CN107459109A - 一种气水异向流三维电催化同步去除重金属和难降解有机物的装置及其方法 - Google Patents

一种气水异向流三维电催化同步去除重金属和难降解有机物的装置及其方法 Download PDF

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Abstract

一种气水异向流三维电催化同步去除重金属和难降解有机物的装置及其方法，本发明涉及一种气水异向流三维电催化同步去除重金属和难降解有机物的装置及其方法。本发明的目的是为了解决不能高效同步去除废水中重金属和难降解有机物以及负载金属或金属氧化物容易脱落的问题。本发明装置包括电解槽、电催化阳极板、电催化阴极板、粒子电极、电催化电源、空压机和高位水箱；方法包括废水处理过程和反冲洗再生过程。本发明能够更加高效、低耗同步去除重金属和难降解有机物；具有离子交换功能的粒子电极经过再生液能够连续再生；气水异向流提高了污染物和氧气的传质效率，进而提高了同步去除重金属和难降解有机物的效率。本发明应用于废水处理技术领域。

Description

一种气水异向流三维电催化同步去除重金属和难降解有机物 的装置及其方法
技术领域
本发明属于废水处理技术领域，具体涉及一种气水异向流三维电催化同步去除重金属和难降解有机物的装置及其方法。
背景技术
重金属和难降解有机物是目前水处理中比较难处理的两类物质，若不能得到妥善处理，极可能给人类和其它生物以及自然环境带来巨大的危害。一方面当前对废水的处理主要关注重金属去除或者难降解有机物的去除，往往只重视其中一种而忽略其它，例如电镀废水，其处理工艺主要采用化学沉淀，通过氢氧化物沉淀或硫化物沉淀，使各种重金属离子被最小化，然而，化学沉淀对于存在的难降解有机物几乎没有作用，需要额外的生物处理技术，但这些废水仍旧还有少量的金属和难生物降解有机物，从而提高了生物技术处理的难度。因此，需要一种新的适合我国国情且经济有效的同时去除重金属和难降解有机物的处理技术迫在眉睫。
三维电极技术因其效率高、环境友好和通用性已越来越多的引起关注。三维电极技术在电催化的基础上能生成羟基自由基是难降解有机物降解的主要氧化剂，其中粒子电极中主要催化剂为金属或金属氧化物，是至关重要的产生羟基自由基的催化剂。然而，这些带有金属或金属氧化物的粒子电极也存在着负载金属或金属氧化物容易脱落的问题。因此，有必要开发或选择合适的粒子电极来克服上述问题。
综上所述，开发一种既能去除废水中的金属离子，同时也能高效去除难生物降解有机物，又具有高效节能特点的废水处理方法迫在眉睫。
发明内容
本发明的目的是为了解决不能高效同步去除废水中重金属和难降解有机物以及负载金属或金属氧化物容易脱落的问题，提供了一种气水异向流三维电催化同步去除重金属和难降解有机物的装置及其方法。
本发明一种气水异向流三维电催化同步去除重金属和难降解有机物的装置，包括电解槽、电催化阳极板、电催化阴极板、粒子电极、电催化电源、空压机和高位水箱；电解槽内沿程自下而上设置曝气盘以及等距交替布置多个电催化阳极板和多个电催化阴极板，在电催化阳极板和电催化阴极板之间填充粒子电极，电催化阳极板均通过阳极线与电催化电源的正极相连，电催化阴极板均通过阴极线与电催化电源的负极相连，曝气盘与空压机通过进气管相连，电解槽底部设置反冲洗进水口，上端一侧设置进水口，另一侧设置反冲洗出水口，反冲洗出水口设置反冲洗出水管；高位水箱与进水口通过进水管相连，进水管上设有计量泵；反冲洗进水管与反冲洗进水口连通，反冲洗进水管上设有反冲洗计量泵和出水管。
本发明利用一种气水异向流三维电催化同步去除重金属和难降解有机物的装置去除重金属和难降解有机物的方法，按以下步骤进行：一、废水处理过程：高位水箱中的废水经进水管流入电解槽，同时，空压机内的空气经进气管流入电解槽，气水异向同步流经电催化阳极板、电催化阴极板和粒子电极，处理后的水由出水管流出，在废水处理过程，反冲洗进水管上的阀门处于关闭状态；二、反冲洗再生过程：反冲洗再生液经反冲洗计量泵通过反冲洗进水管进入电解槽底部，流经交替布置电催化阳极板和电催化阴极板及其粒子电极，然后经过反冲洗出水管流出；出水管上的阀门处于关闭状态。
本发明的有益效果是：本发明将具有离子交换功能的粒子电极直接加入到电催化氧化体系，具有离子交换功能的粒子电极一方面和废水中得重金属进行离子交换，将重金属交换到粒子电极上，另一方面，交换到粒子电极上的重金属作为电催化的催化剂，难降解有机物同羟基自由基发生氧化反应，生成CO2和H2O，能够更加高效、低耗同步去除重金属和难降解有机物；具有离子交换功能的粒子电极经过再生液能够连续再生，解决了粒子电极负载金属或金属氧化物容易脱落的问题，实现反应器的连续运行；气水异向流提高了污染物和氧气的传质效率，进而提高了整个方法同步去除重金属和难降解有机物的效率。电镀废水中COD、Cr、Pb和Cu平均去除率分别达为95.14％、98％、99.23％和90.58％。
附图说明
图1为本发明一种气水异向流三维电催化同步去除重金属和难降解有机物的装置示意图。
具体实施方式
本发明技术方案不局限于以下所列举的具体实施方式，还包括各具体实施方式之间的任意组合。
具体实施方式一：本实施方式一种气水异向流三维电催化同步去除重金属和难降解有机物的装置包括电解槽7、电催化阳极板4、电催化阴极板5、粒子电极6、电催化电源1、空压机10和高位水箱17；电解槽7内沿程自下而上设置曝气盘8以及等距交替布置多个电催化阳极板4和多个电催化阴极板5，在电催化阳极板4和电催化阴极板5之间填充粒子电极6，电催化阳极板4均通过阳极线2与电催化电源1的正极相连，电催化阴极板5均通过阴极线3与电催化电源1的负极相连，曝气盘8与空压机10通过进气管9相连，电解槽7底部设置反冲洗进水口20，上端一侧设置进水口19，另一侧设置反冲洗出水口18，反冲洗出水口18设置反冲洗出水管16；高位水箱17与进水口19通过进水管12相连，进水管12上设有计量泵11；反冲洗进水管14与反冲洗进水口20连通，反冲洗进水管14上设有反冲洗计量泵13和出水管15。
具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是：电解槽7为圆柱形有机玻璃容器，其他与具体实施方式一相同。
具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一或二不同的是：电催化阳极板4和电催化阴极板5均为多孔板，其他与具体实施方式一或二相同。
具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一至三之一不同的是：粒子电极6为强酸性阳离子交换树脂、弱酸性阳离子交换树脂或沸石，粒径为1～2mm，其他与具体实施方式一至三之一相同。
具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一至四之一不同的是：电催化阳极板4为碳电极、贵金属电极或金属氧化物电极，其他与具体实施方式一至四之一相同。
具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式一至五之一不同的是：电催化阴极板5为不锈钢板，其他与具体实施方式一至五之一相同。
具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式一至六之一不同的是：电催化电源1供电方式为直流恒压供电、直流恒流供电或直流脉冲供电，其他与具体实施方式一至六之一相同。
具体实施方式八：本实施方式与具体实施方式一至七之一不同的是：反冲洗进水管14和出水管15上均设有阀门，其他与具体实施方式一至七之一相同。
具体实施方式九：本实施方式利用一种气水异向流三维电催化同步去除重金属和难降解有机物的装置去除重金属和难降解有机物的方法，按以下步骤进行：一、废水处理过程：高位水箱17中的废水经进水管12流入电解槽7，同时，空压机10内的空气经进气管9流入电解槽7，气水异向同步流经电催化阳极板4、电催化阴极板5和粒子电极6，处理后的水由出水管15流出，在废水处理过程，反冲洗进水管14上的阀门处于关闭状态；二、反冲洗再生过程：反冲洗再生液经反冲洗计量泵13通过反冲洗进水管14进入电解槽7底部，流经交替布置电催化阳极板4和电催化阴极板5及其粒子电极6，然后经过反冲洗出水管16流出；出水管15上的阀门处于关闭状态。
具体实施方式十：本实施方式与具体实施方式九不同的是：反冲洗再生液为质量浓度为10％的盐酸溶液，其它与具体实施方式九相同。
采用以下实施例验证本发明的有益效果：
实施例一：利用一种气水异向流三维电催化同步去除重金属和难降解有机物的装置去除重金属和难降解有机物的方法，按以下步骤进行：一、废水处理过程：高位水箱17中的废水经进水管12流入电解槽7，同时，空压机10内的空气经进气管9流入电解槽7，气水异向同步流经电催化阳极板4、电催化阴极板5和粒子电极6，处理后的水由出水管15流出，在废水处理过程，反冲洗进水管14上的阀门处于关闭状态；二、反冲洗再生过程：反冲洗再生液经反冲洗计量泵13通过反冲洗进水管14进入电解槽7底部，流经交替布置电催化阳极板4和电催化阴极板5及其粒子电极6，然后经过反冲洗出水管16流出；出水管15上的阀门处于关闭状态。反冲洗再生液为质量浓度为10％的盐酸溶液
本实施例气水异向流三维电催化同步去除重金属和难降解有机物的装置如图1所示，该装置包括电解槽7、电催化阳极板4、电催化阴极板5、粒子电极6、电催化电源1、空压机10和高位水箱17；电解槽7内沿程自下而上设置曝气盘8以及等距交替布置多个电催化阳极板4和多个电催化阴极板5，在电催化阳极板4和电催化阴极板5之间填充粒子电极6，电催化阳极板4均通过阳极线2与电催化电源1的正极相连，电催化阴极板5均通过阴极线3与电催化电源1的负极相连，曝气盘8与空压机10通过进气管9相连，电解槽7底部设置反冲洗进水口20，上端一侧设置进水口19，另一侧设置反冲洗出水口18，反冲洗出水口18设置反冲洗出水管16；高位水箱17与进水口19通过进水管12相连，进水管12上设有计量泵11；反冲洗进水管14与反冲洗进水口20连通，反冲洗进水管14上设有反冲洗计量泵13和出水管15。电解槽7为圆柱形有机玻璃容器；电催化阳极板4和电催化阴极板5均为多孔板；粒子电极6为沸石，粒径为1～2mm；电催化阳极板4为碳电极，电催化阴极板5为不锈钢板；电催化电源1供电方式为直流恒压供电、直流恒流供电或直流脉冲供电。
利用本实施例的装置及方法处理电镀废水，电镀废水中COD、Cr、Pb和Cu平均去除率分别达为95.14％、98％、99.23％和90.58％。
由此可知，本实施例将具有离子交换功能的粒子电极直接加入到电催化氧化体系，具有离子交换功能的粒子电极一方面和废水中得重金属进行离子交换，将重金属交换到粒子电极上，另一方面，交换到粒子电极上的重金属作为电催化的催化剂，难降解有机物同羟基自由基发生氧化反应，生成CO2和H2O，能够更加高效、低耗同步去除重金属和难降解有机物；具有离子交换功能的粒子电极经过再生液能够连续再生，解决了粒子电极负载金属或金属氧化物容易脱落的问题，实现反应器的连续运行；气水异向流提高了污染物和氧气的传质效率，进而提高了整个方法同步去除重金属和难降解有机物的效率。

Claims (10)

1.一种气水异向流三维电催化同步去除重金属和难降解有机物的装置，其特征在于该装置包括电解槽(7)、电催化阳极板(4)、电催化阴极板(5)、粒子电极(6)、电催化电源(1)、空压机(10)和高位水箱(17)；电解槽(7)内沿程自下而上设置曝气盘(8)以及等距交替布置多个电催化阳极板(4)和多个电催化阴极板(5)，在电催化阳极板(4)和电催化阴极板(5)之间填充粒子电极(6)，电催化阳极板(4)均通过阳极线(2)与电催化电源(1)的正极相连，电催化阴极板(5)均通过阴极线(3)与电催化电源(1)的负极相连，曝气盘(8)与空压机(10)通过进气管(9)相连，电解槽(7)底部设置反冲洗进水口(20)，上端一侧设置进水口(19)，另一侧设置反冲洗出水口(18)，反冲洗出水口(18)设置反冲洗出水管(16)；高位水箱(17)与进水口(19)通过进水管(12)相连，进水管(12)上设有计量泵(11)；反冲洗进水管(14)与反冲洗进水口(20)连通，反冲洗进水管(14)上设有反冲洗计量泵(13)和出水管(15)。
2.根据权利要求1所述的一种气水异向流三维电催化同步去除重金属和难降解有机物的装置，其特征在于电解槽(7)为圆柱形有机玻璃容器。
3.根据权利要求1所述的一种气水异向流三维电催化同步去除重金属和难降解有机物的装置，其特征在于电催化阳极板(4)和电催化阴极板(5)均为多孔板。
4.根据权利要求1所述的一种气水异向流三维电催化同步去除重金属和难降解有机物的装置，其特征在于粒子电极(6)为强酸性阳离子交换树脂、弱酸性阳离子交换树脂或沸石，粒径为1～2mm。
5.根据权利要求1所述的一种气水异向流三维电催化同步去除重金属和难降解有机物的装置，其特征在于电催化阳极板(4)为碳电极、贵金属电极或金属氧化物电极。
6.根据权利要求1所述的一种气水异向流三维电催化同步去除重金属和难降解有机物的装置，其特征在于电催化阴极板(5)为不锈钢板。
7.根据权利要求1所述的一种气水异向流三维电催化同步去除重金属和难降解有机物的装置，其特征在于电催化电源(1)供电方式为直流恒压供电、直流恒流供电或直流脉冲供电。
8.根据权利要求1所述的一种气水异向流三维电催化同步去除重金属和难降解有机物的装置，其特征在于反冲洗进水管(14)和出水管(15)上均设有阀门。
9.利用如权利要求1所述的一种气水异向流三维电催化同步去除重金属和难降解有机物的装置去除重金属和难降解有机物的方法，其特征在于它按以下步骤进行：一、废水处理过程：高位水箱(17)中的废水经进水管(12)流入电解槽(7)，同时，空压机(10)内的空气经进气管(9)流入电解槽(7)，气水异向同步流经电催化阳极板(4)、电催化阴极板(5)和粒子电极(6)，处理后的水由出水管(15)流出，在废水处理过程，反冲洗进水管(14)上的阀门处于关闭状态；二、反冲洗再生过程：反冲洗再生液经反冲洗计量泵(13)通过反冲洗进水管(14)进入电解槽(7)底部，流经交替布置电催化阳极板(4)和电催化阴极板(5)及其粒子电极(6)，然后经过反冲洗出水管(16)流出；出水管(15)上的阀门处于关闭状态。
10.根据权利要求9所述的利用一种气水异向流三维电催化同步去除重金属和难降解有机物的装置去除重金属和难降解有机物的方法，其特征在于反冲洗再生液为质量浓度为10％的盐酸溶液。
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Application publication date: 20171212