CN101096279A - 多功能临界多元催化电解成套装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种适用于各种污水，特别适用于各种中高净化难度和中高有机污染浓度的工业污水(包括酸性或碱性)的预处理工艺设备——多功能临界多元催化电解成套装备。该成套装置由电解罐、电解电源、清洗系统，掺杂微铁粉饲料系统，原水泵、电控柜及相互连接的管道阀门、电缆电线等所组成。电解罐电解床内装填有大量的磁性陶瓷颗粒催化电极，其陶瓷基晶格中结合了多种催化物质。运行时，在电解罐内定期投加掺杂微铁粉，被磁力均布于每个磁性颗粒电极的表面，形成无数个三维双性电极对，在电场的作用下，对污水中的各种污染物质进行多功能临界多元高效催化电化学氧化还原反应及完成微絮凝过程。该成套装置具有全方位的优越综合实用性能。

Description

多功能临界多元催化电解成套装置

一、

本发明公开了一种多功能临界多元催化电解成套装置，适用于各种中高难度的工业污水净化预处理，这些污水包括日化、石化、焦化等工业废水；皮革、氰伦、苯酚、硝基苯及其衍生物类工业废水；普通医药废水；各种金属表面处理类废水、电镀废水、线路板废水；该催化电解成套装置也适用于较高难度的污水净化预处理，如含氰废水、康醛废水、农药废水、抗生素废水、酵母废水、各种高含氨氮废水、黄姜废水、苎麻废水、酒精废水、酱油废水。染料工业等废水；甲醛、丙酮等溶剂类化工废水。该成套装置也特别适用于酸性或者碱性的上述各类及未述及的各种工业废水，因为该成套装置在运行时，在净化废水中的污染物质时，通过定向的催化电化学作用，自动调整PH值，可将PH＝2.5～3.0调至PH＝6.5～7.0，将PH＝11～12.5调至7.0～8.0，而无需投加碱或者酸。该成套装置也适用于各种中低浓度工业污水净化预处理，包括印染，造纸，啤酒等工业废水。

二、

电解工艺处理各种工业废水，去除水中的有机污染物质和金属离子等是极为有效的工艺方法。上世纪50年代至今一直被广范应用。

最传统的电解工艺方法之一是在电解槽中安装双性电极板，如附图4所示(参见《电镀电镀三废处理技术》一书(国防工业出版社，2002年4月第一版)，第154页，图1-12双性电极开放型电解槽)。该电解装置由电解槽(101)，正电源极板(102)，负电原极板(103)，进原水多孔配水管(104)，双性电极板组(105)，多孔集水出水管(106)等所组成。双性电极板组(105)安装在正、负电源极板(102)、(103)之间。正、负电源极板(102)、(103)分别与外电源正、负极相连接。原水从进原水多孔配水管(104)进入电解槽(101)底部，向上流入双性电极板组(105)，从双性电极板组(105)之间的间隙穿过，被电解处理后，由多孔集水出水管(106)收集流出电解槽。最传统的电解糟(101)内双性电极板组(105)由多块钢质电极板(107)组成。正、负电源极板(102)、(103)也是用钢板或石墨板做成。钢质电极板(107)之间的间隙为10～15mm。运行时正负电源极板(102)、(103)通以直流电压，所有双性电极板(107)都产生感应电势Un，Un＝U/N，U为外加直流电压；N为正负电源极板(102)、(103)、双性电极板(107)总数-1。各两块双性电极板(107)之间的电流为：In＝Un/Rn。Rn为两块双性电极板(107)之间的电阻。电阻R与水的电导率η成反比，与电极板之间的间距δ成正比，与电极板(107)的表面积Fn成反比。

U＝R·I  -------------------------------------1-1

$R=K\·\frac{\mathrm{\δ}}{\mathrm{Fn}\·\mathrm{\η}}$

U：电压，

R：电阻，

I：电流，

η：电导率，

δ：两电极板间间距，

Fn：电极板表面积，

K：系数。

电流的产生标志着阳极表面正发生氧化反应，同时，阴极表面发生还原反应，水体中各种反应产物呈离子状态的会向相反电极板移动形成电流，呈气体状态的会逸出水体或溶于水体。而产物的总量与电流成正比：

Q＝I/F    -----------------------------------------1-2

Q：电解产物产量，

I：电流，

F：法拉弟常数。

当所有电极之间通过电量的总和为一个法拉弟电量时，产物的总和就为1克当量。

电解消耗功率为：W＝U·I  -------------------------1-3

根据法拉弟定律，电解产物总量只与电流有关，表面上与电压无关，但功率消耗又与电压有关，是电压与电流的乘积关系，而电压在电流一定时，直接由电阻值的大小确定。而电阻大小又与电极板的间距及电极板的面积有关，因此电解工艺的两个技术参数决定了传统电解槽的工艺性能，这两个技术参数是K₁电极距度和K₂电容积度。

K₁：电板距度是指电极之间的平均距离。

K₂：电容积度是指每单位电极区体积内的电极板总面积。

由于安装和制造工艺决定了传统板式电极之间的距离只能做到10mm～15mm，不能再低。

由于用钢板做电极板，考虑到电蚀因素，电极板不能做得太薄，厚度一般为10～12mm，不然就要经常更换电极，甚至不要一个月更换两次到三次，影响生产运行，而且费用也太大。即使用到12mm钢板做电极也只有一至两个月就要更换一次电极，这是传统电解方法的一个缺点。

电解槽运行时，两性电极的阳极表面发生如下氧化反应：

Fe-2e→Fe²⁺  -------------------------------------1-4

1-4式表明阳极板表面上的铁原子被电解氧化失去两个电子后成为亚铁离子溶于水中，并向阴极移动。各种金属(如Cu、Al、Ni、Co、Mn、Pb、Zn、Sn、Ti、Si、Pb、Mo、W、Cr、Sb、Ru、Pd等等都有此类反应，只是反应速度不一样。

2H₂O-4e→4H⁺+[O·]+[O·]  ----------------------------1-5

1-5式表明阳极板表面上被吸附的水分子被电解氧化离解产生4个氢离子并向阴极移动，还产生两个原生态氧[O·]，如果水中无有机物待氧化，则瞬间进一步反应为：

4H⁺+[O·]+[O·]→O₂↑+4H⁺  -------------------------------1-6

即：2H₂O-4e→O₂↑+4H⁺

如果有有机物须被氧化，则进一步反应为：(假设有机物为甲醇CH₃OH)

CH₃OH+H₂O-6e→CO₂+6H⁺  --------------------------------1-7

1-7式表明有机物被彻底氧化降解为二氧化碳，去除了水中的有机污染。

对于大分子有机物，一般不能一步氧化降解为无机物，只能氧化大有机分子的某个或某些亲水基团，使其由亲水变为疏水，如造纸废水中的木质素磺酸钠在阳极表面与氧化产生的H⁺反应，置换木质素磺酸钠亲水基团中的Na⁺，使木质素磺酸钠大分子被切断成小分子木质素，不溶于水。

3、阳极上产生的亚铁离子Fe²⁺，当接触到一氧化锰时，在水中有溶解氧的情况下，就会被瞬间催化氧化成三价铁离子，反应如下：

2MnO+Fe²⁺+O2→Fe³⁺+2MnO₂  ----------------------1-8

2MnO₂→2MnO+O₂↑    ----------------------------1-9

Fe³⁺与水中的OH^-离子进一步反应生成水合氢氧化铁结晶胶体，不溶于水中，是很好的絮凝剂，它对水体中的刚被电化学反应变为不溶于水的有机物产生絮凝固化作用，将其包裹，从水中沉淀分离出来：

nH₂O+Fe³⁺+3(OH^-)→Fe(OH)₃·n·H₂O↓  ----------------1-10

阴极表面：

2H₂O+2e→H₂+2OH^-  -----------------------------------1-11

1、1-12式表明水分子从外电源得到两个电子被离解为氢气和氢氧根离子。

2、有机物在阴极表面完成加氢还原反应，如：

2CH₂＝CHCN+2H₂O+2e→(CH₂CH₂CH)₂+2OH^- ----------------1-12

3、金属离子可以在阴极表面产生还原反应，析出金属原子来，并可附着于阴极表面。

Cu²⁺+2e→Cu↓  ----------------------------------1-13

Cr⁶⁺+3e→Cr³⁺   ---------------------------------1-14

1-15式表明高价铬降为三价铬，毒性污染有所下降，还须进一步反应彻底消除毒性污染：

阴极表面：

Cr³⁺+3(OH)^-→Cr(OH)₃↓   -------------------------1-15

当然1-16也可以在阴阳电极之间都可以进行，但要求PH≥8.5以上才能反应完全。

Cr(OH)₃在中性水中(PH＝6～9)中不再溶解，通过沉淀去除后就彻底消除了水中的毒性污染。

综上所述，电解法处理有机废水和金属离子废水是绝对有效的。但传统的电解法存在如下问题使之难于被扩大推广，特别是电能源涨价，传统电解法能耗高一直是关键难度。去除1KgCODcr须1.25～1.5度电。

传统电解法能耗高是因为水溶液的电导率很小，电阻太大，电极板之间的距离不能做得特小，现在最低也只能做到8～10mm。单位体积电解区内的电极总面积再也无法扩大，不得不增加电解槽容积以扩大电极板总面积，这样才能减少电阻，从而降低电压，以达到功率变小的目的。这使得电解槽制造成本也上升了不少。电解能耗降低仍有限。

传统电解法的第二个问题是铁电极板作为阳极溶解太快，最短每运行两到三个月须更换一次，而且很容易产生表面钝化，增加电极表面电阻。

表面钝化的问题现在可在电极表面安装有自动刷子，每天都可以自动清洁电极表面，基本去除钝化皮。但铁极板电溶蚀是传统电解法的一个基本特征，无法解决。因为正是铁极板溶出的铁离子被利用来做去除有机和无机污染的絮凝剂，传统电解法的优点也正在与此。

为了改善电解槽性能，工程师们一直在为追求更小的电极距度和更大的电容极度，寻找新的制造工艺方法，以提高电解槽的水处理性能和更节约电力消耗。

传统电解工艺可适用于各种低浓度工业污水的预处理工艺单元，具有操作简便，后续工艺无须再投加絮凝剂，对于普通工业污水的CODcr≤600mg/L时CODcr去除率一般能达到70～80％，金属离子污染去除率达到99％，去除每KgCODcr耗电1.25～1.5度。

传统电解法不能适用于有机高污染浓度的工业污水处理，特别是高难度有机污染废水处理。

这是因为高难度有机污染废水中的污染物质溶解在水体中在其分子表面产生的双电层的平衡电位比较高，这个双电层的厚度非常小，只有两三个水分子直径大，外加电解电位必须大于这个双电层平衡电位才能促使其完成电化学氧化还原反应。一般污染有机物双电层平衡电位都很少，只有几微伏特，而高难度有机污染物双电层平衡电位有几伏特，甚至更高。传统电解槽两极电源正负极间电压小于220伏特，分散在各双性电极板之间只有几伏特，而这双性电极板之间的电压90％以上消耗在水体电阻上，而真正起电解作用的电压即作用在电极板表面上无穷薄的电化学反应电子得失区域内的电压不到0.1伏特，而加在电双层上的电压就更小，远远不够击穿这些有机污染物质的双电层，而对这些有机物不产生降解作用。这些有机物包括各种大分子表面活性剂，各种抗生素分子，各种农药分子和中间体分子，各种化工废水中污染有机物大分子等等。

即使不是高难度有机分子，而是普通有机小分子，在浓度太高时，传统电解法处理效果也不好。比如传统电解法处理印染废水效果尚佳，印染废水CODcr≤1200mg/L时，用传统电解法处理，在电解区停留65min，CODcr去除率为75％，去除每千克CODcr耗电约1.5度。但处理染料化工废水时，CODcr≤9000mg/L，用传统电解法处理，电解区停留时间300min，CODcr去除率只有55％，去除每千克CODcr耗电约3度。

这个情况表明传统电解槽中的电极表面积太小，因为电解电化学氧化反应只发生在电极表面，只有在电极表面才有外电路提供电化学反应所须的得失电子。

为了解决这些问题，近几十年产生了各种改进型电解装置。归纳起来，是从电极材料，结构型式方面，电源类型，无非是在追求更大的电容积度和追求更小的电极距度，以及引进各种催化电极。

能使单位体积电解区内的电极面积达到无穷大吗？能使电极间的间距达到无穷小吗？这是工程师们的梦想，只能不断的改进完善而已，难得做到无穷大和无穷小。

传统电解法最简单的改进尝试是用石墨板材做电极，就没有铁板电极的溶蚀问题了，新的问题又来了，水处理效果变差了，又不得不在水体中投加硫酸亚铁等药剂，把传统电解法改了电絮凝法，这种改进没有被推广应用，上世纪八十年代被应用一阵子。因为根本的问题电能消耗特高的问题没有彻底解决。虽然石墨板材无溶蚀就可以制作得薄一些，也只能制作得7～8mm厚；电极板间距可以小一点，也只能制作得间距小到5～6mm；这种小幅度改良电极距度和电容积度对电能消耗节约不够，而是须要数十倍数百倍地改良电极距度和电容积度这两个参数。

上世纪七十年代出现了一种几乎不消耗电能的电解装置，因为不能稳定运行也只时兴了一阵子。虽然现在还有工程师拿它来做实验。这种装置称为铁碳电极对内电池微电解装置，如附图5所示：

该铁碳电极对内电池微电解装置由电解槽(111)，进水管系(112)，出水管系(113)，电解床(114)，压缩空气冲洗管(115)等所组成。运行时，水体穿过电解床后就完成了电化学氧化还原反应。没有提供外电源，怎么会产生电化学反应呢？这是因为任何物质在水溶液中都会产生双电层表面平衡电位，不同物质此电位值不一样，而铁和碳双电层表面平衡电位差很大，形成了内电池。此电解床(114)中填充有大量的废铁屑(116)和活性碳颗粒(117)，按1∶0.5～1的比例混装。有的还添加10％锰砂作为氧化催化剂。

这种装置中铁屑作为正极，活性碳作为负极可完成上述1-4，1-5，1-6，1-7，1-10，1-11，1-12，1-13，1-14，1-15等氧化还原反应。该装置作为污水处理工程中的最后一个工艺单元，其出水效果非常好，当铁屑失去电子渐渐溶于水中消耗完后，电解作用就停止了，内电池电势就为零了。

但在铁屑还只消耗了10％～30％后，该装置就因为电解床内颗粒之间污泥堵死了，虽然每天都用压缩空气从底部通入，也仍然无法消除干净由Fe(OH)₃·n·H₂O和有机污染物形成的絮凝污泥，它的使用寿命一般只有一到两个月。该工程装置体积庞大，水停留时间长，滤速慢，每次清洗和更换铁屑及活性碳颗粒时，劳动强度大。这种工程装置为缩小极距度，扩大电容积度作了一个尝试，因为该电解床中的铁碳电极之间的间距缩小到0.01mm～2mm，电容积度由传统电解槽的800M²/M³提高到5,000～50,000M²/M³，而且不耗电。该铁碳电极对内电池微电解装置的另一个缺点是不运行时，电解反应仍在进行。

该铁碳电极对内电池电解装置处理有机污染废水浓度很低，对许多有机污染没有作用，因为内电池电压太低。该装置处理电镀废水重金属离子效果最佳，即能96％以上去除重金属离子，还能50％去除CODcr有机污染。

如果该装置不是因为堵塞问题，一定会被推广应用在工业污水处理的最后工艺段。上述这种铁碳电极对内电池微电解装置的电解床是固定的。1994年至1998年在我国淮河流域和其它地区有众多此类装置运行处理造纸中段废水和印染等工业污水，都完成了验收后几月就停废了。如河南舞阳阳第造纸厂，4台Φ5000mm×H6000mm该装置处理了3000m³/d造纸中段废水作为物化+生化后的深度净化工艺，总出水清亮透明，达到一级国家排放标准，但几个月后就堵塞死了，整修很难。

《水处理技术》2005年11月第67～70页载有该装置的“铁碳微电解法处理染料生产废水”的模型试验成果报道。

还有将传统电解方法与铁碳电极对内电池电解法装置合二为一的工艺装置出现，见附图6所示。(参见《电镀电镀三废处理技术》一书(国防工业出版社，2002年4月第一版)，第154页，图5-15双性电极固定床电解槽)。即在铁碳电极对内电池中的电解床内插入正负极电源极板(118)，(119)，电源极板(118)，(119)用石墨材料做成。并将直流电源改为直流脉冲方波电源，因为脉冲方波电源即可提供很高的电解电压，但又不会引起太大的功率消耗，它可通过调整脉冲间隔时间长短来控制功率，通过调整脉冲电平来控制电压，以促成更多的有机污染物产生电化学氧化还原反应。这种以铁屑作为双性电极，并在铁屑中混合活性碳颗粒以免铁屑之间短路，这样组成的电解区域类似于滤池的滤床，被称为电解床，由于没有搅拌和空气鼓动又称之为固定电解床。

这种装置集中了传统电解槽和普通铁碳内电池微电解的优点，同时也集中了二者的缺点，仍然是电解床堵塞问题使这种装置没有被推广应用。

氯碱电化工程的催化电极学原理及制造催化电极工艺被引用于工业废水处理电解工艺中来，其基本特征是在传统电解槽中的双性钢板电极表面镀一层金属钛，然后在钛表面涂一层重金属和(或)稀土金属的氧化物，如氧化锰，氧化钴，五氧化二钒，氧化铟，氧化镓，氧化镧，氧化铌，氧化铅，氧化镍，氧化锡，氧化锆，氧化钛，氧化锶，氧化铱，氧化钯，氧化锑，等等，这些氧化物属于半导体。它们具有导电性能，同时又具有催化电解作用，上述氧化物中有一些特昂贵的氧化物，达到每克几百元人民币。

按上述办法用一种或几种重金属和(或)稀土金属的氧化物涂于钛基电极表面，对各种高浓度高难度的有机污染废水进行模型试运行时，均取得众多的成果，被报道于相关技术文献中。如《环境催化原理及应用》化学工业出版社2006年1月第1版，第486～487页。

催化电极的催化电解原理是催化电极表面的特殊分子构象(包括物理的，化学的，几何的)首先对水中的某种或某几种有机污染物有吸附富集的功能，其次促成并参与该有机污染物向某一特定方向完成电子得失的氧化还原反应，然后靠对反应产物的排斥，将反应产物脱附离开催化电极表面，催化电极最后一个功能是自我完成恢复反应，回到参与反应前的初始状态。在整个催化电解反应过程中，催化剂作了一个电子传递暂时贮存的功能和反应场所的功能。这个电子暂时贮存的功能主要是靠其内部的空穴湮灭和电子跃迁来完成，常常伴随有这些金属氧化物中的金属离子价位的升降过程。其基本反应通式如卜：

R：有机物分子，

MOx：金属氧化物催化电极。

但是某种金属氧化物电解催化剂或某几种金属氧化物组成的电解催化剂，一般只对一种或几种有机污染物及衍生物具有催化电解作用，而对其他物质几乎没有作用。这是催化剂的选择性；一种催化剂不能将大有机分子一步氧化降解为无机分子或原子，须多种催化剂多次协同完成这种彻底降解，这是催化剂的协同性。

由于工业有机污染废水中的成份极其复杂，某一化工厂的总排水汇集了各个车间的生产废水，用某种催化电极或少数几种催化电极就能处理复杂的工业污水很困难。因此，在传统双性电解槽中引用催化电解的功能，只能适应于少数不复杂的几种工业污水。这种应用使钢板阳板不再电蚀溶解，延长了电极寿命，同时也减少了传统电解槽中具有的絮凝去除有机污染的功能。

催化电解扩大了电解工艺对工业废水处理的适用范围，很多难于用传统电解法处理的工业废水都能在催化电解试验模型中进行处理，CODcr去除率可达到80％-90％。由于上述催化电解尚未改变电解工艺中的电极距度和电容积度这两个基本参数，因此能耗还是太大，加上催化剂涂层干艺材料昂贵，这方法被发现应用于工程实例不多。但在理论和实验成果方面为新一代电解装置指明了发展方向。

多种具有实用工程意义的催化电解装置被工程师设计出来了，其代表为专利号03238195.6，名为“一种采用同心圆电极多相多元催化电解氧化污水处理装置”。如附图7所示。

其主要特征是：电解床(124)由三种颗粒组成，一种是双性电极为导电颗粒，石墨颗粒和树脂颗粒；另一种是催化颗粒是活性碳颗粒作为载体附着了一些种金属氧化物，(这种附着工艺可能是在其上吸附金属盐后再焙烧附着)，还有一种是无机颗粒，一般是锰砂或其它矿砂被使用其中，这些种颗粒按一定比例范围混合均匀组成电解床(124)；阳极(122)用石墨棒，阴极用设备主体(121)。

运行时，空气和污水一起从底部进气口(125)和进水口(126)进入电解床(124)，电解床不流动，不浮动，成为固定床。

该装置从根本上改变了电解工艺的两个基本参数：电极距度和电容积度。电极距度缩小到0.5～3mm。电容积度达到几十万平方米电极面积/每立方电解床容积；并且引入了多种催化剂协同参入电解催化反应。因此该装置作为各种工业废水的预处理工艺单元已被实际应用于工程中来，并得到较好的净化效果。其CODcr适应范围达到CODcr≤6,000mg/L，CODcr去除率达到60％～75％，这是一个不小的改进。

但是这种装置运行高效率高性能状态的时间不长，主要是活性碳颗粒表面及微孔中附着的催化剂体系在运行几周后有被有机污染物堵塞的现象发生，只靠空气冲洗不能完全清除表面。久而久之组合催化剂体系慢慢失效，CODcr去除率由60％75％降为30％～40％，还不如传统电解槽，这一过程一般只有三个月的时间，只有经常用酸和碱浸泡来冲洗，也无济于事。目前这一技术装置一边还在完善一边还再推广中应用。

这一技术装置将牺牲电极双性钢板电极改为了不损耗的石墨电极，没有了更换钢板电极的麻烦，但同时又失去了传统电解槽中铁离子产生对有机物絮凝固化去除作用的优点。该装置对特高难度工业污水处理仍然效果不佳。

现在对传统的铁碳电极对内电池微电解装置的改进型装置已被设计出来，并已应用于实际工程中，其中代表为专利号02252471.1，名为铁碳微电解流化床设备，如附图8所示。

其主要特征是：填料电解床(139)由颗粒焦碳和催化剂，铁屑等所组成。催化剂一般是金属氧化物的矿物质。

该装置运行时，压缩空气和污水分别由进气管(137)进水管(138)从电解槽(131)底部进入电解床(139)的下方，而空气量是水量的10～20倍，使电解床(139)完全膨胀，搅拌机(132)对其进行连续搅拌，电解床(139)完全流化态。铁屑投加机(133)自动定时投加补充铁屑，经电解后水从溢流出水槽(134)流出。

该装置仍然无须提供外电源，靠铁碳内电池产生微电解完成电化学氧化还原反应。

工业污水特别是酸性工业污水经过该装置预处理后，CODcr去除率可达到50％～60％，自动将酸性调为中性或接近中性而无须投加或少投加碱，为后续生化净化工艺创造了条件，后续沉淀也无须再投加任何絮凝剂。

该装置中自动消耗的铁质可以由投加装置(133)每天定时投加废铁屑来补充。而废铁屑是经过一道破碎工艺获得的废铁屑粉末，其粒度更小，电解表面积更大。

该装置由于应用催化剂和流态化两个技术，使得该技术装置可以应用到更多种工业污水处理的预处理工艺中来，并不但在推广应用中。

但该装置没有外加电源；催化剂不是电极，催化作用发挥不明显，该装置目前只能应用于少数低浓度有机工业废水特别是酸性工业废水的预处理，如电镀废水，印染漂洗废水等等。推广应用受到局限性。

该装置对电解工艺的两个基本参数中的电容积度作了很大的改进，但对另一个基本参数电极距度没有再作进一步的改进。

上述两个专利催化电解技术装置虽然都引进了催化的原理，但都不算真正的催化电解装置，因为，它们将催化剂与电极分离了，催化剂不是电极，电极不是催化剂。所以能耗下降不多，或适应范围不够广。第一个专利技术中的双性颗粒电极是石墨颗粒电极，活性颗颗粒不导电，只是催化剂的载体，石墨颗粒双性电极导电但不是催化剂。其它无机颗粒如锰矿砂等虽然是半导体，只在脉冲电源情况即是催化剂又是双性电极，但催化作用范围太小，因此，即便是该装置再完善修改，引用脉冲方波电源，性能还会有较大的改善。但主要是活性碳颗粒附着的催化体系失效问题难以得到彻底解决。该专利中提到电解床中还混有树脂颗粒，它虽即能导电又有催化功能，但特别容易被污染失效，一般运行上十天就失效，酸洗碱泡几次就永久失效。

第二项专利技术中的电极分别是铁屑末和焦碳形成内电池，它们不是催化剂，催化剂是锰矿砂，而锰矿砂又不导电，不与碳或铁形成内电池放电。

上述两种催化反应不是在电极表面完成的电化学催化氧化还原反应，只是电极电解氧化还原反应后，水中富余的原生态氧和有机物一起附着于催化剂的表面后，再进一步发生的催化氧化反应，但原生态氧[O·]的寿命特别短，一般只有千分之几秒～百分之几秒的时间，上述装置中的催化剂再吸附到有机污染物同时又捕获到原生态氧[O·]的机率不大，而单纯催化剂表面的pH状态与催化电极表面pH状态完全不一样，许多催化氧化反应和催化电解氧化反应也完全不一样。

比如阳极表面pH≤1.0～2.0，即使水体总体上是中性，但阳极表面是强酸性的；而水体总本是中性的，单纯催化剂表面也是中性的，这种单纯的催化氧化反应难以完成对有机大分子的深入氧化，只能完成上述类似1-7式的对小有机分子的氧化反应。

上述第二种铁碳电解流化床设备技术虽然还可以通过选择颗粒材料来改进催化性能，但没有外电源的情况，靠铁碳内电池来放电，就只有选择又富含碳质又富含催化剂成份的矿物颗粒来做铁碳电极对。比如五氧化二钒，含碳达40％～60％，含五氧化二钒10％～25％，还微量含其它金属氧化物催化剂，即使该设备作如此改进，但其电极距离较大，在空气鼓动电解床膨胀，颗粒之间间距拉开到约2mm～3mm，与传统电解槽双性电极的电极距度8～10mm在一个数量极上，虽然电容积度是传统电解槽电容积度800M²/M³的数百倍甚至上千倍，但水处理停留时间并未缩短，CODcr从500mg/L处理到250mg/L还是须要120min至200min。

三、

假设将现代催化理论，现代催化电极技术与传统电解槽技术兼容起来，设计一种电极距度无穷小，小到只有1μm～0.01μm。电容积度无穷大，大到每立方米电解床几百万平方米以上电解电极面积；电极即是催化剂，催化剂又是电极；电解床并不静止，而是运动着，又并不剧烈鼓动膨胀；铁质双性电极予以保留；催化剂体系全面又简单，便宜又易得；电极使用寿命又长；电解床又不被污泥结垢堵塞，催化电极消耗又非常小，比如处理1000m³/d的污水只耗0.001kg～0.003kg或者更低；使电解消耗的电能80％以上用在电化学氧化还原反应上，只有20％以下消耗在水体电阻上。这样去除每公斤CODcr耗电降为0.10～0.25度，电解消耗的铁质又能定时自动补加，电解后的水体不再须要投加或很少须要投加任何絮凝剂，就能很好的进行简单沉淀固液分离，操作又简便，长期运行无障碍。使用寿命几十年，造价不高，占地空间又小，又能适应各种工业污水，包括各种酸性和碱性工业污水的净化预处理，也包括各种工业污水处理难题也能适用，它们包括各种抗生素废水，酵母废水，农药废水，皮革废水，炸药废水，高含氨氮废水，含氰废水，溶剂类化工废水，各种表面活性剂废水，染料化工废水，焦化废水，油墨废水，造纸黑液及其它一些毒性废水等等。

对这些污水预处理后，CODcr去除达90％～95％，后续处理就简单了，让污染企业购买觉得不贵，而且运行也觉得便宜划算，不仅如此，而且使整个污水处理工程无须投加酸或碱来调节PH值，只须极少投加或甚至完全不须投加聚合氯化铝等絮凝剂；也无须投加任何脱色剂，氧化剂，还原剂，助滤剂，助凝剂等药品。这就为将各种工业废水处理排放达标后再进一步深度净化和精细净化回用于生产中去创造了条件，因为在水处理过程中没有引进新的无机污染和有机污染.

怎样才能实现这个假设呢？

如下一个技术构想可以实现这个假设。

用特殊材料组合来烧制两种陶瓷颗粒中的至少任何一种，其中一种具有磁性，电阻很小；能吸附微米级细小掺杂铁粉末。这种陶瓷颗粒表面镶嵌有微米级或纳米级各种金属氧化物催化剂且导电；另一种陶瓷颗粒也具有磁性，其表面层约1mm至2.5mm厚是铁电性电容性半导体陶瓷材质，电阻虽然很大，但具有铁电性，在脉冲电场下可以对其进行充放电。由这两种磁性陶瓷颗粒催化电极按一定比例混合组成电解床或其中任意一种单独组成电解床，在其中插入外加电源电极，通以脉冲电源或直流电源，由搅拌机对其进行慢慢搅拌，原水和少量空气从底部进入电解床，使颗粒宏观上慢慢滚动移动，不是流化态，也不是静止态，掺杂微铁粉被水力输送系统定时送到电解床上表层，吸附在表层颗粒表面上，由磁性陶瓷颗粒的滚动移动的携带作用而慢慢传递到每一个颗粒表面上均布。而掺杂微铁粉是由废钢铁回收重新冶炼，掺有电镀废水处理工程污泥回收的混乱合金，及其他工业废合金及其氧化物，质优而价廉，不锈又具有多种催化电解功能，熔融状喷雾而成掺杂微铁粉。

现代陶瓷技术，半导体陶瓷技术，磁性陶瓷技术，掺杂粉末冶金技术，高频脉冲电源技术等都成熟而普及，所以该构想完全可以兼价实现。

这个技术构想就能实现这个假设中的三个基本观点，第一，电极距度无需穷小；第二，电容积度无穷大；第三，催化体系完备，并组成电极参与催化电化学反应。

第一、电极距度无穷小，小到从量变到质变。

假定设计这种磁性陶瓷颗粒催化电极，电解床内每200mm间距有一对正负极外加高频脉冲电源电极，脉冲电压为24V～46V。磁性陶瓷颗粒平均直径只有2mm，那加在每个颗粒上的电压为0.24V～0.46V。该每颗磁性陶瓷颗粒催化电极表面形成无数双性电极对，在2mm范围内假设约有100个双性电极对，加在每个双性电极对上的电压只有2.4×10^-3～4.6×10^-3V，但每个铁碳电极对之间平均间距，即电极距度只有10^-7～10^-8m。这个放电的电场强度为：

10^-3V/10^-7～10^-8M＝10⁴～10⁵V/m。

即每米距离有数万伏电压至数十万伏电压，在这个电场强度下，绝大多数各种有机污染物质都会被击穿导电，在各种催化电极的催化作用下，各种催化电化学氧化还原反应都会发生，连水中的各种细菌病毒都会触电失活。在该催化颗粒电极之间，在这无数双性电极对之间，部分水分子瞬间被电解离解，阳极产生原生态氧一部分与有机污染物发生催化氧化反应，一部分还来不及与有机物反应就被高场强电压激活再次被催化氧化，产生臭氧[O₃]。这[O₃]是强氧化剂，它在中性水中(PH＝6～9)生存时间约5min。阴极在这种超高电场强度下，在催化作用下，由于电极距度无穷小，阳极产生的原生态氧可抵达到阴极表面被水分子还原反应生成H₂O₂，这也是强氧化剂，它在中性水中分解期约几十分钟，它在Fe²⁺的催化作用下，又会产生原生态氧。因此，该装置出水到沉淀池内还会继续完成氧化降解有机物的反应。这是间接检验该装置是否发生临界催化电解反应的一个方法。

第二，电容积度无穷大，达到极限无穷大，即达到水体在电解区只停留几十至几百秒钟时间，水中所有污染物质几乎都被催化电极的表面所吸附富集，而催化电极种类繁多，能在几十至几百秒钟时间再内就基本完成对被吸附的各种有机污染物质的氧化降解过程，而降解产物能被快速脱附，又能被再次吸附，再次电解氧化，也可能这种逐级降解反应对一个大有机分子来说，在这极短时间内已经发生了几次甚至几百次降解反应了。

发明设计该装置的电解停留时间即为120秒钟到300秒钟，如果在这短时间内，对高浓度有机污染废水(5,000mg/l≤CODcr≤22,000mg/l)，经它处理后，CODcr去除率达到85％～90％，去除每KgCODcr耗电0.15～0.25度，大有机分子检测不出来。设备运行稳定可靠，这直接验证了该催化电解装置是我们环保工程师所理想的催化电解装置。

上述这个假想，这个构想，这个理想可以由如下本发明“多功能临界多元催化电解装置”来实现。

事实上，类似于上述磁性陶瓷颗粒催化电极已被制造出来，专利申请号为02815228.X名为：“导电催化剂颗粒及其生产方法，气体-扩散催化电极和电化学器件”。该导电催化剂颗粒是在可导电的陶瓷颗粒表面通过溅射或脉冲激光沉积各种金属作为催化剂。这种颗粒没有磁性，而催化剂是各种金属，只能适用于气体-扩散催化工艺场合中，不能适用于上述技术构想。因为没有磁性而不能吸附微铁粉；因为是金属催化剂，在水处理电解工艺场合中金属催化剂作为双性电极的阳极时很快就会被腐蚀消耗，如同上述1-4式所述。所以上述技术构想的特点是磁性陶瓷颗粒催化电极具有永磁性，可导电，采用各种金属氧化物作催化剂，耐磨损，不电蚀。

四、

该多功能临界多元催化电解成套装置的特征是：该成套装置由电解罐(201)，电解电源(301)，清洗系统(401)，电控柜(501)，掺杂微铁粉饲料系统(601)等所组成。

电解罐(201)由罐体(202)，减速搅拌机(203)，多孔进水配水管系(204)，多孔进气布气管系(205)，多孔集水出水管系(206)，棒状电极(207)，磁性陶瓷颗粒催化电极电解床(208)，溢流管(209)，丢水管系(210)等所组成。

罐体(202)为圆柱形状，罐内底部水平安装有多孔进水配水管系(204)，在多孔进水配水管系(204)的下方60mm～200mm处水平安装有多孔进气布气管系(205)，在多孔进气布气管系(205)下方100mm～260mm处水平安装有多孔丢水管系(210)；在多孔丢水管系(210)的下方60mm～120mm处安装有底封头(211)；在底封头(211)下方安装有三至四个罐脚(223)，底封头(211)下，在两罐脚(223)之间安装有卸料孔(222)；在罐体(202)的顶部中央安装有1台减速搅拌机(203)；减速搅拌机(203)的中轴(213)垂直向下延伸到多孔进水配水管系(204)的上方约160～280mm处；中轴(213)下部水平安装有K层搅拌叶片(214)，中轴(213)上部安装有碳刷滑环(228)；在罐体(202)的圆周罐壁上水平安装有N层棒状电极(207)；在罐体(202)内离罐顶150～400mm处水平安装有溢流管(209)，在溢流管(209)的下方150mm～400mm处水平安装有多孔集水出水管系(206)，在多孔集水出水管系(206)下方300mm～600mm处与多孔进水配水管系(204)的上方约100mm～200mm处之间装填有磁性陶瓷颗粒催化电极电解床(208)，磁性陶瓷颗粒催化电极电解床(208)的深度约900～1600mm；最下层棒状电极(207)水平安装在多孔进水配水管系(204)上方约200mm～400mm处，棒状电极(207)最上层水平安装在颗粒电解床(208)表面下200mm～400mm处；棒状电极(207)上下层间距约160～300mm，棒状电极(207)在罐体(202)圆周展开面上的水平间距约200mm～700mm，棒状电极(207)的层数N＝4～10层；棒状电极(207)每层有2n个，n为自然数；棒状电极(207)是通过不锈钢内螺(226)安装在罐体(202)上的；在底封头(211)之上与磁性陶瓷颗粒催化电极电解床(208)之下装填有颗粒承托层(212)；中轴(213)上的搅拌叶片(214)的层数K＝N+2层，搅拌叶片(214)的最下层和最上层分别距棒状电极(207)的最下层和最上层约60mm～120mm；棒状电极(207)和搅拌叶片(214)上下交错均布。

该多功能临界多元催化电解成套装置的特征是：磁性陶瓷颗粒催化电极电解床(208)由三种磁性陶瓷颗粒催化电极(215)中的至少一种所组成；而磁性陶瓷颗粒催化电极(215)之间吸附有掺杂微铁粉和普通微铁粉的混合物(216)；承托层(212)由直径为6mm～12mm圆球形普通陶瓷颗粒或小卵石(217)所组成。掺杂微铁粉和普通微铁粉的混合物(216)的混合质量比例：掺杂微铁粉∶普通微铁粉＝1∶0.0～0.5。

组成磁性陶瓷颗粒催化电极电解床(208)的三种磁性陶瓷催化颗粒电极(215)的直径为2.5mm～7.5mm，圆球形；该三种磁性陶瓷催化颗粒电极(215)的内层由永磁性材料铁氧体微粉末和少量粘结剂粉末混合均匀后制成小球；外层粉体材料不同而分为三种磁性陶瓷催化颗粒电极(215)：第一种是由具有导电性能的微粉末和各种金属氧化物催化剂微粉末及少量粘结剂粉末混合均匀后滚制涂层于小球的外层而成球；第二种是由具有高价电系数铁电体性能的陶瓷粉末和各种金属氧化物催化剂微粉末少量粘结剂粉末混合均匀后滚制涂层于小球的外层而制成球；第三种是由永磁性材料铁氧体微粉末和各种金属氧化物催化剂微粉末及少量粘结剂粉末混合均匀后滚制涂层于小球的外层而制成球；这三种球风干后，高温烧制而成陶瓷颗粒，最后置于磁场下通磁而永久具有磁性。第三种也可以是只由永磁性材料铁氧体微粉末和少量粘结剂粉末混合均匀后滚制涂层于小球的外层而制成球。

磁性陶瓷颗粒催化电极(215)的内层直径约1.0～3mm，外层厚度约1.0～2.5mm。磁性陶瓷颗粒催化电极(215)的内层由永磁性材料铁氧体微粉末和少量粘结剂微粉末混合均匀后制成小球，其粘结剂粉末是陶瓷粉末和淀粉；其质量比例是：铁氧体微粉末∶陶瓷粉末∶淀粉＝1∶0.01～0.05∶0.05～0.15。

三种磁性陶瓷颗粒催化电极(215)的外层材料分别是：

第一种的外层材料中的有导电性能的微粉末是指氧化铟和(或)二氧化锡中的至少一种，因为成本差价太大一般采用二氧化锡；第一种的外层材料中的各种金属氧化物催化剂微粉末是指铬、铜、镍、锌、钴、钨、钒、镍、铝、铅、锡、锑、锰、锶、钡、铈、镓、锗、钌、钯等的金属氧化物之中的至少三种；其粘结剂粉末是普通陶瓷粉末和淀粉；其质量比例是：

氧化铟或二氧化锡∶金属氧化物催化剂∶普通陶瓷粉末∶淀粉＝1∶0.05～0.25∶0.01～0.1∶0.05～0.15。

第二种的外层材料中的具有高价电系数铁电性能的陶瓷粉末是指钛酸钡和(或)钛酸锶等钛酸盐类陶瓷微粉末中的至少一种，或铌酸盐类陶瓷微粉末中的至少一种；因为成本差价太大一般采用钛酸盐类陶瓷微粉末中的至少一种。第二种的外层材料中的各种金属氧化物催化剂微粉末是指铬、铜、镍、锌、钴、钨、钒、镍、铝、铅、锡、锑、锰、锶、钡、铈、镓、锗、钌、钯等的金属氧化物之中的至少三种；其粘结剂粉末是普通陶瓷粉末和淀粉；其质量比例是：

钛酸盐类或铌酸盐类陶瓷微粉末∶金属氧化物催化剂∶普通陶瓷粉末∶淀粉＝1∶0.05～0.25∶0.01～0.1∶0.05～0.15。

第三种的外层材料中的永磁性材料是铁氧体微粉末；第三种的外层材料中的各种金属氧化物催化剂微粉未是指铬、铜、镍、锌、钴、钨、钒、镍、铝、铅、锡、锑、锰、锶、钡、铈、镓、锗、钌、钯等的金属氧化物之中的至少三种；其粘结剂粉末是普通陶瓷粉末和淀粉；其质量比例是：

铁氧体微粉末∶金属氧化物催化剂∶普通陶瓷粉末∶淀粉＝1∶0.05～0.25∶0.01～0.1∶0.05～0.15。

第三种的外层材料也可以是只由永磁性材料铁氧体微粉末和少量粘结剂粉末混合均匀后滚制涂层于小球的外层而制成球；其粘结剂粉末是普通陶瓷粉末和淀粉。其质量比例是：

铁氧体微粉末∶普通陶瓷粉末∶淀粉＝1∶0.01～0.1∶0.05～0.15。

上述各种金属的氧化物主要是以各种相关工业的废粉末和直接选用它们的多种矿粉末混合物来作原料，这样就能达到既便宜又使得催化体系多样化，每体系内又多元化。天然金属氧化物矿一般是几种金属氧化物的络合物，可以将一种络合物称为一个体系，每体系一定是多元的。

该多功能临界多元催化电解成套装置的特征是掺杂微铁粉和普通微铁粉的混合物(216)的粒径为30～150微米；掺杂微铁粉(216)(当普通微铁粉的混入量为零时)是废钢铁回收重新冶炼，微量掺有M1和M2两类杂质，M1是硅，磷及各种金属铬、镍、钴、钒、铝、铅、锡、锑、锰、钨、锌、钡、镁、铜、钒、等氧化物之中的至少一种；M2是各种工业废合金粉，其中含有铬、铜、镍、锌、钴、钨、钒、镍、铝、铅、锡、锑、锰、锶、钡、铈、镓、锗等之中的至少一种；铁质与M1和M2的质量比例为：

1.0∶0.05～0.25∶0.01～0.15。

上述掺杂的各种金属至少部分是各种工业的废合金，包括工具加工业，粉末冶金，电镀废水处理污泥回收混杂合金等等；上述掺杂的各种金属氧化物至少部分是各种合金钢轧制的废氧化皮和多种天然矿粉末的混合体。

该多功能临界多元催化电解成套装置的特征是：电解电源(301)是直流电源或直流方波脉冲电源中的至少一种。电压12V～110V；其输出电缆(302)的正极与电解罐(201)上的棒状电极(207)相连接；其输出电缆(302)的负极与罐体(202)和通过碳刷滑环(228)与搅拌叶片(214)相连接。

该多功能临界多元催化电解成套装置的特征是：清洗系统(401)由空压机(402)，贮气罐(403)，压气管(408)，输气管(404)等所组成；输气管(404)上安装有逆止阀(405)，减压阀(406)，电磁阀(407)；电解罐(201)下部的进气布气管系(205)通过输气管(404)与贮气罐(403)相连接；空压机(402)通过压气管(408)与贮气罐(403)相连接；贮气罐(403)上安装有安全阀(409)和丢水管(410)及压力表(412)。

该多功能临界多元催化电解成套装置的特征是：掺杂微铁粉饲料系统(601)是微型水力输送系统，它由粉料流化搅拌罐(602)，输水泵(603)，水力射流器(604)，压水管(605)，输水管(606)等所组成；粉料流化搅拌罐(602)的上部装有一台减速搅拌机(607)，粉料流化搅拌罐(602)内中下部中心装有一根溢流管(608)；该溢流管(608)穿过粉料流化搅拌罐(602)的底板(616)并通过阀门(612)与水力射流器(604)的抽吸料口(609)相连通；输水泵(603)通过压水管(605)与水力射流器(604)的喷嘴(610)相连通；压力管(605)上安装有阀门(611)；输水管(606)的一端与水力射流器(604)的出流口(613)相连通，另一端延伸至电解罐(201)内的多孔集水出水管系(206)下方约300～500mm处；流化供水支管(214)一端与压水管(605)相连通，通过阀门(615)、另一端延伸至粉料流化搅拌罐(602)内离底板(616)约60～80mm处；粉料流化搅拌罐(602)的上部装有一个投料斗(617)，投料斗(617)的出口(620)低于溢流管(608)的溢流口(618)约60～300mm，高于底板(616)50～150mm。

该多功能临界多元催化电解成套装置的特征是：多孔进水配水管系(204)、多孔进气布气管系(205)，及丢水管系(210)分别由主干管(218)和多根支管(219)组成，支管上均匀钻有很多直径为4～8mm的小孔，并且用40目～60目不锈钢丝网将支管完全包扎；多孔进水配水管系(204)的入水口(221)处安装有射流器(220)，射流器(220)的入口通过阀门(224)与原水泵(227)相连接。

该多功能临界多元催化电解成套装置的特征是：阴极是搅拌叶片(214)和罐体(202)，阳极是棒状电极(207)。

棒状电极(207)由铁棒芯(220)，不锈钢电极套管(221)，内绝缘套(222)，绝缘保护套(223)，永磁铁(224)，接线螺母(225)，不锈钢内螺(226)等所组成；绝缘保护套(223)上开有两个接线孔(227)；不锈钢内螺(226)焊接在罐体(202)的罐壁上。

五、

该多功能临界多元催化电解成套装置运行时，先启动进水泵(227)，开启进水阀门(224)，启动搅拌机(20)，启动脉冲电源(301)即可。原水通过射流器(220)吸入空气从多孔进水配水管系(204)进入催化电解罐(201)底部，磁性陶瓷颗粒催化电极(215)呈蠕动滚动移动状态。搅拌机(203)慢慢搅拌，原水和少量空气通过阀门(224)、(225)进行调节流量依次穿过承托层(212)、电解床(208)，从多孔集水出水管系(206)流出该多功能临界多元催化电解成套装置。从电解罐顶部定时投入的掺杂微铁粉(216)通过磁性陶瓷颗粒催化电极(215)的滚动连带作用而均匀散布于所有磁性陶瓷颗粒催化电极(215)的表面，电解床(208)内就形成了无数个三维催化双性电极对。由于颗粒电极(215)有磁性，掺杂微铁粉(216)不会沉入罐底。该催化电解罐上的棒状电极(207)提供脉冲电源场或直流电源场，磁性陶瓷颗粒催化电极(215)浸润在水中，置于该脉冲电场或直流电场下，就在催化颗粒电极(215)表面上和微米级掺杂铁粉(216)粒表面上完成催化电化学氧化还原反应全过程，使污水净化处理过程高效节能。该磁性陶瓷颗粒催化电极(215)及掺杂微铁粉(216)是双性电极。其向着脉冲电场正极的一面是阴极，向着脉冲电场负极的一面是阳极，磁性陶瓷颗粒催化电极(215)在运行时携带着掺杂微铁粉(216)慢慢旋转滚动移动而不膨胀流化，阴阳极在变化中。脉冲电源(301)频率等参数可调。

掺杂微铁粉(216)作为阳极的一面时会失去电子溶入水中成为亚铁离子Fe²⁺，它对水中高价离子具有廉价的还原作用，被氧化成Fe³⁺后，水解成为复合水合氧化硅氢氧化铝铁[Al(OH)3Fe(OH)₃.SiO2.nH₂O]，是很好的硅系混凝絮凝剂。污水中的各种中小分子有机污染物质被催化电解反应彻底降解为无机物，各种大分子有机污染物质被催化电解反应降解变性，由亲水性变为疏水性脱稳后，瞬间直接被[Al(OH)3Fe(OH)₃·SiO₂·nH₂O]絮凝捕捉结成微米级絮凝体，由后续工艺单元完成固液分离。另一方面：催化电解过程中阴极催化产生双氧水(H₂O₂)，在Fe²⁺离子及其他催化剂的作用下，会对各种污染物质进行FORTEN强氧化还原反应，对难于降解有机物起有效氧化降解作用。

无论什么酸性(无机或有机酸)废水穿过该催化颗粒电极层时，H⁺部分被铁置换，一部分被催化还原为氢气；大分子有机物被催化氧化切断时，也吸收了一部分H⁺，所以出水PH自动调至中性而无须投加碱。

碱性废水穿过该催化颗粒电极层时，HO^-离子被氧化还原为H+和原生态氧[O]，[O]对水中的有机物起催化氧化降解作用而消耗。

由于部分磁性半导体陶瓷颗粒催化电极(215)具有电容式充电放电的功能，各种有机污染物首先被附着富集于催化电极表面或掺杂微铁粉表面，置于脉冲电场作用下，虽然棒状电极(207)输入的脉冲电压(24～36V)不高，加在两个半导体颗粒催化电极之间的平均充放电电压只有0.24～0.36伏特，但因为球形电极之间的间距及双性铁微粒电极对之间的间距无穷小，只有10^-6～10^-8M，球形电极之间局部微区域放电的电场强度为10⁵～10⁶伏特/M。既每米距离内有几十万至几百万伏特的电场强度，使得绝大多数有机污染物首先被超高电场强度击穿活化，瞬间被双性铁电极对催化电解氧化还原作用而改变性质，并且瞬间被絮凝。

该多功能临界多元催化电解成套装置的电极距度无穷小，在这个临界状态下，可产生超高电场强度，可发生极限催化电解反应：水分子被击穿导电；阳极氧化产生的原生态氧{O·}可被阳极继续氧化产生{O₃}；也可抵达到阴极被还原产生{H₂O₂}。在此超高电场强度下，被处理水体中的任何细菌和病毒瞬间被击穿碳化。

该多功能临界多元催化电解成套装置的电容极度无穷大，大到无法计算和测量。因为不仅磁性陶瓷颗粒催化电极(215)表面上有很多微孔，它们大多数参与催化电解反应，而且掺杂微铁粉(216)表面也有无数个微孔，其微孔比表面积以及活性远远优于活性碳粉末，并在变化中。掺杂微铁粉表面上的无数个微孔，是在催化电解过程中自行造成的。在运行时，当其表面局部为阳极时，催化电解反应产生的部分质子，攻击该表面，置换较活泼的金属离子，造成无数个微坑；微坑的聚焦作用，使后续的置换多集中在这些微坑上。几十分钟后微孔就造好。当其表面局部为阴极时，催化电解反应产生的部分羟基，攻击该表面，溶出铝离子也可造就微孔；几小时后就成了海绵微铁粉。掺杂微铁粉(216)在此装置中的寿命为48～72小时，在这段时间内掺杂微铁粉(216)同时发挥电解剂、催化剂、吸附剂、絮凝剂等多种功能。日处理400M³/d的该多功能临界多元催化电解成套装置内装有约1M³磁性陶瓷颗粒催化电极(215)，它们靠磁力吸附掺杂微铁粉(216)约9～12Kg，而9～12Kg海绵状掺杂微铁粉(216)吸附总容积相当于约10吨活性碳颗粒的总吸附容积。

该多功能临界多元催化电解成套装置的催化是电极多元多体系，它们是铁、铜、锌、钡、镍、钴、铬、锰、钼、钨、锑、铝、钒等等多种金属中的至少三种，以利废的形式少量掺杂入微铁粉中；金属氧化物氧化锰、氧化钴、氧化镍、氧化钼、二氧化钛、五氧化二钒、氧化钯、氧化钌、氧化钨、氮化硅、碳化硅、氧化铈、氧化锆、三氧化二铝、氧化锑、钛酸钡、钛酸镧、钛酸锶、钛酸铅、氧化镓、氧化铟及与氧化锡的络合物，氧化铜、氧化镁、氧化锌、氧化锗、氧化铌、一氧化铁及它们之间各种可能产生的陶瓷相络合物等等，以混合微矿粉的形式烧结在陶瓷颗粒的结晶中和掺杂入微铁粉中。

该多功能临界多元催化电解成套装置正因为其工艺参数电极距度和电容积度达到临界状态；催化体系是多样化又多元化，综合而全面，所以水体穿过催化电解区的停留时间一般只须要100秒钟，设计为210秒钟。

六、

该多功能临界多元催化电解成套装置运行时，电极颗粒(215)呈蠕动滚动移动状态。催化颗粒电极(216)之间会残存少量污泥，周期性(每4～8小时)的定时自动启动空压机(402)，停止进水泵(227)，压缩空气进入催化电解罐(201)完成清洗过程，该清洗过程一般3～7分钟可调。清洗后空压机(402)自动停止，自动启动进水泵(227)，污泥随出水进入后续物化工艺单元进行固液分离。

停止运行时须按上述方法人工操作清洗15分钟，再停止运行。停止运行后，灌满清水，以备下一次再启动运行。

该催化电解颗粒(215)每次补加一个或几个包装单位，根据装置规格大小而定。因为装置内电解床上部有较大备用空间，一般每半月补加一次为宜，掺杂微铁粉每天补加六次，补充量视水质而定。该装置最初试运行时，用自来水作原水从电解罐底部进入，启动搅拌机，从电解罐顶部一次投加若干公斤掺杂微铁粉，连续搅拌四小时，掺杂微铁粉(216)就均布于电解床(208)所有的磁性陶瓷颗粒催化电极(215)表面了。该投加量一般是污水处理3天的用量。以后就规定时间，一天只投加6次，每次投加量是1天用量的1/6。该投加过程由配套微型水力饲料系统(601)来完成。

掺杂微铁粉水力饲料系统(601)的工作过程是：启动输水泵(603)，开启阀门(611)，(615)，和(612)，启动减速搅拌机(607)；输水泵(603)的出水分为两股，一股经阀门(611)进入水力射流器(604)，一股经阀门(615)进入粉料流化搅拌罐(602)，粉料流化搅拌罐(602)内水位长期恒定在溢流管(608)的溢流口(618)处。从投料斗(617)人为投入掺杂微铁粉(216)进粉料流化搅拌罐(602)。在粉料流化搅拌罐(602)内，在减速搅拌机(607)的搅拌叶片(619)的搅动下，掺杂微铁粉(216)悬浮于水中呈流态化，随水流从溢流管(608)的溢流口(618)流入，通过阀门(612)从水力射流器(604)的抽吸料口(609)进入水力射流器(604)，然后通过输水管(606)进入电解罐(201)，掺杂微铁粉(216)就这样被投到电解床(208)上了。

该装置的棒状电极(207)为普钢套钛铬镍不锈钢管做成，具有磁性，以吸附微铁粉作为其牺牲阳电极，并且定时调换正负极，但仍然有损耗，每1～2年需更换一次电极。更换方便简单。

采用该多功能临界多元催化电解成套装置，后续物化工艺单元减少絮凝剂投加量80％～90％。某些低浓度有机废水处理甚至完全不再投加絮凝剂PAC或PSA。

当作为电镀废水预处理工艺单元时，由于水中存在大量的金属离子，除阴极的还原作用外，还须要太多的Fe²⁺离子起还原作用，因此每处理1000M³污水，须在该多功能临界多元催化电解罐中投加40～60kg掺杂微铁粉。

该多功能临界多元催化电解成套装置后续工艺单元可用沉淀池进行固液分离。

处理一般电镀废水采用该多功能临界多元催化电解装置作为预处理单元，采用沉淀池作为固液分离单元，采用其他深度净化装置(如专利申请号为03108158.4，名为：活性碳粉末涂层精细净化磁滤成套装置，)作为深度净化单元，四类自然水排放，吨水运行成本小于2.8元，工艺系统特别简单。日处理1000M³/d，工程总投资约260万元。用常规化学方法的工程总投资须280万元，吨水运行成本须5.5元，且出水CODcr和Las不能达标，不能进入RO膜进行精细净化回用处理。而经过该多功能临界多元催化电解成套装置和其他深度净化装置处理后出水水质各指标已达到国家饮用自来水卫生标准。所以其出水可以进入RO膜进行除盐精细净化回用处理。

用该多功能临界多元催化电解成套装置处理医院废水，后续工艺单元可用沉淀池，无须投加任何药剂，出水既可达中水回用标准。吨水运行成本小于0.5元。

印染废水(CODcr≤1600mg/L；BOD₅≤550mg/L；色度≤900倍)，经该多功能临界多元催化电解成套装置预处理后，无须投加任何药剂，再经过沉淀池后，CODcr≤120mg/L；BOD₅≤40mg/L；色度≤0倍；再经过CSF装置CODcr≤60mg/L；BOD₅≤20mg/L；色度＝0倍。吨水运行成本小于0.7元。

再生纸洗浆废水，(CODcr≤1200mg/L；BOD₅≤450mg/L；色度≤400倍)，经该多功能临界多元催化电解成套装置预处理后，无须投加任何药剂，再经过沉淀池后，CODcr≤100mg/L；BOD₅≤40mg/L；色度≤10倍；再经过其他深度净化装置后，CODcr≤50mg/L；BOD₅≤20mg/L；色度＝0倍，可会用。吨水运行成本小于0.7元；

染料化工废水(CODcr≤16,000mg/L，BOD₅≤5,000mg/L，色度≤13,000倍，PH≤9～12)，经该多功能临界多元催化电解成套装置预处理，CODcr≤600mg/L，BOD₅≤300mg/L，色度≤100倍，PH≤7～8。后再经四小时生化，再经过沉淀池后，CODcr≤90mg/L，BOD₅≤30mg/L，色度≤20倍，PH≤7～8。再经过其他深度净化装置处理后，CODcr≤30mg/L，BOD₅≤10mg/L，色度＝0倍，PH≤7～8。吨水运行成本小于2.5元；

呋喃甲醛废水(CODcr≤27,000mg/L，BOD₅≤9,000mg/L，色度≤6,000倍，PH≤2～3)，经该临界综合催化电解成套装置预处理后，CODcr≤1,200mg/L，BOD₅≤550mg/L，色度≤60倍，PH≤7～8。为后续生化加物化工艺处理达标创造了条件。

螺旋酶素中间体废水(CODcr≤37,000mg/L，BOD₅≤8,000mg/L，色度≤6,000倍，PH≤2.5～3.5)，经该多功能临界多元催化电解成套装置预处理后，CODcr≤1,600mg/L，BOD₅≤900mg/L，色度≤80倍，PH≤7～8。为后续生化加物化工艺处理达标创造了条件。

农药废水(CODcr≤56,000mg/L，PH≤2.5～3.5)，经该多功能临界多元催化电解成套装置预处理后，CODcr≤3,600mg/L，BOD₅≤1600mg/L，色度≤180倍，PH≤7～8。为后续生化加物化工艺处理达标创造了条件。

该多功能临界多元催化电解成套装置用耐腐蚀材料做成，。

适应范围：

PH＝1.5～13.5

CODcr≤2000～221,000mg/L。

该多功能临界多元催化电解成套装置CODcr去除率大于85％～90％。

该装置寿命20年以上。

该多功能临界多元催化电解成套装置运行性能稳定可靠，操作简便，节能。它的各种综合优良性能使污水处理总工程投资减少，占地减少，运行费用大幅降低，出水水质真正有保证。无二次污染。

CODcr≤2000～4,000mg/L时，吨水耗电0.65～0.95度，耗催化颗粒电极0.003kg，耗掺杂微铁粉0.010～0.025kg。

CODcr≤4,000～9,000mg/L，吨水耗电1.0～1.75度。耗催化颗粒电极0.004kg。耗铁粉末0.025～0.03kg。

CODcr≤9,000～22,000mg/L，吨水耗电1.55～4.5度。耗催化颗粒电极0.005kg。耗铁粉末0.03～0.05kg。

七、

综上所述，该多功能临界多元催化电解成套装置吸取了传统电解和传统铁碳微电解工艺方法中的部分优点，也借鉴了铁碳微电解流化床设备中的部分优点。克服了现有各种水处理电解工艺技术设备中的各种缺点。这种吸取和借鉴不是简单的技术叠加，而是引用现代其他技术领域的先进技术来改造和完善各种水处理电解工艺技术。

该多功能临界多元催化电解成套装置与传统电解法和铁碳内电池微电解法、铁碳微电解流化床有如下实质性区别：

该多功能临界多元催化电解成套装置中使用掺杂微铁粉作为牺牲阳极，传统电解槽和传统铁碳内电池微电解及铁碳微电解流化床设备中使用钢板或铁屑作为牺牲阳极，都有电解絮凝作用。但虽然都是铁质材料，掺杂微铁粉中人为掺入了催化剂，钢板或铁屑中没有人为掺入催化剂。

另外铁屑比钢板的比表面积大三个数量级，掺杂微铁粉比铁屑的比表面积大又三个数量级以上；掺杂微铁粉比钢板的比表面积大六个数量级以上。

1.传统电解槽外加电源是直流电源，该多功能临界多元催化电解成套装置外加电源是脉冲电源或直流电源，而传统铁碳微电解及铁碳微电解流化床设备中没有外加电源。

2.该多功能临界多元催化电解成套装置的电解床内装有磁性陶瓷颗粒催化电极，传统电解槽和传统铁碳微电解及铁碳微电解流化床设备中没有。

3.传统电解槽的电极之间的间距为8～10mm，传统铁碳微电解的电极之间的间距为0.01～2mm，铁碳微电解流化床设备中电极之间的间距为2～3mm。该多功能临界多元催化电解成套装置的电极之间的间距为0.0001～0.001mm。

这电极距度和电容积度两个参数相差几个数量级，表明水净化处理能力和容量相差极大。

该多功能临界多元催化电解成套装置与“同心圆电极多相多元催化电解氧化污水处理装置”相比，也有如下实质性区别：

1，该多功能临界多元催化电解成套装置的电解床内装填的是磁性陶瓷颗粒催化电极，每颗催化电极都导电，都有永磁性，都有催化功能；“同心圆电极多相多元催化电解氧化污水处理装置”的电解床内装填的是三种颗粒，两种是石墨颗粒和树脂颗粒作为导电双性电极；另一种是活性碳颗粒不导电只作为催化剂的载体而附着了一些种金属氧化物催化剂。

2，该多功能临界多元催化电解成套装置的电解床内的磁性陶瓷颗粒催化电极的表面吸附有大量掺杂微铁粉；“同心圆电极多相多元催化电解氧化污水处理装置”的电解床内装填的三种颗粒都无磁性，都不吸附铁粉。

3，该多功能临界多元催化电解成套装置是催化电解工艺原理。“同心圆电极多相多元催化电解氧化污水处理装置”实质上是电解催化氧化工艺原理。因为多功能临界多元催化电解成套装置的电解床内的双性电极是磁性陶瓷颗粒催化电极和掺杂微铁粉，它们都导电又都具有催化功能。“同心圆电极多相多元催化电解氧化污水处理装置”的电解床内的双性电极是石墨颗粒和树脂颗粒，它们导电但不具催化功能；而活性炭颗粒有催化功能，但不导电。

4该多功能临界多元催化电解成套装置的输入外电源阳极电极是具有磁性的用金属材料做成的电极。“同心圆电极多相多元催化电解氧化污水处理装置”的输入外电源电极是用石墨材料做成的电极，不具有磁性。

5该多功能临界多元催化电解成套装置的双性电极之间的间距为0.0001～0.001mm。“同心圆电极多相多元催化电解氧化污水处理装置”的双性电极之间的间距为1～3mm。该多功能临界多元催化电解成套装置的电解床内的双性电极的比表面积无穷大，比“同心圆电极多相多元催化电解氧化污水处理装置”的双性电极的比表面积大三个数量级以上。

另外，该多功能临界多元催化电解成套装置中的磁性陶瓷颗粒催化电极与专利申请号为02815228.X，名为：“导电催化剂颗粒及其生产方法，气体-扩散催化电极和电化学器件”。也有如下实质性区别：

1，“导电催化剂颗粒”导电但没有磁性。该磁性陶瓷颗粒催化电极既导电又有磁性。

2，“导电催化剂颗粒”上的催化剂是各种金属，该磁性陶瓷颗粒催化电极上的催化剂是各种金属的氧化物。

3，“导电催化剂颗粒”上的金属催化剂是沉积在颗粒的表面，该磁性陶瓷颗粒催化电极上的金属氧化物催化剂是烧结在陶瓷颗粒内，表面上也有；表面磨损后，内层催化剂又暴露出来，长久具有催化功能。“导电催化剂颗粒”因此不能应用于有磨损的场合。

总之，该多功能临界多元催化电解成套装置具有实用性，新颖性和创造性。

八、

该多功能临界多元催化电解成套装置的试验模型样机已被制造出来，其参数如下：

电解罐(201)用有机玻璃等做成，直径100mm，电解罐(202)高度550mm；

承托层(212)高度110mm；承托层填料(217)d＝8～11mm。

棒状电极(207)五层，每层四个棒状电极，每个棒状电极都有磁性。

减速搅拌机(203)10w；转速6转/min。

脉冲电源(301)频率500～25000Hz可调，电压12～36v可调，功率60VA。

磁性陶瓷颗粒催化电极(215)d＝2.5～5mm，两种按1∶1比例混合，装填高度300mm。

配有一个微型水泵(227)和一个转子流量计，配有一个微型空压机(402)。

掺杂微铁粉(216)投入4.5克；输入自来水，开启减速搅拌机(203)，开启空压机(402)，开启脉冲电源(301)。输入自来水空载运行60分钟，观察电解罐(202)内磁性陶瓷颗粒催化电极(215)在慢慢滚动，空气泡从电解罐(202)底部向上串动，调节进气阀减少进气量，不使磁性陶瓷颗粒催化电极(215)膨胀，电解床上水表面出现大量细小微气泡。掺杂微铁粉(216)慢慢向下传递。出水慢慢变成浅黄色。浅黄色是掺杂微铁粉发生1-4式和1-10式电化学氧化还原反应，产生水合氧氢化铁(Fe(OH)₃·n·H₂O)的微絮凝体的颜色。

脉冲电源(301)频率调为5000Hz，电压调为24v。电流表显示平均电流为0.4A。

10Min后出水浅黄色度稳定，各参数稳定。60min后各参数仍然稳定，停止运行，出水浅黄色度也稳定，观察没有发现掺杂微铁粉(216)穿透到电解罐(202)底部承托层(212)内。这表明一切正常，停止运行。

然后分别输入三种实际工业生产废水进行试运行。试验运行及化验数据如下表：

一，海鸥卫浴用品股份有限公司电镀废水及人工模拟高浓电镀废水处理试验报告

地点：武汉长航给排水环境节能设备成套工程公司实验室

时间：2006年5月12日下午

试验流程：

用海鸥卫浴用品股份有限公司电镀废水

-→人工模拟含Cr⁶⁺超标废水(水样中增加：Cr⁶⁺＝100mg/L，用硫酸液调节水样PH＝3.0)

-→多功能临界多元催化电解成套装置。运行3小时，流量121/h。

编号	试验水样名称	电导率μS/cm	总溶固物mg/L	pH值	目测水质状况	CODcrmg/L	Cr6+mg/L
								1	人工模拟含Cr6+超标废水			3.0	滤液呈Gr6+黄色。	450	140
2	经多功能临界多元催化电解成套装置出水样用滤纸过滤5000Hz，24V，0.55A。投加掺杂微铁粉2克	稀释1倍(水样100mL+纯水100mL)1065×2＝2130	1597.	6.2	滤液呈无色，Cr6+黄色消失。(1、出水PH值向中性方向自动调节。(2、Cr6+被还原。(3、Cr(OH)3被滤纸过滤分离。)	50	0.15

实验人员：邬建平，张玉兵。

化验人员：张玉兵。

二，朝阳某化工股份有限公司含硝基苯生产废水处理试验报告

地点：武汉长航给排水环境节能设备成套工程公司实验室

时间：2006年5月14日下午

试验流程：

水样来自东北-→多功能临界多元催化电解成套装置，-→活性炭颗粒过滤器。运行2小时，流量12l/h。

编号	试验水样名称	SSmg/L	硝基苯(mg/L)	pH6+	目测水质状况	CODcrMg/L
								1	源水	200	65	4.0	滤液呈黄色。	560	→
2	经多功能临界多元催化电解成套装置出水样9000Hz，18V，0.35A投加掺杂微铁粉2克	265	0.5	6.8	出水用滤纸过滤，滤液呈无色，黄色消失。出水PH值向中性方向自动调节。	60	→
								3	经活性炭颗粒过滤器。	1	0.1	6.8	清亮如自来水	50

实验人员：邬建平，张玉兵。

化验人员：张玉兵。

三、武行某染料化工有限公司染料生产废水试验报告

地点：武汉长航给排水环境节能设备成套工程公司实验室。

时间：2006年5月15日上午10时。

试验流程：

用染料生产废水-→多功能临界多元催化电解成套装置，-→水桶(24升容积)沉淀。运行2小时，流量9L/h。

编号	试验水样名称	投加PACmg/l	SSmg/L	pH	目测水质状况	CODcrmg/L
								1	原水		650	11.5	呈深活性红色。	14,450	→

2	经多功能临界多元催化电解成套装置出水样15000Hz，36V，0.65A投加掺杂微铁粉2.5g		800	7.6	出水样用滤纸过滤，滤液无色，红色消失。出水PH值向中性方向自动调节。	1,150	→
									水桶沉淀三小时	60	20	6.2	无色。	750	→

实验人员：邬建平，张玉兵。

化验人员：张玉兵。

上述模型实验中，水体在电解床内的停留时间只有2.5～3分钟，在这短的时间内，就将酸性水和碱性水自动调为中性而未投加任何药剂；对高浓度有机污染CODcr去除率大于90％，而能耗很小。该定性模型实验从事实上说明了该发明-多功能临界多元催化电解成套装置的使用意义，从事实上证明了该发明—多功能临界多元催化电解成套装置具有实用性，新颖性和创造性。

该多功能临界多元催化电解成套装置实际工程设计例如下：电解罐(201)直径Φ₁＝600mm，高度H₁＝2240mm，承托层(212)高度H₂＝270mm；承托层填料d＝8～12mm，电解床(208)高度H₃＝950～1150mm，词性陶瓷颗粒催化电极(215)的直径d＝3～5.5mm，第一种磁性陶瓷颗粒催化电极和第二种磁性陶瓷颗粒催化电极的混合比为：1∶0.75～1.0。棒状电极(207)5层，每层4个。减速搅拌机(203)的叶片(214)7层，每层2片。减速搅拌机(203)的功率0.35KW，速度0.5～0.75转/Min。电解电源(301)为方波脉冲电源，工率＝3KVA，频率0.05～2.5千赫兹可调，脉冲电压24～46V可调，波峰时间t₁与波底时间t₀之比为：1∶1～5，可调。多孔进水配水管系(204)和多孔集水出水管系(206)的主干管(218)的直径Dn＝50mm。溢流管(209)的直径Dn＝65mm。多孔进气布气管系(205)的直径DKNY＝20mm。掺杂微铁粉饲料系统(601)的粉料流化搅拌罐(602)的直径_＝200mm；粉料流化搅拌罐(602)的高度h＝280mm；输水泵(603)扬程22M，流量2M³/h，功率0.3KW。水力射流器(604)为0.75英寸规格。压水管(605)直径3/4英寸。输水管(606)直径3/4英寸。减速搅拌机(607)功率0.12KW；转速125转/Min。溢流管(608)直径1/2英寸。清洗系统(401)的空压机(402)功率为0.5KW；贮气罐(403)Φ₃＝350mm；H₃＝1200mm。压气管(408)直径3/8英寸；输气管(404)直径1/2英寸。电解罐(201)下部的进气布气管系(205)直径1/2英寸。原水泵(227)扬程18～22M，流量5～6M³/h，功率0.5KW。

该设计例日处理高浓度工业有机污染废水120～150M³。总装机容量4.27KW。占地2M²。

九、

显然，该多功能临界多元催化电解成套装置可以被简化，比如：

1、将磁性陶瓷颗粒催化电极(215)改为陶瓷颗粒催化电极，不具有磁性，只具有催化功能和导电功能；在运行时，因为陶瓷颗粒催化电极没有磁性，不能投加掺杂微铁粉(216)和(或)普通铁粉而形成临界状态，也没有铁质电极的多种功能；输入方波脉冲电源，也产生多元催化电解反应，也能较好地处理中低浓度的工业有机污染废水。适应范围：4.5≤PH≤10.5，CODcr≤1,500mg/l，CODcr去除率＝60～70％，不能杀灭细菌和病毒，运行成本接近传统电解法，去除每KgCODcr耗电0.95～1.35度。虽然此种简化不是临界多元催化多功能电解，但使用了该发明-多功能临界多元催化电解成套装置的部分关键技术-陶瓷颗粒催化电极和其他技术，因此这种简化技术装置也属于本发明-多功能临界多元催化电解成套装置专利要求的保护范围。

2、将磁性陶瓷颗粒催化电极(215)改为磁性陶瓷颗粒，只具有磁性，不具有催化功能，也不具有导电功能；在运行时，投加掺杂微铁粉和投加普通铁粉)；输入方波脉冲电源或直流电源，由于掺杂微铁粉和普通铁粉具有催化功能和其他多种功能也产生临界催化电解反应，其污水处理净化性能比第一种简化要优越一些；适应范围：3.5≤PH≤11.5，CODcr≤4,000mg/l，CODcr去除率＝65～75％，能杀灭细菌和病毒，去除每KgCODcr耗电0.85～1.15度。此种简化也使用了该发明的部分关键技术-磁性陶瓷颗粒，掺杂微铁粉和其他技术，因此这种简化技术装置也属于本发明-多功能临界多元催化电解成套装置专利要求的保护范围。

3、将磁性陶瓷颗粒催化电极(215)改为磁性陶瓷颗粒电极，具有磁性和导电性，不具有催化功能；在运行时，投加掺杂微铁粉和普通铁粉；输入方波脉冲电源或直流电源，也产生多功能临界催化电解反应。适应范围：2.5≤PH≤12.5，CODcr≤6,000mg/l，CODcr去除率＝70～82.5％，能杀灭细菌和病毒，去除每KgCODcr耗电0.65～0.95度。此种简化也使用了该发明的部分关键技术-磁性陶瓷颗粒电极，掺杂微铁粉和其他技术，因此这种简化技术装置也属于本发明-多功能临界多元催化电解成套装置专利要求的保护范围。

4、将磁性陶瓷颗粒催化电极(215)改为磁性陶瓷催化颗粒，具有磁性和催化功能，不具有导电功能(不能称为电极)；在运行时，投加掺杂微铁粉和普通铁粉；因为掺杂微铁粉既是电极又是催化剂，输入方波脉冲电源或直流电源后，也产生多功能临界多元催化电解反应。适应范围：2.5≤PH≤12.5，CODcr≤12,000mg/，CODcr去除率＝75～85％，也能杀灭细菌和病毒，去除每KgCODcr耗电0.45～0.65度。此种简化也使用了该发明的部分关键技术-磁性陶瓷催化颗粒，掺杂微铁粉和其他技术，因此这种简化技术装置也属于本发明-临界多元催化多功能电解成套装置专利要求的保护范围。

事实上，上述第一种简化使用意义不大，因为适用范围小，能耗高，不能处理CODcr≤6,000～22,000mg/L范围内的高浓度，高难度工业污染有机废水；且运行费用高，同规格设备投资减少不到15％，～30％，运行费用增加100％到300％，CODcr去除率＝60～70％。而该多功能临界多元催化电解成套装置不仅能高效处理净化CODcr≤12,000mg/L～22,000mg/L的高浓度，高难度工业污染有机废水，CODcr去除率≥90％；而且也能高效处理净化CODcr≤5000mg/L的中低浓度工业污染有机废水，CODcr去除率≥92.5％；而且也能高效处理净化CODcr≤1500mg/L的低浓度工业污染有机废水，CODcr去除率≥95％；而且同规格设备污水处理量要增加60％～100％。比如上述设例，电解罐(201)的直径＝600mm的临界多元多功能催化电解成套装置的处理能力在原水CODcr≤12,000mg/L～22,000mg/L时为120M³/d～150M³/d；在原水CODcr≤1,500mg/L～3,500mh/L时为160M³/d～180M³/d；在原水CODcr≤900m/L～1,500mg/L时为190M³/d～240M³/d；在原水CODcr≤400mg/L～900mg/L时为260M³/d～300M³/d；而同样规格的第一种简化型在原水CODcr≤4,000mg/L时处理能力为120M³/d～150M³/d。

该临界多元多功能催化电解成套装置也能高效处理净化22,000≤CODcr≤55,000mg/L的特高浓度工业污染有机废水，CODcr去除率≥65％～80％。

上述第二种，第三种和第四种简化可以用于CODcr≤4,000mg/L，CODcr≤6,000mg/L和CODcr≤12,000mg/L中等浓度污水处理工程。

该临界多元多功能催化电解成套装置正是从上述几种简化中慢慢的实验研究发展而来。

该多功能临界多元催化电解成套装置建立在严谨严密的科学理论基础之上和大量的科学实验研究之上。该多功能临界多元催化电解成套装置具有适应范围广，对有机污染去除率特高，能耗特低，运行费用特便宜，投资节省，运行稳定可靠，使用寿命长，操作简便，占地小。采用该多功能临界多元催化电解成套装置作为各种工业废水(包括酸性或碱性)处理的预处理工艺单元，后续工艺单元大量减少投药量，完全不投加酸或碱来调节PH质，大量减少了污泥排量，从而大幅度的简化了后续各工艺单元。该多功能临界多元催化电解成套装置将来会是环保工程师污水净化处理的首选设备。

附图说明如下：

附图1为多功能临界多元催化电解成套装置系统原理图。

附图2为多孔进水配水管系(204)、多孔进气布气管系(205)及丢水管系(210)的平面示意图。

附图3为棒状电极(207)的结构示意图。

附图4为双性电极电解槽原理示意图。

附图5为铁碳电极对内电池微电解装置原理示意图。

附图6为综合固定床电解槽原理示意图。

附图7为同心园电极多相多元催化电解氧化装置原理示意图。

附图8为铁碳微电解流化床装置原理示意图。

Claims (15)

1、一种多功能临界多元催化电解成套装置，适用于各种工业污水净化工艺的预处理设备，特别适用于各种中高净化难度工业污水和酸性或者碱性工业污水的预处理工艺；本发明的特征是：该成套装置由电解罐(201)，电解电源(301)，清洗系统(401)，电控柜(501)，掺杂微铁粉饲料系统(601)等所组成。

2、根据权利要求1所述的多功能临界多元催化电解成套装置，其特征是：电解罐(201)由罐体(202)，减速搅拌机(203)，多孔进水配水管系(204)，多孔进气布气管系(205)，多孔集水出水管系(206)，棒状电极(207)，磁性陶瓷颗粒催化电极电解床(208)，溢流管(209)，丢水管系(210)等所组成。

3、根据权利要求1和2所述的多功能临界多元催化电解成套装置，其特征是罐体(202)为圆柱形状，罐内底部水平安装有多孔进水配水管系(204)，在多孔进水配水管系(204)的下方60mm～200mm处水平安装有多孔进气布气管系(205)，在多孔进气布气管系(205)下方100mm～260mm处水平安装有多孔丢水管系(210)；在多孔丢水管系(210)的下方60mm～120mm处安装有底封头(211)；底封头(211)下安装有三至四个罐脚(223)，在底封头(211)下方在两罐脚(223)之间安装有卸料孔(222)；在罐体(202)的顶部中央安装有1台减速搅拌机(203)；减速搅拌机(203)的中轴(213)垂直向下延伸到多孔进水配水管系(204)的上方约160～280mm处；中轴(213)下部水平安装有K层搅拌叶片(214)，中轴(213)上部安装有碳刷滑环(228)；在罐体(202)的圆周罐壁上水平安装有N层棒状电极(207)；在罐体(202)内离罐顶150～400mm处水平安装有溢流管(209)，在溢流管(209)的下方150mm～400mm处水平安装有多孔集水出水管系(206)，在多孔集水出水管系(206)下方300mm～600mm处与多孔进水配水管系(204)的上方约100mm～200mm处之间装填有磁性陶瓷颗粒催化电极电解床(208)，磁性陶瓷颗粒催化电极电解床(208)的深度约900～1600mm；最下层棒状电极(207)水平安装在多孔进水配水管系(204)上方约200mm～400mm处，棒状电极(207)最上层水平安装在磁性陶瓷颗粒催化电极电解床(208)表面下100mm～400mm处；棒状电极(207)上下层间距约150～300mm，棒状电极(207)在罐体(202)圆周展开面上的水平间距约200mm～700mm，棒状电极(207)的层数N＝4～8层；棒状电极(207)每层有2n个，n为自然数；棒状电极(207)是通过不锈钢内螺(226)安装在罐体(202)上的；在底封头(211)之上与磁性陶瓷颗粒催化电极电。。解床(208)之下装填有颗粒承托层(212)；中轴(213)上的搅拌叶片(214)的层数K＝N+2层，搅拌叶片(214)的最下层和最上层分别距棒状电极(207)的最下层和最上层约60mm～120mm；棒状电极(207)和搅拌叶片(214)上下交错均布。。

4、根据权利要求1、2和3所述的多功能临界多元催化电解成套装备，其特征是：磁性陶瓷颗粒催化电极电解床(208)由三种磁性陶瓷颗粒催化电极(215)中的至少一种所组成；而磁性陶瓷颗粒催化电极(215)之间吸附有掺杂微铁粉和普通微铁粉的混合物(216)；承托层(212)由直径为6mm～12mm圆球形普通陶瓷颗粒或小卵石(217)所组成；掺杂微铁粉和普通微铁粉的混合物(216)的混合质量比例：掺杂微铁粉∶普通微铁粉＝1∶0.0～0.5。

5、根据权利要求1、2、3和4所述的多功能临界多元催化电解成套装置，其特征是组成磁性陶瓷颗粒催化电极电解床(208)的三种磁性陶瓷催化颗粒电极(215)的直径为2.5mm～7.5mm，园球形；该三种磁性陶瓷催化颗粒电极(215)的内层由永磁性材料铁氧体微粉末和少量粘结剂粉末混合均匀后制成小球；外层粉体材料不同而分为三种磁性陶瓷颗粒催化电极(215)：第一种是由具有导电性能的微粉末和各种金属氧化物催化剂微粉末及少量粘结剂粉末混合均匀后滚制涂层于小球的外层而成球；第二种是由具有高介电系数铁电体性能的陶瓷粉末和各种金属氧化物催化剂微粉末及少量粘结剂粉末混合均匀后滚制涂层于小球的外层而制成球；第三种是由永磁性材料铁氧体微粉末和各种金属氧化物催化剂微粉末及少量粘结剂粉末混合均匀后滚制涂层于小球的外层而制成球；这三种球风干后，高温烧制而成陶瓷颗粒，最后置于磁场下通磁而永久具有磁性；第三种也可是只由永磁性材料铁氧体微粉末和少量粘结剂粉末混合均匀后滚制涂层于小球的外层而制成球；这三种球风干后，高温烧制而成陶瓷颗粒，最后置于磁场下通磁而永久具有磁性。

6、根据要求1、2、3、4、5所述的多功能临界多元催化电解成套装置，其特征是：磁性陶瓷颗粒催化电极(215)的内层直径约1.0～3mm，外层厚度约1.0mm～2.5mm。

7、根据要求1、2、3、4、5和6所述的多功能临界多元催化电解成套装置，其特征是：磁性陶瓷颗粒催化电极(215)的内层由永磁性材料铁氧体微粉末和少量粘结剂微粉末混合均匀后制成小球，其粘结剂粉末是陶瓷粉末和淀粉；其质量比例是：铁氧体微粉末∶陶瓷粉末∶淀粉＝1∶0.01～0.05∶0.05～0.15。

8、根据要求1、2、3、4、5和6所述的多功能临界多元催化电解成套装置，其特征是：三种磁性陶瓷颗粒催化电极(215)的外层材料分别是：

第一种的外层材料中的有导电性能的微粉末是指氧化铟和(或)二氧化锡中的至少一种；第一种的外层材料中的各种金属氧化物催化剂微粉末是指铬、铜、镍、锌、钴、钨、钒、镍、铝、铅，锡、锑、锰、锶、钡、铈、镓、锗、钌、钯等的金属氧化物之中的至少三种；其粘结剂粉末是普通陶瓷粉末和淀粉；其质量比例是：

氧化铟或二氧化锡∶金属氧化物催化剂∶普通陶瓷粉末∶淀粉

＝1∶0.05～0.25∶0.01～0.1∶0.05～0.15。

第二种的外层材料中的具有高介电系数铁电性能的陶瓷粉末是指钛酸钡和(或)钛酸锶等钛酸盐类陶瓷微粉末中的至少一种，或铌酸盐类陶瓷微粉末中的至少一种；第二种的外层材料中的各种金属氧化物催化剂微粉末是指铬、铜、镍、锌、钴、钨、钒、镍、铝、铅、锡、锑、锰、锶、钡、铈、镓、锗、钌、钯等的金属氧化物之中的至少三种；其粘结剂粉末是普通陶瓷粉末和淀粉；其质量比例是：钛酸盐类或铌酸盐类陶瓷微粉末∶金属氧化物催化剂∶普通陶瓷粉末∶淀粉

＝1∶0.05～0.25∶0.01～0.1∶0.05～0.25。

第三种的外层材料中的永磁性材料是铁氧体微粉末；第三种的外层材料中的各种金属氧化物催化剂微粉末是指铬、铜、镍、锌、钴、钨、钒、镍、铝、铅、锡、锑、锰、锶、钡、铈、镓、锗、钌、钯等的金属氧化物之中的至少三种；其粘结剂粉末是普通陶瓷粉末和淀粉；其质量比例是：铁氧体微粉末∶金属氧化物催化剂∶普通陶瓷粉末∶淀粉

＝1∶0.05～0.25∶0.01～0.1∶0.05～0.15。

第三种的外层材料也可以是只由永磁性材料铁氧体微粉末和少量粘结剂粉末混合均匀后滚制涂层于小球的外层而制成球；其粘结剂粉末是普通陶瓷粉末和淀粉。其质量比例是：铁氧体微粉末∶普通陶瓷粉末∶淀粉

＝1∶0.01～0.1∶0.05～0.15。

9、根据权利要求1、2、及4所述的多功能临界多元催化电解成套装置，其特征是掺杂微铁粉和普通微铁粉的混合物(216)的粒径为30～150微米；掺杂微铁粉(216)(当普通微铁粉的混入量为零时)是废钢铁回收重新冶炼，微量掺有M1和M2两类杂质，M1是硅，磷及各种金属铬、镍、钴、钒、铝、铅、锡、锑、锰、钨、锌、钡、镁、铜、钒、等的氧化物之中的至少一种；M2是各种工业废合金粉，其中含有铬、铜、镍、锌、钴、钨、钒、镍、铝、铅、锡、锑、锰、锶、钡、铈、镓、锗等之中的至少一种；铁质与M1和M2的质量比例为：

1.0∶0.05～0.25∶0.01～0.15。

10、根据权利要求1和2所述的多功能临界多元催化电解成套装置，其特征是：电解电源(301)是直流电源或直流方波脉冲电源中的至少一种。电压12V～110V；其输出电缆(302)的正极与电解罐(201)上的棒状电极(207)相连接；其输出电缆(302)的负极与罐体(202)和通过碳刷滑环(228)与搅拌叶片(214)相连接。

11、根据权利要求1和2所述的多功能临界多元催化电解成套装置，其特征是：清洗系统(401)由空压机(402)，贮气罐(403)，压气管(408)，输气管(404)等所组成；输气管(404)上安装有逆止阀(405)，减压阀(406)，电磁阀(407)；电解罐(201)下部的进气布气管系(205)通过输气管(404)与贮气罐(403)相连接；空压机(402)通过压气管(408)与贮气罐(403)相连接；贮气罐(403)上安装有安全阀(409)和丢水管(410)及压力表(412)。

12、根据权利要求1和2所述的多功能临界多元催化电解成套装置，其特征是：掺杂微铁粉饲料系统(601)是微型水力输送系统，它由粉料流化搅拌罐(602)，输水泵(603)，水力射流器(604)，压水管(605)，输水管(606)等所组成；粉料流化搅拌罐(602)的上部装有一台减速搅拌机(607)，粉料流化搅拌罐(602)内中下部中心装有一根溢流管(608)；该溢流管(608)穿过粉料流化搅拌罐(602)的底板(616)并通过阀门(612)与水力射流器(604)的抽吸料口(609)相连通；输水泵(603)通过压水管(605)与水力射流器(604)的喷嘴(610)相连通；压力管(605)上安装有阀门(611)；输水管(606)的一端与水力射流器(604)的出流口(613)相连通，另一端延伸至电解罐(201)内的多孔集水出水管系(206)下方约300～500mm处；流化供水支管(214)一端与压水管(605)相连通，通过阀门(615)、另一端延伸至粉料流化搅拌罐(602)内离底板(616)约60～80mm处；粉料流化搅拌罐(602)的上部装有一个投料斗(617)，投料斗(617)的出口(620)低于溢流管(608)的溢流口(618)约60～300mm，高于底板(616)50～150mm。

13、根据权利要求1和2所述的多功能临界多元催化电解成套装置，其特征是：多孔进水配水管系(204)、多孔进气布气管系(205)，及丢水管系(210)分别由主干管(218)和多根支管(219)组成，支管上均匀钻有很多直径为4～8mm的小孔，并且用40目～60目不锈钢丝网将支管完全包扎；多孔进水配水管系(204)的入水口(221)处安装有射流器(220)；射流器(220)的入口通过阀门(224)与原水泵(227)相连接。

14、根据权利要求1和2所述的多功能临界多元催化电解成套装置，其特征是：阴极是搅拌叶片(214)和罐体(202)，阳极是棒状电极(207)。

15、根据权利要求1和2所述的多功能临界多元催化电解成套装置，其特征是：棒状电极(207)由铁棒芯(220)，不锈钢电极套管(221)，内绝缘套(222)，绝缘保护套(223)，永磁铁(224)，接线螺母(225)，不锈钢内螺(226)等所组成；绝缘保护套(223)上开有两个接线孔(227)；不锈钢内螺(226)焊接在罐体(202)的罐壁上。

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