[发明专利]三维电极反应器及利用其处理氯苯废水的方法

说明书

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，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CO₂和H₂O。

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：

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1。