CN105906116B - 一种流化床光催化三维电解反应器及其应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种流化床光催化三维电解反应器及其应用，属于污水处理技术领域。所述流化床光催化三维电解反应器，包括电解槽，设置于电解槽内的阴极、阳极和颗粒电极，以及直流电源，所述电解槽包括圆筒状的电解反应区、固接于电解反应区上部的漏斗状的固液分离区、连接于电解反应区下部的布水布气区；所述阴极为圆筒状不锈钢网、沿电解反应区的内壁环绕布置；所述阳极为薄壁不锈钢圆筒，不锈钢圆筒内的管状紫外灯光源照射区域为光催化反应区；所述颗粒电极为球形颗粒光催化电极。本发明所述的用于难降解有机废水处理的流化床光催化三维电解反应器，具有处理效率高、运行稳定等优点，在难降解高盐度有机废水处理方面具有广阔的市场应用前景。
Description
技术领域
本发明涉及一种流化床光催化三维电解反应器及其应用，属于污水处理技术领域。
背景技术
难降解有机废水处理一直是水污染控制领域的一个难题。电分解是除去工业废水中有害杂质的一种有效方法，目前在制药、化工、印染等行业领域得到广泛的研究和应用。三维电反应器因在传统二维电解槽电极间装填粒状电极材料，增加了电极的面体比，改善了水相传质效果，提高了电解效率，成为电分解技术的一个发展方向，更具工程实际价值。但由于废水中有机污染物极易沉积在颗粒电极表面，导致三维电反应器的电极阻塞和短路，使得反应器运行的稳定性变差，显著降低电解效率。
发明内容
本发明的目的是针对上述存在的问题，提出一种设备体积小、稳定性好、可连续有效去除水相有机物的流化床光催化三维电解反应器及用于水相有机物分解的处理方法。
所述流化床光催化三维电解反应器，包括电解槽，设置于电解槽内的阴极、阳极和颗粒电极，以及直流电源，所述电解槽包括圆筒状的电解反应区、固接于电解反应区上部的漏斗状的固液分离区、连接于电解反应区下部的布水布气区；所述的固液分离区设有出口，布水布气区底部设有入口；所述阴极为圆筒状不锈钢网、沿电解反应区的内壁环绕布置；所述阳极为薄壁不锈钢圆筒，不锈钢圆筒内的管状紫外灯光源照射区域为光催化反应区，管状紫外灯光源置于光催化反应区中心位置，不锈钢圆筒同时作为反光筒及导流筒；所述颗粒电极为球形颗粒光催化电极；所述直流电源为直流稳流电源，提供槽电压、电流密度电场条件，可实现水相有机物有效分解。所述球形颗粒催化电极是以颗粒活性炭为载体，以TiO2为电极活性组分，采用溶胶凝胶浸渍法制备得到，颗粒粒径为20-40目。所述电解槽内径与电解反应区高度之比为1：5。
在本发明的一种实施方式中，所述球形颗粒光催化电极是以负载TiO2颗粒活性炭和覆膜颗粒活性炭构成，两者质量比例为4：1。
在本发明的一种实施方式中，所述球形颗粒光催化电极中负载TiO2颗粒活性炭为电极活性组分，兼作光催化剂。
在本发明的一种实施方式中，负载TiO2颗粒活性炭采用溶胶凝胶浸渍法制备得到，颗粒直径为20-40目，膨化态密度为40kg/m3。
在本发明的一种实施方式中，电解反应区下部的布水布气区包括穿孔管布水器、穿孔管曝气器。
在本发明的一种实施方式中，所述流化床光催化三维电解反应器还有进水泵、气泵。
在本发明的一种实施方式中，管状紫外灯光源的外面套有石英玻璃套管。
在本发明的一种实施方式中，所述流化床光催化三维电解反应器还有进水管、进气管、出水管。
在本发明的一种实施方式中，所述流化床光催化三维电解反应器的固液分离区还设有固液分离挡板、溢流堰。
本发明还提供应用所述流化床光催化三维电解反应器处理废水的方法，包括印染废水、叶酸生产废水。
在本发明的一种实施方式中，处理的废水为叶酸生产废水或印染废水，电解槽电压为12V，电解时间90min，颗粒电极膨化态密度为40kg/m3，紫外线波长为254nm，功率为100W，废水由进水泵经电解槽底穿孔管布水器进入光催化反应区、电解反应区，处理后的废水经固液分离区后排出。
本发明采用流化态颗粒电极，可使颗粒电极处于高度流化状态，电极表面粘附的污染物会因摩擦不断脱落；同时在颗粒电极表面负载催化剂，采用压缩空气气流流化，可以增加废水的溶解氧量，可以促进光催化，有助于污染物的分解。本发明采用流化态三维电解与光催化耦合，既解决了固定床三维电解反应器的电极阻塞和短路问题，同时也可以显著提高废水中有机物的降解效率。
附图说明
图1本发明一种实施方式中所述流化床电解装置的结构示意图。1、光催化氧化反应器外壁，2-1、管状紫外灯光源，2-2、石英玻璃套管，2-3整流器，3、阳极(导流筒)，4、穿孔管布水器，5、穿孔管曝气器，6、进水管，7、进气管，8、固液两相分离器，9、出水管，10、固液分离挡板，11、溢流堰，12、阴极，13、进水泵，14、气泵，15、负载TiO2颗粒活性炭，16、覆膜颗粒活性炭。
图2电解叶酸废水结果。
图3电解印染废水结果。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行进一步描述，但本发明的保护范围并不仅限于此本发明重点是一种流化床电解装置，对不同有机废水具有通用性。
实施例1
如图1所示的流化床光催化三维电解反应器，包括电解槽，设置于电解槽内的阴极12、阳极3和颗粒电极，以及进水泵13、气泵14、穿孔管布水器4、穿孔管曝气器5、进水管6、进气管7、出水管9，所述电解槽包括光催化氧化反应器外壁1、壁内的圆筒状的电解反应区、固接于电解反应区上部的漏斗状的固液分离区、连接于电解反应区下部的布水布气区。电解槽内径与电解反应区高度之比为1：5。
固液分离区设有出口，布水布气区底部设有入口。固液分离区还设有固液分离挡板10、溢流堰11。
阴极12为圆筒状不锈钢网、沿电解反应区的内壁环绕布置；阳极3为薄壁不锈钢圆筒，不锈钢圆筒内的管状紫外灯光源2-1照射区域为光催化反应区，管状紫外灯光源2-1置于光催化反应区中心位置，不锈钢圆筒同时作为反光筒及导流筒。管状紫外灯光源的外面套有石英玻璃套管2-2。
流化床光催化三维电解反应器还设有直流电源，直流电源经整流器2-3，提供槽电压、电流密度电场条件，可实现水相有机物有效分解。
所述球形颗粒光催化电极包括负载TiO2颗粒活性炭15、覆膜颗粒活性炭16，两者比例为4：1。负载TiO2颗粒活性炭为电极活性组分，以颗粒活性炭为载体，兼作光催化剂，以TiO2为电极活性组分，采用溶胶凝胶浸渍法制备得到，颗粒直径为20-40目，膨化态密度为40kg/m3。覆膜颗粒活性炭可以由颗粒活性炭经醋酸纤维溶液浸泡得到。
实施例2
应用实施例1的反应器处理叶酸生产废水，废水水质为：COD 6000～8000mg/l，盐16000mg/l，pH 2.3～2.5，苯碱500mg/l，NH3-N 900mg/l，T-N600mg/l，稀释一倍后进水。槽电压为12V，电解时间90min，颗粒电极膨化态密度为40kg/m3，紫外线波长为254nm，功率为100W，废水由进水泵经槽底布水流分布器进入光催化反应区、电解反应区，处理后的废水经固液分离后排出。废水处理效果见图2。
如果将实施例1球形颗粒光催化电极中负载TiO2颗粒活性炭和覆膜颗粒活性炭的质量比例调整为3：1，则COD去除率下降5％。
实施例3
应用实施例1的反应器处理纺织园区印染废水。废水水质为：COD 498～1257mg/l，BOD 131.21～200.53mg/l，pH 9～11，浊度880～7832NTU，色度210～632倍。槽电压为12V，电解时间90min，颗粒电极膨化态密度为40kg/m3，紫外线波长为254nm，功率为100W，废水由进水泵经槽底布水流分布器进入光催化反应区、电解反应区，处理后的废水经固液分离后排出。废水处理效果见图3。
如果将实施例1球形颗粒光催化电极中负载TiO2颗粒活性炭的颗粒直径调整为45目则COD去除率下降3.52％。
虽然本发明已以较佳实施例公开如上，但其并非用以限定本发明，任何熟悉此技术的人，在不脱离本发明的精神和范围内，都可做各种的改动与修饰，因此本发明的保护范围应该以权利要求书所界定的为准。
Claims (8)
1.一种流化床光催化三维电解反应器，其特征在于，包括电解槽，设置于电解槽内的阴极、阳极和颗粒电极，以及直流电源，所述电解槽包括圆筒状的电解反应区、固接于电解反应区上部的漏斗状的固液分离区、连接于电解反应区下部的布水布气区；所述的固液分离区设有出口，布水布气区底部设有入口；所述阴极为圆筒状不锈钢网、沿电解反应区的内壁环绕布置；所述阳极为薄壁不锈钢圆筒，不锈钢圆筒内的管状紫外灯光源照射区域为光催化反应区，管状紫外灯光源置于光催化反应区中心位置，不锈钢圆筒同时作为反光筒及导流筒；所述颗粒电极为流化态颗粒电极；颗粒电极表面负载催化剂；所述流化态颗粒电极为球形颗粒光催化电极，是以负载TiO2颗粒活性炭和覆膜颗粒活性炭构成；其中，负载TiO2颗粒活性炭是以颗粒活性炭为载体，以TiO2为电极活性组分，采用溶胶凝胶浸渍法制备得到，颗粒粒径为20-40目，膨化态密度为40kg/m3；所述直流电源为直流稳流电源，提供电解槽电压、电流密度、电场条件，可实现水相有机物有效分解。
2.根据权利要求1所述的一种流化床光催化三维电解反应器，其特征在于，负载TiO2颗粒活性炭和覆膜颗粒活性炭的质量比例为4：1。
3.根据权利要求2所述的一种流化床光催化三维电解反应器，其特征在于，所述球形颗粒光催化电极中负载TiO2颗粒活性炭为电极活性组分，兼作光催化剂。
4.根据权利要求1所述的一种流化床光催化三维电解反应器，其特征在于，所述电解槽内径与电解反应区高度之比为1：5。
5.根据权利要求1-4任一所述的一种流化床光催化三维电解反应器，其特征在于，电解反应区下部的布水布气区包括穿孔管布水器、穿孔管曝气器。
6.根据权利要求1-4任一所述的一种流化床光催化三维电解反应器，其特征在于，所述流化床光催化三维电解反应器还有进水泵、气泵、进水管、进气管、出水管；管状紫外灯光源的外面套有石英玻璃套管；所述流化床光催化三维电解反应器的固液分离区还设有固液分离挡板、溢流堰。
7.一种应用权利要求1-4任一所述的一种流化床光催化三维电解反应器处理废水的方法，其特征在于，所述废水包括印染废水、叶酸生产废水。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，在处理的废水为叶酸生产废水或印染废水，电解槽电压为12V，电解时间90min，颗粒电极膨化态密度为40kg/m3，紫外线波长为254nm，功率为100W，废水由进水泵经电解槽底穿孔管布水器进入光催化反应区、电解反应区，处理后的废水经固液分离区后排出。
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