复合颗粒在制备三维电极反应器中的用途、三维电极反应器及水处理方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及水处理领域，具体地，本发明涉及复合颗粒在制备三维电极反应器中的用途、三维电极反应器及水处理方法。
【背景技术】
[0002]水资源短缺已成为目前制约我国经济与社会发展的一大问题。因此，污水处理成为了缓解水资源短缺的重要解决途径。由于污水中存在多种有毒物质，因此保证再生水的水质安全对于促进再生水的使用具有重大意义。近年来，随着分析技术的发展以及分析水平的提高，在水质检测中，越来越多的新型微量有机污染物能够被检测出来。在这些新型微量有机污染物中，内分泌干扰物的检出率较高。虽然检出的内分泌干扰物通常浓度较低，但这一类物质种类繁多，可以以极低的浓度对动物以及人类的生殖、免疫和神经系统造成伤害，且传统的污水生物处理技术对该类型污染物的去除效果较差。目前针对内分泌干扰物的主要处理方法有生物法、吸附法、化学氧化法、电化学氧化法和膜技术。
[0003]然而，目前用于处理水中内分泌干扰物的技术仍有待改进。
【发明内容】
[0004]本申请是基于发明人对以下事实和问题的发现和认识作出的:
[0005]在目前常用的出去内分泌干扰物的方法中，吸附法影响因素较多难以控制，吸附剂再生困难且成本较高;膜技术中采用的高压膜运行能耗较高，且物理分离后的高能度污染物仍需进一步处理;化学氧化法虽然具有较高的内分泌干扰物去除率，但常用的氧化剂臭氧氧化能力强导致运行成本高昂，难以推广；相比之下，电化学氧化法具有装置简单、操作方便、无二次污染等优点，因此适于处理污水中的微量有机污染物。
[0006]本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。
[0007]在本发明的第一方面，本发明提出了一种复合颗粒在制备三维电极反应器中的用途。所述复合颗粒包括:绝缘颗粒以及导电颗粒。利用该复合颗粒中的导电颗粒作为三维电极反应器的粒子电极，可以在污水中形成多个微电解池，促进污水中有机污染物，特别是内分泌干扰物的电化学反应，提高电流效率与反应效率。并且，该复合颗粒中的绝缘颗粒可以降低短路电流，提高处理效率。
[0008]根据本发明的实施例，所述绝缘颗粒以及导电颗粒的体积比为1:1。由此，可以有效降低导电颗粒之间互相接触造成的短路电流，提高电流效率与反应效率。
[0009]根据本发明的实施例，所述绝缘颗粒的粒径为2?3mm;所述导电颗粒的粒径为2?3mm。较小的粒径有利于增加粒子电极与内分泌干扰物的接触，从而可以提高处理效率，且当绝缘颗粒以及导电颗粒的粒径相似时，可以有效防止该复合颗粒在三维电极反应器中分层。
[0010]根据本发明的实施例，所述导电颗粒是由石墨、活性氧化铝、高岭土、活性炭以及陶瓷的至少之一形成的。上述材料组成的导电颗粒具有良好的导电性，用于粒子电极可提高电流效率。
[0011]根据本发明的实施例，所述绝缘颗粒是由玻璃珠、石英砂以及塑料的至少之一形成的。上述材料形成的绝缘颗粒来源广泛，容易获得，且化学性质稳定，绝缘性能良好。
[0012]根据本发明的实施例，所述绝缘颗粒包括绝缘膜以及核体，所述绝缘膜位于所述核体的外表面上，所述核体是由所述导电颗粒构成的。利用绝缘材料，对导电颗粒够成的核体进行浸渍涂膜，即可在核体的外表面形成绝缘膜。由此，有利于节约生成成本，并且可以获得与导电颗粒尺寸相近的绝缘颗粒，从而有利于防止在实际使用中绝缘颗粒以及导电颗粒分层而造成短路电流增大。
[0013]根据本发明的实施例，所述绝缘颗粒为玻璃珠，所述导电颗粒为石墨颗粒，且所述复合颗粒中所述玻璃珠以及所述石墨颗粒的体积比为1:1。玻璃珠以及石墨颗粒成本低廉且具有较好的绝缘或者导电性能，且体积比相近的玻璃珠以及石墨颗粒构成的复合颗粒能够有效防止分层现象的出现，从而可以进一步提高电流效率与反应效率。而且石墨颗粒的吸附作用不强，适合处理微量内分泌干扰物。
[0014]根据本发明的实施例，所述玻璃珠的粒径为2?3mm，所述石墨颗粒为石墨柱，所述石墨柱的直径为2?3mm，高为0.5?1.5cm。由粒径类似的玻璃珠以及石墨颗粒组成该复合颗粒，从而可以有效防止分层现象的出现，从而可以进一步提高电流效率与反应效率。
[0015]在本发明的另一方面，本发明提出了一种用于水处理的三维电极反应器。根据本发明的实施例，该反应器包括:反应腔室，所述反应腔室具有进液口以及出液口；阳极，所述阳极插入所述反应腔室内；阴极，所述阴极插入所述反应腔室内且与所述阳极电连接；以及前面所述的复合颗粒，所述复合颗粒堆积在所述反应腔室内。该三维电极反应器可以用于处理城市污水等污水中的有机污染物，特别是内分泌干扰物。利用前面所述的复合颗粒中的导电颗粒作为三维电极反应器的粒子电极，可以在污水中形成多个微电解池，促进污水中有机污染物，特别是内分泌干扰物的电化学反应，提高电流效率与反应效率。并且，该复合颗粒中的绝缘颗粒可以降低短路电流，提高处理效率。
[0016]根据本发明的实施例，该三维电极反应器进一步包括:电源，所述电源分别与所述阳极以及所述阴极电连接;储水池，所述储水池分别与所述进液口以及出液口相连；以及蠕动栗，所述蠕动栗分别与所述储水池以及所述进液口相连;任选地，所述反应腔室的体积为200-350mL，所述阳极以及所述阴极之间的距离为2-8cm，所述复合颗粒在所述反应腔室中的堆积高度为5-lOcm。由此，可以实现循环处理，从而可以提高该三位电极反应器的处理效率以及效果。
[0017]在本发明的又一方面，本发明提出了一种处理污水中内分泌干扰物的方法。根据本发明的实施例，该方法包括:利用前面所述的三维电极反应器对所述污水中的内分泌干扰物进行电解。由于该方法利用前面所述的三维电极反应器实现对内分泌干扰物的电解，因此该方法具有前面描述的三维电极反应器的全部特征以及优点，在此不再赘述。
【附图说明】
[0018]图1显示了根据本发明一个实施例的复合颗粒的结构示意图；
[0019]图2显示了根据本发明一个实施例的三维电极反应器的结构示意图；
[0020]图3显示了根据本发明另一个实施例的三维电极反应器的结构示意图；
[0021]图4显示了根据本发明实施例2的处理雌三醇去除率及浓度图；
[0022]图5显示了根据本发明实施例3以及对比例I的雌三醇去除率及浓度图；
[0023]图6显示了根据本发明实施例3以及对比例I的去除率曲线动力学分析。
[0024]附图标记说明:
[0025]10:复合颗粒;20:绝缘颗粒;30:导电颗粒
[0026]100:反应腔室；110:进液口； 120:出液口
[0027]200:阳极;300:阴极;400:粒子电极
[0028]500:电源;600:储水池;700:蠕动栗;800:搅拌单元
【具体实施方式】
[0029]下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
[0030]复极性三维电极反应器(Bipolarthree-dimens1nal electrode reactor,BTDER)，本发明中又称三维电极反应器，是一种新型的电化学反应器，它是在传统的二维电解槽电极间装填粒子电极并使其表面带电，成为新的一极(第三极)，在电场作用下形成复极粒子，每一个颗粒都相当于一个微电解池，整个电解池相当于无数个微电解池串联，可以促进材料表面的电化学