[发明专利]气体扩散电极体系电化学消毒的方法

说明书

技术领域

本发明属于环保节能领域，涉及一种电化学水处理消毒方法，尤其是采用气体扩散电极体系的电化学水处理消毒方法。

背景技术

目前，常用的消毒工艺有传统的加氯消毒、紫外线消毒和臭氧消毒。加氯消毒技术在水处理领域占有主导地位，但其主要缺陷在于制备氯消毒剂的原料——氯气，不仅有剧毒，而且在储运过程中容易引发火灾、爆炸，甚至人员伤亡的事故。同时，当人们发现氯消毒会产生较多的致癌物质之后，对氯的使用也越来越谨慎。而臭氧消毒、紫外线消毒则存在技术难度大、投资大及没有持续杀菌效果等缺点，实际应用具有一定的局限性。而现场制备消毒剂技术解决了氯气在储运过程中存在的高危险性问题，因而一直是人们关注的焦点。而电化学消毒法又是现场制备消毒剂的重要方法之一。所谓电化学消毒法就是让被消毒对象通过电化学装置，从而达到杀菌、消毒的目的。采用电化学消毒方法的优点在于：首先，电化学法可以杀死多种有害微生物；其次，可以利用电极氧化或还原特性去除水中多种离子性杂质；第三，电化学消毒系统具有持续杀菌能力，电场消失后仍旧可以杀菌灭藻。而且，电化学法运行管理简单、安全、可靠，经过试验印证，杀菌速度快。耗电量较低。采用电化学法生成的三氯甲烷的量比加氯消毒生成的量要低，即使含THMs(三卤甲烷)的前体物质较多的水，经过电化学的处理后水中三卤甲烷的含量仍低于国家标准中所规定的数值(常玉等.电化学消毒法处理回用水的可行性研究，环境污染治理技术与设备，2002，Vol.3：46-50)。

已有不少关于用电杀菌的研究报道和实际用例，但迄今为止，该技术没能获得大规模的广泛应用。各种不同类型电化学反应器也只是用来生产消毒剂氯气或者臭氧，对电化学方法消毒有机废水和饮用水的研究也只是集中在阳极方面。已有多种形稳电极(DSA)作为阳极，如Ti/IrO₂、Ti/RuO₂等被较多地应用于水处理和消毒中。但只有在Cl-浓度较高的水溶液里才会获得比较高的杀菌率；在不含Cl^-的水里，主要依靠电极上产生的活性基团实现杀菌作用。

电流通过待处理的水，阳极上通过Cl^-氧化产生的HClO为主要消毒物质。与此同时，阳极上有大量氧气溢出，阴极上发生无用的析氢反应。这些氢气和阳极产生的氧气混合，可能会形成易爆氢和氧的混合物。而且，管道里大量氢气的聚积会破坏正常的水流运动。氢气能够渗透许多金属，导致氢腐蚀，从而使金属变脆。另外，运行成本也由于无用的析氢变得比较昂贵(与液氯消毒比较)。

H₂O₂被成功地用于处理和消毒饮用水和各类污水，它的氧化反应不会在水里留下任何反应副产物，且反应本身不带危险性，在温和的条件下进行。电极上的过氧化反应不会产生致癌物质，不需要加任何化学药剂，运行成本降低。浊度和色度基本全部去除，浊度的去除主要因为有机物和细菌被氧化。阴极表面产生的H₂O₂能够穿透细胞膜直达细胞核，而且，它还被证明具有持续消毒作用(Drogui，et al.，Wat.Res.，2001，Vol.35：3235～3241)。Booch和Stocklin(德国专利：DE19631842)曾把耗氧阴极用于现场发生H₂O₂消毒饮用水。在耗氧阴极上，氧气被还原成H₂O₂和OH^-。和其他的消毒物质比较，H₂O₂的氧化还原电位更低，但杀菌效率基本没有提高，这是因为耗氧阴极上形成的H₂O₂和阳极上生成的自由余氯发生反应生成HCl。耗氧阴极的另一个缺点是：只有溶解在水里的氧气能发生H₂O₂。氧在水里的溶解度很低，当P＝1大气压时，只有8～10mg/L。如果用纯氧充氧，水里溶解氧的浓度<25mg/L。所以，H₂O₂的产量很低，阴极生成H₂O₂的效率很低，难以在废水和饮用水消毒领域中实际应用，耗氧电极因此也没有得到广泛的应用。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，采用气体扩散电极体系进行电化学水处理消毒，提供一种高效且安全无毒的水处理消毒方法。