一种石墨化通孔泡沫碳阳极污水处理装置及其使用方法与流程

本发明涉及污水处理设备技术领域，具体的说，是一种石墨化通孔泡沫碳阳极污水处理装置及其使用方法。

背景技术：

随着科技的进步，人们可以通过科技手段生产人们所需的各种各样的物品，从而提高人们的生活水平。但是在这些生产活动中也随之产生了大量的污染物，特别是生产过程中产生的废水中含有大量的污染物，对生态环境和人们的身体和生命都构成了极大的威胁，因此对废水的处理极为重要。

目前废水的处理方法主要有生物处理、物理化学处理以及两者结合处理方法。其中物化处理方法主要有热技术(蒸发)、膜技术、絮凝沉淀、离子交换、Fenton法、电化学法和微电解法等。电化学法因其处理费用低，不需要投加化学药剂，可节省药剂与投药设备费用；设备简单，易实现现代化管理；设备可操作性强，等优势受到人们的广泛关注。而电极是影响电化学污水处理装置性能的关键因素，因此电极的制备和设计一直受到人们的关注。常用的阳极材料包括：不锈钢电极、玻碳电极、碳电极、Ti/RuO₂，Ti/Pt-Ir、碳纤维电极、Pt-炭黑电极等。目前在污水电解池中阳极多采用碳素电极(一种紧凑型生物电化学反应器回收铜、镉并制备镉青铜前体的方法，CN104480493A)，电解池结构多采用敞开式结构，同时加入搅拌器辅助污水流动(CN204434402U一种新型重金属污水处理系统)。这些装置的结构较简单，但是处理效率和连续性上仍有待提高。目前对电极的研究热点是Pt电极、钛基PbO₂电极，钛基IrO₂电极和导电金刚石膜电极等。但是这些电极制造较复杂，成本较高，有待进一步改进以实现推广使用。

从有机物在阳极表面的直接氧化过程可知，阳极首先有一表面羟基化的过程，形成两种活性氧。有机物要被阳极直接氧化，必须从溶液主体迁移至阳极表面，然后被阳极表面的活性氧氧化，因此传质对有机物的降解效果影响甚大。在选取了适当的电极材料和电催化运行参数后，有机物直接电催化降解速度基本上由传质步骤控制。本发明的装置可以有效改善传质问题。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种石墨化通孔泡沫碳阳极污水处理装置及其使用方法。本发明提供一种高效、连续的电化学污水处理装置及其使用方法。此装置使用石墨化通孔泡沫碳阳极，基于阳极的高使用面积，大大增大了装置中电流密度(电流与电极表面积)，从而极大提高了装置污水处理速率；污水连续经过阳极中通孔流过阳极，污水中污染物同时在通孔中被氧化降解，实现了装置的连续处理功能；而且，污水在装置中一直处于流动状态，大大压缩了阳电极表面滞留层厚度，从而加速了污染物的降解反应速度。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

一种石墨化通孔泡沫碳阳极污水处理装置，其包含密闭容器、直流电源、石墨化通孔泡沫碳阳极和石墨化通孔泡沫碳阴极；石墨化通孔泡沫碳阳极和阴极置于密闭容器内部，并分别与直流电源的正极和负极相连。

所述的密闭容器两端设有进液口和出液口，进液口位于容器上部，出液口位于容器下部。

所述的石墨化通孔泡沫碳阳极和阴极垂直置于密闭容器内部，其形状和长、宽尺寸与密闭容器内部尺寸一致，并将密闭容器分隔成三部分，分别为容器壁与阳极之间、阳极与阴极之间、以及阴极与容器壁之间三个空间。

所述石墨化通孔泡沫碳阳极由具有通孔的石墨化泡沫碳制备，孔隙率为30～60％，厚为0.1～10cm。

所述石墨化通孔泡沫碳阴极为铁网、铝网及铁和铝的相关合金网等。

所述密闭容器的容积为0.1～10000L，具体大小根据污水处理量确定。

所述直流电源为市场上通用产品，为污水处理装置提供反应所需电力能源。

一种石墨化通孔泡沫碳阳极污水处理装置的使用方法

将待处理污水用输液装置以10mL/min-10L/min的流速直接通过进液口输入污水处理装置中，污染物在阳电极中被氧化降解，并在阴极得到絮凝沉淀，处理后的水及絮凝物通过出液口流出污水处理装置。

具体为：污水由进液口进入密闭容器，经过石墨化泡沫碳阳极中的孔隙穿过阳极，同时污染物在阳极外表面及孔隙中失去电子被氧化降解；然后通过网状的阴极被絮凝，然后通过出液口流出密闭容器。

与现有技术相比，本发明的积极效果是：

第一，本发明能极大程度提高污水处理速度。其所使用的阳极为内部具有丰富通孔的石墨化泡沫碳阳极，大大增加了阳电极的使用面积，提高了装置的电流密度，从而提高阳极反应能力，增大装置的污水处理能力；污水在装置中一直处于流动状态，大大压缩了阳电极表面滞留层厚度，使得污染物可以更快的扩散至电极表面发生电化学反应，从而加速了污染物的降解反应速度，提高装置的污水处理速度。

第二，污染物在污水通过阳极时同时被氧化降解，可以实现不停流连续处理污水(通过什么部件可以实现不停流连续处理污水)。污水以一定的速度进入污水处理装置，加速的污染物的降解反应速度，可以保证污染物在污水通过阳极时同时被氧化降解，不需要停流延长反应时间，从而实现污水的连续处理。

第三、装置简易，制造成本低，易于维护。没有使用贵重的贵金属电极，不需附加的搅拌装置，维护时仅仅需要清洗电极即可。

第四，推广价值高。本装置可用于处理各种工厂和生活污水，尤其适用于含酚类污染物的污水处理。

附图说明：

图1为本发明污水处理装置结构示意图；

图2为实施例1装置示意图。

附图中标记分别为：1污水处理装置，2密闭容器，3直流电源，4石墨化通孔泡沫碳阳极，5石墨化通孔泡沫碳阴极，6进液口，7出液口，8输液装置。

具体实施方式

以下提供本发明一种石墨化通孔泡沫碳阳极污水处理装置及其使用方法的具体实施方式。

实施例1

如图1，2所示，一种石墨化泡沫碳阳极污水处理装置及其使用方法。污水处理装置1由密闭容器2、直流电源3、石墨化通孔泡沫碳阳极4、阴极5、大流量输液泵8和管路9构成。密闭容器2两端开有进液口6和出液口7，进液口6位于容器上部，出液口7位于容器下部。石墨化通孔泡沫碳阳极4和石墨化通孔泡沫碳阴极5位于密闭容器2内部，并将密闭容器2分隔成三部分。大流量输液泵8通过管路9与进液口6相连。密闭溶液2容积为1L。石墨化通孔泡沫碳阳极4孔隙率55％，厚1.5cm。阴极5为铝网。

将该装置对苯酚含量为0.1mol/L的工业废水进行处理。废水直接用大流量输液泵8连续从进液口6输入污水处理装置中，流速0.1L/min。调节直流电源3电压为50V。检测从出液口7中流出水中苯酚的含量，结果表明废水中苯酚经过本发明所述污水处理装置后苯酚含量降低为0.005mol/L，苯酚的降解率达到95％。

本发明的优点为：基于具有丰富通孔阳极的高使用面积，利用流动的污水压缩了阳极表面滞留层厚度，提高反应速度，从而极大提高了装置污水处理速率，并实现了装置的连续处理功能；不仅结构简单、操作简便、易于维护，而且成本低廉，适用范围广。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围内。