專(zhuān)利名稱(chēng)：超聲－電催化處理偶氮類(lèi)染料廢水處理裝置及反應(yīng)條件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種超聲-電催化處理偶氮類(lèi)染料廢水處理裝置及反應(yīng)條件，屬于偶氮類(lèi)染料廢水的處理技術(shù)。
背景技術(shù)：
由于偶氮類(lèi)染料廢水的有效處理一直以來(lái)都是個(gè)難題。近年來(lái)國(guó)內(nèi)外采用了濕式氧化法、Fenton法、光化學(xué)與光催化氧化法、電化學(xué)法、臭氧氧化法、微波輔助氧化法和超聲氧化法等高級(jí)氧化技術(shù)。
高級(jí)氧化水處理技術(shù)是近20年來(lái)新興的水處理技術(shù)，由于其在污染物降解中具有高效性、普適性和氧化降解的徹底性等優(yōu)點(diǎn)，已成為國(guó)內(nèi)外水處理研究領(lǐng)域的熱點(diǎn)課題。但就目前來(lái)說(shuō)，單一地使用這類(lèi)技術(shù)徹底去除染色廢水中的COD和色度，成本還是較高，與產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用還有一定距離。高級(jí)氧化技術(shù)處理難降解有機(jī)廢水的發(fā)展趨勢(shì)應(yīng)是提高處理效率、降低處理成本。采用兩種或兩種以上高級(jí)氧化技術(shù)聯(lián)用、利用它們之間的協(xié)同作用具有潛在的應(yīng)用價(jià)值。
超聲波和電化學(xué)高級(jí)氧化技術(shù)都是難降解有機(jī)廢水處理的有效方法，且都不會(huì)形成二次污染，具有良好的應(yīng)用前景；但超聲波單獨(dú)使用只對(duì)濃度較低的印染廢水有降解作用，聲能的利用率低，同樣用電化學(xué)法徹底氧化分解水中有機(jī)污染物需要大量電子，能耗較高，設(shè)備成本也較高。
超聲-電催化是在超聲電化學(xué)的一個(gè)分支內(nèi)容，是將超聲波與電催化相結(jié)合的一項(xiàng)新技術(shù)。近年來(lái)，超聲電化學(xué)研究發(fā)展很快，是超聲化學(xué)和電化學(xué)的前沿研究領(lǐng)域之一。1990年，T.J.Mason等首先提出了超聲電化學(xué)(sonoelectrochemistry)的概念，此后，超聲電化學(xué)作為電化學(xué)和超聲化學(xué)的一個(gè)新的分支蓬勃發(fā)展，至今已廣泛應(yīng)用于電鍍與電沉積、有機(jī)合成、材料制備、電分析化學(xué)等研究領(lǐng)域。超聲電化學(xué)應(yīng)用于降解水體中有機(jī)物的研究還很少，超聲-電催化技術(shù)應(yīng)用于偶氮染料廢水的處理還未見(jiàn)報(bào)道。
由于超聲波與電化學(xué)的協(xié)同耦合作用產(chǎn)生的物理和化學(xué)效應(yīng)，所以超聲與電化學(xué)的結(jié)合具有許多潛在的優(yōu)點(diǎn)，這些優(yōu)點(diǎn)包括電極表面的清洗和除氣、電極表面的去鈍化、電極表面的侵蝕；加速液相質(zhì)量轉(zhuǎn)遞；加快反應(yīng)速率；增強(qiáng)電化學(xué)發(fā)光；提高降解效率等。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是提供一種超聲-電催化處理偶氮類(lèi)染料廢水的技術(shù)及裝置。運(yùn)用本發(fā)明可有效對(duì)偶氮類(lèi)染料廢水進(jìn)行有效地?zé)o害化處理。為最終該項(xiàng)廢水處理技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。
本發(fā)明包括以下兩個(gè)方面的內(nèi)容1、本發(fā)明的超聲-電催化處理偶氮染料廢水處理反應(yīng)條件超聲功率在0.5W/cm2～2.0W/cm2；超聲頻率在40kHz～60kHz；
可控硅鎮(zhèn)流器的操作電壓在3.5V～8V；支持電解質(zhì)NaCl的濃度0.02mol/L～0.08mol/L；相應(yīng)的電流密度在5mA/cm2～50mA/cm2；2、一種超聲-電催化偶氮類(lèi)染料廢水處理裝置，其特征在于，包括廢水調(diào)節(jié)池、流量計(jì)、反應(yīng)器、出水容器、循環(huán)泵、可控硅鎮(zhèn)流器、超聲換能器、擋板、陰極、陽(yáng)極，其中兩個(gè)超聲換能器直接貼于反應(yīng)器底部，反應(yīng)器的進(jìn)水口通過(guò)流量計(jì)與廢水調(diào)節(jié)池相通，反應(yīng)器的出水口通過(guò)循環(huán)泵與出水容器相通，反應(yīng)器通過(guò)置于反應(yīng)器內(nèi)腔中陰極和陽(yáng)極與可控硅鎮(zhèn)流器的正、負(fù)極相連，廢水調(diào)節(jié)池與循環(huán)泵和出水容器通過(guò)管道相互連接，所述反應(yīng)器的內(nèi)腔通過(guò)三塊檔板分割或進(jìn)水區(qū)，第1反應(yīng)區(qū)，第2反應(yīng)區(qū)和出水區(qū)四部分，反應(yīng)器的第1反應(yīng)區(qū)和第2反應(yīng)區(qū)分別通過(guò)同樣的陰極和陽(yáng)極與可控硅鎮(zhèn)流器的正、負(fù)極相連。陰極與陽(yáng)極的間距在3mm-20mm之間。其特點(diǎn)為裝置可控性強(qiáng)、流程簡(jiǎn)單、處理廢水效率高、能耗低，通過(guò)控制流量來(lái)控制降解的程度，如廢水濃度太高可以通過(guò)循環(huán)處理達(dá)到預(yù)期的效果。
本發(fā)明反應(yīng)器的陰極和陽(yáng)極，采用網(wǎng)狀催化性RuO2/Ti和活性炭纖維復(fù)合陽(yáng)極，銅網(wǎng)陰極，極板間距在3mm～20mm，通過(guò)擋板將反應(yīng)器分為進(jìn)水區(qū)、第反應(yīng)區(qū)、第2反應(yīng)區(qū)和出水區(qū)四部分，同時(shí)也能夠保證廢水完全流經(jīng)電極表面，通過(guò)導(dǎo)出反應(yīng)產(chǎn)物，從而改變化學(xué)平衡，推動(dòng)反應(yīng)向生成產(chǎn)物的方向進(jìn)行，提高反應(yīng)速度。
另外超聲換能器直接貼于反應(yīng)器的底部，超聲波不經(jīng)過(guò)耦合液，而是通過(guò)器壁振動(dòng)直接作用于反應(yīng)液，提高了聲能的利用率，同時(shí)也增強(qiáng)超聲波與電催化的協(xié)同耦合作用。
能有效地?zé)o害化處理偶氮類(lèi)染料廢水，超聲波-電催化聯(lián)合與單獨(dú)電催化相比較，反應(yīng)速度提高5～10倍，能耗降低了1～2倍。如經(jīng)本發(fā)明技術(shù)及裝置處理的甲基橙廢水，脫色率和COD去除率都達(dá)到了95％以上。
四

圖1為本發(fā)明的裝置示意圖。
圖2為本發(fā)明反應(yīng)器的主視圖。
圖3為本發(fā)明反應(yīng)器的俯視圖。
圖表符號(hào)說(shuō)明1廢水調(diào)節(jié)池，2流量計(jì)，3反應(yīng)器，4出水接收器，5循環(huán)泵，6可控硅鎮(zhèn)流器，7超聲換能器，8擋板，9陰極，10陽(yáng)極，11進(jìn)水口，12出水口，13廢水流向。
五具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳述。
實(shí)施例1配制300mg/L甲基橙模擬廢水1000mL，在本發(fā)明裝置中進(jìn)行試驗(yàn)，具體反應(yīng)條件和處理效果如下
反應(yīng)條件超聲波輸入功率0.5W/cm2；超聲頻率59kHz可控硅鎮(zhèn)流器的操作電壓8V；支持電解質(zhì)NacL的濃度0.03mol/L；相應(yīng)的電流密度18mA/cm2；流量50mL/min。
極板間距5mm循環(huán)處理時(shí)間120min

實(shí)施例2配制100mg/L亞甲基藍(lán)模擬廢水1000mL，在本發(fā)明裝置中進(jìn)行試驗(yàn)，具體反應(yīng)條件和處理效果列表如下反應(yīng)條件超聲波輸入功率0.5W/cm2；超聲頻率59kHz可控硅鎮(zhèn)流器的操作電壓8V；支持電解質(zhì)NaCl的濃度0.03mol/L；相應(yīng)的電流密度18mA/cm2；流量25mL/min。
極板間距5mm循環(huán)處理時(shí)間80min

實(shí)施例3配制300mg/L甲基橙模擬廢水5000mL，在本發(fā)明裝置中進(jìn)行試驗(yàn)，不啟動(dòng)循環(huán)裝置，反應(yīng)前60min開(kāi)啟超聲波，60min后關(guān)閉超聲波進(jìn)行單獨(dú)電化學(xué)降解，再通過(guò)30min的過(guò)度后取樣檢測(cè)。具體的試驗(yàn)反應(yīng)條件和處理效果數(shù)據(jù)列表如下反應(yīng)條件超聲波輸入功率0.5W/cm2(60min前)；超聲頻率59kHz(60min前)；
可控硅鎮(zhèn)流器的操作電壓8V；支持電解質(zhì)NaCl的濃度0.03mol/L；相應(yīng)的電流密度18mA/cm2；流量20mL/min。
極板間距5mm處理時(shí)間250min

權(quán)利要求
1.一種超聲-電催化偶氮類(lèi)染料廢水處理裝置，其特征在于，包括廢水調(diào)節(jié)池(1)、流量計(jì)(2)、反應(yīng)器(3)、出水容器(4)、循環(huán)泵(5)、可控硅鎮(zhèn)流器(6)、超聲換能器(7)、擋板(8)、陰極(9)、陽(yáng)極(10)，其中兩個(gè)超聲換能器(7)直接貼于反應(yīng)器(3)底部，反應(yīng)器(3)的進(jìn)水口(11)通過(guò)流量計(jì)(2)與廢水調(diào)節(jié)池(1)相通，反應(yīng)器(3)的出水口(12)通過(guò)循環(huán)泵(5)與出水容器(4)相通，反應(yīng)器(3)通過(guò)置于反應(yīng)器(3)內(nèi)腔中陰極(9)和陽(yáng)極(10)與可控硅鎮(zhèn)流器(6)的正、負(fù)極相連，廢水調(diào)節(jié)池(1)與循環(huán)泵(5)和出水容器(4)通過(guò)管道相互連接，所述反應(yīng)器(3)的內(nèi)腔通過(guò)三塊檔板(8)分隔成進(jìn)水區(qū)，第1反應(yīng)區(qū)，第2反應(yīng)區(qū)和出水區(qū)四部分，反應(yīng)器的第1反應(yīng)區(qū)和第2反應(yīng)區(qū)分別通過(guò)同樣的陰極和陽(yáng)極與可控硅鎮(zhèn)流器(6)的正、負(fù)極相連，陰極與陽(yáng)極的間距在3mm-20mm之間。
2.如權(quán)利要求1所述的超聲-電催化處理偶氮染料廢水處理裝置，其特征在于采用網(wǎng)狀催化性RuO2/Ti和活性炭復(fù)合陽(yáng)極，銅網(wǎng)陰極。
3.如權(quán)利要求1所述的超聲-電催化處理偶氮染料廢水處理的反應(yīng)條件，其特征在于，超聲功率在0.5W/cm2～2.0W/cm2；可控硅鎮(zhèn)流器的操作電壓在3.5V～8V；支持電解質(zhì)NaCl的濃度0.02mol/L～0.08mol/L；相應(yīng)的電流密度在5mA/cm2～50mA/cm2。
全文摘要
一種超聲－電催化偶氮類(lèi)染料廢水處理裝置及反應(yīng)條件。屬偶氮類(lèi)染料廢水處理技術(shù)。反應(yīng)裝置由廢水調(diào)節(jié)池(1)、流量計(jì)(2)、反應(yīng)器(3)、出水容器(4)超聲換能器(7)、可控硅鎮(zhèn)流器(7)、置于反應(yīng)器(3)中的陰、陽(yáng)極及循環(huán)泵(5)所組成。本裝置可控性強(qiáng)、流程簡(jiǎn)單、處理效率高。反應(yīng)條件包括超聲功率0.5W/cm
文檔編號(hào)C02F1/34GK101037279SQ20071002000
公開(kāi)日2007年9月19日 申請(qǐng)日期2007年2月6日 優(yōu)先權(quán)日2007年2月6日
發(fā)明者薛建軍, 崔益華, 王玲, 孫海波, 金丹萍, 薛峰 申請(qǐng)人:南京航空航天大學(xué)