[发明专利]一种废水处理装置、其制备方法及处理废水的方法

说明书

本申请公开了一种废水处理装置、其制备方法及处理废水的方法。所述废水处理装置包括：阳极，所述阳极为纳米尖端电极；阴极；和电源；其中，所述阳极包括基体，所述基体包括纳米尖端部分，所述尖端部分的曲率半径为小于200nm。采用该废水处理装置对废水进行处理时，可以有效的在电极表面构建一个氯离子富集、pH更低、温度更高的尖端微场，进而提升氯间接氧化的效率，强化污染物的去除，同时减少电能的消耗；并且电极加工简单，操作难度低。

技术领域

本申请涉及但不限于水处理技术领域，具体地，涉及但不限于一种废水处理装置、其制备方法及处理废水的方法。

背景技术

随着社会经济的迅速发展，大量的无机氮(例如：氨、硝酸盐、亚硝酸盐等)废水排入天然水体，对人类和生态系统的安全形成了潜在威胁。据《中国统计年鉴》统计，2017年我国废水污染物中氨氮排放量为139.51万吨，总氮排放量216.46万吨，是主要污染物之一。为了应对日益增加的自然界“氮”负荷，已经开发了各种用于去除氨氮的技术。

其中，低浓度的氨氮废水(AN＜500mg/L)可以被传统的生物法通过硝化反硝化的方式去除，高浓度的氨氮废水(AN＞5000mg/L)可以通过汽提的方式去除。介于二者之间的中高浓度的氨氮废水(500mg/L＜AN＜5000mg/L)是氨氮废水处理领域的热点和难点。该浓度条件的废水包含冶金、化肥、皮革、养殖等工业的企业废水、垃圾渗滤液、厌氧消化液等。中高浓度的氨氮废水，由于C/N太低，无法通过生物法处理；采用汽提的方式则能耗过大；反渗透等膜处理方式则需二次处理；折点加氯法和磷酸铵镁沉淀法则需要投加大量药剂。

鉴于以上原因，电化学高级氧化工艺(electrochemical advanced oxidationprocess，EAOP)作为一种新型的环境友好技术被提出来用于中高浓度氨氮废水处理，其突出优势包括无二次污染问题、无需外加药剂、易于设备化和实现自动化控制等。在电化学高级氧化氧化工艺中，活性氯介导的间接氧化是一种常用的方法。因为活性氯的氧化还原电位适中，能将水中的氨氮大部分氧化为氮气而不是硝酸根或亚硝酸根。如果废水流中存在足够的氯离子(＞300mg/L)，则该方法比直接氧化更快，更有效且更具成本效益。除氨氮外，活性氯介导的电化学高级氧化也能去除废水中有机物和消毒，同时增加废水的可生化性(生化需氧量/化学需氧量，biochemical oxygen demand/chemical oxygen demand，BOD/COD)。

因为活性氯能够有效的降解水中的污染物，因此越来越多的研究将产氯与水处理相结合。但是因为污染水体和氯碱工业的原液差别巨大，导致了直接将用于产氯的金属阳极(又称形稳性阳极，dimensional stable anode，DSA)用于水处理又存在一些不利条件，主要包括以下几个方面：

(1)氯碱工业中所用的饱和食盐水氯离子浓度为5mol/L以上，电解时析氯的电流密度能够达到98％以上，属于表面控制过程，而废水中氯离子浓度一般在0.05mol/L以下，通电时表面氯离子会快速的降低，属于扩散控制过程；

(2)氯碱工业中pH一般为2，而实际废水pH范围为7-9，该条件下反应会有利于向析氯的竞争副反应——析氧反应进行；

(3)氯碱工业的反应温度一般为70-90℃，而实际废水一般为15-35℃。

发明内容

以下是对本文详细描述的主题的概述。本概述并非是为了限制权利要求的保护范围。

针对上述现有的电化学高级氧化工艺在实际应用中存在的问题，本申请的发明人通过研究发现，可以利用尖端富集效应构建微电极，即利用高曲率的电极尖端能够进一步产生较大的局部电场，进而使电极反应过程中低浓度的Cl^-富集在电极尖端。尖端曲率越大，富集效应越明显，例如，半径为3nm的尖端的K⁺浓度比半径为24nm尖端高20倍。因此，相比较于传统的平板式电极，构建高曲率析氯电极将有助于进一步富集氯离子，提高析氯效率。