技术摘要：
一种超声辅助活性膜电极处理氯酚废水的装置及处理方法，它涉及污水处理技术领域，本发明为了解决现有电化学氧化装置的以上缺陷或改进需求，提供了一种超声辅助活性膜电极处理氯酚废水的方法及装置。本发明的方案利用超声的空化作用使活性膜电极析出的氧气泡破裂产生瞬  全部
背景技术：
随着工业的快速发展，人类向水体中排放的有机物数量和种类日渐增加，造成了 严重的水污染。氯酚类物质被广泛应用于除草剂、杀菌剂、染料及药物等产品的生产，而生 产过程排出的的氯酚类废水具有毒性大、易积累等特点，对环境和人类健康造成极大威胁。 电化学氧化技术是近年来新兴的水处理技术，在常温常压通电条件下，可产生羟基自由基 等强氧化性物质，与污染物发生取代、加成等反应，使废水中的有机污染物降解为低毒、易 生物降解的小分子，或直接转化成二氧化碳和水。因此，电化学氧化技术作为一种反应高效 的绿色工艺成为国内外水处理技术的研究热点。 在电化学氧化过程中，采用顺流模式下的传统平板电极存在传质慢、电流利用率 低等问题，将膜过滤与电极结合制备活性膜电极电极，并采用错流模式运行，可强化传质并 提高了电流效率。近年来，活性膜电极作为阳极被广泛应用于水处理，阳极产生的羟基自由 基可高效去除废水中的有机物，但是其电极的电化学反应速率不高，处理效率低，目前也并 不清楚影响活性膜电极电化学反应速率的原因。 公开号CN107930414，专利名称为一种适用于处理浓盐水的电化学膜、制备方法及 反应装置，环管状多孔陶瓷膜能够利用膜过滤方式强化电极表面的反应物传质，而涂敷于 二氧化钛基体管上的亚氧化钛基混晶则具有较好的羟基自由基激发活性和活性氯物质析 出活性，适合处理氯离子浓度较高的废水。公开号CN108187507，专利名称为一种表面改性 的反应性电化学膜及其制备方法，公开了在环管状亚氧化钛陶瓷膜内表面负载钴、锡、钌、 铱、钛等金属，获得具有高羟基自由基激发活性和高析氯活性的反应性电化学膜，可构成电 化学活性膜反应器，通过将电化学氧化工艺与膜分离工艺结合，能有效去除浓盐水中的难 降解有机物。但以上专利在工艺过程中都会不可避免地发生析氧副反应，产生的氧气影响 电化学膜电极的膜通量，进而影响电化学体系的处理效率。因此研究如何排除活性膜电极 孔道内的氧气以提高电化学反应速率是非常有必要的。
技术实现要素：
本发明为了解决现有电化学氧化装置的以上缺陷或改进需求，提供了一种超声辅 助活性膜电极处理氯酚废水的方法及装置。本发明发现活性膜电极在处理废水过程中析氧 反应不可避免。产生的氧气影响活性膜电极的膜通量，从而降低了电极的电化学反应速率。 本发明正式基于上述发现，本发明的方案利用超声的空化作用使活性膜电极析出的氧气泡 破裂产生瞬间高温高压，增加羟基自由基的产量，提高电极的膜通量，强化电极表面的传 质，加速电化学反应速率，高效降解污染物；另外，超声对电极孔道表面持续不断的清洗作 3 CN 111592078 A 说　明　书 2/6 页 用，解决了电极长时间运行下的污染问题，从而延长电极的使用寿命。 为了解决上述问题，本发明提供了一种超声辅助活性膜电极处理氯酚废水装置， 包括超声发生器、污水处理槽、稳压电源、进水蓄水池、流量计、循环泵和出水蓄水池； 所述的进水蓄水池的出水口与污水处理槽的进水口连通，且进水蓄水池与污水处 理槽之间设置有流量计；污水处理槽的出水口与循环泵的进水口连通，循环泵的出水口与 出水蓄水池的进水口连通；污水处理槽内设置有阳极、阴极和参比电极；所述的阳极通过导 线与稳压电源的正极相连，阴极和参比电极通过导线分别与稳压电源的负极相连；所述的 超声发生器从外侧固定在污水处理槽的底部中心位置。 进一步地，所述超声发生器的超声波输入功率范围为10～180W，超声频率范围为 20～100kHz。 进一步地，稳压电源的操作电压范围在3～20V，电流密度范围在1～25mA·cm-2。 进一步地，所述污水处理槽中含有惰性电解质包括Na2SO4、NaNO3、NaClO4至少一 种，电解质浓度范围为0.05～0.5mol·L-1。 进一步地，所述的污水处理槽中含有氯酚废水，其中氯酚为4-氯酚、2，4-二氯苯酚 和2，4，6-三氯苯酚至少一种，氯酚废水浓度范围为5～50mg·L-1。 进一步地，阳极材料为导电陶瓷材料亚氧化钛活性膜电极，阳极材料长为7.7cm、 内径为2.3cm、外径为2.8cm。 进一步地，阴极材料为金属网状材料，阴极材料长为30～80cm、高为7.5cm。 进一步地，参比电极为Ag/AgCl电极。 进一步地，阳极位于污水处理槽中心位置，阴极以阳极为中心呈环形放置，与阳极 相距1～5cm，参比电极放置于阳极与阴极之间，反应调控流量范围为0.05～1mL·s-1。 本发明提供的一种超声辅助活性膜电极处理氯酚废水装置处理氯酚废水的方法， 它是按照如下方式进行的： 将进水蓄水池内含有浓度范围为5～50mg·L-1氯酚的废水导入到污水处理槽中， 设置超声发生器的超声波输入功率范围为10～180W，超声频率范围为20～100kHz，并开启 超声发生器和稳压电源进行处理，将处理后的水通过循环泵泵入出水蓄水池内，即完成所 述的氯酚废水处理。 总体而言，对于氯酚类废水的处理，超声辅助活性膜电极与单独的活性膜电极相 比较，能够获得下列有益效果： (1)本发明提供的超声辅助活性膜电极处理氯酚废水的处理方法，旨在解决活性 膜电极在电氧化过程中由于析氧副反应导致的膜通量下降及处理效率降低的问题。本发明 利用超声来增强孔道内流体的湍流程度和剪切应力，使气泡从活性膜表面离开时的脱离直 径变小，即超声作用降低了膜孔内的气泡尺寸，使气泡更容易随水流排出活性膜电极的孔 道，从而降低水的渗透阻力，恢复电极膜通量；另外，活性膜产生的氧气可以作为气核，促进 超声的空化作用，提高羟基自由基的产量。因此，超声可以通过提高活性膜的膜通量和羟基 自由基产量，来加速电化学反应速率，高效降解污染物；本发明所采用超声方式是基于在实 际研究中发现的析氧反应，影响活性膜通量问题，常规的电极并不会因为由氧气析出而受 影响，由于活性膜的过滤功能存在，因此，就会对其通量产生影响，在采用除泡或者除氧试 剂时发现加入的试剂也会退膜通量产生影响，而最终选择超声空化除泡前，该选择是本发 4 CN 111592078 A 说　明　书 3/6 页 明经过大量实验研究分析才证明是最优的选择。 (2)本发明方法，与单独的电氧化过程相比，超声的引入增强了活性膜电极的传质 (传质系数提高1倍左右)，提高了活性膜电极对氯酚废水的去除效率(与单独的电氧化去除 率相比提高2倍左右，即本发明10min内对氯酚的去除率能达到60％以上)。超声使电氧化体 系中的电极和溶液之间的界面阻力降低，提高电流效率(与单独的电氧化相比提高30％以 上)，节省能耗，具有较高的推广价值和应用前景； (3)本发明方法中超声对活性膜电极的清洗作用，缓解膜污染，使电极在循环利用 中保持很高的电氧化活性，即超声提高了活性膜电极长期运行的稳定性，实现对氯酚废水 的持续高效降解，具有易操作，实用性强的特点，利于工业化应用。 附图说明 为了更清楚地说明本发明实施例或技术方案，下面将对实施例或技术方案描述中 所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例。 图1：本发明实施例提供的超声电化学反应器结构示意图； 图2：本发明实施例1提供的活性膜电极的膜通量-时间曲线图；其中，电压为1V， 为对照组， 为实验组； 图3：本发明实施例1提供的4-氯酚去除率-时间曲线图；其中，电压为1V， 为对 照组， 为实验组； 图4：本发明实施例2提供的活性膜电极的膜通量-时间曲线图；其中，电压为3V， 为对照组， 为实验组； 图5：本发明实施例2提供的4-氯酚去除率-时间曲线图；其中，电压为3V， 为对 照组， 为实验组； 图6：本发明实施例3提供的4-氯酚去除率-时间曲线图；其中，电压为6V， 为 对照组， 为实验组； 图7：本发明实施例3提供的羟基自由基捕获实验图； 图8：本发明实施例4提供的4-氯酚去除率-周期曲线图；其中， 为对照组， 为实验组； 图9：本发明实施例4提供的对照组活性膜电极的扫描电镜图； 图10：本发明实施例4提供的实验组活性膜电极的扫描电镜图； 图标符号说明：1超声发生器，2污水处理槽，3稳压电源，4进水蓄水池，5流量计，6 循环泵，7出水蓄水池，8阳极，9阴极，10参比电极。