[发明专利]一种三维电极处理印染废水耦合产甲烷的装置及方法

权利要求书

1.一种三维电极处理印染废水耦合产甲烷的装置，其特征在于：包括CO₂储罐(1)、CO₂气管(2)、电解液生成罐(3)、管A(4)、管B(5)、蠕动泵(6)、电解槽(7)、活性炭颗粒(8)、阴极电极板(9)、阳极电极板(10)、直流稳压电源(11)、阳离子交换膜(12)、阴极导线(13)、阳极导线(14)、阴极产物导管(15)、阳极产物导管(16)、阴极产物气体收集装置(17)和阳极产物气体收集装置(18)，CO₂储罐(1)通过CO₂气管(2)与电解液生成罐(3)相连，电解液生成罐(3)与电解槽(7)通过管A(4)和管B(5)形成回路，管B(5)上有蠕动泵(6)；阳离子交换膜(12)固定在阴极电极板(9)和阳极电极板(10)之间，阳离子交换膜(12)将电解槽(7)内部空间分隔成阳极室和阴极室；阴极室的阴极电极板(9)通过阴极导线(13)与直流稳压电源(11)相连，同时阴极室上部通过阴极产物导管(15)与阴极产物气体收集装置(17)相连；阳极室的阳极电极板(10)通过阳极导线(14)与直流稳压电源(11)相连，同时阳极室上部通过阳极产物导管(16)与阳极产物气体收集装置(18)相连。

2.根据权利要求1所述的三维电极处理印染废水耦合产甲烷的装置，其特征在于：所述阴极电极板(9)和阳极电极板(10)平行固定，阴极电极板(9)为纯铜材质，阳极电极板(10)为钛镀氧化钌惰性电极，阴极电极板(9)和阳极电极板(10)尺寸相同，阳离子交换膜(12)根据需要能够由阴离子交换膜替换。

3.根据权利要求1所述的三维电极处理印染废水耦合产甲烷的装置，其特征在于：所述电解槽(7)底部填充活性炭颗粒(8)，粒径为2-4mm；制备活性碳颗粒(8)的原料为椰壳和果壳中的一种或者两者的组合物。

4.根据权利要求3所述的三维电极处理印染废水耦合产甲烷的装置，其特征在于：所述活性炭颗粒(8)为柱状颗粒，粒径为2mm、4mm、6mm中的一种或多种。

5.根据权利要求1所述的三维电极处理印染废水耦合产甲烷的装置，其特征在于：所述电解槽(7)中填充的活性炭颗粒(8)填充体积为电解槽的15～45％，活性炭颗粒(8)在阴极室和阳极室填充量之比为0.8～1.2。

6.根据权利要求1所述的三维电极处理印染废水耦合产甲烷的装置，其特征在于：所述电解槽(7)阳极室中填充的活性炭颗粒(8)表面负载伽马MnO₂。

7.根据权利要求1所述的三维电极处理印染废水耦合产甲烷的装置，其特征在于：所述阳极室与阴极室体积比为0.5～2.0。

8.应用权利要求1所述的三维电极处理印染废水耦合产甲烷的装置的方法，其特征在于：反应前预先在阴极室填充活性炭颗粒，并使用阳离子交换膜分隔阴极室和阳极室，在阳极室倒入印染废水；反应时电解槽(7)通过直流稳压电源(11)供电进行恒电流电解，CO₂储罐(1)以0.01～0.2L/min的恒定流量经CO₂气管(2)向电解液生成罐(3)中通入CO₂气体，电解液生成罐(3)预先装有Na₂CO₃溶液，与过量的CO₂反应至二氧化碳饱和，从而使电解液生成罐(3)中的溶液变为二氧化碳过饱和的碳酸钠溶液，电解液生成罐(3)与电解槽(7)阴极室通过两个管路连通，其中上部的管A(4)将电解液生成罐(3)中的溶液送入电解槽(7)阴极室作为电解液进行反应，而下部的管B(5)在蠕动泵(6)作用下使电解槽(7)阴极室中的阴极液回流到电解液生成罐(3)中，阴极室产气通过阴极产物导管(15)由阴极产物气体收集装置(17)收集；

反应前预先在阳极室填充活性炭颗粒，电解槽(7)阳极室中加入印染废水，阳离子交换膜(12)防止阳极析出的氧气进入阴极室，并防止阴极析出的甲烷进入阳极室。