CN104341026A - 一种三维电极电催化氧化污水处理设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用导电材料(如石墨，活性炭，焦炭等等)作为催化剂载体的三维电极电催化氧化污水处理设备，属于电化学处理污水的技术领域。本设备由具有催化作用的导电材料做成三维阳极，便于阳极的补充和更换，能够高效率氧化降解有机物和其他污染物，同时获得极高的电能效率，节约能源。根据不同的处理对象和目标选用不同的催化剂和电极材料与填装方式，选择不同的处理条件(如酸碱度等)可以取得最好的效果。本设备处理污水，还具有没有淤泥，清洁卫生等等特点，适用于各类污水的处理。

Description

一种三维电极电催化氧化污水处理设备

技术领域

本发明涉及一种使用具有催化作用的填充电极作为三维阳极，使用空气作为氧化剂的电化学污水处理装置，属于电化学污水处理的领域。本装置能够实现污水中有机污染物质的结构转化和比较彻底的氧化降解，比较彻底地除去污水中的有机污染物和各种金属元素，而且十分节能。 

背景技术

目前，公知的电化学污水处理装置，一般使用普通板式电极或者管式电极，通过电解作用或者电解凝聚作用产生效果。这样的电解装置，一般只能够实现效率比较低的电解凝聚或者电解氧化，在处理高浓度污水，或者处理含有难降解有机化合物的污水时，常常收不到好的效果。同时，由于许多无机离子或者水中的氢离子与氢氧根离子等等在电极上的放电反应，使得大量电能耗费在这些无用的副反应上，因此，电流效率很低，电耗很大。低的效率与高的电耗成为阻碍电化学方法在污水处理领域推广应用的主要障碍。为了解决这个问题，设计了这种具有催化作用的填料作为三维阳极，使用空气作为氧化物质的三维电极电催化氧化污水处理设备。 

本发明是对于发明者先前的“一种具有催化作用的填料电极污水处理装置”专利申请的一种改进。 

发明内容

为了克服现有电化学处理装置在降解有机化合物时电流效率很低，能耗很高和降解不彻底等方面的缺点，本发明提供了一种具有很高电流效率和很高降解效率的三维电极电催化氧化污水处理设备。 

本发明具有的主要特征是： 

(1)使用了具有催化作用的三维填料阳极，使催化氧化过程具有很高的效率，同时减少一般离子和化合物在电极上放电，限制电流在较低的范围之内，大大提高电流效率。 

(2)使用空气作为氧化物质，而且一般不需要使用其他化学药剂，加上电耗很低，保证了极低的处理成本。在处理成本方面，甚至可以和微生物法比美。 

(3)由于减少其他离子及化合物的放电反应，很少产生沉淀析出物，不但避免了阳极泥等等对于电化学过程的危害，而且没有一般生物化学污水处理方法中令人头痛的淤泥问题，非常清洁。 

(4)电催化与催化剂催化相结合，使得氧化过程进行的十分彻底，一般有机污染物，都能够顺利地被氧化降解成为氮气，二氧化碳和水，过程彻底而且清洁卫生。 

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是： 

(1)使用活性炭，石墨，焦炭等等导电材料作为催化剂载体，使得空气氧化过程同时具有电催化和催化剂催化双重性质，大大提高催化氧化的效率和彻底性。催化剂可以通过化学反应在活性炭等等的孔隙内生成，也可以直接添加在污水之中，进行循环利用。 

(2)使用这种添加了催化剂的导电颗粒(如石墨，活性炭等等)填装成的三维电极，可以增加反应的接触时间和接触面积，大大降低反应的活化能，因此降解效率高，而且节能。 

(3)保证均匀而且充分的空气供应。空气供应可以是体内的(在电化学处理器内部设置曝气装置)或者是体外的(在电化学处理器外部曝气，然后经过电化学处理器处理)。 

本装置还可以设置各种辅助装置，如液位控制装置，排污装置，出水过滤装置等等，但是，以上三项措施是本专利申请中的最关键技术措施。 

本装置可以根据实际需要设计为各种结构形式，如包括电催化氧化降解，曝气和出水过滤，液位与酸度控制等等的一体化污水处理器，或者由单个电催化氧化组件串联，并联或者串联加并联，经过曝气池充氧循环组成的电催化氧化系统。 

本发明的有益效果是： 

(1)可以提高电化学处理污水的效果，使更多的有机污染物在电催化条件下彻底降解，具有很高的降解效率。例如，在一种生产家用电器的污水处理中，原污水COD＝1000mg/l，经过本装置处理60分钟后，COD降低到≤5mg/l。 

(2)电能消耗很低。例如，在(1)中所述的处理实验中，处理污水的体积是3立方米，60分钟内处理到COD≤5mg/l。处理期间电压为6伏，平均电流250安，实际电催化电能消耗为0.5KW*H/m³，加上鼓风机电能消耗，总电能消耗为0.9KW*H/m³。 

(3)本装置处理污水带来的另一个积极效果是，与微生物法和其它物理化学方法比较，具有降解效率高，投资省，成本低和基本没有淤泥，清洁卫生等等突出优势。 

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步说明。 

附图1是本发明的三维电极电催化氧化污水处理设备的简明结构示意图。 

1是一个具有适当结构和尺寸的金属容器(同时作为阴极)。容器用隔板19和筛板13划分为2个或者多个区域，这些区域里分别填充阳极填料11和阴极填料12。阳极填料中固定设置传导电极5，使阳极填料利电源的阳极连通，阴极填料经过金属外壳连接到直流电源的阴极。装置内设置有空气散布系统经过管口17与安装在鼓风机安装座9上的鼓风机连通，向被处理污水供应氧气。同时设置了循环水泵10进行回流循环。另外还有各种功能的管道连接管口，如药剂口8，检测口7，进水口和循环口16，排污口18等等。被处理污水自进水口16泵入，与循环水混合后，进入电化学处理装置。根据不同污水的性质，选用不同的电压，电流和酸度等等控制参数，经过一定时间的处理，就可以达到出水要求。处理时间取决于污水的污染负荷。 

附图2是本发明的三维电极电催化氧化污水处理设备的实施示意图。 

具体实施方式

附图2是本发明的三维电极电催化氧化污水处理设备的一个具体的实施例。这是一个一体化污水处理没备，在这个设备中，除了包含附图1中的基本要素外，还配套了预处理氧化区域，药剂罐和压滤罐等等辅助设施，形成一个完整的污水处理成套设备。图中1是金属外壳(同时作为阴极)，2是控制问，3是循环泵，经过循环管5实现内部水流循环，4是多孔筛板，10是分区隔板，经过4和10把全部容积分隔成两个区域。6和9是检修人孔，其中9上安装鼓风机，经过空气管11向被处理污水供应空气。管口7是检测口，管口8是药剂口和进水口。管口16是排污口。12是过滤罐，13是药剂罐，17是水泵安装座。14和15是机座。这个设备曾经应用于广东某厂的电镀污水处理。该厂经过化学处理的含铬废水和含氰废水的混排废水从进水口8进入处理器，同时从药剂罐13计量加入处理药剂，经过空气氧化，循环电化学处理之后，经过压滤器12过滤，得到完全清澈透明的合格的处理出水。进水COD＝200-250mg/l，Cr⁺⁶＝10-20mg/l，CN＝10-20mg/l，NH₃-N＝25-30mg/l，处理后出水COD＝20-30mg/l，Cr⁺⁶＝0-0.1mg/l，CM＝0-0.1mg/l，NH₃-N＝0-3mg/l，其他金属离子如铜，镍，镉，汞等等全部达到国家规定的排放标准。压滤罐12定期自动反冲洗，保持连续的良好工作状态。 

Claims (3)

1.一种三维电极电催化氧化污水处理设备，其特征在于使用具有催化作用的导电材料(如石墨，活性炭和焦炭等等)做成三维填料阳极，用空气作为氧化物质，进行废水的空气氧化降解。

2.根据权力要求1所述的三维电极电催化氧化污水处理设备，其特征在于催化剂也可以分散在污水中，在处理过程中循环发生作用。

3.根据权力要求1所述的三维电极电催化氧化污水处理设备，其特征在于可以单独使用具有这种电极的电化学处理器或者配套其他功能部件制作成为一体化污水处理设备或系统。