本实用新型涉及有机污水处理技术领域，尤其涉及一种基于电化学的污水处理装置。
背景技术：
电催化氧化技术是最近新兴的有机污水处理技术，特别适合处理高浓度、难降解的有机污染物。与O3、H2O2、湿空气氧化以及超临界流体氧化等高级氧化技术相比,电催化氧化处理高浓度有机废水的方法更具经济性。但现有电化学污水处理装置仍存在一些降解效率低、电流效率低、能耗高、处理成本高的问题，故急需一种基于电化学的污水处理装置，解决上述技术问题。
技术实现要素：
有鉴于此，本实用新型提供了一种基于电化学的污水处理装置，解决上述技术问题。
本实用新型采用的技术手段如下：一种基于电化学的污水处理装置，包括槽体、前处理室、阴极室、阳极室、掺氮纳米金刚石阴极、掺硼纳米金刚石阳极、隔膜、水泵和直流电源；所述槽体内依次设有前处理室、阴极室和阳极室，所述掺氮纳米金刚石阴极固定于所述阴极室，所述掺硼纳米金刚石阳极固定于所述阳极室，所述掺氮纳米金刚石阴极和掺硼纳米金刚石阳极分别通过导线与直流电源连接；所述掺硼纳米金刚石阳极和阴极室之间设有隔膜；所述前处理室一侧设有进气管，另一侧设有出气管；所述前处理室两侧还分别设有第一进水口和第一出水口；所述阴极室一侧设有第二进水口，所述阳极室一侧位于第二进水口的另一侧设有第二出水口；所述水泵分别连接第一出水口和第二进水口，所述水泵用于将预处理后的污水从第一出水口送入第二进水口。
优选地，所述掺氮纳米金刚石阴极和掺硼纳米金刚石阳极的衬底为p型Si或Mo、Ta、Ti金属材料，所述掺氮纳米金刚石阴极的衬底面对掺硼纳米金刚石阳极一侧包覆一层掺氮纳米金刚石膜，另一侧连接导线且与污水隔离；所述掺硼纳米金刚石阳极的衬底面对掺氮纳米金刚石阴极一侧包覆一层掺硼纳米金刚石膜，另一侧连接导线且与污水隔离。
优选地，所述掺氮纳米金刚石阴极和掺硼纳米金刚石阳极呈平板状。
优选地，所述掺硼纳米金刚石阳极和掺氮纳米金刚石阴极间距为0.2～6cm。
优选地，所述隔膜为固定于不锈钢框的棉布滤膜。
优选地，所述棉布滤膜的孔径为0.01～0.1微米。
优选地，所述槽体的材质为聚四氟乙烯。
优选地，所述导线为铜导线。
优选地，所述掺氮纳米金刚石阴极和掺硼纳米金刚石阳极的数量分别为若干个，若干个所述掺氮纳米金刚石阴极之间并联，若干个所述掺硼纳米金刚石阳极之间并联。
本实用新型的有益效果是，本实用新型利用前处理室，给污水预先加氧，并利用掺硼纳米金刚石阳极的氧化作用和掺氮纳米金刚石阴极的间接氧化作用即污水中的氧气在掺氮纳米金刚石阴极被还原生成羟基的氧化性，形成阴阳电极协同作用，加强污水的处理效果，提高电流效率；使得氧气易于在掺氮纳米金刚石阴极得到电子生成H2O2，H2O2具有较强的氧化性，可协助掺硼纳米金刚石阳极氧化降解水中的有机污染物，使污水处理效率得到提高；同时降低所述槽体的槽电压，提高电流效率，氧气还原掺氮纳米金刚石阴极与普通电极相比，氧化同样量的有机物电流用量可减少1/2，即电流效率极限值为200％，从而降低能耗，降低污水处理成本。另外，本实用新型装置简易，处理污水成本低。
附图说明
图1为本实用新型的结构示意图；
图中：1.槽体、2.阳极室、3.阴极室、4.前处理室、5.掺硼纳米金刚石阳极、6.掺氮纳米金刚石阴极、7.隔膜、8.出气管、9.进气管、10.第一进水口、11.第一出水口、12.第二进水口、13.第二出水口、14.水泵、15.直流电源。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本实用新型，并非用于限定本实用新型的范围。
如图1所示，一种基于电化学的污水处理装置，包括槽体1、前处理室4、阴极室3、阳极室2、掺氮纳米金刚石阴极6、掺硼纳米金刚石阳极5、隔膜7、水泵14和直流电源15；所述槽体1内依次设有前处理室4、阴极室3和阳极室2，前处理室4内氧气密度高，污水先进入前处理室4进行加氧，增加污水中的溶氧量，使得氧气易于在掺氮纳米金刚石阴极6得到电子生成H2O2，由于H2O2具有较强的氧化性，可协助掺硼纳米金刚石阳极5氧化降解水中的有机污染物，使污水处理效率得到提高；所述阴极室3和阳极室2内分别含有电解质溶液；所述掺氮纳米金刚石阴极6固定于所述阴极室3内，所述掺硼纳米金刚石阳极5固定于所述阳极室2内，所述掺氮纳米金刚石阴极6和掺硼纳米金刚石阳极5分别通过导线与直流电源15连接，所述导线与液体绝缘处理；所述掺硼纳米金刚石阳极5和阴极室3之间设有隔膜7；所述前处理室4一侧设有进气管9，另一侧设有出气管8；所述前处理室4两侧还分别设有第一进水口10和第一出水口11；所述阴极室3一侧设有第二进水口12，所述阳极室2一侧位于第二进水口12的另一侧设有第二出水口13；所述水泵14分别连接第一出水口11和第二进水口12，，在本实施例中，第一出水口11、第二进水口12与水泵14在同一侧，便于水泵14将预处理后的污水即氧气浓度高的污水从第一出水口11抽送入第二进水口12。所述掺氮纳米金刚石阴极6和掺硼纳米金刚石阳极5的衬底为p型Si或Mo、Ta、Ti金属材料，所述掺氮纳米金刚石阴极6的衬底面对掺硼纳米金刚石阳极5一侧包覆一层掺氮纳米金刚石膜，另一侧连接导线且与污水隔离；所述掺硼纳米金刚石阳极5的衬底面对掺氮纳米金刚石阴极6一侧包覆一层掺硼纳米金刚石膜，另一侧连接导线且与污水隔离，上述结构使得氧气易于在掺氮纳米金刚石阴极6得到电子生成H2O2，H2O2具有较强的氧化性，可协助掺硼纳米金刚石阳极5氧化降解水中的有机污染物，使污水处理效率得到提高；所述掺氮纳米金刚石阴极6和掺硼纳米金刚石阳极5呈平板状，所述第二进水口12至第二出水口13的水流方向分别与所述掺氮纳米金刚石阴极6和掺硼纳米金刚石阳极5平行，所述掺硼纳米金刚石阳极5和掺氮纳米金刚石阴极6间距为0.2～6cm，该距离使得两极之间的协同作用更佳；所述隔膜7为固定于不锈钢框的棉布滤膜，所述棉布滤膜的孔径为0.01～0.1微米，所述隔膜7具有耐酸、耐碱性,在长时间使用后不易变形,对离子透过没有选择性，其作用是分隔掺氮纳米金刚石阴极6和掺硼纳米金刚石阳极5的产物，使阴极室3和阳极室2的pH保持恒定，阻止O2在掺氮纳米金刚石阴极6还原生成的H2O2继而在掺硼纳米金刚石阳极5又被氧化成O2和H2O，有利于阴极室3和阳极室2氧化降解有机物。所述槽体1的材质为聚四氟乙烯，具有优良的化学稳定性、耐腐蚀性、密封性、电绝缘性和良好的抗老化耐力。所述导线8为铜导线，用于连接恒压的直流电源15向掺氮纳米金刚石阴极6和掺硼纳米金刚石阳极5供电。掺氮纳米金刚石阴极6和掺硼纳米金刚石阳极5的数量分别为若干个，若干个掺氮纳米金刚石阴极6之间并联，若干个掺硼纳米金刚石阳极5之间并联，该设置分别增大掺氮纳米金刚石阴极6和掺硼纳米金刚石阳极5总的表面积，提高反应效率，进而提高处理污水的效率；工作原理：在电催化氧化反应过程中，在掺硼纳米金刚石阳极5除可发生有机物失去电子而降解的直接氧化外，还可由于掺硼纳米金刚石阳极5表面产生羟基自由基等强氧化剂发生间接氧化反应。掺硼纳米金刚石阳极5氧化过程可表述如下：
(1)M+H2O——M(·OH)+H++e－；
(2)M(·OH)——MO+H++e－；
(3)R+MO——M+RO；
(4)M(·OH)+R——M+mCO2+n H++ne－。
反应(2)(3)主要发生于能够转化成高氧化态的活性电极表面，有机物易发生不完全氧化；而掺硼纳米金刚石阳极5属于惰性电极，不存在高氧化态，因而主要发生(4)的反应，能够将有机物完全矿化成CO2和H2O。
掺氮纳米金刚石阴极6对有机物可产生间接氧化作用。这是由于氧在适当掺氮纳米金刚石阴极6电极电位下，通过掺氮纳米金刚石阴极6的还原作用产生氧化剂H2O2来氧化有机物，从而间接降解有机物。电极反应如下：
在酸性或中性条件下：O2+2H++2e——H2O2
H2O2+2H++2e——2H2O
在碱性条件下：O2+H2O+2e——HO－2+OH－
HO－2+H2O+2e——3OH－
氧在得到电子的还原产物H2O2是环境友好型化学试剂，反应后仅剩下水和氧气，没有有害物质残留。
掺硼纳米金刚石阳极5和掺氮纳米金刚石阴极6间距为0.2～6cm，利用掺硼纳米金刚石阳极5的氧化作用和掺氮纳米金刚石阴极6的间接氧化作用即污水中的氧气在掺氮纳米金刚石阴极6被还原生成羟基的氧化性，形成阴阳电极协同作用，加强污水的处理效果，提高电流效率。
处理污水时，在常温常压条件下进行，污水从第一进水口10进入前处理室4，同时氧气从进气管9进入前处理室4，使得前处理室4内的氧气密度较高，出气管8用于平衡前处理室4内的气压，避免其气压过高而危险。水泵14从第一出水口11将加氧后的污水抽送至第二进水口12，恒压的直流电源15向掺氮纳米金刚石阴极6和掺硼纳米金刚石阳极5供电；在掺氮纳米金刚石阴极6气液固三相界面上，氧气得电子还原形成过氧化氢，在空气形成的微小气泡的推动下不断扩散进入电解质溶液中。在阳极室2内主要发生水失电子生成氧气的反应；处理后的水从第二出水口13流出。
综上所述，本实用新型利用前处理室4，给污水预先加氧，并利用掺硼纳米金刚石阳极5的氧化作用和掺氮纳米金刚石阴极6的间接氧化作用即污水中的氧气在掺氮纳米金刚石阴极6被还原生成羟基的氧化性，形成阴阳电极协同作用，加强污水的处理效果，提高电流效率；同时降低所述槽体1的槽电压，提高电流效率，氧气还原掺氮纳米金刚石阴极6与普通电极相比，氧化同样量的有机物电流用量可减少1/2，即电流效率极限值为200％，从而降低能耗，降低污水处理成本。
以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型保护的范围之内。