[发明专利]高效电化学反应器

说明书

技术领域

本发明属于环保污水处理领域，更具体地，涉及电化学处理法中所用的电化学反应器。

背景技术

电化学在水处理中主要起的反应有氧化、还原、间接氧化、间接还原、电絮凝、电气浮、电芬顿效应，其中对COD去除主要是电絮凝、氧化及芬顿效应，一个好的反应器设计，必须考虑到三个效应反应的充分性，这些反应的充分性与反应器的水流方式有着非常大的关联。

现有的电化学反应器结构主要有串联式和并联式两种，参见图1，图2。其结构都是将多块极板平行排列在槽体中，通过布水管、集水管来控制水流方向，其流道设计都是一维接触，也就是说水与极板是面与面一个方向接触，接触不均匀，不充分，进而影响了前述几个反应的充分性。

发明内容

本发明的目的是提供一种结构合理，反应充分的电化学反应器。

在电化学反应过程中，电极表面可以产生一些活性中间产物，如OH、OCL^-、H₂O₂、O₃等，这些中间产物参与氧化污染物，使污染物降解去除。

(1)产生羟基自由基(OH)。羟基的氧化电位2.82，高于氯、臭氧、双氧水等其它强氧化性物质，物理吸附态的“活泼氧”(OH)主要起电化学燃烧作用，使有机物完全氧化，这是一个不可逆转过程。有机物浓度较高时发生的是直接电氧化，而在有机物浓度较低时，则发生的是与OH的反应，如下所示：

H₂O→OH+H⁺+e

有机物+OH→产物

2OH→H₂O+1/2O₂

电化学氧化可以发生类芬顿(Fenton)反应，产生OH氧化有机污染物，有机物的电化学氧化是由以下的步骤组成(以甲苯的电化学氧化为例)：

O₂+2H⁺+2e→H₂O₂

M^ox+e→M^red

M^red+H₂O₂→M^ox+OH+OH^-

甲苯+OH·→苯甲醛，苯甲醇

OH+M^red→M^ox+OH^-

氧分子在阴极表面还原生成H₂O₂，H₂O₂与还原态金属发生Fenton反应生成OH，降解有机物。

(2)产生次氯酸根(OCL^-)。电化学处理含氯有机废水时有机物去除主要是通过间接过程实现的，即氯化物电化学氧化生成次氯酸盐，次氯酸根再氧化降解有机物。在含氯溶液中，OCL^-通过以下反应实现：

2CL^-→CL₂+2e

CL₂+H₂O→HOCL+HCL

HOCL→H⁺+OCL^-

明电解产生的氯气/次氯酸盐的间接氧化起主要作用。该方法已被有效应用于印染废水、甲醛废水、垃圾渗滤液的处理。

有氯离子存在情况下阳极发生以下三个反应：

HO^-→OH+e

CL^-→CL+e

2CL^-→CL₂+2e

同时发生以下反应：

CL₂+OH→HOCL+CL^-

CL₂+2H₂O→HOCL+H₃O⁺+CL^-

HOCL+H₂O→H₃O⁺+OCL^-

这些具有氧化作用的含氯物质(CL，CL₂，OCL^-等)与羟基自由基(OH)共同氧化降解有机污染物。