申请日2003.09.24

公开(公告)日2006.03.29

IPC分类号C02F1/461; /34; C02F1/72

摘要

本发明属环境电化学中难降解有机废水的无搅拌、内循环、双协同电解氧化处理工艺，尤其是含苯酚废水的电解氧化处理工艺。采用内循环板框式电解槽，以Ti基PbO2电极为阳极，不锈钢为阴极，含苯酚的废水为电解液，通过电解，在阳极上放电产生强氧化基团——羟基自由基(·OH)、阴极得到电子形成H2O2，阴阳两极协同作用实现对苯酚污染物的深度氧化分解，进而达到处理含苯酚废水的目的。与现有技术相比，本发明所述的含苯酚废水的无搅拌、内循环、双协同电解氧化处理工艺基本无需添加化学药品，无搅拌系统，具有设备体积小、易操作、污泥量少及后处理简单等优点，克服了同类技术存在大量析氧、析氢等副反应带来的高能耗问题，具有十分重大的市场开发前景。

権利要求書

1、一种含苯酚废水的电解氧化处理工艺，其特征在于采用Ti基PbO2电极为阳极，不锈 钢为阴极，含苯酚的废水为电解液，通过电解，在阳极上放电产生强氧化基团——羟基自由 基·OH、阴极得到电子形成H2O2，阴阳两极协同作用实现对苯酚污染物的深度氧化分解，从 而达到对含苯酚废水电解氧化处理的目的;其中，阳极和阴极交替排列，阴极板数量比阳极 板数量多1块，相邻极板间距20mm，电解的电源采用稳流直流电源，电流密度为30mA/cm2， 电解槽内电解液内循环、无搅拌，

阳极反应为：

H2O→・OH+H++e

阴极反应为：

2H++O2+2e→H2O2

苯酚氧化分解反应为：

+28・OH+28e→6CO2+17H2O

++28e→6CO2+17H2O 。

说明书

一种含苯酚废水的电解氧化处理工艺

技术领域

本发明属环境电化学中难降解有机废水的无搅拌、内循环、双协同电解氧化处理工艺，尤其是一种含苯酚废水的电解氧化处理工艺苯酚氧化，适用于含苯酚废水的处理场合。

背景技术

随着工业化特别是化学工业的迅猛发展，人工合成的有机物种类日益增多，虽然人类社 会的物质世界得到极大丰富，但所带来的副产品——环境污染也日趋严重，尤其是石油化工 和有机合成方面所产生的有机废水(如苯酚)，这类废水往往具有“三致”(致癌、致畸、致 突)特性苯酚氧化，给人类的健康及生存造成严重威胁。据统计，全世界80%的疾病与水污染有关。

苯酚化合物作为一种重要的有机化工基本原料，广泛应用于国民经济的各个方面。由于 其具有较强的毒性和刺激性，不经处理任意排放会对水环境带来严重危害。美国环保局于1997 年公布法令，规定129种重点控制的重点污染物，苯酚化合物便是其中之一，苯酚含量是评 价水质污染程度的重要指标之一。我国-2002《地表水环境质量标准》中明确规定， I、II类水体挥发酚(主要指苯酚)含量小于0.002mg/L，III类水体含量小于0.005mg/L; -1996《污水综合排放标准》中一级标准规定，所有排污单位挥发酚含量小于0.5mg/L。 由于苯酚化合物属极性可离子化有机物，它们在沉积物上的吸附及生物富集作用通常较少， 水体本身难以通过物理、化学和生物等综合作用复原到未受污染的程度，对人类环境的潜在 影响极大。

目前应用于含苯酚废水的处理主要有混凝法、吸附法、盐析法、萃取法、化学氧化以及 生物氧化法等。其中盐析法、萃取法、离子交换技术适宜于苯酚浓度大于100mg/L的场合， 以回收苯酚为主，出水浓度往往在10mg/L以上，且涉及添加化学试剂的回收等问题;化学 氧化处理的原理是在添加氧化剂和催化剂的作用下，如湿式氧化、光催化氧化、臭氧氧化、 过氧化氢反应等，将苯酚氧化为苯二酚、丁烯二酸、CO2等物质;生物氧化适宜于苯酚浓度 小于100mg/L的场合，对于苯酚浓度10～15mg/L的废水，苯酚去除率可以达到90%，当苯 酚浓度大于20mg/L时，苯酚去除效率下降，需稀释后才能达标排放。综合上述分析，这些 方法的主要缺点是需添加化学药品，设备体积大、操作烦琐、污泥量大及后处理复杂等。同 类技术如采用石墨阳极，可使苯酚的浓度从15～100mg/L降至4.8～5.6mg/L，每kgCOD废 水处理电耗70.5kWh;采用Pt电极，每kgCOD废水处理电耗50kWh，采用SnO2电极，每 kgCOD废水处理电耗30kWh。这类电极材料上苯酚有机物氧化过程伴随有析氧反应、析氢反 应，降低了氧化电位和电流效率，处理单位废水COD的能耗高，影响实施效果。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的缺点，提供一种基本无需添加化学药品、无搅拌系统、 阴阳两极协同作用、操作简单、能有效去除苯酚物质的含苯酚废水的电解氧化处理工艺。

一种含苯酚废水的电解氧化处理工艺，其特征在于采用Ti基PbO2电极为阳极，不锈钢 为阴极，含苯酚的废水为电解液，通过电解其中的水，在阳极放电产生强氧化基团——羟基 自由基·OH、阴极得到电子形成H2O2，阴阳两极协同作用实现对苯酚污染物的深度氧化分解， 从而达到对含苯酚废水电解氧化处理的目的;其中，阳极和阴极交替排列，阴极板数多阳极 板数1块，相邻极板间距20mm，电解的电源采用稳流直流电源，电流密度为30mA/cm2，电 解槽内电解液内循环、无搅拌，

阳极反应为：

H2O→・OH+H++e

阴极反应为：

2H++O2+2e→H2O2

苯酚氧化分解反应为：

+28・OH+28e→6CO2+17H2O

++28e→6CO2+17H2O

本处理工艺的原理为：

电解过程中形成的·OH基团和H2O2均具有强氧化性，尤其是·OH基团氧化电极电位高 达2.80V，比O3(2.07V)高35%，氧化能力仅次于氟;另外，该基团具有高电负性(亲电 性)，其电子亲和能为569.3kJ，容易进攻高电子云密度点。H2O2氧化电极电位1.76V。因此， ·OH基团和H2O2可以起到双协同作用，实现对污染物的深度氧化分解，进而达到处理目的。

本发明提供的带活性层的Ti基PbO2催化电极。该电极可以在高电流密度下工作，电流 密度可达30～50mA/cm2，即使在200mA/cm2电流密度下工作，镀层损耗才略有增加。电极在 60℃1mol/溶液中，阳极放氧寿命可达45h。加制SnO2+Sb2O3+MnO2活性中间层，可 改善传统的Ti/PbO2电极性能。电极的EDS、2SEM和XRD分析结果表明，在452μm表层 Pb质量百分比为84.55%，PbO2相对百分含量占97.6%，即电极表面以铅氧化物为主，另有 少量MnO2;活性层晶粒小，致密无裂缝，可有效地阻止氧向基体的扩散，减少TiO2绝缘层 的形成;活性层呈蘑菇状，粗糙度较大，比表面积大，符合多孔电极的要求;Sb2O3、MnO2、 PbO2三者共存，起到了防止涂层脱落的作用。因此，从外观特点看，Ti/SnO2+Sb2O3+MnO2/PbO2 电极的催化性能良好，涂层不易脱落，使用寿命长。

本发明含苯酚废水的无搅拌、内循环、双协同电解氧化处理工艺，与现有技术相比，基 本无需添加化学药品，具有设备体积小、易操作、污泥量少及后处理简单等优点，克服了同 类技术存在大量析氧、析氢等副反应带来的高能耗问题，具有十分重大的市场开发前景。