CN104071873A - 一种固定床三维电催化氧化废水反应器 - Google Patents

一种固定床三维电催化氧化废水反应器 Download PDF

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李明
唐益洲
尹笃林
毛丽秋
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Abstract

一种固定床三维电催化氧化废水反应器，包括反应器外壳、主反应区、布水布气板、阴极接线端、阳极接线端；所述主反应区与反应器底部通过底部法兰连接，所述主反应区与反应器顶部通过顶部法兰连接；所述反应器顶部设有出水出气口，所述反应器底部设有进水进气口，所述布水布气板设于反应器底部，所述进水进气口与出水出气口分别通过底部法兰与顶部法兰与反应器主体部分相连。本发明之固定床三维电催化氧化废水反应器，适用于各种高浓度、高盐分、难生化废水的处理，适用范围广，操作简单，处理效率高，设备投资低，运行成本低。

Description

一种固定床三维电催化氧化废水反应器
技术领域
本发明涉及一种废水电催化处理设备，尤其是涉及一种固定床三维电催化氧化废水反应器。
背景技术
随着我国经济的快速发展，生活废水和工业废水的排放也在逐年增加，特别是有机物浓度高、难降解物质多、盐分高、不易生物降解类废水成为环保领域的难点。当前，对此类废水的处理方法主要有Fenton法、光催化法、湿式催化氧化法和吸附法等。但是，Fenton法操作复杂，且双氧水在实际使用中存在安全隐患；光催化法难以完全矿化污染物，鲜见实际工业应用实例；湿式催化氧化法需要高温高压，成本高，仅适用于少数废水，不具备大范围推广应用的可行性；吸附法主要是将污染转移，存在二次污染的问题。
电催化氧化处理废水是近年来水污染治理的研究热点之一，是一种处理废水的高级氧化技术，其原理是在电极和催化材料的作用下产生活性基团，氧化水中有机物、氨氮，使有机物分解为CO2和H2O或降解为小分子可生化物质，使氨氮氧化为氮气或硝酸根离子，操作简便，易于自动化控制，无二次污染，是一种绿色环保的处理方法。
电催化氧化法又分为二维电催化氧化和三维电催化氧化，三维电催化氧化法是在传统的二维电催化氧化电极间填充三维电催化氧化粒子电极。粒子电极是三维电催化反应器的关键部分，能在电场的作用下被复极性化，一方面使有效电极面积增大，缩短污染物的传质距离，反应速度加快，从而提高电流效率；另一方面大量有强氧化性的活性物质在粒子电极表面生成，可降低对阳极的苛刻要求，为电化学方法处理废水提供了新途径。
目前，三维电催化技术依旧未见大规模推广，除了粒子电极的稳定性及催化活性问题外，主要还是反应器的设计存在缺陷，限制了其应用。反应器的设计内容主要包括反应器形状、主电极及粒子电极分布和反应器的结构组装。CN 102730802A公开了一种方形反应器，但在水流过程中易存在死角，影响传质。CN 101691251A公开了一种搅拌悬浮粒子电极，不仅增加了额外的能耗，且难以发挥粒子电极复极化后阴极对氧的还原反应(O2+2H++2e                                                 H2O2)，限制了粒子电极的催化活性。CN 101691251A和CN 201325897Y等采用的技术方案是在反应器内分布极板组，一方面增加了设备投资，另一方会造成设备维修困难。CN 201325897Y和CN 202322468U采用曝气悬浮粒子电极，CN 101691251A采用搅拌悬浮粒子电极，粒子电极均采用的是流化床填充形式，会造成粒子电极接触不紧密，使粒子馈电电流及电势分布不均，馈电极及隔膜容易沉积污染物，电流效率降低。
发明内容
本发明要解决的技术问题是，克服现有技术的不足，提供一种可以充分发挥粒子电极的催化活性，传质较好，废水处理效果好，维护方便的固定床三维电催化氧化废水反应器。
本发明解决其技术问题采用的技术方案是，一种固定床三维电催化氧化废水反应器，包括反应器外壳、主反应区、布水布气板、阴极接线端、阳极接线端；所述主反应区与反应器底部通过底部法兰连接，所述主反应区与反应器顶部通过顶部法兰连接；所述反应器顶部设有出水出气口，所述反应器底部设有进水进气口，所述布水布气板设于反应器底部，所述进水进气口与出水出气口分别通过底部法兰与顶部法兰与反应器主体部分相连；
所述反应器主反应区包括阴极、粒子电极、柱状阳极；所述阴极紧贴反应器内壳；所述柱状阳极设于反应器中心，与顶部法兰通过阳极密封圈密封，以防止废水从阳极漏出，柱状阳极顶端即为阳极接线端，阴极接线端设于主反应区上端；阳极接线端和阴极接线端分别接通直流电源正、负极；所述粒子电极填充于阴极和柱状阳极之间。
所述主反应区为圆柱体；所述反应器底部与顶部可选用平板形、圆形、椭圆形或锥形（优选锥形）。
所述柱状阳极优选铅合金电极、石墨电极或涂覆有选自钌、铱、铅、锡等中的一种或几种的金属氧化物的钛基尺寸稳定电极；所述阴极优选不锈钢电极或钛电极。
所述粒子电极为CN 201210270047.0公开的复极性三维电极催化剂填料。
工作过程：首先开启进水泵，当废水完全充满反应器后后，开启空气压缩机，调节进气流速，废水和空气通过进水进气口、布水布气板进入反应器主反应区，然后接通电源开始反应，反应过程的进水流速、进气流速和槽电压根据实际水质而设定，空气和处理后的废水都通过出水出气口排出。
本发明圆柱形主反应区中阴、阳极的分布有利于粒子电极的充分复极化，可以更好发挥粒子电极的催化活性，空气与废水一起进入反应器（曝气）不仅可以提高传质效果，还可以给反应器补充分子氧，提高H2O2、·OH、· O2 -、 ·O-和· HO2产生量，能高效率的将废水中的污染物分解转化为小分子或完全矿化。主反应区与底、顶部的法兰连接有利于反应器的安装和拆卸，可以更方便设备维护。
本发明之固定床三维电催化氧化废水反应器，适用于各种高浓度、高盐分、难生化废水的处理，适用范围广，操作简单，处理效率高，设备投资低，运行成本低。
附图说明
图1为本发明之固定床三维电催化氧化废水反应器的结构示意图。
图中所示，1. 反应器外壳，2. 阴极， 3. 粒子电极，4. 柱状阳极， 5. 阴极接线端， 6. 阳极密封圈，7.阳极接线端，8. 出水出气口，9. 顶部法兰，10. 布水布气板，11.底部法兰，12. 进水进气口，13.主反应区。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。
实施例 1
本实施例之固定床三维电催化氧化废水反应器，包括反应器外壳1、主反应区13、布水布气板10、阴极接线端5、阳极接线端7；所述主反应区13与反应器底部通过底部法兰11连接，所述主反应区13与反应器顶部通过顶部法兰9连接；所述反应器顶部设有出水出气口8，所述反应器底部设有进水进气口12，所述布水布气板10设于反应器底部，所述进水进气口12与出水出气口8分别通过底部法兰11与顶部法兰9与反应器主体部分相连；
所述反应器主反应区13包括阴极2、粒子电极3、柱状阳极4；所述阴极2紧贴反应器内壳；所述柱状阳极4设于反应器中心，与顶部法兰9通过阳极密封圈6密封，以防止废水从阳极漏出，柱状阳极4顶端即为阳极接线端7，阴极接线端5设于主反应区13上端；阳极接线端7和阴极接线端5分别接通直流电源正、负极；所述粒子电极3填充于阴极2和柱状阳极4之间。
所述主反应区为圆柱体；顶部和底部为圆锥形。
所述柱状阳极4为石墨电极，直径50mm；所述阴极2为不锈钢电极，厚度2mm。
所述粒子电极3为ZL 201210270047.0公开的复极性三维电极催化剂填料。
所述主反应区13采用聚丙烯材料制作，直径150mm、高度1500mm；
所述反应器底部、顶部用聚丙烯材料制成锥状。
实施例 2
采用实施例1之固定床三维电催化氧化废水反应器处理取自郴州某工厂的冶金废水，工作过程：首先开启进水泵，进水流速40L/h，当废水完全充满反应器后后，开启空气压缩机，调节进气流速10L/h，废水和空气通过进水进气口12、布水布气板10进入反应器主反应区13，然后接通电源设定槽电压20V开始反应，空气和处理后的废水都通过出水出气口8排出。
废水处理前后的检测结果如下：（原水为未经处理的废水）
实施例3 
采用实施例1之固定床三维电催化氧化废水反应器处理有机/氨氮废水，工作过程：首先将取自长沙某垃圾填埋场的垃圾渗滤液经物化预处理，然后开启进水泵，进物化后水样，流速20L/h，当废水完全充满反应器后后，开启空气压缩机，调节进气流速20L/h，废水和空气通过进水进气口12、布水布气板10进入反应器主反应区13，再接通电源设定槽电压25V开始反应，空气和处理后的废水都通过出水出气口8排出。
废水处理前后的检测结果如下：
实施例4 
采用实施例1之固定床三维电催化氧化废水反应器处理印染废水，首先开启进水泵，进水流速40L/h，当废水完全充满反应器后后，开启空气压缩机，调节进气流速20L/h，废水和空气通过进水进气口12、布水布气板10进入反应器主反应区13，然后接通电源设定槽电压15V开始反应，空气和处理后的废水都通过出水出气口8排出。废水处理前后的检测结果如下：（原水为未经处理的废水）
实施例5 
采用实施例1之固定床三维电催化氧化废水反应器处理农药废水，首先开启进水泵，进水流速20L/h，当废水完全充满反应器后后，开启空气压缩机，调节进气流速10L/h，废水和空气通过进水进气口12、布水布气板10进入反应器主反应区13，然后接通电源设定槽电压30V开始反应，空气和处理后的废水都通过出水出气口8排出。废水处理前后的检测结果如下：（原水为未经处理的废水）

Claims (5)

1. 一种固定床三维电催化氧化废水反应器，其特征在于，包括反应器外壳、主反应区、布水布气板、阴极接线端、阳极接线端；所述主反应区与反应器底部通过底部法兰连接，所述主反应区与反应器顶部通过顶部法兰连接；所述反应器顶部设有出水出气口，所述反应器底部设有进水进气口，所述布水布气板设于反应器底部，所述进水进气口与出水出气口分别通过底部法兰与顶部法兰与反应器主体部分相连；
所述反应器主反应区包括阴极、粒子电极、柱状阳极；所述阴极紧贴反应器内壳；所述柱状阳极设于反应器中心，与顶部法兰通过阳极密封圈密封，柱状阳极顶端即为阳极接线端，阴极接线端设于主反应区上端；阳极接线端和阴极接线端分别接通直流电源正、负极；所述粒子电极填充于阴极和柱状阳极之间。
2.根据权利要求1所述的固定床三维电催化氧化废水反应器，其特征在于，所述主反应区为圆柱体。
3.根据权利要求1或2所述的固定床三维电催化氧化废水反应器，其特征在于，所述反应器底部与顶部为平板形、圆形、椭圆形或圆锥形。
4.根据权利要求1或2所述的固定床三维电催化氧化废水反应器，其特征在于，所述柱状阳极为铅合金电极、石墨电极或涂覆钌、铱、铅、锡中的一种或几种金属氧化物的钛基尺寸稳定电极。
5.根据权利要求1或2所述的固定床三维电催化氧化废水反应器，其特征在于，所述阴极为不锈钢电极或钛电极。
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