[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

说明书

本发明提供一种三维电极处理印染废水耦合产甲烷的装置及方法，属于废水综合利用技术领域。该装置包括CO₂储罐、电解液生成罐、电解槽、活性炭颗粒、阴极电极板、阳极电极板、直流稳压电源、阳离子交换膜、阴极产物气体收集装置和阳极产物气体收集装置。阳离子交换膜固定在两电极板之间，将电解槽内部空间分隔成两极室；电解液生成罐与电解槽阴极室通过两管相连，形成电解液循环；阴阳极室上部分别通过导管与各自产物气体收集装置连通。本装置可在阳极处理印染废水的同时阴极还原二氧化碳产生甲烷，离子交换膜可完全分离两极室气体产物，便于阴极的甲烷收集，同时实现难降解废水的处理和二氧化碳减排的目的。

技术领域

本发明涉及废水综合利用技术领域，特别是指一种三维电极处理印染废水耦合产甲烷的装置及方法。

背景技术

我国印染废水产量巨大，每年排放量超过20亿吨，废水pH在10-11间，有机物含量高，其中包括罗丹明B、孔雀石绿、亚甲基蓝、酸性大红等含苯、萘等大分子有机物，COD约800-2000mg/L，同时有约10％未成功上色染料残留在废水中，故具有浓度高、种类多、碱性大、毒害大及色度高等特点，属于难处理的工业废水种类。目前用于印染废水处理的方法主要有：物理处理技术(主要包括吸附、膜分离、微絮凝直接过滤等技术)、生物处理技术(主要包括曝气生物滤池、膜生物反应器等技术)、高级氧化技术(主要包括化学氧化、光催化氧化和电化学氧化等技术)。其中，电化学氧化技术是利用自由基超强的氧化性能对印染工业废水中的污染物进行降解。自由基的形成是在固定的反应器内进行，在外加的电力场作用下进行化学反应而生成的。电化学氧化技术处理印染工业废水具有操作灵活的特点，同时这种技术容易操作，不会对环境造成污染。

另一方面，二氧化碳的减排一直是备受关注的问题。为了降低CO₂的排放，CO₂催化还原的技术成为当下最热门的话题之一，其中主要包括光催化、电催化和热化学还原。其中光催化技术被誉为最清洁的技术被广泛用于CO₂催化还原，但是由于其光生电子的利用率低和量子效率低难以实现工业化。热化学还原是将CO₂和CO在催化剂催化作用下与氢气合成甲烷，可以很好的解决环境和能源的问题，但一般需要几十个大气压和几百度的高温，目前的技术仍存在瓶颈。

早在上世纪八十年代，日本研究学者就发现过渡金属可以将CO₂还原成碳氢化合物如CH₄、HCOOH和CH₃OH等，相对于其他技术，电催化CO₂还原具有以下优点：(1)可以直接控制反应所需要的电位以及反应过程中溶液体系的温度，从而控制反应的方向，得到理想的目标产物。(2)电催化反应系统是灵活多变的，改变电解池结构可以适用于不同的场景。(3)电催化CO₂反应体系可以和不同的技术进行耦合，例如可以和电催化氧化去除有机污染物去除结合，实现资源化利用。(4)大多数的反应体系都是水溶液体系，控制还原产物例如气体CO和CH₄的生成，整个电解液体系是可以重复利用的，进一步减少能源的消耗。故电催化CO₂还原毫无疑问是最具有吸引力的技术。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种三维电极处理印染废水耦合产甲烷的装置及方法，该装置合理利用电子转移和守恒规律，可在阳极处理印染废水的同时阴极还原二氧化碳产生甲烷，离子交换膜可完全分离两极室气体产物，便于阴极的甲烷收集，同时实现水处理和二氧化碳减排的目的。