[发明专利]用于处理高浓度有机废水的电化学反应装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种污水处理设备，具体涉及一种用于处理高浓度有机废水的电化学反应装置。本发明还涉及一种处理高浓度有机废水的电化学反应方法。

背景技术

高浓度有机物工业废水中含有大量的酚、醌、有机酸等有机物，这种工业废水的化学需氧量(COD)很高，自然降解很慢，会造成水体的严重污染，因而其排放都有严格的标准。为符合排放标准，需要在排放之前先对该工业废水进行处理，而苯酚及其转化后的各种酚类，处理尤其困难。

目前对于含有酚类等有机物的工业废水，有很多种处理方法，其中最为常用的处理方法，是在一系列的混凝、高压等离子体放电处理、酸化、微电解等处理过程之后，采用直流电源、电解装置以及铁电极，对高COD的进水进行电解处理，在电化学氧化的同时进行电凝聚-电絮凝作用，从而达到使酚类降解的目的。

现有的电解装置采用电凝聚法净化工业废水，即在外电源的作用下，利用可溶性阳极(如铝或铁等金属)产生大量的金属阳离子，并进行水解反应形成氢氧化物的混凝剂，混凝剂与胶体混合，使胶体脱稳、絮凝的过程。这种处理方法的目的在于改变原水中的胶体、悬浮物、溶解物、细菌、病毒以及其它微生物等的存在性质和状态，生成可以分离去除的大颗粒，以达到净化目的。

如图1所示，阳极金属在外电源的作用下发生氧化反应，生成金属阳离子Mn+，而水解反应生成了OH-，Mn+与OH-结合形成M(OH)n混凝剂，混凝剂与污水中的杂质、固体颗粒、胶体等成分混合，逐渐沉淀并与溶液分离；同时，由于水解反应生成了H2，在H2溢出液面的同时，部分污染物也随之上浮。因而电凝聚法又被称作电凝聚-电气浮法。

电解装置在电凝聚过程中发生了一系列复杂的物理化学反应，如：阳极金属的溶解、电场作用、电解产物在水中的分解、电解产物及水解产物和废水中物质发生物理化学作用，等等。但是，这些反应中，以电化学的电极反应为主。以铁电极为例，当电极间通以直流电或脉冲电时，发生如下的电极反应：

阳极：Fe-2e→Fe²⁺

阴极：2H⁺+2e→H₂↑

Fe²⁺进入水中后，迅速发生水解反应，形成多种单核络合物。

Fe²⁺经过各种水解和缩聚反应后，可以形成多种复杂的单核或多核聚合离子，这些聚合离子会与废水中有机物等大分子发生各种复杂的物理化学反应。

电凝聚废水处理存在着多种作用机制，按机理不同主要可分为：电解凝聚、电气浮和电解氧化和电解还原。

一、电解凝聚

电凝聚实际是金属阳极产生的Fe²⁺及其各种聚合离子对废水的混凝作用。混凝的作用机理概括起来主要有以下四个方面：

(1)静电中和

Fe的各种聚合氢氧化物一般带正电荷，因此它们的存在能消除或减弱废水中胶粒表面的净负电荷，使胶粒碰撞机会大大增加。当胶状粒子发生碰撞时，短距离作用的范德华力足以使胶粒间发生凝聚。

(2)压缩双电层

阳极溶解生成大量Fe²⁺离子，废水中电解质浓度增大，压缩双电层，降低ζ电位，使胶体微粒互相吸引而聚结。

(3)吸附架桥

Fe2+的水解和缩聚反应而形成高聚物。这种高聚物的结构是线性的，线的两端分别连着不同的微粒，在相距较远的两个微粒之间起着连结架桥作用，使得微粒逐渐变大，最终变成大颗粒的絮凝体。这种由于高分子物质的吸附架桥而使微粒相互粘结的过程称为絮凝。絮凝使已经电中和的胶体微粒进一步凝聚，并凝聚成较大的絮凝物上浮至液面，达到污水净化的目的。

(4)卷扫絮凝

Fe2+水解产生大量多孔絮状氢氧化亚铁沉淀，这些絮状沉淀在运动中以其巨大的表面吸附卷带胶体颗粒，生成更大的絮团结构从而发生沉降。

废水净化过程中往往几种作用机理同时发生。

二、电解气浮效应

在电凝聚槽中，阴极附近有大量的氢气气泡产生。气泡在上浮过程中与絮体发生粘附，从而拖带絮体上浮到液面而达到净化目的。

三、电解氧化和电解还原

电解氧化法是利用阳极的高电位，来降解溶液中的有毒物质。电解氧化又可分为直接氧化和间接氧化。直接氧化是指电极直接氧化电解液中的有毒物质；间接氧化是在阳极反应过程中，先生成具有氧化性较强的化学活性物质，如活性氧、氯气和ClO^-等，再利用这些物质氧化降解废水中的有毒物质。