[发明专利]一种处理废水的超声电化学装置及方法

说明书

技术领域

本发明属于用电化学方法处理有机污染废水技术领域。

背景技术

随着社会工业化的不断发展，全球的环境问题日渐突出，尤其是大量工农业污水和生活废水的排放使得水体遭受到有机物的严重污染；由于有机污染物呈现出种类繁多、物质结构复杂、有毒有害性强、浓度高等一系列特点，因此近些年来如何处理水体中的难生物降解有机污染物是环保研究中的重点和难点。

高级氧化技术是一类目前被认为具有良好发展前景的热门研究技术，主要包括湿式催化氧化、光催化氧化、电催化氧化、声化学氧化、臭氧氧化、超临界水氧化等。这些技术对某些种类的有机污染物有较好的降解效果，可以达到完全降解或转变成可以生物降解的产物采取后续处理的目的，但往往存在如下问题：采用单一氧化技术时，降解效率较低，废水成分复杂时效果不理想等缺陷。因此有必要发展这些高级氧化技术的联用或协同作用。

将电化学氧化与超声技术有机组合成为超声强化电化学氧化工艺是一种解决上述问题的新型工艺，它并不是电化学氧化与超声氧化的简单叠加。利用这种工艺降解有机污染物，除了发挥这两种技术自身的作用，还有两者相结合的耦合作用，所以降解效果非常理想。

电极材料是电化学氧化技术的核心，选用的电极必须具有氧化能力强、可以在超声环境下持续工作这两个特点。传统的碳电极和金属氧化物电极在超声作用下极易损坏，工作寿命有限；而金属电极则对污染物的氧化降解能力不强。而且这些电极表面容易污染，因此不是电化学氧化与超声技术组合的理想电极材料。

发明内容

现有的单一电化学氧化技术存在降解效率低，电极容易失活等缺点。本发明的目的是提供一种可以高效处理难生物降解有机废水的超声与电化学组合的装置和方法。

一种处理废水的超声电化学装置，包括污水存储池1、提升泵2、流量计(3)、进水口5、出水口6、反应器4，安置在反应器4内部的平板电极，反应器4中，平板电极之间安置超声波发生器9，其中，平板电极中采用掺硼金刚石膜电极，尤其是掺硼金刚石膜电极为阳极。

如上所述的装置，其中金刚石膜电极是采用化学气相沉积(CVD)法在硅基底上沉积高掺硼的金刚石薄膜。(相关文献：Einaga Y，Sato R，Olivia H，et al.Modified diamond electrodes for electrolysis and electroanalysis applications.Electrochimica Acta.，2004，Vol.49(22-23)：3989～3995.)

如上所述的装置，其中所述平板电极，阴极(8)是钛电极或铂电极或不锈钢电极。

如上所述的装置，其中设有进水口(5)和出水口(6)，可以通过管路连接污水存储池(1)、提升泵(2)、流量计(3)，实现流动循环进样降解。

一种处理废水的超声电化学方法，其中：以掺硼金刚石膜电极为阳极，在平板电极之间设置超声波发生器，对污染物水体同时进行电解和超声波处理的方法。

如上所述的方法，其中待处理水体与电极、极间距、电流密度的关系在于：当水样体积在200-300ml时，阳极和阴极的面积均在20-30cm²之间，极间距在1-3cm之间，电流密度为5-60mA/cm²之间。

如上所述的方法，其中进行恒电流降解，处理时间在2-5h之间。

如上所述的方法，其中反应物体积与超声频率、超声功率的关系在于：当反应物体积在200-300ml时，超声波的频率为20-50kHz之间，功率在20-70W之间。

如上所述的方法，其中待处理反应物包括：典型酚类污染物、具有毒性的PAE类污染物、氧化电位高难以电化学降解污染物，具体包括苯酚、邻苯二甲酸、苯甲酸。

本发明的具体操作步骤为首先打开提升泵使污水从存储池进入反应器，并利用流量计控制流量；然后以掺硼金刚石膜电极为阳极，以钛电极为阴极施加电压进行电化学降解；同时启动超声波发生器通过探头施加超声波强化电化学降解。根据待处理水样的具体情况，可以调节浸入水体中的电极实际工作面积、极间距、电流密度以及超声波的功率和频率。水量较大时可以采用多层电极进行降解处理。

使用该装置对苯酚、邻苯二甲酸和苯甲酸等有机污染废水进行处理发现，以掺硼金刚石膜电极的超声电化学新工艺的降解效果非常理想。与单独电化学氧化相比，相同时间内的去除率分别提高了79％—96％。

与现有技术相比，本发明具有如下优点：