CN105417637B - 一种工业废水深度处理的电催化氧化反应装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种工业废水深度处理的电催化氧化反应装置，其包括壳体、进水口及出水口，壳体内设有多个依次相连的金属氧化物电极反应单元，各个金属氧化物电极反应单元包括正极和负极。多个金属氧化物电极反应单元中正极由N个阳极板构成，负极由(N+1)个阴极板构成，其中N为大于等于2的正整数，阳极板与阴极板是交替间隔且相对设置。金属氧化物电极反应单元中正极并联，负极并联。采用本发明的金属氧化物反应装置处理废污水，有效解决了传统电极反应设备处理效率低，处理效果差的难题，污水处理效果提高，特别是对高浓度难降解有机废水的处理效果增强，同时降低了电耗，降低了处理成本。

Description

一种工业废水深度处理的电催化氧化反应装置

技术领域

本发明涉及一种特别适用于有机工业废水深度处理的电催化氧化反应装置，属于电化学技术领域。

背景技术

电催化氧化技术是利用电化学方法持续产生具有高活性的羟基自由基，使有机物得以降解矿化。传统的电催化氧化反应装置采用的是多组极板装配在同一反应槽中，存在传质效果差，电流效率低，水力停留时间短以及能耗高等缺点。后经过改进，通过引入新型电极、投加药剂等手段，增大了电极的工作面积，改善了传质效果，提高了电流效率，但是，现有的电催化氧化反应装置仍有很多不足，具体如下：

1.现有反应装置采用大容积反应槽内安装多组电极同时工作，造成水力停留时间过长，处理效果和处理效率低下；

2.现有电催化氧化反应装置对于阳极板的活性表面层利用率低；

3.现有反应装置进水布水设备形式单一，废水容易在反应装置内形成水力学短流或死角，影响处理效果；

4.现有反应装置在使用过程中会放出大量的热，随着工作时间的延长，装置内的温度会不断升高，这会严重影响装置的工作效率和使用寿命；

5.现有反应装置规格大小不一，不能标准化拼接安装，不适用于水量水质多变的工业废水处理现状。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于有机工业废水深度处理的电催化氧化电极反应装置，用以改变传统金属氧化物电极反应装置构造单一，效率低下，处理效果差以及能耗高的现状。

为解决上述问题，本发明装置采用如下技术方案：

一种工业废水深度处理的电催化氧化反应装置，包括壳体、进水口及出水口，其特征在于：所述壳体内设有多个依次相连的金属氧化物电极反应单元，各所述金属氧化物电极反应单元包括正极和负极；所述金属氧化物电极反应单元中的所述正极由N个阳极板构成，所述负极由(N+1)个阴极板构成，其中N为大于等于2的正整数，所述阳极板与所述阴极板是交替间隔且相对设置；所述金属氧化物电极反应单元中的所述正极并联，所述负极并联。

在本发明的一实施例中，N等于5。

在本发明的一实施例中，每一所述金属氧化物电极反应单元是由6个所述阴极板及5个所述阳极板构成，且相邻两个所述金属氧化物电极反应单元共用同一阴极板。

在本发明的一实施例中，所述阳极板的板面和所述阴极板的板面分别设置有至少一列透水孔，所述透水孔均匀分布在所述阳极板的板面和所述阴极板的板面上远离其接电柄的一侧。

在本发明的一实施例中，所述透水孔为三列，且其所述三列透水孔的孔径从远离所述接电柄的一侧朝向靠近所述接电柄的一侧呈递减趋势。

在本发明的一实施例中，各所述金属氧化物电极反应单元的进水的流动方式为折流式。

在本发明的一实施例中，所述进水口和所述出水口是分别位于所述壳体的两侧，且相对位置一致，尺寸一致。

在本发明的一实施例中，所述的工业废水深度处理的电催化氧化反应装置还包括设置在所述壳体上部的泡沫清除装置。

在本发明的一实施例中，所述泡沫清除装置包括设置在所述壳体上方的清除刮板和电机，用于将所述清除刮板同所述电机相连的传动链条、用于将所述泡沫清除装置清除的泡沫收集的收集槽。

在本发明的一实施例中，所述阳极板为钛基锆掺杂纳晶多孔二氧化铅电极或钛基铈掺杂纳晶多孔二氧化铅电极，所述阴极板为草酸改性钛电极。

由于以上技术方案的采用，本发明与现有技术相比有如下优势：

采用本发明的电催化氧化反应装置来处理废水，有效解决了废水处理不完全导致阳电极表面容易沉积杂质和有机积碳的不足，废水处理效果提高，特别是对于高浓度有机废水的处理效果增强，同时电耗降低，处理成本降低

附图说明

图1为根据本发明的工业废水深度处理的电催化氧化反应装置的结构示意图；

图2为根据本发明的工业废水深度处理的电催化氧化装置的起始端(末端)的示意图；

图3为根据本发明的工业废水深度处理的电催化氧化电极反应装置的阳极板(阴极板)的示意图；

图4为根据本发明的工业废水深度处理的电催化氧化电极反应装置的壳体侧面示意图；

图5为根据本发明的工业废水深度处理的电催化氧化反应装置的动力装置的示意图；

图6为根据本发明的工业废水深度处理的电催化氧化反应装置的冷却装置的示意图。

其中：1、反应装置壳体；2、进水口；3、出水口；4、金属氧化物电极反应单元；41、阳极板；411、阳极接电柄；412、阳极透水孔；42、阴极板；421、阴极接电柄；422、阴极透水孔；5、进水槽；6、出水槽；7、泡沫消除装置；8、动力装置；I、入口；O、出口；9、冷却装置；91、冷凝管道。

具体实施方式

下面，将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行详细的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。

参见图1，本发明的金属氧化物电极反应装置主要包括壳体1、进水口2、出水口3、金属氧化物电极反应单元4、动力装置(参见图5)以及冷却装置(参见图6)。

结合参考图2，所述进水口2和所述出水口3设置在所述壳体1的外侧。例如，所述进水口2可列于所述壳体1的起始端(即进水端)的外侧的右侧，其内直径例如可为40cm，所述进水口2的数量例如可为9个。所述出水口3可列于所述壳体1的末端(即出水端)的外侧的右侧，其内直径可为40cm，所述出水口3的数量例如可为9个。当然，可以理解的是，在其它实施例中，所述进水口2、所述出水口3的数量和直径也可以为其它数值，这并不作为对本发明的限制。

在本发明中，所述动力装置用于将废水连续输送到整个金属氧化物电极反应装置中，其可包括潜水泵、流量计、以及与所述进水口2和出水口3相连的管路。所述冷却装置用于所述金属氧化物电极反应装置的冷却，其可包括水箱、循环水泵、排布在所述壳体1上的冷却水管。

较佳的，如图1所示，本发明的工业废水深度处理的电催化氧化反应装置还包括分别设置在所述壳体1内的起始端和末端的进水槽5和出水槽6，所述进水槽5和所述出水槽6的宽度例如可为10～20cm。在本发明中，所述壳体1内设有多个依次相连的所述金属氧化物电极反应单元4，各所述金属氧化物电极反应单元4包括正极和负极。所述多个金属氧化物电极反应单元4中的所述正极可由N个阳极板41构成，所述负极可由(N+1)个阴极板42构成，其中N为大于等于2的正整数。并且，所述阳极板41与所述阴极板42是交替间隔且相对设置。所述多个金属氧化物电极反应单元4中的所述正极并联，所述负极并联。例如，在图1所示的较佳实施例中，N等于5，且每一所述金属氧化物电极反应单元4是由2个阴极板42及1个阳极板41构成，相邻两个所述金属氧化物电极反应单元4是共用同一阴极板，从而将壳体1内的空间分割成独立的五个反应单元。其中，所述阳极板41是位于相邻的两个所述阴极板42的中间位置，且与两个所述阴极板42的间距相等，所述间距例如可为1～4cm。

如图2所示，所述阳极板41和所述阴极板42的尺寸例如可为500*500mm，且所述阳极板41和所述阴极板42的一边焊接有100*50mm的阳极接电柄411和阴极接电柄421，所述阳极接电柄411和所述阴极接电柄421是横向设置并从壳体1的侧壁穿出且位于相对的两侧。

结合参考图2、图3，所述阳极板41和所述阴极板42上分别设置有至少一列阳极透水孔412和阴极透水孔422，这些透水孔412、422是位于所述阳极板41和所述阴极板42上远离其阳极接电柄411和阴极接电柄421的一侧。在本实施例中，所述阳极板41设置有三列阳极透水孔412，这三列阳极透水孔412的孔径从远离阳极接电柄411的一侧朝向靠近阳极接电柄411的一侧呈递减趋势，其直径例如分别是50、30和10mm。类似的，所述阴极板42设置有三列阴极透水孔422，这三列阴极透水孔422的孔径从远离阴极接电柄421的一侧朝向靠近阴极接电柄421的一侧呈递减趋势，其直径例如分别是50、30和10mm。相邻的两个所述金属氧化物电极反应单元4是通过所述阴极板42上的阴极透水孔422相连通。如此，废水即可通过进水口2、进水槽5、阳极板41上的阳极透水孔412和阴极板42上的阴极透水孔422依次经过五个金属氧化物电极反应单元4处理后汇入出水槽6，并从出水口3排出。

在本发明中，所述正极可选自由金属掺杂的钛基二氧化铅极板组成的阳极板群组，极板表面金属氧化物晶粒的平均直径可为500nm±100nm；所述负极可选自由800目砂纸打磨处理，草酸改性的钛极板组成的阴极板群组。优选的，可采用钛基锆掺杂纳晶多孔二氧化铅电极或钛基铈掺杂纳晶多孔二氧化铅电极作为所述阳极板。更优选的，所述阳极板采用锆掺杂钛基锡锑二氧化铅纳晶多孔极板，极板表面晶粒粒径为500nm±100nm，所述阴极板采用2％浓度的草酸溶液改性钛板。

较佳地，在本发明中，各所述金属氧化物电极反应单元4的进水方式为折流式，通过折流式进水，可以充分利用所述阳极板41的表面活性层，使进入所述金属氧化物电极反应装置的废水全部经过所述阳极板41的表明活性层，使废水得到充分处理。

在本发明中，如图5所示，所述动力装置8用于将废水连续输送到整个金属氧化物电极反应装置中，其可包括潜水泵、流量计、以及与所述进水口2和所述出水口4相连的管路。较佳地，动力装置8可采用低压高流直流电源，电压0–30V，电流0–1000A可调。其中，动力装置8的第一线路81是与所述金属氧化物电极反应单元4的正极连接，第二线路82是与所述金属氧化物电极反应单元4的负极连接。

在本发明中，如图6所示，所述冷却装置9是用于所述工业废水深度处理的电催化氧化反应装置的冷却，其可包括水箱(图中未示)、循环水泵(图中未示)、以及排布在所述壳体1上的冷凝管道91。所述冷凝管道91具有入口I和出口O，其中冷凝液经由所述入口流入，并经由所述出口流出。较佳地，所述冷却装置9是设置于所述电催化氧化电极反应装置的壳体外侧或所述电催化氧化反应装置的壳体与金属氧化物电极反应单元之间，用于传递反应单元运行过程中产生的反应热。

在本发明中，所述电催化氧化反应装置还可包括设置在壳体1上部的泡沫消除装置7，所述泡沫消除装置7采用链式刮脱或气体吹脱，用以消除装置运行过程产生的泡沫膨胀问题。所述泡沫清除装置7可包括：设置在所述壳体1上方的清除刮板和电机，用于将所述清除刮板同所述电机相连的传动链条，用于将所述泡沫清除装置7清除的泡沫收集的收集槽。

比较例

采用本发明的工业废水深度处理的电催化氧化反应装置对废水进行处理的部分条件如下：

1)废水电导率≥2000μS/cm；

2)潜水泵流量为1～3t/h；

3)电压≤10V，电流≤40mA/cm²；

4)泡沫消除装置工作频率为6～12次/h。

其他未注明条件参照电催化氧化反应装置常规处理条件。

应用实例，分别采用传统装置和本发明装置对农药厂含吡啶废水进行处理的对比结果见表1。

表1

由表可知，处理相同浓度的吡啶废水，本发明装置比传统装置在单位时间内处理更多废水，处理效率明显提升，能耗明显下降。在连续运行中，未见阳极板表面有机积碳沉淀，而传统装置在连续运行过程中，处理效率下降明显，阳极板表面有机积碳沉淀堆积。

上述对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和应用本发明。任何熟悉本领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可以轻易对本实施例做出各种修改，并把在此说明的原理应用到其它实例施而不必经过创造性劳动。因此，本发明不限于这里的实施例，不脱离本发明范畴所做出改进和修改都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种工业废水深度处理的电催化氧化反应装置，包括壳体、进水口及出水口，其特征在于：所述壳体内设有多个依次相连的金属氧化物电极反应单元，各所述金属氧化物电极反应单元包括正极和负极；所述金属氧化物电极反应单元中的所述正极由N个阳极板构成，所述负极由N+1个阴极板构成，其中N为大于等于2的正整数，所述阳极板与所述阴极板是交替间隔且相对设置；所述金属氧化物电极反应单元中的所述正极并联，所述负极并联；所述阳极板设置有三列阳极透水孔，所述三列阳极透水孔的孔径从远离阳极接电柄的一侧朝向靠近阳极接电柄的一侧呈递减趋势，所述阴极板设置有三列阴极透水孔，这三列阴极透水孔的孔径从远离阴极接电柄的一侧朝向靠近阴极接电柄的一侧呈递减趋势；

所述的电催化氧化反应装置还包括设置在所述壳体上部的泡沫清除装置。

2.根据权利要求1所述的工业废水深度处理的电催化氧化反应装置，其特征在于：N等于5。

3.根据权利要求2所述的工业废水深度处理的电催化氧化反应装置，其特征在于：每一所述金属氧化物电极反应单元是由6个所述阴极板及5个所述阳极板构成，且相邻两个所述金属氧化物电极反应单元共用同一阴极板。

4.根据权利要求1所述的工业废水深度处理的电催化氧化反应装置，其特征在于：各所述金属氧化物电极反应单元的进水的流动方式为折流式。

5.根据权利要求1所述的工业废水深度处理的电催化氧化反应装置，其特征在于：所述进水口和所述出水口是分别位于所述壳体的两侧，且相对位置一致，尺寸一致。

6.根据权利要求1所述的工业废水深度处理的电催化氧化反应装置，其特征在于：所述泡沫清除装置包括设置在所述壳体上方的清除刮板和电机，用于将所述清除刮板同所述电机相连的传动链条、用于将所述泡沫清除装置清除的泡沫收集的收集槽。

7.根据权利要求1所述的工业废水深度处理的电催化氧化反应装置，其特征在于：所述阳极板为钛基锆掺杂纳晶多孔二氧化铅电极或钛基铈掺杂纳晶多孔二氧化铅电极，所述阴极板为草酸改性钛电极。