CN101423266B - 水平极板多维电极电催化反应器废水处理设备 - Google Patents
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水平极板多维电极电催化反应器废水处理设备，包括壳体，平行相对的阴极板、阳极板，充填于阴、阳极板之间的粒子电极，布水器、进水管、曝气器、进气管、出水堰槽、出水管、电源，阴、阳极板分别与电源的负极、正极连接，阴、阳极板分布有若干通孔，并且阴、阳极板水平放置于设备壳体中，布水器、进水管、曝气器、进气管位于设备壳体的下部，出水堰槽、出水管位于设备壳体的上部。废水经布水器均匀分配后自下向上流过反应器，水平极板结构设计既避免了水流短路，提高了传质效果，又保证了废水交替经过阴、阳极板，阳极板的氧化反应和阴极板的还原反应共存于体系中，使废水中可通过氧化反应或还原反应降解的不同有机污染物均得到降解处理。
Description
技术领域
本发明涉及一种用化学电解催化方法处理高浓度、有毒有害、有机废水的设备，属于电化学废水处理技术领域。
背景技术
电化学方法是一种处理废水中有机污染物的有效途径。该方法是当今高浓度有机废水处理的技术热点。
电化学方法处理废水的机理是反应体系中产生强氧化物质(·OH、H2O2、·02等)，与有机污染物发生直接氧化和间接氧化反应，将高浓度、难生物降解的大分子有机物分解成为易生物降解的小分子有机物，提高废水的可生化性，甚至将其完全矿化为CO2和H2O等无机物。
早期的电化学反应器是由正负金属极板组成的电解反应槽，用于处理废水中的重金属离子污染。
在金属极板上涂覆不同催化物质构成的新电解反应器是该项技术的发展，它进一步扩展了电解反应器在废水处理中的应用。该电解体系在反应过程中产生的强氧化性自由基，可降解废水中的难降解、大分子有机污染物。二十世纪七十年代，钛基涂层DSA阳极(Dimension11y Stable Anodes)的发明推动了这一技术的发展。
传统的电解催化设备是简单的二维平板电极式的，设备主体由垂直放置、相对平行、相互交错的阴、阳极板构成，辅助以供电电源，阴、阳极板可为不同材质的金属板，布水板位于设备上部，出水管位于设备下部，污水从上而下流经反应器。二维平板电极式的设备存在着面积比小、时空处理量小、电流效率低、能耗大、造价高等缺点，处理废水效果不理想。
多维电极是在传统二维电极间充填粒状材料构成的粒子电极，三维电极电催化处理设备的面积比大大增加，且粒子间距小，因而液相传质效率高。但是，现有的三维电极电催化处理设备对于处理高浓度、难降解的有机废水，仍存在着曝气效果、电流效率、单位时空效率和处理效率欠佳的问题。这是因为大多数难降解有机物的电化氧化速度一般比较小。
传统电解设备的极板在设备反应器中是垂直放置的，水流方式是翻腾式。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，克服现有技术的缺点，提供一种对高浓度有机废水处理效率高的水平极板结构、复极性的水平极板多维电极电催化反应器废水处理设备。
本实用发明解决其技术问题所采用的技术方案如下：水平极板多维电极电催化反应器废水处理设备，其组成包括设备壳体，平行相对的阴极板、阳极板，充填于阴极板与阳极板之间的粒子电极，布水器及与其连接的进水管，曝气器及与其连接的进气管，出水堰槽、出水管以及电源，所述阴极板、阳极板分别与电源的负极、正极连接，其特征是所述的阴极板、阳极板上分布有若干通孔，并且阴极板、阳极板水平放置于设备壳体中，所述的布水器、进水管、曝气器、进气管位于设备壳体的下部，所述的出水堰槽、出水管位于设备壳体的上部。
本发明还可以通过以下进一步的技术解决方案来实现：
(1)、所述阴极板、阳极板的开孔率为6％～7％，通孔孔径为3～5mm；
(2)、所述阳极板是表面担载有含元素铱、钽、锡、锑催化材料的钛板，阴极板是钛板或石墨板；
(3)、充填于阴极板、阳极板之间的粒子电极具有多孔结构，粒子电极的粒径为3～5mm；
(4)、充填于阴极板、阳极板之间的粒子电极由负载有催化物质涂层的陶瓷粒子、无涂层的陶瓷粒子和活性炭颗粒按体积比2：2：1组成。；
(5)、设备壳体内具有若干块相间水平放置的阴极板、阳极板，阴极板并联后与电源的负极连接，阳极板并联后与电源正极连接；
(6)、以所述的水平极板多维电极电催化反应器废水处理设备为基本单元，通过串联或者并联的方式组成阵列；
本发明的有益效果如下：
(1)、废水经布水器均匀分配后自下向上流过反应器，水平极板结构设计既避免了水流短路，提高了传质效果，又保证了废水交替经过阴极板、阳极板，阳极板的氧化反应和阴极板的还原反应共存于体系中，使废水中可通过氧化反应或还原反应降解的不同有机污染物均得到降解处理；
(2)、设备结构新颖，对传统电解阳极的结构进行了改进，阳极多孔钛板涂有多种催化材料和保护材料，增加了电极的催化活性，延长了使用寿命，阴阳极均具有很强的耐腐蚀特性；
(3)、阴极板、阳极板及充填于极间的、担载有催化物质涂层的粒子电极共同构成了多维电极反应系统，大大提高了废水的传质效率，在电场作用下，系统生成羟基自由基(·OH)等强氧化粒子(H2O2、·O2等)，能有效地将废水中的有机污染物氧化分解；
(4)、配合曝气管的使用，显著改善了曝气的效果，从而进一步提高了系统氧化物质的产生速率与产生量，提高了有机废水的电解催化处理效率。
本发明用于有毒有害、难生物降解的高浓度有机废水处理。系统中产生的强氧化物质(·OH、H2O2、·O2等)能与废水中的有机污染物发生直接氧化反应和间接氧化反应，将高浓度、难生物降解的大分子有机物分解成为易于生物降解的小分子有机物，并将其完全矿化为CO2、H2O等无机物。
附图说明
图1为本发明水平极板多维电极电催化反应器废水处理设备结构图。
图2为本发明水平极板多维粒子电极体系与二维电极体系在电催化过程中苯酚溶液TOC值随时间变化图。
图3是本发明水平极板多维粒子电极体系与二维电极体系在苯酚去除率随时间变化图。
图1中所示，1-设备壳体，2-阳极板，3-阴极板，4-粒子电极，5-布水器，6-曝气器，7-出水堰，8-进水管，9-出水管，10-进气管，11-电源。
具体实施方式
下面参照附图并结合实施例对本发明作进一步详细描述。但是本发明不限于所给出的例子。
如图1所示，本发明水平极板多维电极电催化反应器废水处理设备，其组成包括设备壳体1，平行相对的阴极板3、阳极板2、充填于阴极板3与阳极板2之间的粒子电极4，布水器5及与其连接的进水管8、曝气器6及与其连接的进气管10、出水堰槽7、出水管9以及电源11，阴极板3、阳极板2分别与电源的负极、正极连接，其改进之处在于所述的阴极板3、阳极板2上分布有若干通孔(图中未画出)，并且阴极板3和阳极板2水平且相对的放置于设备壳体1中，布水器5、进水管8、曝气器6、进气管10位于设备壳体1的下部，出水堰槽7、出水管9位于设备壳体1的上部。
本发明中，阴极板、阳极板的开孔率为6％～7％，通孔孔径为3～5mm。
为了提高阳极板2的电催化率和抗腐蚀性，构成阳极板的钛板具有多孔结构，其表面附有含元素铱、钽、锡、锑等的催化材料和保护材料涂层。
为了提高阴极的稳定性、防腐蚀性和使用寿命，实施例中阴极板3为钛板，也可以采用石墨板。
为了提高催化效率和粒子电极的耐腐蚀性，在实施例中，粒子电极4采用具有多孔结构的活性炭颗粒和陶瓷颗粒，粒径为3～5mm，陶瓷颗粒表面附有催化材料涂层，其涂层物质主要是具有良好催化活性的复合金属氧化物二氧化锡(SnO2)、三氧化二锑(Sb2O3)、二氧化锰(MnO2)。
粒子电极的组成：负载催化涂层的陶瓷粒子占粒子电极体积的40％、无涂层的陶瓷粒子占粒子电极体积的40％、活性炭颗粒占粒子电极体积的20％。三种混合均匀后置于阴极板、阳极板之间，在电场作用下形成复极性粒子电极。
水平极板多维电极反应器结构给有机分子的氧化降解提供了多种反应途径和高效的反应立体空间，使得能在较低能耗的情况下，达到了较好的有机物降解效果和电流效率。
如图1所示，本发明水平极板多维电极电催化反应器废水处理设备壳体内具有若干块相间水平放置的阴极板3、阳极板2，阴极板并联后与电源的负极连接，阳极板并联后与电源正极连接。
可以根据实际废水处理工作的需要，以所述的电催化反应器废水处理设备为基本单元，通过串联或者并联的方式组成阵列。
如图2、3所示，为本发明水平极板多维粒子电极体系与二维电极体系在其他条件相同的情况下处理苯酚废水的电催化性能测试结果图。由图可以看出，经过160min电解，本发明水平极板多维粒子电极体系的苯酚去除率由二维电极体系的68.2％提高到92.3％，溶液的TOC值也由二维电极系统的56.9％减少到33.3％，表明在本发明水平极板多维粒子电极的电解体系中，在主电极表面发生氧化有机物的同时在粒子电极表面更有很强电催化活性。
Claims (4)
1.水平极板多维电极电催化反应器废水处理设备，其组成包括设备壳体，平行相对的阴极板、阳极板，充填于阴极板与阳极板之间的粒子电极，布水器及与其连接的进水管，曝气器及与其连接的进气管，出水堰槽、出水管以及电源，所述阴极板、阳极板分别与电源的负极、正极连接，并且阴极板、阳极板水平放置于设备壳体中，其特征是所述的阴极板、阳极板上分布有若干通孔，所述的布水器、进水管、曝气器、进气管位于设备壳体的下部，所述的出水堰槽、出水管位于设备壳体的上部；所述阳极板是表面担载有含元素锡、锑、铱、钽催化材料的钛板，阴极板是钛板或石墨板；充填于阴极板、阳极板之间的粒子电极是由负载有催化物质涂层的陶瓷粒子、无涂层的陶瓷粒子和活性炭颗粒按体积比2∶2∶1均匀混合组成的复极性粒子电极。
2.根据权利要求1所述的水平极板多维电极电催化反应器废水处理设备，其特征是：充填于阴极板、阳极板之间的复极性粒子电极具有多孔结构，复极性粒子电极的粒径为3～5mm。
3.根据权利要求1所述的水平极板多维电极电催化反应器废水处理设备，其特征是：负载有催化物质涂层的陶瓷粒子所负载的催化物质是复合金属氧化物二氧化锡、三氧化二锑、二氧化锰。
4.根据权利要求1所述的水平极板多维电极电催化反应器废水处理设备，其特征是：所述阴极板、阳极板的开孔率为6％～7％，通孔孔径为3～5mm。
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