一种用于废水处理的电化学装置及使用所述装置处理废水的方法

专利名称：一种用于废水处理的电化学装置及使用所述装置处理废水的方法
一种用于废水处理的电化学装置及使用所述装置处理废水
的方法
技术领域：
本发明属于废水处理技术领域。更具体地，本发明涉及一种用于废水处理的电化 学装置，还涉及使用所述装置处理废水的方法。
背景技术：
目前，经污水处理厂常规处理得到的出水水质指标已达到总氮< 35ppm、COD < 50ppm、总磷< lOppm、悬浮物< 30ppm等无害化排放的标准，然而其指标距离城市景观用 水、花草灌溉和河道湖泊补水等可资源化利用仍有较大的差距。主要原因首先是总氮、总磷 等含量依然偏高，导致水质富营养化比较突出，容易出现水华、异味等系列问题；其次是水 体中的常见的氟、氯、溴等阴离子很难去除。为了满足污水处理出水的资源化要求，必须开 发深度净水技术，将水中的氮磷等含量降低至排放标准限制以下，并使氟、氯等阴离子含量 有显著降低。然而，现有的絮凝、沉降、生化处理等常规污水处理技术难以实现将水体中的 低浓度硝酸根、磷酸根、氯离子、氟离子及有机物降低达到出水资源化的要求。对于去除污水中的氮、磷和有机物，应用非常广泛的处理技术是生物法和化学沉 淀法；对于水体中的氟、氯等阴离子，常用且行之有效的方法是用水进行稀释处理。但是这 些技术在实际应用中存在着诸多缺点，如水流停留时间长，占地面积大，产生大量难以处置 的污泥，生物处理过程的稳定性较差，常规的反硝化过程需要添加碳源或化学药剂，成本较 高，操作复杂管理繁琐等。一种污水中的硝酸根深度去除方法是利用在电场作用下直接进行电化学还原降
解例如，中国专利CN200410098590. 2、“金属改性活性炭纤维电极和用该电极去除硝 酸盐的方法”公开了利用贵金属如钯、钼和金等金属中的一种和铜、锡、铜和锌等非贵金属 中的一种载带在改性活性炭纤维上制成可还原水中硝酸盐的活性阴极电极，并利用石墨、 二氧化铅等惰性导电材料为阳极，阴阳极之间以质子交换膜隔开，在通电的情况下，将硝酸 盐还原。该发明中阴极是硝酸盐催化还原反应发生的地方，由于阴极带负电，与同样带负电 荷的硝酸根离子会产生电性相斥效果，这样硝酸根在阴极催化剂表面上附着，进而与阴极 上电解产生的H2发生催化还原反应的机会就较为受限，故反应效率、去除硝酸根的效果难 以提尚。关于电絮凝去除污水中的磷酸根、氟离子和有机物，中国专利CN1986435A提出利 用电絮凝和微滤的组合工艺，即采用铝板或铁板为电极电解产生铝盐或铁盐，结合水中的 氟离子和有机物形成较大的絮体，然后将形成的絮体在后续的微滤膜组件中被过滤去除， 从而达到从饮用水中去除氟和有机物的目的。该工艺需结合微滤装置增加处理成本，电极 表面易形成氧化膜而钝化，能处理的污染物种类单一，水体中目标物浓度较小，电化学效率 较低。中国专利CN 101269863A提出利用电絮凝和膜生物反应器的组合工艺，采用铁板或 铝板为阳极电解产生铁离子或铝离子，与污水中的氢氧根离子、磷酸根离子形成絮体，有机物有膜生物反应器内的微生物降解后形成污泥，经微滤膜过滤污染物被去除，从而达到从 污水中去除磷和有机物的目的。该系统的电化学效率较低，处理成本较大，产生大量难以处 置的污泥，生物处理的稳定性较差，处理污染物种类单一。中国专利CN02146020. 5“活性炭纤维与电动力学协同净化饮用水方法及装置”，公 布了一种活性炭纤维与电动力学协同净化饮用水方法及装置，即在活性炭纤维滤料上施加 了电场，纤维中有电流存在，有害离子和细菌的运动不再单单由流场决定，而是受到电场和 流场的共同作用，在电场作用下产生的电迁移、电泳等动电作用可有效提高水中污染物离 子、颗粒以及细菌与活性炭纤维的碰撞频率，从而提高吸附速率和吸附效果。然而该装置的 缺点是需要定期进行电极的再生，操作过程复杂繁琐，处理成本高在饮用水体系中所使用的电渗析或反渗透技术，由于效率低并且使用昂贵的离子 交换膜，不适合用于污水的深度处理。

发明内容[要解决的技术问题]本发明的目的是提供一种用于废水处理的电化学装置。本发明的另一个目的是提供一种使用所述的电化学装置处理含有阴离子和有机 物的废水的方法。[技术方案]本发明是通过下述技术方案实现的。本发明涉及一种用于废水处理的电化学装置。附图1所示的是用于废水处理的最基本电化学装置，该装置由电源1、初级电解槽 B、电解槽A、电解槽C、阴极5、透过性隔离材料部分6、阳极7、原水池2、净水收集器3与浓 缩溶液收集池4组成，所述的每个电解槽包括槽体、阳极、阴极和透过性隔离材料部分；所 述的透过性隔离材料部分是一种将所述槽体分隔成阳极区与阴极区的部件；在原水池2中的待处理水体由初级电解槽B的阴极区底部进入，再分别从由其阴 极区与阳极区顶部流出；从初级电解槽B阳极区流出的水体由电解槽A的阴极区底部进入，再分别从其阳 极区与阴极区的顶部流出，从其阳极区顶部流出的水体进入浓缩溶液收集池4，而从其阴极 区顶部流出的水体进入原水池2 ；从初级电解槽B阴极区流出的水体由电解槽C的阴极区底部进入，再分别从其阳 极区与阴极区的顶部流出；从其阴极区顶部流出的水体进入净水收集器3，而从其阳极区 顶部流出的水体进入原水池2。根据本发明的一种优选实施方式，所述的用于废水处理的电化学装置(参见附图 2)由电源1、初级电解槽B、电解槽Al、电解槽A2、电解槽Cl、电解槽C2、阴极5、透过性隔离 材料部分6、阳极7、原水池2、净水收集器3与浓缩溶液收集池4组成，所述的每个电解槽包 括槽体、阳极、阴极和透过性隔离材料部分；所述的透过性隔离材料部分是一种将所述槽体 分隔成阳极区与阴极区的部件；在原水池2中的待处理水体由初级电解槽B的阴极区底部进入，再分别从由其阴 极区与阳极区顶部流出；
从初级电解槽B阳极区流出的水体由电解槽Al的阴极区底部进入，再分别从其 阳极区与阴极区的顶部流出；从电解槽Al阳极区顶部流出的水体进入电解槽A2的阴极区 底部，然后从其阳极区与阴极区顶部流出；从电解槽A2阴极区顶部流出的水体进入电解 槽Al阴极区底部；从电解槽A2阳极区顶部流出的水体进入浓缩溶液收集池4，此时浓缩溶 液收集池4内水体的硝酸盐浓度可以达到适合进行生化处理的较高浓度，或达到较高电解 电流效率的较高浓度；而从电解槽Al阴极区顶部流出的水体仍返回原水池2，进行循环电 解；从初级电解槽B阴极区流出的水体由电解槽Cl的阴极区底部进入，再分别从其阳 极区与阴极区的顶部流出；从电解槽Cl阴极区顶部流出的水体进入电解槽C2的阴极区底部，然后从其阳极 区与阴极区顶部流出；从电解槽C2阴极区顶部流出的水体进入净水收集器3，此时净水收 集器3内的水质可以达到可资源化再利用的要求；从电解槽C2阳极区顶部流出的水体再流 入电解槽Cl阴极区的底部；而从电解槽Cl的阳极区顶部流出的水体仍返回原水池2，进行 循环电解根据本发明的另一种优选实施方式，所述的槽体是塑料容器、经过耐蚀和绝缘处 理的铁制容器或其它耐蚀绝缘容器。根据本发明的另一种优选实施方式，所述的阳极由可溶性阳极或不可溶性阳极组 成，或者所述的阳极由可溶性阳极和不可溶性阳极以并联方式连接组成。根据本发明的另一种优选实施方式，所述的阴极由金属或非金属电极组成。根据本发明的另一种优选实施方式，所述的可溶性阳极是由铁、铝及其合金制成 的网状、条状、板状或块状电极；所述的不可溶性阳极是由钼、铱、钌、钯、钛/ 二氧化钌或钛 / 二氧化铱制成的网状、条状、板状或块状电极。根据本发明的另一种优选实施方式，所述的阴极是由钯、铜、镍、铁或铝及其合金 或由石墨非金属制成的网状、条状、板状或块状电极。本发明还涉及一种含有阴离子和有机物的废水处理方法，其特征在于使用所述电 化学装置进行所述废水的处理，在所述的阳极与所述的阴极之间施加直流电场，所述初级 电解槽B的电流密度控制在0. 5-50mA/cm2，所述电解槽A的电流密度控制在2. 5-100mA/ cm2 ；所述电解槽C的电流密度控制在0. l-30mA/cm2。根据本发明的一种优选实施方式，在所述的阳极与所述的阴极之间施加直流电 场，所述初级电解槽B的电流密度控制在5-30mA/cm2，所述电解槽A的电流密度控制在 30-80mA/cm2，并且采用多个电解槽A联用的方式时，下面相邻电解槽A的电流密度大于前 面相邻电解槽A的电流密度；所述电解槽C的电流密度控制在0. 5-20mA/cm2，并且采用多个 电解槽联用的方式时，下面相邻电解槽C的电流密度小于前面相邻电解槽C的电流密度。下面将更详细地描述本发明。本发明涉及一种用于废水处理的电化学装置。本发明的电化学装置是在该装置中同时实现电迁移、电絮凝和电化学降解的联合 作用，同时去除水中存在的硝酸根、磷酸根、氯离子、氟离子等常见阴离子和有机物，该电化 学装置可以提高降解效率、降低能耗和减少处理时间。
该装置(附图1)由电源1、初级电解槽B、电解槽A、电解槽C、阴极5、透过性隔离 材料部分6、阳极7、原水池2、净水收集器3与浓缩溶液收集池4组成所述的电源1是直流电源，其电压要求是0-36伏，电流0-1000安。所述的直流电 源设备例如是上海稳博电器有限公司生产的直流电源，它的输入电压，单相AC220V士 10%， 三相380V，输出电压，0至最大可调值；输出电流，0至最大可调值，频率，50Hz/60Hz。根据本发明，所述的每个电解槽包括槽体、阳极、阴极和透过性隔离材料部分。在本发明中，所述的槽体是塑料容器、经过耐蚀和绝缘处理的铁制容器或其它耐 腐蚀绝缘容器。例如，所述的塑料容器是酚醛树脂容器、呋喃树脂容器或玻璃钢容器。所述的铁 制容器是在钢槽内部用环氧树脂、呋喃树脂、聚酯树脂、酚醛树脂或橡胶防腐衬里的钢制容 器。所述的耐腐蚀绝缘容器是用水泥或陶瓷材料制成的耐腐蚀绝缘容器。这些电解容器 有的可以直接从市场上购买，有的可以根据具体的尺寸要求加工或定制。在本发明中，所述的阳极是由可溶性阳极或不可溶性阳极组成的。所述的阳极也可以由可溶性阳极和不可溶性阳极以并联方式连接组成。根据本发明，所述的可溶性阳极是由铁、碳钢、铝及其合金制成的网状、条状、板状 或块状电极。所述的不可溶性阳极是由钼、铱、钌、钯、钛/ 二氧化钌或钛/ 二氧化铱制成的网 状、条状、板状或块状电极。其中钛/二氧化钌电极为在钛基体与二氧化钌涂层复合而成的 电极，这种合金是在目前市场上销售的合金产品，例如宝鸡市祺鑫钛业有限公司以商品名 污水处理用阳极销售的产品。钛/二氧化铱电极为在钛基体与二氧化铱涂层复合而成的电 极，这种合金是在目前市场上销售的合金产品，例如宝鸡市隆盛有色金属有限公司以商品 名析氧钛电极销售的产品。根据本发明，所述的阴极由金属或非金属电极组成。所述的金属例如是镍、铁、铝及其合金、铜及其合金。所述的铜基合金例如是按照 铜64. 5% -66. 5%，镍16. 5% -18. 5%，余量为锌组成的合金，这种合金是在目前市场上销 售的合金产品，例如东莞市伊美金属材料有限公司以商品名C7521销售的产品。所述的非 金属例如是石墨。所述的阴极为网状、条状、板状或块状结构。所述的透过性隔离材料部分是一种将所述槽体分隔成阳极区与阴极区的部件。根据本发明，所述的透过性隔离材料例如是织物类的隔离材料。所述的透过性隔 离材料部分主要起着既限制阴极液与阳极液混流，又保持二者之间电导通，又允许两侧带 电离子在电场力作用下进行电迁移。所述的透过性隔离材料可以是各种比较致密的布匹织 物，这些布匹织物例如可以是各种化纤织物，像涤纶布或尼龙布，各种棉布或滤布。所述的 透过性隔离材料部分可以是一种布匹织物层，也可以是由两种或两种以上布匹织物叠置而 成的复合层。在这种复合层中，相邻布匹织物经纱相交夹角应该> 45。根据本发明，在所述的电解槽体内，所述阳极、阴极与透过性隔离材料部分应该在 尺寸上很好组合匹配。在上述电解槽的两极间施加直流电场，可同时实现电迁移、电絮凝和电化学降解作用。其中硝酸根、磷酸根、氟离子、氯离子等常见阴离子在直流电场作用下透过所述的隔 离材料部分从阴极区电迁移至阳极区，而所述的铁、铝及其合金可溶性阳极在直流电场下 会释放出Fe2+和Al3+离子，它们可与磷酸根离子、氟离子形成分子量较大的絮状沉淀，经沉 降可除去；另外，硝酸根在阴极附近可发生电化学还原降解而被去除。水体中的有机污染物 能在阳极上直接被氧化或被阳极电解产生的氧化剂所氧化，或转化生成带电基团，在电解 槽中通过电迁移和絮凝作用被去除使用本发明的电化学装置时，在原水池2中的含有所述阴离子和有机物的待处理 水体由初级电解槽B的阴极区底部进入，再按照流速比3 1 5 1分别从由其阴极区 与阳极区顶部流出。在阳极与阴极之间施加直流电场，根据污染物的种类和浓度可以将电 流密度控制在0.5-50mA/cm2范围内。在待处理水体中的阴离子在电场作用下同时发生电 迁移、电絮凝和电化学还原作用。控制水流速率，使得所述水体在电解槽内停留l-5min，充 分让硝酸根、磷酸根、氟离子等常见阴离子在直流电场作用下透过隔离材料，因此，从阳极 区流出的水体中的硝酸根离子浓度较进水有显著增加，磷酸根离子、氟离子与铁、铝等离子 相互作用，生成絮凝物而沉降下来；在阴极区流出水体中的阴离子浓度比进水显著减少。从初级电解槽B阳极区流出的水体由电解槽A的阴极区底部进入，再按照一定流 速比分别从其阳极区与阴极区的顶部流出，从其阳极区顶部流出的水体进入浓缩溶液收集 池4，在其阳极区流出水体中的阴离子浓度比前一个电解槽B的阳极出水进一步增加。而从 其阴极区顶部流出的水体进入原水池2，从阴极区流出水体中的阴离子浓度比前一个电解 槽B的阳极出水有所减少。为了提高降解效率、降低能耗，可以采用多个电解槽联用的方式。采用如附图2所示的五个电解槽联用的电化学装置，该装置由电源1、初级电解槽 B、电解槽Al、电解槽A2、电解槽Cl、电解槽C2、阴极5、透过性隔离材料部分6、阳极7、原水 池2、净水收集器3与浓缩溶液收集池4组成。在原水池2中的待处理水体由初级电解槽B的阴极区底部进入，再分别从由其阴 极区与阳极区顶部流出；从初级电解槽B阳极区流出的水体由电解槽Al的阴极区底部进入，再分别从其阳 极区与阴极区的顶部流出；从电解槽Al阳极区顶部流出的水体进入电解槽A2的阴极区底 部，然后从其阳极区与阴极区顶部流出；从电解槽A2阴极区顶部流出的水体进入电解槽Al 阴极区底部；从电解槽A2阳极区顶部流出的水体进入浓缩溶液收集池4，此时浓缩溶液收 集池4内水体的硝酸盐浓度可以达到适合进行生化处理的较高浓度，或达到较高电解电流 效率的较高浓度；而从电解槽Al阴极区顶部流出的水体仍返回原水池2，进行循环电解；从初级电解槽B阴极区流出的水体由电解槽Cl的阴极区底部进入，再分别从其阳 极区与阴极区的顶部流出；从电解槽Cl阴极区顶部流出的水体进入电解槽C2的阴极区底部，然后从其阳极 区与阴极区顶部流出；从电解槽C2阴极区顶部流出的水体进入净水收集器3，此时净水收 集器3内的水质可以达到可资源化再利用的要求；从电解槽C2阳极区顶部流出的水体再流 入电解槽Cl阴极区的底部；而从电解槽Cl的阳极区顶部流出的水体仍返回原水池，进行循 环电解。本发明还涉及一种含有阴离子和有机物的废水处理方法，其特征在于使用所述电化学装置进行所述废水的处理，在所述的阳极与所述的阴极之间施加直流电场，所述初级 电解槽B的电流密度控制在0. 5-50mA/cm2，所述电解槽A电流密度控制在2. 5-100mA/cm2 ； 所述电解槽C的电流密度控制在0. l-30mA/cm2根据本发明的一种优选实施方式，在所述的阳极与所述的阴极之间施加直流电 场，所述初级电解槽B的电流密度控制在5-30mA/cm2，所述电解槽A的电流密度控制在 30-80mA/cm2,并且采用多个电解槽A (A、Al和A2)联用的方式时，下面相邻电解槽A的电 流密度大于前面相邻电解槽A的电流密度；所述电解槽C(C、Cl和C2)的电流密度控制在 0. 5-20mA/cm2,并且采用多个电解槽联用的方式时，下面相邻电解槽C的电流密度小于前 面相邻电解槽C的电流密度。使用本发明的电化学装置可以处理同时含有硝酸根、亚硝酸根、磷酸根、硫酸根、 氯离子、溴离子、氟离子等常见阴离子和有机物的废水。所述的废水例如是城市生活废水、 污水厂经过常规处理后得到的中水。在处理含有大量固体废物的废水，需要进行预处理，以便将其废水中的固体废 物或其他悬浮物降低达到本发明电化学装置可以处理的水平，例如固体废物应该控制在 200mg/L 以下。此外，pH值应控制在6 8、废水粘度在25°C时应该控制在1. 2厘泊水平以下。在处理前后水体中的硝酸根、磷酸根、氯离子、氟离子浓度与有机物的测定方法是 按照国家环境保护总局水和废水监测分析方法编委会编著，《水与废水监测分析方法》(第 四版，增补版)，中国环境科学出版社出版(2002年)中规定的测定方法进行分析测定的。通过大量试验证明，硝酸根浓度可以由40ppm降低到Ippm以下。磷酸根浓度可以 由3ppm降低到0. Ippm以下。氯离子浓度可以由150ppm降低到20ppm以下。氟离子浓度 可以由2ppm降低到0. 2ppm以下。有机物浓度可以由300ppm降低到40ppm以下。[有益效果]本发明与现有技术相比，具有下述有益效果第一，本发明通过使用阳极组和施加电场，在一个装置中同时实现电迁移、电絮凝 和电化学降解的联合作用，可同时除去的污染物种类多，如水中硝酸根、磷酸根、氯离子、氟 离子等常见阴离子和有机物；第二，本发明中使用织布类隔离材料，与常用的离子交换膜相比，价格低廉，而且 不会发生膜的污染问题，易于维护；第三，本发明利用电迁移、电絮凝和电化学降解联合去除水中的阴离子和有机物， 无需投加任何药剂，可以避免对出水产生二次污染、操作方便、处理效率高、能耗较低。

图1是本发明的电化学装置示意图。1-电源、2-原水池、3-净水收集器、4-浓缩溶液收集池、初级电解槽B、电解槽A、 电解槽C、5-阴极、6-透过性隔离材料部分、7-阳极、8-回流管。图2是本发明的一种优选的电化学装置示意图。1-电源、2-原水池、3-净水收集器、4-浓缩溶液收集池、初级电解槽B、电解槽Al、 电解槽Cl、电解槽A2、电解槽C2、5-阴极、6-透过性隔离材料部分、7-阳极、8-回流管具体实施方式下面结合实施例对本发明的技术方案作进一步描述。实施例1如附图1所示，本发明的电化学装置由电源、初级电解槽B、电解槽A、电解槽 C、阴极、透过性隔离材料部分、阳极、原水池、净水收集器与浓缩溶液收集池组成。所述 的每个电解槽包括用酚醛树脂制成的长方形槽体、网状(菱形尺寸，12. 5X4. 5mm)的 Ti-IrO2 (基体为Ti，涂层为20-50 μ m厚的IrO2)阳极、铜基合金板(铜64. 5 % -66. 5 %， 镍16. 5% -18.5%，余量为锌)阴极和透过性隔离材料部分厚0. Imm尼龙布。，其电极面积 238cm2(14cmX 17cm)，电极间距为8mm。使用上海稳博电器有限公司生产的直流电源，在阳 极与阴极间施加直流电，电流密度为5mA/cm2。原料溶液为自配的硝酸钠水溶液，其氮含量为20. 2ppm,以流速30ml/min从初级 电解槽B的阴极区流入，在IOmin后以5ml/min流速抽出阳极区水体，注入电解槽A的阴极 区，电解槽A的电流密度为8mA/cm2 ；初级电解槽B阴极区的溶液以流速25ml/min注入电解 槽C的阴极区，电解槽C的电流密度为1. 5mA/cm2。20min后，各个电解槽的水体达到稳定， 且体积基本相同，测定各电解槽阴阳极区水体的硝酸盐浓度，试验结果列于表1。表1 各电解槽阴阳极区水体的硝酸盐浓度
初级电解4曹B电解槽A电解槽C
原料溶液------
阴极区 阳极区 阴极区 阳极区 阴极区 阳极区
硝酸盐
20.2 5.2 70.6 35.2 140.3 1.9 13.9
浓度(ppm)由表1的结果可以看出，使用本发明的电化学装置进行处理，在20min内约1/3体 积的水体(其中硝酸盐浓度降至1. 9ppm)已达标，同时产生约1/3体积的浓水(其中硝酸 盐浓度为140ppm)，其余约1/3的水体在体系中循环实施例2本实施例采用与实施例1的同样方式去除水中硝酸盐，但是电流密度有所改变。 在本实施例中，初级电解槽B的电流密度为40mA/cm2，电解槽A的电流密度为80mA/cm2，电 解槽C的电流密度为20mA/cm2，IOmin之后测定各电解槽阴阳区水体的硝酸盐浓度，试验结 果如表2所示。表2 各电解槽阴阳极区水体的硝酸盐浓度
初级电解槽B电解槽A电解槽C
原料溶液--------
阴极区 阳极区 阴极区 阳极区 阴极区 阳极区
硝酸盐
20.2 2.5 81.2 18.3 160.1 0.58.2
浓度(ppm)
可以看出，随着电流密度的增大，硝酸盐氮的浓度可以降低至Ippm以下阳极区的 浓度可以浓缩到160ppm，但是电流密度大，会导致能耗增大。实施例3如附图2所示，采用5个电解槽联用，即一个初级电解槽B，电解槽Al和A2，电解 槽Cl和C2。从初级电解槽B阳极区流出的水体由电解槽Al的阴极区底部进入，再分别从其阳 极区与阴极区的顶部流出；从电解槽Al阴极区顶部流出的水体返回原水池2，进行循环电 解；从电解槽Al阳极区顶部流出的水体进入电解槽A2的阴极区底部，然后从其阳极区与阴 极区顶部流出；从电解槽A2阴极区顶部流出的水体进入电解槽Al阴极区底部；从电解槽 A2阳极区顶部流出的水体进入浓缩溶液收集池4。从初级电解槽B阴极区流出的水体由电解槽Cl的阴极区底部进入，再分别从其 阳极区与阴极区的顶部流出；从电解槽Cl的阳极区顶部流出的水体返回原水池2，进行循 环电解；从电解槽Cl阴极区顶部流出的水体进入电解槽C2的阴极区底部，然后从其阳极区 与阴极区顶部流出；从电解槽C2阴极区顶部流出的水体进入净水收集器3 ；从电解槽C2阳 极区顶部流出的水体再流入电解槽Cl阴极区的底部。初级电解槽B的电流密度为lOmA/cm2，电解槽Al和A2的电流密度分别为22mA/ cm2和35mA/cm2，电解槽Cl和电解槽C2的电流密度分别为5mA/cm2和2mA/cm2使用网状(菱形尺寸，12. 5X4. 5mm)的Ti-IrO2 (基体为Ti，涂层为20-50 μ m厚 的IrO2)和铁板并联作为阳极组，铜基合金(铜64. 5%-66. 5%，镍16. 5%-18. 5%，余量 为锌)作为阴极，形状为板状。电极面积0.63m2 (70cmX 90cm)，极板间距为6mm，0. Imm厚的 尼龙布作为隔离层。流速为10L/h。原料溶液为某一个污水处理厂的二沉池出水，二沉池出水的阴离子浓度列于表3。使用本发明的电化学装置处理后，采用本说明书中描述的检测方法测定出水水体 阴离子浓度，其分析结果列于表3。表3 使用本发明电化学装置处理后的出水水体阴离子浓度
~质指标~ 原料溶液浓度 阴极最终出水浓度(ppm) 阳极最终出水浓度(ppm)
__(PPm)___
~稍酸盐氮2L209506J
^2AOMol
氟离子078ΟΤ 0Λ5
氯离子82751271143. 2如表3结果所示，污水处理厂的二沉池出水使用本发明电化学装置处理后，阴极 的出水水质的三种指标均已满足地表水III类标准，阳极出水中的总磷和氟离子的浓度已 降到了很低的水平，无需再次处理，可以直接排放；硝酸根则具有较高的浓度，可以进行生 化处理。可见，本发明所述的深度净水工艺对污水中的氮、磷、氟和氯离子均有显著的去除 效果。
权利要求
一种用于废水处理的电化学装置，其特征在于该装置由电源(1)、初级电解槽B、电解槽A、电解槽C、阴极(5)、透过性隔离材料部分(6)、阳极(7)、原水池(2)、净水收集器(3)与浓缩溶液收集池(4)组成，所述的每个电解槽包括槽体、阳极、阴极和透过性隔离材料部分；所述的透过性隔离材料部分是一种将所述槽体分隔成阳极区与阴极区的部件；在原水池(2)中的待处理水体由初级电解槽B的阴极区底部进入，再分别从由其阴极区顶部与阳极区顶部流出；从初级电解槽B阳极区流出的水体由电解槽A的阴极区底部进入，再分别从其阳极区与阴极区的顶部流出，从其阳极区顶部流出的水体进入浓缩溶液收集池(4)，而从其阴极区顶部流出的水体返回原水池(2)；从初级电解槽B阴极区流出的水体由电解槽C的阴极区底部进入，再分别从其阳极区与阴极区的顶部流出；从其阴极区顶部流出的水体进入净水收集器(3)，而从其阳极区顶部流出的水体返回原水池(4)。
2.根据权利要求1所述的电化学装置，其特征在于在电解槽Cl后面串联连接电解槽 C2，从电解槽Cl阴极区顶部流出的水体进入电解槽C2的阴极区底部，然后从其阳极区与阴 极区顶部流出，从其阴极区顶部流出的水体进入净水收集器(3)，从其阳极区顶部流出的水 体再流入电解槽Cl阴极区的底部；而从电解槽Cl的阳极区顶部流出的水体仍返回原水池 (2)，进行循环电解。
3.根据权利要求1所述的电化学装置，其特征在于在电解槽Al后面串联连接电解槽 A2，从电解槽Al阳极区顶部流出的水体进入电解槽A2的阴极区底部，然后从其阳极区与阴 极区顶部流出，从其阴极区顶部流出的水体进入电解槽Al阴极区底部，从其阳极区顶部流 出的水体进入浓缩溶液收集池(4)，此时浓缩溶液收集池(4)内水体的硝酸盐浓度达到适 合进行生化处理的浓度，或达到能够以较高电流效率进行电解的浓度；而从电解槽Al阴极 区顶部流出的水体仍返回原水池(2)，进行循环电解。
4.根据权利要求1所述的电化学装置，其特征在于所述的槽体是塑料容器、经过耐蚀 和绝缘处理的铁制容器或其它耐蚀绝缘容器。
5.根据权利要求1所述的电化学装置，其特征在于所述的阳极由可溶性阳极或不可溶 性阳极组成，或者所述的阳极由可溶性阳极和不可溶性阳极以并联方式连接组成。
6.根据权利要求1所述的电化学装置，其特征在于所述的阴极由金属或非金属电极组成。
7.根据权利要求1或5所述的电化学装置，其特征在于所述的可溶性阳极是由铁、铝及 其合金制成的网状、条状、板状或块状电极；所述的不可溶性阳极是由钼、铱、钌、钯、钛/ 二 氧化钌或钛/二氧化铱制成的网状、条状、板状或块状电极。
8.根据权利要求1所述的电化学装置，其特征在于所述的阴极是由钯、铜、镍、铁或铝 及其合金或由石墨非金属制成的网状、条状、板状或块状电极。
9.一种含有阴离子和有机物的废水处理方法，其特征在于使用权利要求1-8中任一项 权利要求所述电化学装置进行所述废水的处理，在所述的阳极与所述的阴极之间施加直流 电场，所述初级电解槽B的电流密度控制在0. 5-50mA/cm2,所述电解槽A的电流密度控制在 2. 5-100mA/cm2 ；所述电解槽C的电流密度控制在0. l-30mA/cm2。
10.根据权利要求9所述的废水处理方法，其特征在于在所述的阳极与所述的阴极之 间施加直流电场，所述初级电解槽B的电流密度控制在5-30mA/cm2，所述电解槽A的电流密 度控制在30-80mA/cm2，并且采用多个电解槽A联用的方式时，下面相邻电解槽A的电流密 度大于前面相邻电解槽A的电流密度；所述电解槽C的电流密度控制在0. 5-20mA/cm2，并且 采用多个电解槽联用的方式时，下面相邻电解槽C的电流密度小于前面相邻电解槽C的电 流密度。
全文摘要
本发明涉及一种用于废水处理的电化学装置及使用所述装置处理废水的方法。本发明的电化学装置由电源、初级电解槽B、电解槽A、电解槽C、阴极、透过性隔离材料部分、阳极、原水池、净水收集器与浓缩溶液收集池组成。使用本发明的电化学装置可同时除去硝酸根、磷酸根、氯离子、氟离子等常见阴离子和有机物，无需投加任何药剂，可以避免对出水产生二次污染、操作方便、处理效率高、能耗较低。
文档编号C02F1/461GK101967017SQ20101053255
公开日2011年2月9日 申请日期2010年11月5日 优先权日2010年11月5日
发明者万平玉, 关晶, 刘操, 孙艳芝, 李天玉, 李敏, 陈咏梅 申请人:北京化工大学