染物转化为无害物质。主要分两类进行 一是 电化学转化，把有毒物质转变为无毒物质，或把非生物相容的有机物转化为生物相容的 物质，例如芳香化合物的开环氧化等，随后可进行生物后续处理；二是电化学燃烧，可 直接将有机物深度氧化为C02和H20。
本发明涉及的电化学转化方法即为上述领域中的电化学转化方法。该技术的优点在 于(1)电子转移只在电极及废水组分间进行，不需另外添加氧化还原剂，由此避免了 由另外添加药剂而引进的二次污染问题；(2)通过改变外加电流、电压，可以随时调节 反应条件，可控制性较强；(3)能量效率高，反应条件温和，电化学过程一般在常温常 压下进行，操作灵活；(4)易于实现自动化，既可作为单独处理，又可以与其他处理方 法联合使用。
发明内容
发明目的本发明的目的是提供一种三维电极反应器，可在较低能耗下实现氯苯废 水的电化学转化，将高毒的氯苯成分转化为低毒的有机酸组分。
本发明的另一目的是提供使用上述三维电极反应器处理氯苯废水的方法。
技术方案本发明的三维电极反应器，包括一个封闭容器，容器内的底部中心设置 柱状石墨阳极，容器的侧壁为不锈钢阴极，柱状石墨与侧壁之间充填导电颗粒和催化剂， 柱状石墨和侧壁接直流稳压电源。
其中，三维电极反应器的形状优选圆筒状。
其中，所述的导电颗粒为活性炭。
其中，所述的催化剂为钛、锡、锑或锰氧化物，且负载在所述的导电颗粒上。 利用上述三维电极反应器处理氯苯废水的方法为，将氯苯废水引入三维电极反应
器，设定电流1~5A，废水在三维电极反应器中的停留时间为30~120min，反应结束后
将尾水直接排放或进一步做生化深度处理。
实验证明，氯苯废水的电化学转化途径如下<formula>formula see original document page 4</formula>
上述产物的毒性差异较大，对氯苯酚、对苯醌和对苯二酚等仍具有较高的毒性，其 中对苯醌的毒性甚至高于氯苯，而丁烯二酸、草酸的毒性则相对较低，见图l。
因此，在废水在三维电极反应器中，较短停留时间下，氯苯主要降解产物为对氯苯
酚、对苯醌和对苯二酚等，这一阶段的降解产物仍保持有较高的毒性，其中产物对苯醌 的毒性甚至高于氯苯。如果直接排放或者纳入生化处理，对环境和生物净化过程均可能 造成极大的危害。而在较长的停留时间下，废水中氯苯最终可矿化为二氧化碳和水，以 及无机盐。但是停留时间长，也导致能耗增加，反应器容积增大等问题，降低了技术的 经济可行性。本发明通过在额定的电流下控制反应时间，控制出水的中降解产物主要为 有机酸类低毒产物(丁烯二酸和草酸类有机酸物质)。从而实现了废水的低能耗处理和 毒性削减。
本发明提供的三维电极反应器，其导电颗粒与主电极直接或间接连接，从而成为了 主电极的外延部分，形成三维电极，有效增大了电极的表面积，縮短了两极之间的距离， 减少了反应物的迁移路程，加快了溶液中带电粒子的迁移速度，从而有利于溶液中发生 较快速的电解作用。而催化剂具备富集氯苯的功能，并有催化降解的作用。在导电颗粒 和催化剂的复合作用下可实现氯苯的高效降解。
有益效果本发明的三维电极反应器及利用其处理氯苯废水的方法，其优势在于
1、 通过电流和停留时间的控制，使氯苯废水的主要降解产物为有机酸，实现废水 的低能耗的毒性削减和氯苯去除。
2、 通过三维电极反应器中导电颗粒和催化剂的复合作用，实现氯苯的高效降解。
3、 本发明的三维电极反应器在处理过程中不需另外添加氧化还原剂，避免了二次 污染问题。
4、 本发明的三维电极反应器可通过改变外加电流、电压，可以随时调节反应条件， 可控制性较强。
图1为氯苯及其降解产物对发光菌的毒性数据(15minEC50);
图2为电催化试验装置流程图。
具体实施方式
实施例h
如图2，本发明的三维电极反应器4，为封闭圆筒状容器，底部中心设置柱状石墨 阳极，侧壁为不锈钢阴极，柱状石墨与侧壁之间充填负载二氧化锑催化剂的活性炭，柱 状石墨和侧壁接直流稳压电源。氯苯废水可从原水槽l中，经进水泵2，通过玻璃转子 流量计3注入三维电极反应器4中，直流稳压电源6控制三维电极反应器4的电压和电 流，阀门7可控制废水在三维电极反应器4中的停留时间，处理后的尾水排入出水贮槽 5，之后可直接排放或进一步做生化深度处理。
实施例2:
进水氯苯浓度为100mg/L，进水毒性ECso为10.98%，控制电流强度1.0A，停留时间 120min，经三维电极反应器降解后，出水中主要成分为丁烯二酸和草酸，氯苯浓度为 4.5mg/L，相对抑光度=5.3%，降解出水低毒。 实施例3:
进水氯苯浓度为112.5mg/L，进水毒性ECso为11.68%，控制电流强度2.0A,停留时 间60min，经三维电极反应器降解后，出水中主要成分为丁烯二酸和草酸，氯苯浓度为 1.5mg/L，相对抑光度=0，降解出水无毒。
权利要求
1、一种三维电极反应器，其特征在于它包括一个封闭容器，容器内的底部中心设置柱状石墨阳极，容器的侧壁为不锈钢阴极，柱状石墨与侧壁之间充填导电颗粒和催化剂，柱状石墨和侧壁接直流稳压电源。
2、 根据权利要求1所述的三维电极反应器，其特征在于密封容器为圆筒状。
3、 根据权利要求l所述的三维电极反应器，其特征在于所述的导电颗粒为活性炭。
4、 根据权利要求1所述的三维电极反应器，其特征在于所述的催化剂为钛、锡、 锑或锰氧化物，且负载在所述的导电颗粒上。
5、 一种利用权利要求1所述三维电极反应器处理氯苯废水的方法，其特征在于将 氯苯废水引入三维电极反应器，设定电流1~5A，废水在三维电极反应器中的停留时间 为30~120min，反应结束后将尾水直接排放或进一步做深度处理。
全文摘要
本发明公开了一种三维电极反应器，包括一个封闭容器，容器内的底部中心设置柱状石墨阳极，容器的侧壁为不锈钢阴极，柱状石墨与侧壁之间充填导电颗粒和催化剂，柱状石墨和侧壁接直流稳压电源。利用上述三维电极反应器处理氯苯废水的方法为，将氯苯废水引入三维电极反应器，设定电流1～5A，废水在三维电极反应器中的停留时间为30～120min，反应结束后将尾水直接排放或进一步做生化深度处理。通过本发明的装置和方法，可同时削减氯苯浓度和降低废水毒性。
文档编号C02F1/461GK101186361SQ200710191739
公开日2008年5月28日 申请日期2007年12月17日 优先权日2007年12月17日
发明者夏明芳, 磊 张, 张利民, 春 王, 王志良, 阳 邱, 陆继来 申请人:江苏省环境科学研究院