CN112960818A - 一种用于电化学-臭氧耦合氧化的三相电化学水处理装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种废水处理设备和方法，尤其涉及一种用电化学‑臭氧耦合氧化的反应装置与高级氧化工艺。本发明开发了一种用于电化学‑臭氧耦合氧化技术的反应装置，该装置能够用于评价不同粉末催化剂在改体系中的催化性能研究。本发明还解决了异相催化高级氧化技术中催化剂粒度小易流失粒度大效率低的矛盾，具体的将高级氧化技术与膜分离技术的结合，利用膜分离技术实现各种粉末固体催化剂在体系中的连续高效循环使用，膜分离作用保证出水澄清，无需增加沉淀池，曝气的冲刷作用可有效的清理膜表面污染物，延长膜系统运行时间，系统出水稳定。所发明的电化学‑臭氧耦合氧化的反应装置催化剂流失率低、膜系统稳定，寿命长，无二次污染，配合自动化分析仪器可实现自动化调控，具有极好的应用前景。

Description

一种用于电化学-臭氧耦合氧化的三相电化学水处理装置

背景技术

高级氧化法(Advanced Oxidation Process,简称AOPs)可将水中有机物直接矿化或通过氧化提高废水的可生化性，同时还在环境类激素等微量有害化学物质的处理方面具有很大的优势，能够使绝大部分有机物完全矿化或分解，具有很好的应用前景。根据产生自由基的方式和反应条件的不同，可将其分为光化学氧化、催化湿式氧化、声化学氧化、臭氧氧化、电化学氧化、Fenton氧化等。电化学--臭氧耦合氧化技术是近些年发展起来的高级氧化技术，能够高效深度去除有机物，无需投加药剂，高效、绿色无污染。羟基自由基(·OH)产生效率高，克服了臭氧氧化不彻底，电化学效率低的缺点，具有很好的发展空间。

在高级氧化反应体系中加入固体催化剂是提升体系反应效率的常用方法。臭氧催化反应体系中常见的固体催化剂有金属氧化物、复合金属氧化物、活性炭、分子筛、石墨烯、颗粒氧化铝/火星他负载型催化剂等。显然，催化剂在电化学-臭氧耦合氧化体系中的催化性能研究是未来的一个重要发展方向。固体催化剂的粒度是影响催化活性一个重要因素，一般情况下，粒度越小，其面体比及暴露的活性中心越多，活性越高，但是粒度过小的固体催化剂易流失，回收再利用工艺难度高。因而急需巧妙设计一种用于电化学-臭氧耦合氧化的反应装置，能够用于催化剂的性能评价研究。

发明内容

为解决以上技术问题，本技术方案如下：设计一种电化学水处理装置，该装置主要包括电极组、电源、加药系统、底部曝气系统、臭氧发生系统、臭氧破坏系统、膜组建系统，在线检测系统，内循环系统。所述的电极组为一定间距的电极板组成，极板间距可调。电源为稳流电源，正负极可自动切换。所述的曝气装置装在反应罐体的底部，膜组件安装在曝气装置之上，其特征在于所曝气体喷射与膜表面，从膜组件内穿过。在进水管的另一端连通有用于储存废水的废水调节池，在进水管上安装有便于输送水的进水计量泵；出水管内部接膜组件，外部连同蓄水池，出水管与蓄水池之间安装出水泵。以上所述的加药系统由储药罐、计量泵和布药器组成，布药器为不锈钢或聚四氟乙烯的管道布药装置，管道上均匀分布1～10mm的孔，为保证药剂的均匀性，孔径从进药口开始呈一定梯度逐渐增大，梯度为0.1～1mm/100mm。膜-臭氧污水处理装置，带滤膜的正洗、反洗功能，能够在线清除滤膜上的污染物，以便膜组件长时间工作情况造成的堵塞故障。定时反洗功能在提高处理效果的同时，能够延长膜组件的使用寿命，降低成本。曝气搅拌使得催化剂分散于体系内部，通过超滤膜产水，避免催化剂流失，使得催化剂在体系内持续使用。在线检测系统可根据需求设置安装检测pH、COD、ORP、总磷、总氮等指标的设备。

上述的一种用于电化学-臭氧耦合氧化的三相电化学水处理装置，其特征在于所述的电极组的电极材料为铁板、铝板、石墨板、钛网、钛板、钛镀稀土电极、304不锈钢、316L不锈钢等材料中的一种或多种。

上述的一种用于电化学-臭氧耦合氧化的三相电化学水处理装置，其特征在于所述的电极组的电极组的阴极电极的间距为3mm～100mm，具体需依废水的电导率和污染物浓度进行优化。

上述的一种用于电化学-臭氧耦合氧化的三相电化学水处理装置，其特征在于所述的电源为稳压横流电源，电源的阴阳极可定时切换，电源参数依照电极面积和电流密度配置，

上述的一种用于电化学-臭氧耦合氧化的三相电化学水处理装置，其特征在于对于以上所述的膜组件优选耐氧化、耐酸、耐碱的陶瓷膜，主体支架优选钛、不锈钢。

上述的一种用于电化学-臭氧耦合氧化的三相电化学水处理装置，所述的检测器可测的指标有COD、臭氧、ORP、pH、氨氮、总氮、总磷、总镍、总铜中的一种或几种。

上述的一种用于电化学-臭氧耦合氧化的三相电化学水处理装置，所述的内循环系统为管道内循环装置，循环管道外部接循环泵，水流循环量、循环方向可调。

上述的一种用于电化学-臭氧耦合氧化的三相电化学水处理装置，所述的臭氧发生器与曝气装置通过臭氧管线连接，臭氧管线上设有压力表和进气阀。

上述的一种用于电化学-臭氧耦合氧化的三相电化学水处理装置，所述的进水管、出水管、加药装置、循环系统的管道上均设有出水阀门。

本装置的有益效果如下：

(1)本装置采用膜将污染物和催化剂截留在体系内，出水稳定。粒径大于0.2μm的固体催化剂均能应用于该反应体系内，适用范围广，催化剂可连续使用，损失量小。

(2)本发明专利公开的一种用于电化学-臭氧耦合氧化的三相电化学水处理装置中，粉末催化剂的投加量调控范围大0～20000mg/L，较，催化效率更高。

(3)本发明专利公开的一种用于电化学-臭氧耦合氧化的三相电化学水处理装置中污染物在膜表面富集，膜附近曝臭氧化氧气，高级氧化效率更高，高级氧化的清洁作用避免了有机成分在膜表面的附着堵塞，膜系统运行的稳定性，寿命，大大延长，能耗更低。

(4)一种用于电化学-臭氧耦合氧化的三相电化学水处理装置中，臭氧催化剂在电极之间被极化形成许多的微电解池，构成三维电催化反应，臭氧与电化学的耦合反应不再局限于电极表面，而是电化学反应组的三维空间内反应，催化反应效率更高。

(5)本发明专利公开的一种用于电化学-臭氧耦合氧化的三相电化学水处理装置中可通过在线检测、布药器调控反应条件，使效率最大化。

附图说明

图1为本发明专利结构示意图

图中1.储药罐，2.检测器，3.直流电源，4.电氧化极板组件，5.出水口，6.膜组件，7.清水池，8.臭氧破坏器，9.固体药剂加药口，10.出水口，11.计量泵，12.循环管道，13.布药器，14.曝气盘，15.储水池，16.氧气罐，17.臭氧发生器。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所述的实施例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做出创造性劳动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。

参照图1，上述、的一种用于电化学-臭氧耦合氧化的三相电化学水处理装置，该装置包括储药罐1，检测器2，检测器联通进水电磁阀，可通过检测反应器中污染物浓度控制进水速度，直流电源3，与电源相连的电氧化极板组件4，与内部膜组件相连的出水口5，出水口外部接计量泵，联通清水池7，膜组件6底部设有曝气盘14，臭氧化的氧气从曝气装置中喷射而出，冲射到膜组件中，达到气水混合的目的，同时清理膜表面的污染物；曝气装置连接臭氧发生器17，电氧化极板组件位于膜组件上方，臭氧化氧气通过电极组，从而达到电化学-臭氧耦合氧化的目的。固体催化剂从固体加药口9加入，尾气通过臭氧破坏器8之后排入大气。循环泵11保证内部出于均一状态，催化剂均匀分布于反应体系内部。臭氧发生器17主要但不仅限于氧气源臭氧发生器，氧气从氧气罐流出通过臭氧发生器制备成臭氧化氧气，通过曝气盘14进入反应体系。体系的反应可通过调节电源3的参数，氧气罐阀门，臭氧发生器17功率，进水流速，内循环速率来调控，通过自动在线检测探头2检测体系中污染物浓度，联通电脑实现自动化动态调控反应参数。

Claims (5)

1.一种用于电化学-臭氧耦合氧化的三相电化学水处理装置，该装置主要包括进加药系统、直流电源、电化学极板组件、膜组件、曝气装置、臭氧发生系统、臭氧破坏器、在线检测装置、内循环装置；其特征在于反应器底部安装曝气盘，膜组件安装与曝气盘紧密安装，使臭氧化氧气喷射与膜表面从膜组件穿过，所述膜组件采用以陶瓷膜为典型的微孔耐氧滤膜，具备反冲洗功能；电化学极板组安装于膜组件上方，气体穿过电化学组件。

2.根据权力1要求所述的一种用于电化学-臭氧耦合氧化的三相电化学水处理装置，其特征在于配备外循环系统，循环水量和方向可控。

3.根据权力1要求所述的一种用于电化学-臭氧耦合氧化的三相电化学水处理装置，其特征在于设备配备自动加药系统，加药系统配备布药器。

4.根据权力1要求所述的一种用于电化学-臭氧耦合氧化的三相电化学水处理装置，其特征在于设备配备在线检测装置，检测装置与自动加药装置、直流电源、臭氧发生器、进水泵关联，能够实现自动化动态调控。

5.根据权力1要求所述的一种用于电化学-臭氧耦合氧化的三相电化学水处理装置，其特征在于设备配备尾气处理装置，所述尾气处理装置为臭氧破坏器。

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