CN107935126A - 一种上流式三维电催化装置 - Google Patents

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Abstract

一种上流式三维电催化反应器，包括依次从下至上分布的进水口、搅拌区、反应区、稳定区、分离区和出水口，在搅拌区设有：单个或者多个搅拌桨装置，用于催化剂和废水的充分混合，同时将废水均匀搅拌以充分反应，在反应区设有：多对平行设置的阳极形态稳定钛板和阴极不锈钢板，用于进行通电电催化操作；反应区分布镍系粉末状催化剂，用于提升电催化降解效率；稳定区设有：竖状导流槽，将水体分隔为若干个流动区域，用于稳定旋流的废水使其稳定上升以分离水体中的粉末催化剂，在分离区设有三相分离器，用于将残余的粉末催化剂和电催化产生的气体泡沫分离；所述搅拌区、反应区、稳定区、分离区均在一个筒体内。

Description

一种上流式三维电催化装置
技术领域
本发明涉及电化学和水污染控制技术领域，特别涉及一种应用三维电催化技术处理难降解有机废水的上流式三维电催化反应器。
背景技术
高浓度难降解有机废水的处理，是目前国内外污水处理界公认的难题。对于这类废水主要来源是焦化废水、制药废水、石化/油类废水、纺织废水、化工废水以及垃圾渗滤液。所谓高浓度是指这类废水的有机物浓度较高，一般COD值均在2000mg/L以上，有的甚至高达几万至十几万mg/L。所谓难降解是指这类废水的可生化性较低BOD5/COD值一般均在0.3以下甚至更低。“高浓度”、“难降解”这两大特性的叠加使得此类废水在处理中必须使用高级氧化方法进行预处理，力图在最大降低处理成本的前提下使废水能够处理达标。
电催化技术(催化电解)是一种高效清洁的新型水处理技术，由于其具有催化效率高、环境友好和没有二次污染等显著特点，得到了水处理领域的广泛使用和深入研究。电催化氧化过程是通过阳极反应直接降解有机物或通过阳极反应产生羟基自由基、臭氧一类的氧化剂降解有机物，这种降解途径使有机物分解更加彻底，不易产生毒害中间产物。在反应中，电子是主要反应试剂，不必添加额外化学试剂，设备体积小占地少，便于自动控制，不产生二次污染。但长期以来，该工艺降解有机物的电流效率低，能耗高，难以实现工业化等问题。为了改善电催化反应器对电能的利用效率，许多科学家和实验室都做了大量的研究。如何设计合理的反应器，以实现对电能的高效利用是目前电催化研究的热点和难点。
发明CN1153736C提供了一种催化电解废水处理装置，是一种底部为"V"型，带有进气口进水口的电解装置。其进气口上部设置有一弧形气体导流板，可实现在气体导流作用下的催化剂定向流动，增加催化剂的利用率，降低反应的能耗。但该装置较为简单，不利于电催化过程中的工艺参数调节，且其设计的电催化过程中需要悬浮颗粒催化剂的参与，给后续的分离回收工作带来了困难。
发明CN104098162A公开了一种电磁水处理装置，该电磁水处理装置包括有一离子交换膜、一流水管道、至少一正极板、至少一负极板和磁性装置，该些正极板和该些负极板用于在该流水管道内施加一电场，该磁性装置用于在该流水管道内施加一垂直于该电场的磁场。然而，该电磁水处理装置存在下述问题：
(1)耗电量约为电解的1/3，相对来说耗能较大；(2)存在高压放电时电场不均匀的现象，分解有机有毒物质、油污时存在死角；(3)所产生的自由基的量无法达到使用时所需的要求。
电催化反应器作为反应的主体设备，直接决定了催化反应效率。反应器的材料、几何形状、内部的流体状态、反应物的接触效率等很多因素决定了电催化效率、催化剂的利用效率和能源的利用情况。所以，如何提高对催化剂利用率，提高催化剂活性，保持催化剂的稳定性以及防止催化剂的流失已成为反应器设计研发的关键，也是电催化水处理研究的重点之一。目前电催化反应器的设计研发并没有统一的评价标准和规范，因此，亟待开发高效合理的新型电催化反应器。
发明内容
发明目的：本发明主要解决的技术问题是，在连续流电催化反应器中保持粉末催化剂不会流失，显著提高电催化效率，在反应器中保持废水、电极板和催化剂的充分接触，能够有效提高难降解有机废水的降解效率。
技术方案：一种上流式三维电催化反应器，其特征在于，包括依次从下至上分布的进水口、搅拌区、反应区、稳定区、分离区和出水口，在搅拌区设有：单个或者多个搅拌桨装置，用于催化剂和废水的充分混合，同时将废水均匀搅拌以充分反应，在反应区设有：多对平行设置的阳极形态稳定钛板和阴极不锈钢板，用于进行通电电催化操作；反应区分布镍系粉末状催化剂，用于提升电催化降解效率；稳定区设有：竖状导流槽，将水体分隔为若干个流动区域，用于稳定旋流的废水使其稳定上升以分离水体中的粉末催化剂，在分离区设有三相分离器，用于将残余的粉末催化剂和电催化产生的气体泡沫分离。所述搅拌区、反应区、稳定区、分离区均在一个筒体内，尤其是横截面为矩形或圆的筒体内。
优选地，搅拌区和反应区筒体侧部分别开孔，即设置有排渣口；各排渣口与外部排渣池连接。
优选地，搅拌区、反应区、稳定区和分离区的壳体表面覆盖有环氧煤沥青、三聚乙烯防腐涂料、聚氨酯漆材质中之一。
优选地，反应区中的阳极形态稳定钛板为钛基镀铂金属、掺杂硝酸铈、硝酸锑其中一种或多种电极；反应区中填充雷尼镍粉末催化剂，催化剂粒径为50um～150um。
优选地，稳定区设有若干竖状导流槽的横截面为均匀格状，尤其为蜂窝状，所述竖状导流槽在竖直方向上开有蜂窝状开口，底部旋流混合液通过所述竖状导流槽后稳定向上部流动。
优选地，分离区设有三相分离器，所述三相分离器层数为三层～五层设计，用以分离残余粉末催化剂。
有益效果：本发明装置结构简单，与传统的电催化反应器相比能够有效提高体系的催化效率，同时能够维持催化剂总量基本保持不变，尤其适用于高浓度难降解有机废水的处理。
附图说明
图1是本发明的外观图。
具体实施方式
下面通过附图对本发明技术方案进行详细说明，但本发明的保护范围不局限于所述实施例。其中，1、搅拌区，2、反应区，3、稳定区，4、分离区。
具体处理过程是：废水经过预处理，使得水体中不含固体杂质。之后由水泵送入电催化反应器进行反应；电催化反应器进行反应的时间HRT为2.0h后出水。
搅拌区1使用一套搅拌桨叶系统进行搅拌，将废水和粉末催化剂进行充分搅拌；反应区2的电极采用直流稳压电源供电、电流密度为50mA/cm2，反应区2的雷尼镍粉末催化剂的添加量按反应区2的体积计算，为8g/L添加，粒径为100±50um；废水经反应区处理后处于旋流状态，随后经过稳定区3，稳定区3的竖状导流槽可将悬流状态的液体调整为直流稳定状态，在稳定区3大部分粉末催化剂得以与废水分离回落至反应区2，随后废水、泡沫以及少量的粉末催化剂经过分离区4的三项分离器得到分离，废水达标排出，催化剂回流至反应区2，泡沫被清除。
多对平行设置的阳极形态稳定钛板和阴极不锈钢板排列满整个筒体。
本发明在南京某垃圾渗滤液处理站运行达标排放。经工程运行检验，采用该发明的反应器能实现垃圾渗滤液MBR出水的稳定达标排放，对于降低污染具有重要意义。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明专利保护范围内。

Claims (7)

1.一种上流式三维电催化反应器，其特征在于，包括依次从下至上分布的进水口、搅拌区、反应区、稳定区、分离区和出水口，在搅拌区设有：单个或者多个搅拌桨装置，用于催化剂和废水的充分混合，同时将废水均匀搅拌以充分反应，在反应区设有：多对平行设置的阳极形态稳定钛板和阴极不锈钢板，用于进行通电电催化操作；反应区分布镍系粉末状催化剂，用于提升电催化降解效率；稳定区设有：竖状导流槽，将水体分隔为若干个流动区域，用于稳定旋流的废水使其稳定上升以分离水体中的粉末催化剂，在分离区设有三相分离器，用于将残余的粉末催化剂和电催化产生的气体泡沫分离；所述搅拌区、反应区、稳定区、分离区均在一个筒体内。
2.根据权利要求1所述的上流式三维电催化反应器，其特征在于，所述筒体的横截面为矩形或圆；搅拌区和反应区筒体侧部分别开孔，即设置有排渣口。
3.根据权利要求1中所述的上流式三维电催化反应器，其特征在于，所述搅拌区、反应区、稳定区和分离区的筒体表面覆盖有环氧煤沥青、三聚乙烯防腐涂料、聚氨酯漆材质中之一。
4.根据权利要求1中所述的上流式三维电催化反应器，其特征在于，所述反应区中的阳极形态稳定钛板为钛基镀铂金属、掺杂硝酸铈、硝酸锑其中一种或多种电极；所述反应区中填充镍系粉末状催化剂为雷尼镍粉末催化剂，催化剂粒径为50um~150um。
5.根据权利要求1中所述的上流式三维电催化反应器，其特征在于，所述稳定区设有若干竖状导流槽，所述竖状导流槽的横霰面为包括蜂窝状的格状。
6.根据权利要求1中所述的上流式三维电催化反应器，其特征在于，所述分离区设有三相分离器，所述三相分离器层数为三层~五层设计，用以分离残余粉末催化剂。
7.根据权利要求1中所述的上流式三维电催化反应器，其特征在于，所述雷尼镍粉末催化剂粒径为100±50um。
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