CN113860440B - 一种高低压叠加式内循环电催化废水处理装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明创造提供了一种高低压叠加式内循环电催化废水处理装置及方法，包括罐体、罐体下方设置的排泥机构、以及罐体上方设置的换气机构，罐体内设有催化反应机构，罐体上对应催化反应机构下方的位置设有进水机构，对应催化反应机构上方的位置设有出水机构；所述催化反应机构包括罐体内设置的阴极，阴极外侧依次设有内层阳极和外层阳极，内层阳极和外层阳极之间存在与罐体内腔连通的循环间隙，阴极与内层阳极之间存在反应间隙，反应间隙通过罐体内腔与循环间隙连通。本发明创造提供了一种高低压叠加式内循坏电催化废水处理装置及方法，克服了现有废水处理装置需不同种类设备串联的废水处理工艺，缩短了废水处理工艺流程。

Description

一种高低压叠加式内循环电催化废水处理装置及方法

技术领域

本发明创造属于废水处理领域，尤其是涉及一种高低压叠加式内循环电催化废水处理装置及方法。

背景技术

针对难降解工业废水的处理，目前市面上常见的技术大致有臭氧催化氧化、芬顿、电催化、湿式催化氧化等，但臭氧催化氧化不适用于高盐废水，芬顿产生大量的铁泥没有有效处理手段，湿式催化氧化需要高温高压条件，所以电催化氧化就成为一种可以有效处理高含盐废水的有效技术，不过常规的电催化氧化的电流效率一般仅为5%-15%之间，导致每吨水处理效率过低，不适合处理化学需氧量COD（Chemical Oxygen Demand）较高的废水。

研究电催化工艺能耗较高的原因可以发现，在电催化氧化处理废水的过程中，会有三种氧化形式：（1）直接放电氧化：附着在阳极表面的有机物会在电场作用下发生失电子的氧化反应，达到电氧化直接去除有机物的作用；（2）产生以羟基自由基（▪OH）为主的强氧化剂，使有机物发生加氧反应而被氧化；（3）产生以ClO^-为主的氯系强氧化剂，使有机物发生氯代反应而生成小分子氧化产物。

而对于电催化氧化降解水中有机物来说，首先是通过开环断链作用把大分子有机物降解为小分子有机物，然后再通过深度氧化把小分子有机物降解完全，而在这个过程中第（3）种氯代作用对于降解小分子有机物效果较高，第（1）种直接电氧化和第（2）种氧化作用对于大分子物质的开环断链效果较好，但传统电催化氧化工艺中，尤其是在面对含有大分子有机物质的废水时，第（1）、（2）种氧化作用所占的比重太小，所以在面对含有大分子有机物质的废水时，传统低压电催化只能依靠开环断链效果不太明显的第（3）种氯代反应实现，这就是传统低压电催化能耗较高、处理效果较差的原因，因此为降低废水的处理能耗，提高废水的处理效果，需要提高电催化氧化工艺中开环断链的预处理效果。

发明内容

有鉴于此，本发明创造旨在提出一种高低压叠加式内循环电催化废水处理装置及方法，以解决现有废水处理装置对含有大分子有机物质的废水处理效果不佳的问题。

为达到上述目的，本发明创造的技术方案是这样实现的：

一种高低压叠加式内循环电催化废水处理装置，包括罐体、罐体下方设置的排泥机构、以及罐体上方设置的换气机构，罐体内设有催化反应机构，罐体上对应催化反应机构下方的位置设有进水机构，对应催化反应机构上方的位置设有出水机构；

所述催化反应机构包括罐体内设置的阴极，阴极外侧依次设有内层阳极和外层阳极，内层阳极和外层阳极之间存在与罐体内腔连通的循环间隙，阴极与内层阳极之间存在反应间隙，反应间隙通过罐体内腔与循环间隙连通；所述外层阳极上对应内层阳极的位置设有尖端放电电极，尖端放电电极一端设置在外层阳极上，另一端穿过内层阳极伸入反应间隙内，内层阳极上对应尖端放电电极的位置设有用于绝缘内层阳极和尖端放电电极的绝缘组件。

进一步的，所述罐体内对应催化反应机构的位置存在反应腔，进水机构包括罐体上设置的进水管，进水管伸入罐体的一端与反应腔连通，另一端设有供水设备。

进一步的，所述进水管伸入反应腔的一端设有弯折部，弯折部对应反应间隙设置，弯折部朝向反应间隙的一端设有用于支撑阴极的支撑底座，另一端设有用于支撑内层阳极和外层阳极的支撑架，支撑底座四周设有与进水管连通的分水孔。

进一步的，所述支撑架朝向反应腔的一侧间隔设置有至少两个支撑横条，相邻两个支撑横条之间存在落泥间隙，每一支撑横条朝向反应腔的一侧均设有防止污泥沉积的锥端部。

进一步的，所述排泥机构包括罐体下方设置的排泥管，罐体内对应催化反应机构下方的位置设有与排泥管连通的存泥腔，排泥管一端与存泥腔连通，另一端设有用于控制排泥管通断的控制阀门。

进一步的，所述换气机构包括罐体上方设置的排气管，罐体上对应排气管下方的位置设有进气管，罐体内对应催化反应机构上方的位置设有用于连通进气管和排气管的稀释腔，进气管一端与稀释腔连通，另一端设有鼓风设备，排气管一端与稀释腔连通，另一端设有氢气检测设备。

进一步的，所述外层阳极通过高压电容器与脉冲式直流电源连接，内层阳极与稳压式直流电源连接。

进一步的，所述内层阳极上设有便于尖端放电电极穿过的通孔，绝缘组件包括内层阳极上对应通孔设置的绝缘垫环，尖端放电电极穿过绝缘垫环，绝缘垫环内侧与尖端放电电极密封贴合，外侧与内层阳极密封贴合。

进一步的，所述内层阳极和外层阳极均为筒状电极，内层阳极、外层阳极以及阴极三者同轴设置，尖端放电电极沿内层阳极周向设置有多个，外层阳极两端均通过密封环与罐体连接。

一种应用所述高低压叠加式内循环电催化废水处理装置的废水处理方法，包括如下步骤：

S1、将内层阳极及阴极与稳压式直流电源连接，组成电催化氧化低压回路；

S2、将外层阳极及阴极通过高压电容器与脉冲式直流电源连接，组成高压电容充放电回路，利用高压电容器反复充放电，实现高压电容充放电回路的间隔通断；

S3、通过进水管向罐体内注入待处理废水，利用经进水管进入罐体内的水流带动罐体内的废水在反应间隙和循环间隙之间循环流动；

S4、接通电催化氧化低压回路和高压电容充放电回路，电催化氧化低压回路通电，脉冲式直流电源对高压电容器进行充电；

当高压电容器中的电压超过一定值时，高压电容充放电回路通电，在高压电容充放电回路通电前，断开电催化氧化低压回路；

当高压电容器中的电压释放完毕后，高压电容充放电回路断电，再次接通电催化氧化低压回路，电催化氧化低压回路通电，脉冲式直流电源对高压电容器再次进行充电；

电催化氧化低压回路和高压电容充放电回路依次循环通断电，实现对废水的高低压叠加式处理。

相对于现有技术，本发明创造所述的一种高低压叠加式内循环电催化废水处理装置及方法具有以下优势：

本发明创造提供了一种高低压叠加式内循坏电催化废水处理装置及方法，克服了现有废水处理装置需不同种类设备串联的废水处理工艺，缩短了废水处理工艺流程，减小了废水处理装置占地面积，降低了废水处理装置的总体投资；在废水处理装置运行对废水进行处理时，无需再向废水中进行曝气，降低了废水处理装置的运行成本；通过简化废水处理装置及工艺方法，最大限度的缩短废水处理工艺中的控制点数量，可保证废水处理装置能够长时间稳定运行，提高了废水处理装置在运行过程中的稳定性和安全性，降低了废水处理装置实际运行时对操作人员的技术要求，方便人员上岗操作，使这种废水处理装置适合大规模推广应用。

附图说明

构成本发明创造的一部分的附图用来提供对本发明创造的进一步理解，本发明创造的示意性实施例及其说明用于解释本发明创造，并不构成对本发明创造的不当限定。在附图中：

图1为本发明创造实施例所述一种高低压叠加式内循环电催化废水处理装置的结构示意图；

图2为本发明创造实施例所述一种高低压叠加式内循环电催化废水处理装置中外层阳极的结构示意图；

图3为本发明创造实施例所述一种高低压叠加式内循环电催化废水处理装置中内层阳极的结构示意图；

图4为本发明创造实施例所述一种高低压叠加式内循环电催化废水处理装置中进水管的结构示意图；

图5为本发明创造实施例所述一种高低压叠加式内循环电催化废水处理装置中废水在反应间隙和循环间隙之间循环流动时的示意图。

附图标记说明：

1、排气管；2、稀释腔；3、进气管；4、鼓风设备；5、罐体；6、进水管；7、供水设备；8、控制阀门；9、排泥管；10、存泥腔；11、支撑架；12、外层阳极；13、阴极；14、内层阳极；15、出水管；16、换向设备；17、高压电容器；18、脉冲式直流电源；19、稳压式直流电源；20、氢气检测设备；21、连接板；22、减重孔；23、密封环；24、尖端放电电极；25、绝缘垫环；26、通孔；27、支撑横条；28、分水孔；29、支撑底座；30、反应间隙；31、循环间隙。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明创造中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在本发明创造的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明创造和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明创造的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明创造的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本发明创造的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明创造中的具体含义。

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明创造。

一种高低压叠加式内循环电催化废水处理装置及方法，如图1至图5所示，包括罐体5、罐体5下方设置的排泥机构、以及罐体5上方设置的换气机构，罐体5内设有催化反应机构，罐体5上对应催化反应机构下方的位置设有进水机构，罐体5上对应催化反应机构上方的位置设有出水机构。

催化反应机构包括罐体5内设置的阴极13，阴极13外侧依次设有内层阳极14和外层阳极12，内层阳极14和外层阳极12之间存在与罐体5内腔连通的循环间隙31，阴极13与内层阳极14之间存在反应间隙30，反应间隙30通过罐体5内腔与循环间隙31连通；所述外层阳极12上对应内层阳极14的位置设有尖端放电电极24，尖端放电电极24一端设置在外层阳极12上，另一端穿过内层阳极14伸入反应间隙30内，内层阳极14上对应尖端放电电极24的位置设有用于绝缘内层阳极14和尖端放电电极24的绝缘组件。

其中，内层阳极14上设有便于尖端放电电极24穿过的通孔26，绝缘组件包括内层阳极14上对应通孔26设置的绝缘垫环25，尖端放电电极24穿过绝缘垫环25，绝缘垫环25内侧与尖端放电电极24密封贴合，外侧与内层阳极14密封贴合，绝缘垫环25外侧和内侧均可以设置密封胶，用于密封绝缘垫环25与尖端放电电极24和内层阳极14之间的空隙，避免废水通过通孔26。

外层阳极12通过高压电容器17与脉冲式直流电源18连接，内层阳极14与稳压式直流电源19连接，实现供电；与现有技术相比，这种废水处理装置相当于在传统低压电催化技术内部，嵌入一套高压电容充放电回路，在高压电容充放电回路放电瞬间，在罐体5内产生局部高温高压的电子束冲击和氧气的羟基自由基化，配合作为低压电催化氯代作用的预处理开环断链，增强处理装置对于总体COD的降解效果。

可选的，罐体5外形为圆柱形，径高比为1:3-1:10之间，采用PPR、PVC等绝缘材料，罐体5内同时设置高压电容充放电回路和电催化氧化低压回路，两种回路分别配备相对应的两个活性极板，即外层阳极12和内层阳极14，两个活性极板与阴极13在罐体5内分为内中外三层，其中最内层为两套电催化回路共用的阴极13，阴极13外依次设置内层阳极14和外层阳极12。

其中，内层阳极14和外层阳极12均为筒状电极，阴极13为棒状电极，内层阳极14、外层阳极12以及阴极13三者同轴设置，尖端放电电极24沿内层阳极14周向设置有多个，外层阳极12两端均可通过密封环23与罐体5连接，密封环23可以采用PPR、PVC等绝缘材料，密封环23内侧可通过密封胶粘贴固定在外层阳极12上，外侧可通过密封胶粘贴固定在罐体5上，实现密封环23与外层阳极12或罐体5之间的密封，避免废水进入外层阳极12与罐体5之间的间隙。

可选的，两个密封环23之间也可以通过连接板21连接，连接板21两端均与密封环23固定连接，连接板21中部间隔设有多个减重孔22，用于降低连接板21的重量；连接板21也可以采用绝缘材质制作，连接板21可以沿密封环23周向均匀设置至少两个；通过设置连接板21，连接板21不仅可以提高密封环23的结构强度，还可以对密封环23起到一定的支撑作用，提高密封环23在罐体5内的稳定性，确保密封环23始终稳定的对外层阳极12与罐体5之间的间隙起到密封作用。

可选的，阴极13可以采用不锈钢、石墨或者钛材质的圆棒，内层阳极14可以采用多孔电催化DSA活性阳极，内层阳极14涂覆活性涂层的类型可以为SnO₂、RuO₂、IrO₂、Ta₂O₅的贵金属混合氧化物，也可以为单独的石墨、钛单质等阳极。

外层阳极12可采用尖端放电极板，内层的多孔电催化DSA活性阳极表面按照一定的排布方式均匀设置通孔26，孔径可以5-15mm，相邻通孔26之间的间距为10-20mm，外层的尖端放电极板内表面按照DSA活性阳极表面布置的通孔26均匀设置尖端放电电极24，保证这些尖端放电电极24能从通孔26中穿过；尖端放电电极24为圆锥体结构，且底面的直径略大于通孔26的孔径，例如底面直径可为通孔26孔径的1.1-1.3倍，以提高尖端放电电极24与通孔26的配合效果，圆锥体结构尖端放电电极24的底面可焊接固定在尖端放电极板上。

同时在DSA活性阳极通孔26中可以设置绝缘垫环25，绝缘垫环25厚度1-3mm，目的是隔绝尖端放电电极24和DSA活性阳极通孔26相接处，避免两者发生短路，且避免废水从小孔缝隙中流动，依靠绝缘垫环25密封缝隙和保证两者不直接接触，尖端放电电极24尖端部位对准最里层的阴极13。

绝缘垫环25一方面的作用是阻隔尖端放电电极24和DSA活性阳极通孔26直接接触，另一方面依靠其密封性，保证废水不会经通孔26进入多孔电催化DSA活性阳极和尖端放电极板之间的循环间隙31，使反应间隙30能形成一个下进上出的反应空腔，确保进入反应空腔的废水能充分反应后，再经过反应间隙30顶部溢出，有利于提高多孔电催化DSA活性阳极和尖端放电极板对废水的处理效果和处理效率。

在实际运行中，最内层的阴极13同时作为高压电容充放电回路和电催化氧化低压回路的阴极，阴极13和电催化DSA活性阳极与外接低压直流稳压电源连接，阴极13和尖端放电极板外接高压电容器17，高压电容器17同时连接纳秒级的脉冲式直流电源18，以实现高压电容器17周期性的充放电；高压电容充放电回路和电催化氧化低压回路的电路线路中也可以设置换向设备16（即接线端子），并通过控制器定时控制换向设备16动作，以实现对高压电容充放电回路和电催化氧化低压回路开闭状态的控制，实现电催化氧化低压回路和高压电容放电回路依次循环通断电。

当这种高低压叠加式内循环电催化废水处理装置通电工作时，电催化氧化低压回路首先接通工作，此时高压电容充放电回路分为两部分：一是高压电容正负极两端连接的尖端放电极板和阴极13在水中处于断路状态；二是纳秒级脉冲式直流电源18连接的高压电容器17处于通路充电状态，负责为高压电容器17充能，高压电容器17充能时间可以根据实际运行条件设定，为1-30min都可以实现。

当高压电容器17中的电压超过一定值时（例如5000V-100000V），高压电容放电回路在水中的尖端放电极板和阴极13接通，利用已经充能完毕的高压电容器17瞬间释放所有能量，击穿尖端放电电极24和阴极之间的水层，产生电子轰击效应并且电离水中氧气产生羟基自由基；同时可以利用设定好的时间程序控制，保证在高压电容放电回路在水中接通的前1-5秒内，电催化氧化低压回路首先断开，以保证高低压两路电源互不影响，避免电子设备损坏；等到高压电容器17内的能量释放完毕后的1-5秒内，可以再次将电催化氧化低压回路接通，电催化氧化低压回路和高压电容放电回路依次循环通断电，实现对废水的高低压叠加式处理，利用高压电容瞬间放电产生的电子束轰击效应和氧气等离子体化产生的大量羟基自由基来开环断链，达到降解水中COD的目的。

可选的，尖端放电极板可以和接线端子K通过导线连接，电催化DSA活性阳极和接线端子I通过导线连接，阴极和接线端子J通过导线连接，同时将接线端子I和稳压式直流电源接线端子A通过导线连接，将接线端子J分别和稳压式直流电源接线端子B、高压电容器接线端子G通过导线连接，尖端放电极板和高压电容器接线端子H通过导线连接，高压电容器接线端子E和脉冲式直流电源接线端子C通过导线连接、高压电容器接线端子G和脉冲式直流电源接线端子D通过导线连接。

当装置通电工作时，运行程序遵循以下规则进行：

1、电催化氧化低压回路AI、BJ接通，电催化DSA活性阳极和阴极通过废水导通；高压电容放电回路GJ、HK断开；高压电容充电回路CE、DF接通。

2、高压电容器充满电时（可以根据运行需要，设置为1-30min）将电催化氧化低压回路AI、BJ和高压电容充电回路CE、DF同时断开；然后等1-5秒后将高压电容放电回路GJ、HK接通，高压电容器瞬间放电，尖端放电极板和阴极通过废水导通；高压电容器中的放电电压可以设置为5000V-100000V（也可根据需要选择合适规格的高压电容器实现）。

3、高压电容器放电完毕1-5s后，将高压电容放电回路GJ、HK断开；然后将电催化氧化低压回路AI、BJ和高压电容充电回路CE、DF接通。

4、电催化氧化低压回路和高压电容充放电回路依次循环通断电，实现对废水的高低压叠加式处理。

这种高低压叠加式内循环电催化废水处理装置在实际运行中还有一个优点，那就是电催化氧化低压回路通电处理废水过程中，会在DSA活性阳极表面产生大量的氧气，保证尖端放电电极附近有足够大浓度的溶解氧，满足高压电容充放电回路处理废水时对氧气的需求，这样在高压电容器瞬间放电的时候，就有足够多的氧气产生羟基自由基；通过在罐体内整合高压电容充放电回路和电催化氧化低压回路，并利用两种高低压回路进行依次循环电催化，电催化氧化低压回路释放的氧气可以满足高压电容充放电回路的反应需求，无需再外部接入鼓风机曝气，有利于降低设备的复杂程度，提高了废水处理效果和处理效率的同时，降低了废水处理装置的维护难度和运行费用。

本发明创造根据传统电催化氧化技术处理效率不高的短板，开发了一种更加高效低碳的高低压叠加式内循环电催化废水处理技术，该技术和传统电催化不同，传统电催化由于配套阴阳极板间距在1cm左右，且废水电导率多为大于1000μm/cm（电导率太低不适合采用电催化技术），所以这决定了其槽电压不会太高（一般保持在10V以下），而本发明创造通过在传统低压电催化体系中嵌入一套高压电容充放电系统，按照一种固定频率有节奏在水体中配合低压电催化系统充放电，高压放电的瞬间会在特有放电电极之间产生局部高温高压的电子束冲击和氧气的羟基自由基化，而低压电催化系统放电又会在高压电容充放电系统产生足量的氧气，以便于氧气的羟基自由基化，二者结合循环工作实现了对废水的高效处理。

其中电子束冲击能够起到类似低压电催化三类氧化效果中直接电氧化的效果，氧气的羟基自由基化能够起到低压电催化三类氧化效果中羟基自由基氧化效果，就可以更高效的完成低压电催化氧化不易完成的开环断链效果，配合低压电催化反应中占比最大的氯代反应，可实现高效降解水中有机物的效果。

罐体5内对应催化反应机构的位置存在反应腔，循环间隙31和反应间隙30均属于反应腔的一部分，进水机构包括罐体5上设置的进水管6，进水管6伸入罐体5的一端与反应腔连通，另一端设有供水设备7，供水设备7可以采用供水泵，进水管6上也可以设置用于控制进水管6通断的截止阀，用于实现对进水管6进水的控制；其中进水管6与罐体5、供水管与供水设备7之间均可以采用法兰连接；相应的，出水机构包括出水管15，出水管15上也可以设置截止阀，出水管15与罐体5之间也可以采用法兰连接，反应腔即为罐体5内对应进水管6和出水管15之间的腔体。

这种废水处理装置采用下进上出的进水模式，反应腔底部设置进水管6，进水管6伸入反应腔的一端设有弯折部，弯折部对应反应间隙30设置，弯折部朝向反应间隙30的一端设有用于支撑阴极13的支撑底座29，另一端设有用于支撑内层阳极14和外层阳极12的支撑架11，支撑底座29四周设有与进水管6连通的分水孔28，分水孔28沿支撑底座29四周至少均匀设置四个，保证进水管6的进水能均匀分布到反应间隙30内，此处支撑底座29有两个作用：一是支撑内层惰性阴极13；二是分散进水管6进水，将废水扩散到反应间隙30内，提高废水处理的均匀性，进而提高废水的处理效果和处理效果。

通过将进水管6弯折部伸入反应腔，经进水管6排出的水流可以推动罐体5内部分废水进行内循环，增加部分废水在反应腔内的反应时间，以提高整体废水的反应效率和处理效果，为提高水流对罐体5内废水的带动效果，支撑底座29上的分水孔28也可以朝向罐体5顶部设置；当进水以一定的流速打入阴极13和DSA活性阳极之间的反应间隙30，反应间隙30内的废水会快速上升，从而带动DSA活性阳极和尖端放电极板之间循环间隙31的水，能向DSA活性阳极与阴极13之间的反应间隙30流动补充，可以起到搅动水流加速传导的作用，进而提高废水在反应间隙30内的反应效果。

具体的，当罐体5内废水液面越过内层阳极14上端后，一部分废水会通过DSA活性阳极和尖端放电极板之间循环间隙31向下流动，根据流体流动的相关原理，由于反应间隙30和循环间隙31下部连通，所以反应间隙30内向上流动的水流，能对循环间隙31下部的废水起到一定的带动作用，带动废水向上流动；随后循环间隙31上部的废水会继续向下流动对循环间隙31下部水体进行补充，实现废水在反应间隙30和循环间隙31之间的循环。

因此，当进水以一定的流速持续打入阴极13和DSA活性阳极之间的反应间隙30时，罐体5内的废水可以在进水管6水流的带动下，先从反应间隙30和循环间隙31的下部向反应间隙30的上部流动，然后一部分废水经出水管15排出罐体5，另一部分废水从反应间隙30的顶部折返向下，沿循环间隙31向下流动对循环间隙31下部进行补充；随着进水管6持续供水，罐体5内的部分废水能在反应间隙30和循环间隙31内循环流动，使进水管6和出水管15之间的区域均形成有效反应区，有利于提高罐体5内废水整体的处理效果和处理效率。

罐体5从上至下可以分为上中下三层，其中，下层（V下）为存泥腔10，为漏斗状，方便污泥向排泥管9流动，避免污泥在罐体5内残留；中层（V中）为反应腔；上层（V上）为用于稀释氢气的稀释腔2；三个腔体的体积比为V下：V中=1:5-1:10，V中：V上=5:1-10:1，以实现腔体体积的合理分配，满足废水反应、污泥存储、以及氢气稀释的需求。

罐体5下方设有排泥机构，排泥机构包括罐体5下方设置的排泥管9，罐体5内对应催化反应机构下方的位置设有与排泥管9连通的存泥腔10，排泥管9一端与存泥腔10连通，另一端设有用于控制排泥管9通断的控制阀门8；为方便排泥，排泥管9直径可以为进水管6直径的2-5倍，排泥管9与罐体5之间可以通过法兰连接，控制阀门8可以采用现有的电磁阀，电磁阀可通过控制器控制，实现对罐体5的定期排泥，操作简便。

进水管6弯折部上的支撑架11朝向反应腔的一侧间隔设置有至少两个支撑横条27，相邻两个支撑横条27之间存在落泥间隙，每一支撑横条27朝向反应腔的一侧均设有防止污泥沉积的锥端部；为实现对内层阳极14和外层阳极12的稳定支撑，支撑横条27可以间隔设置四个，支撑架11和支撑横条27均可以采用绝缘材质制作，通过在支撑横条27上设置锥端部，并将锥端部对准反应腔，可保证反应腔内产生的水垢污泥能够无阻力的下沉到存泥斗中，避免污泥在支撑架11上存留或堆积，确保内层阳极14和外城阳极能稳定工作。

罐体5上方设有换气机构，换气机构包括罐体5上方设置的排气管1，罐体5上对应排气管1下方的位置设有进气管3，罐体5内对应催化反应机构上方的位置设有用于连通进气管3和排气管1的稀释腔2，进气管3一端与稀释腔2连通，另一端设有鼓风设备4，排气管1一端与稀释腔2连通，另一端设有氢气检测设备20；进气管3和排气管1均可通过法兰与罐体5连接，鼓风设备4可以采用鼓风机，氢气检测设备20可以采用现有氢气检测仪，鼓风机和氢气检测仪均为现有技术，二者可采用现有常规装配方式实现装配，在这里不再赘述。

废水处理过程中会产生氢气，通过设置换气机构，可以将氢气稀释到4%以下浓度，并通过排气管1排放，避免爆炸隐患，提高废水处理装置在运行过程中的安全性；稀释腔2位于罐体5内出水管15以上的无水部分，出气管位于稀释腔2顶部，进气管3位于稀释腔2底部，且进气管3需位于反应腔液面以上5cm-10cm的位置（即出水管15以上位置），避免进气管3进气对废水反应造成影响；氢气从反应腔产生后，会向上流动进入稀释腔2，最后在稀释腔2内与进气管3进气混合稀释后，通过排气管1外排至无遮挡高空后混入大气排放，氢气检测仪则可对排气管1排出的气体进行持续检测，提高了气体排放的安全性。

目前市面上常用实现开环断链的预处理效果的技术方法是把臭氧催化氧化、等离子体催化氧化、芬顿等技术和电催化氧化串联使用，首先废水进入臭氧、芬顿、等离子体等设备中进行开环断链，然后再进入电催化氧化装置中进行小分子的深度去除，这在一定程度上可以提高电催化氧化效率，但是这种单纯的串联工艺有如下缺点：不同种类的设备串联，会导致工艺流程加长，占地面积增大，设备的总体投资也会相应增加；臭氧、等离子体设备都需要额外向水中曝气，这会增加全套设备的运行成本；不同工艺的串联会增加控制点数量，导致工艺正常运行中故障风险增大，不利于其长时间稳定运行；正常运行中，针对不同工艺需要调节不同的运行参数，这对于实际运行操作人员的技术能力提出了较高的要求，没有经过系统专业培训的公认无法上岗操作，从而提高了废水处理装置运维难度和运行成本。

本发明创造提供的这种废水处理装置中，由于电催化氧化低压回路产生的氧气足以满足高压电容充放电回路的后续反应需求，所以罐体上无需再设置预处理机构，简化了装置结构，降低了废水处理装置的运维难度和运行成本，换气机构在在实际运行过程中，经进气管进入罐体内的气体不参与反应腔内废水的反应，也不会对废水反应造成影响，因此废水处理装置在处理过程中，对进气管内进入气体的要求不高，可直接使用外接空气，进一步降低了废水处理装置的运行成本，使这种废水处理装置适合大规模推广应用。

本发明创造通过高低压叠加式电催化技术，实现电子束轰击+羟基自由基预氧化开环断链，再辅以低压电催化氯代作用，克服现有常用的不同种类设备串联的工艺，缩短工艺流程，减小占地面积，降低设备的总体投资在10%左右；而且电催化氧化低压回路中DSA活性阳极附近可产氧气，氧气可以被高压电容充分电回路二次利用产生羟基自由基，从而避免现有设备中需要向水中曝气的操作，降低设备的运行成本，且罐体内循环式水流流态可以起到搅拌作用，增加传质效率，比单独电催化氧化工艺可以节约能耗约30%左右，比臭氧、等离子体、芬顿等工艺串联电催化氧化时，可以节约能耗约25%左右。

实施例：1、河北唐山某企业零排放工艺双膜浓水，进水COD=367mg/L，该双膜系统进水为厂区生化系统出水，因此剩余有机物多为无法继续生化的物质，针对此种双膜浓水，厂方原有工艺为电催化工艺，出水COD达到50mg/L以下，运行每吨水平均能耗为20kwh，采用本发明创造提供的这种高低压叠加式内循环电催化废水处理装置进行中试，相同进出水指标，后者每吨水处理能耗为15kwh，节约能耗25%。

2、天津市某电厂循环水外排浓水，进水COD=152mg/L，要求出水COD≤50mg/L，由于此废水中含有大量杀生剂，因此无法进行生化处理，厂家倾向于电化学工艺进行处理，通过现场中试，单纯电催化氧化工艺处理至出水COD=42mg/L时，每吨水能耗为7kwh，而采用本发明创造提供的这种高低压叠加式内循环电催化废水处理装置时，出水COD=40mg/L时每吨水能耗为5kwh，节约能耗29%。

本发明创造通过采用叠加式组合工艺对废水进行处理，可以最大限度的缩短工艺中的控制点数量，保证废水处理装置能够长时间稳定运行，且易于废水处理装置的放大化生产，通过降低了废水处理装置的结构和操作复杂度，降低了实际废水处理工艺对操作人员的技术要求，方便人员上岗操作。

本发明创造提供了一种高低压叠加式内循坏电催化废水处理装置及方法，克服了现有废水处理装置需不同种类设备串联的废水处理工艺，缩短了废水处理工艺流程，减小了废水处理装置占地面积，降低了废水处理装置的总体投资；在废水处理装置运行对废水进行处理时，无需再向废水中进行曝气，降低了废水处理装置的运行成本；通过简化废水处理装置及工艺方法，最大限度的缩短废水处理工艺中的控制点数量，可保证废水处理装置能够长时间稳定运行，提高了废水处理装置在运行过程中的稳定性和安全性，降低了废水处理装置实际运行时对操作人员的技术要求，方便人员上岗操作，使这种废水处理装置适合大规模推广应用。

以上所述仅为本发明创造的较佳实施例而已，并不用以限制本发明创造，凡在本发明创造的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明创造的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种高低压叠加式内循环电催化废水处理装置，其特征在于：包括罐体(5)、罐体(5)下方设置的排泥机构、以及罐体(5)上方设置的换气机构，罐体(5)内设有催化反应机构，罐体(5)上对应催化反应机构下方的位置设有进水机构、对应催化反应机构上方的位置设有出水机构；

所述催化反应机构包括罐体(5)内设置的阴极(13)，阴极(13)外侧依次设有内层阳极(14)和外层阳极(12)，内层阳极(14)和外层阳极(12)之间存在与罐体(5)内腔连通的循环间隙(31)，阴极(13)与内层阳极(14)之间存在反应间隙(30)，反应间隙(30)通过罐体(5)内腔与循环间隙(31)连通；所述外层阳极(12)上对应内层阳极(14)的位置设有尖端放电电极(24)，尖端放电电极(24)一端设置在外层阳极(12)上，另一端穿过内层阳极(14)伸入反应间隙(30)内，内层阳极(14)上对应尖端放电电极(24)的位置设有用于绝缘内层阳极(14)和尖端放电电极(24)的绝缘组件；

所述内层阳极(14)上设有便于尖端放电电极(24)穿过的通孔(26)，绝缘组件包括内层阳极(14)上对应通孔(26)设置的绝缘垫环(25)，尖端放电电极(24)穿过绝缘垫环(25)，绝缘垫环(25)内侧与尖端放电电极(24)密封贴合，外侧与内层阳极(14)密封贴合；

所述外层阳极(12)通过高压电容器(17)与脉冲式直流电源(18)连接，内层阳极(14)与稳压式直流电源(19)连接。

2.根据权利要求1所述的一种高低压叠加式内循环电催化废水处理装置，其特征在于：所述罐体(5)内对应催化反应机构的位置存在反应腔，进水机构包括罐体(5)上设置的进水管(6)，进水管(6)伸入罐体(5)的一端与反应腔连通，另一端设有供水设备(7)。

3.根据权利要求2所述的一种高低压叠加式内循环电催化废水处理装置，其特征在于：所述进水管(6)伸入反应腔的一端设有弯折部，弯折部对应反应间隙(30)设置，弯折部朝向反应间隙(30)的一端设有用于支撑阴极(13)的支撑底座(29)，另一端设有用于支撑内层阳极(14)和外层阳极(12)的支撑架(11)，支撑底座(29)四周设有与进水管(6)连通的分水孔(28)。

4.根据权利要求3所述的一种高低压叠加式内循环电催化废水处理装置，其特征在于：所述支撑架(11)朝向反应腔的一侧间隔设置有至少两个支撑横条(27)，相邻两个支撑横条(27)之间存在落泥间隙，每一支撑横条(27)朝向反应腔的一侧均设有防止污泥沉积的锥端部。

5.根据权利要求1所述的一种高低压叠加式内循环电催化废水处理装置，其特征在于：所述排泥机构包括罐体(5)下方设置的排泥管(9)，罐体(5)内对应催化反应机构下方的位置设有与排泥管(9)连通的存泥腔(10)，排泥管(9)一端与存泥腔(10)连通，另一端设有用于控制排泥管(9)通断的控制阀门(8)。

6.根据权利要求1所述的一种高低压叠加式内循环电催化废水处理装置，其特征在于：所述换气机构包括罐体(5)上方设置的排气管(1)，罐体(5)上对应排气管(1)下方的位置设有进气管(3)，罐体(5)内对应催化反应机构上方的位置设有用于连通进气管(3)和排气管(1)的稀释腔(2)，进气管(3)一端与稀释腔(2)连通，另一端设有鼓风设备(4)，排气管(1)一端与稀释腔(2)连通，另一端设有氢气检测设备(20)。

7.根据权利要求1所述的一种高低压叠加式内循环电催化废水处理装置，其特征在于：所述内层阳极(14)和外层阳极(12)均为筒状电极，内层阳极(14)、外层阳极(12)以及阴极(13)三者同轴设置，尖端放电电极(24)沿内层阳极(14)周向设置有多个，外层阳极(12)两端均通过密封环(23)与罐体(5)连接。

8.一种应用权利要求2所述高低压叠加式内循环电催化废水处理装置的废水处理方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1、将内层阳极(14)及阴极(13)与稳压式直流电源(19)连接，组成电催化氧化低压回路；

S2、将外层阳极(12)及阴极(13)通过高压电容器(17)与脉冲式直流电源(18)连接，组成高压电容充放电回路，利用高压电容器(17)反复充放电，实现高压电容充放电回路的间隔通断；

S3、通过进水管(6)向罐体(5)内注入待处理废水，利用经进水管(6)进入罐体(5)内的水流带动罐体(5)内的废水在反应间隙(30)和循环间隙(31)之间循环流动；

S4、接通电催化氧化低压回路和高压电容充放电回路，电催化氧化低压回路通电，脉冲式直流电源(18)对高压电容器(17)进行充电；

当高压电容器(17)中的电压超过一定值时，高压电容充放电回路通电，在高压电容充放电回路通电前，断开电催化氧化低压回路；

当高压电容器(17)中的电压释放完毕后，高压电容充放电回路断电，再次接通电催化氧化低压回路，电催化氧化低压回路通电，脉冲式直流电源(18)对高压电容器(17)再次进行充电；

电催化氧化低压回路和高压电容充放电回路依次循环通断电，实现对废水的高低压叠加式处理。

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