一種電催化還原氧化反應器及利用其預處理氯苯廢水的方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種電催化裝置及廢水預處理方法，具體涉及一種電催化還原-氧化裝置及利用其預處理氯苯廢水的方法。
【背景技術】
[0002]氯苯是重要的有機中間體，廣泛存在于染料、醫(yī)藥、農藥、皮革、鋼鐵和紡織印染等行業(yè)排放的廢水中，在天然水體中也經常檢測到較高濃度的氯苯。氯苯氣味大，會刺激呼吸道、皮膚和粘膜組織，能夠在人體內富集，損害肝臟、腎臟、免疫系統(tǒng)和神經系統(tǒng)，有明顯的“三致效應”。由于氯苯毒性大、難生物降解，美國環(huán)保局(US EPA)將氯苯定為持久毒性化合物，很多國家將其劃為優(yōu)先控制污染物的范圍。我國污水綜合排放標準(GB8978-1996) —、二和三級氯苯排放標準分別為0.2mg/L、0.4mg/L和1.0mg/L。
[0003]氯苯等氯代芳烴的處理方法主要有生物法、吸附法、高級氧化法和金屬還原法。由于氯的存在使好氧生物氧化酶對苯環(huán)的親電子攻擊受到阻滯，因而對氯苯的處理效率很低；厭氧微生物還原脫氯的過程緩慢，脫氯效果差。活性炭、分子篩等吸附劑對氯苯有較好的富集、分離性能，但富集分離后的污染物處理不當會導致二次污染。Fenton氧化、光催化氧化和超聲空化等高級氧化技術發(fā)展迅速，但依然存在對氯苯處理效率低、成本高等缺陷，離推廣使用仍有較大差距。金屬還原法處理氯苯廢水易受廢水pH、好氧厭氧條件、金屬的粒徑與比表面、混合攪拌速度等多個因素影響，存在金屬易鈍化、傳質效率低、生成高毒終產物等缺陷。
[0004]電化學方法與其他方法兼容性較好，易配合使用以達到最佳處理效果。電化學法在污水、廢氣和重金屬離子等污染物處理中的應用，從原理和方法上可以分為電催化氧化、電化學還原、電吸附和電浮選/電凝聚等，其中電化學還原一般發(fā)生在陰極，電催化氧化在陽極、陰極都可以發(fā)生。陽極表面發(fā)生直接氧化反應，有機污染物在電極表面通過電子的轉移從而被氧化降解，另外，H2O通過電化學氧化生成O3或者0H.，在溶液中能降解有機污染物，為間接氧化反應，而陰極的氧化機理為O2還原成H2O2，進而生成0H.氧化有機物。陽極區(qū)和陰極區(qū)一般通過隔膜分開，隔膜的主要形式有鹽橋、離子交換膜系統(tǒng)和玻璃濾板等，離子交換膜又分為陰離子交換膜和陽離子交換膜。目前，電化學法已廣泛應用在染料、造紙、紡織、化工、皮革、生物制藥等有機廢水的處理方面。將電催化還原和電催化氧化結合，用以預處理氯苯廢水，還未見報道。

【發(fā)明內容】

[0005]針對目前只存在電催化氧化反應器，尚無電催化還原反應器，本發(fā)明的一個目的是提供一種電催化還原-氧化反應器，在一個反應器內實現(xiàn)有機污染物的還原-氧化過程。
[0006]本發(fā)明的另一個目的是提供一種用上述反應器對氯苯廢水電催化還原-氧化的預處理方法，本發(fā)明能降解高毒性的氯苯類有機物，降低氯苯廢水的生物毒性，提高其可生化性，為后續(xù)生化提供有利條件。
[0007]實現(xiàn)本發(fā)明目的技術解決方案是:本發(fā)明的電催化還原氧化反應器，所述反應器包括多個封閉容器，封閉容器由依次貼合排列的陰極板、陽離子交換膜和陽極板分隔為封閉的陰極室、陽極室，陰極室、陽極室頂部均設置有排氣口，陰極室設置供水系統(tǒng)，陽極室設置還原出水收集系統(tǒng)。
[0008]供水系統(tǒng)包括泵、進水管道和陰極室進水口，泵設置在進水管道上，陰極室進水口位于陰極室底部側壁，并與進水管道連接。
[0009]還原出水收集系統(tǒng)包括陰極室出水口、陽極室進水口、陽極室出水口、陰極室出水管道、陽極室進水管道、泵和緩沖罐，陰極室出水口和陽極室出水口分別位于陰極室和陽極室頂部側壁，陽極室進水口位于陽極室底部側壁，緩沖罐設置在陰極室出水管道與陽極室進水管道之間，泵設置在陽極室進水管道上，陰極室出水管道連接陰極室出水口，陽極室進水管道連接陽極室進水口。
[0010]優(yōu)選地，所述的電催化還原-氧化反應器，所述的陰極板為鈦板、負載釕氧化物或銥氧化物的鈦板。
[0011]優(yōu)選地，所述的電催化還原-氧化反應器，所述的陽極板為鈦基形穩(wěn)電極，涂層為釕氧化物或銥氧化物。
[0012]利用上述電催化還原氧化反應器預處理氯苯廢水的方法為，將氯苯廢水通入電催化還原氧化反應器的陰極室，充滿整個反應器，開始電化學處理，廢水在陰極室發(fā)生還原反應，陰極室處理后的廢水經由還原出水收集系統(tǒng)進入陽極室，廢水在陽極室中發(fā)生氧化反應；陽極板和陰極板的電流密度為5-25 mA/cm2，廢水在陰極室和陽極室的停留時間為2_5h ;陰極室與陽極室的極間距為I mm。
[0013]優(yōu)選地，所述方法中電流密度調節(jié)為10 mA/cm2，反應時間為4h。
[0014]優(yōu)選地，所述方法中氯苯廢水通入電催化反應器之前將廢水的pH調節(jié)為中性或酸性。
[0015]本發(fā)明的原理:
本發(fā)明不同于傳統(tǒng)的電催化工藝，傳統(tǒng)電催化工藝一般以氧化過程為主導，通過電催化氧化來降解有機污染物，而本工藝利用了電催化還原過程來提高電催化氧化過程的效果，這種電催化還原-氧化工藝針對帶有吸電基的芳香類化合物(比如氯苯、硝基苯)的處理效果要遠遠好于傳統(tǒng)的電催化氧化工藝。原因在于還原過程能將芳香類化合物上的吸電基脫除或將吸電基轉化為供電基(如將氯苯脫氯生成苯，將硝基苯還原為苯胺)，這有利于此類有機污染物的開環(huán)和礦化，能削減含有此類污染物的廢水的毒性，提高其可生化性。而本發(fā)明所提供的反應器就是基于這個目的開發(fā)的，通過陽離子交換膜隔開陰極室和陽極室，實現(xiàn)了廢水的先還原后氧化工藝。
[0016]與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)點:
(I)本發(fā)明用電催化還原代替金屬還原，避免了金屬易鈍化、傳質效率低的問題；用電催化氧化代替Fenton氧化等其它高級氧化技術,避免了處理效率低，藥劑投加量大的問題。
[0017](2)本發(fā)明提供的電催化還原-氧化反應器在處理過程中無氧化劑、還原劑等藥劑投加，能有效避免二次污染。
[0018](3)本發(fā)明提供的電催化還原-氧化反應器具有系統(tǒng)設備簡單、占地面積小、操作維護費用低、反應可控程度高、便于實現(xiàn)工業(yè)自動化的優(yōu)點。
[0019](4)本發(fā)明可以通過對電流密度和停留時間的調節(jié)，控制氯苯廢水的產物，在削減氯苯廢水毒性的前提下，盡可能地降低能耗。
【附圖說明】
[0020]圖1為本發(fā)明所述的電催化還原-氧化裝置的示意圖。
[0021]1-陰極板；2_陽極板；3_陽離子交換膜；4_陰極室；5_陽極室；6_排氣口 ；7-陰極室進水口 ；8_進水管道；9-陽極室出水口 ；10_陰極室出水口 ；11_陰極室出水管道；12-緩沖罐；13_陽極室進水管道；14_陽極室進水口。
【具體實施方式】
[0022]下面結合實施例對本發(fā)明進行詳細描述。
[0023]實施例1
本發(fā)明所采用的電催化還原-氧化反應器如圖1所示，由五個封閉容器組成，包括陰極板1、陽極板2、陽離子交換膜3、陰極室4、陽極室5、排氣口 6、陰極室進水口 7、進水管道8、泵、陽極室出水口 9、陰極室出水口 10、陰極室出水管道11、緩沖罐12、陽極室進水管道13和陽極室進水口 14 ;每一個封閉容器包括陰極室4和陽極室5，陰極室4和陽極室5之間通過依次貼合的陰極板1、陽極板2和陽離子交換膜3隔開，靠近陰極板I的空間為陰極室4，靠近陽極板2的空間為陽極室5 ;排氣口 6設置在陰極室4和陽極室5頂部；陰極室進水口7和陽極室進水口 14分別位于陰極室4和陽極室5底部側壁；陰極室出水口 10和陽極室出水口 9分別位于陰極室4和陽極室5頂部側壁；進水管道8連接陰極室進水口 7 ;陰極室出水口 10通過陰極室出水管道11