CN113943035B - 一种电催化污水处理装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种电催化污水处理装置及方法,属于污水处理技术领域。包括反应器本体1为绝缘层壳体;反应器本体上设绝缘盖板2;盖板中间设反应器绝缘隔板3;绝缘盖板2上设置有气孔12;在绝缘盖板2的中心位置设置有一长条形通孔,长条形通孔外设置有密封橡胶圈8,反应器绝缘隔板3穿过密封橡胶圈8直达反应器本体1的底部;反应器内部铺满催化剂颗粒物13或在阳极室中间放置铁板;本发明的电催化污水处理装置,催化剂成本低,处理污水效果显著。
Description
技术领域
本发明涉及一种电催化污水装置及方法,属于污水处理技术领域。
背景技术
当今世界范围内,处理污水方案有许多,但都存在各自局限,处理成本低廉的效果欠佳,处理效果明显的比如湿式氧化,超临界氧化等,由于高温高压原因,处理成本极为高昂,仅限于小范围应用。
高铁酸钠是一种非常高效的水处理用剂,传统的制备方法需要用到烧碱和电解膜;成本昂贵,设备维护繁琐,
发明内容
本发明提出一种新的方案,生成高铁酸钠不用烧碱和电解膜,节约成本费用,简化生产工艺,同时电催化污水装置处理污水效果显著。
为了解决上述技术问题,本发明提出的技术方案是:一种电催化污水处理装置,包括反应器本体(1)为绝缘层壳体;反应器本体上设绝缘盖板(2);盖板中间设反应器绝缘隔板(3);绝缘盖板(2)上设置有气孔(12);在绝缘盖板(2)的中心位置设置有一长条形通孔,长条形通孔外设置有密封橡胶圈(8),反应器绝缘隔板(3)穿过密封橡胶圈(8)直达反应器本体(1)的底部;所述反应器绝缘隔板(3)下部开有<1mm的缝隙;
反应器本体(1)上部分别设有进水阀(9)和出水阀(10)、位于反应器本体(1)的两侧上部;
从绝缘盖板(2)的两端且紧贴反应器本体(1)的内壁处分别插置阳极电极(4)和阴极电极(5);阳极电极(4)连接到电源(7)的正极和阴极电极(5)连接到电源(7)的负极;所述电源(7)的电压为50-100V;
优选的,反应器内部铺满催化剂颗粒物(13)或在阳极室中间放置铁板;所述催化剂颗粒物(13)为金属和N型半导体、金属和P型半导体、N型半导体和P型半导体的任一组合。
优选的,所述金属为Fe、Ti、Cu、Ni或Sn;所述P型半导体为NiO、CuO或BaTiO3;所述N型半导体为Fe2O3、TiO2或SnO2。绝缘盖板(2)通过螺钉(6)与反应器本体(1)可拆卸地连接。
优选的,反应器绝缘隔板(3)底部直抵反应器本体(1)的底部。
优选的,阳极电极(4)和阴极电极(5)直达反应器本体(1)的底部。
优选的,在出水阀(10)的出水口处设置有滤网(11);可防止颗粒物外排。
优选的,反应器本体(1)为玻璃钢绝缘层壳体,垂直放置,所述反应器高度大于2m。
优选的,当在阳极电极为铁板;将绝缘盖板(2)上的反应器绝缘隔板(3)向阴极电极侧移动,且本装置中的反应器绝缘隔板(3)距离阴极电极(5)距离为5mm,反应器隔板(3)距离反应器本体(1)的底部5mm;
反应器本体1下部分别设有进水阀(9)和出水阀(10)、进水阀(9)位于反应器本体(1)的阳极室内底部;出水阀(10)位于反应器本体(1)的阳极室内上部,在出水阀(10)的出水口处设置有滤网(11);可防止颗粒物外排。
为了解决上述技术问题,本发明提出的技术方案是:所述电催化污水处理方法,当所述催化剂颗粒物(13)为金属和N型半导体时;反应步骤:打开进水阀,污染水流进反应器,同时接通电源,电场的作用下形成金属与N型半导体之间的高位电势差,从而N型半导体形成空穴氧带正电,具备强氧化性,进而降解有机污染物,发生内电解反应;当水面升至出水阀高度时,污染水在处理器中停留20-40min,处理后的污水经出水阀流出;
所述的污染水为离子型有机物:刚果红、亚甲基蓝、甲苯、苯酚苯或氯苯;
当所述催化剂颗粒物(13)为金属和P型半导体时;反应步骤:打开进水阀,污染水流进反应器,同时接通电源,电场的作用下形成金属与P型半导体之间的高位电势差,从而P型半导体带负电,具备还原性,进而降解重金属离子,发生内电解反应;当水面升至出水阀高度时,污染水在处理器中停留20-40min,处理后的污水经出水阀流出;
所述的污染水为重金属离子:Cu、Ge、Mn、Ni或Hg;
当所述催化剂颗粒物(13)为N型半导体和P型半导体;反应步骤:打开进水阀,污染水流进反应器,同时接通电源,电场的作用下形成P型半导体与N型半导体之间的高位电势差,从而N型半导体形成空穴氧带正电,具备强氧化性,进而降解有机污染物,P型半导体带负电,具备还原性,进而降解重金属离子,发生内电解反应;当水面升至出水阀高度时,污染水在处理器中停留20-40min,处理后的污水经出水阀流出;
所述的污染水为电镀废水,化工废水,印染废水。
优选的,电解池阳极电极为铁板,进水口注入食盐水,接通直流电流,阳极生成Na2Fe O4用于污水处理。
本发明的有益效果:
本发明的电催化污水处理装置,催化剂成本低,处理污水效果显著;生成高铁酸钠不用烧碱和电解膜,节约成本费用,简化生产工艺,可用于处理污水。
附图说明
下面结合附图对本发明的作进一步说明。
图1是实施1为电催化污水装置结构示意;
图2是实施4为电催化污水装置结构示意
图3为本发明催化剂内电解示意图
其中:图1中1-反应器本体、2-绝缘盖板、3-隔板、4-阳极电极、5-阴极电极、6-螺钉、7-电源、8-密封橡胶圈、9-进水阀、10-出水阀、11-滤网、12-气孔、13-催化剂颗粒物、14-待处理废水。
具体实施方式
实施例1
包括反应器本体1为绝缘层壳体;反应器本体上设绝缘盖板2;盖板中间设反应器隔板3;绝缘盖板2上设置有气孔12;在绝缘盖板2的中心位置设置有一长条形通孔,长条形通孔外设置有密封橡胶圈8,反应器隔板3穿过密封橡胶圈8直达反应器本体1的底部。绝缘盖板2通过螺钉6与反应器本体1可拆卸地连接。
反应器内部铺满催化剂颗粒物13,所述催化剂为金属Fe和N型半导体Fe2O3;
从绝缘盖板2的两端且紧贴反应器本体1的内壁处分别插置阳极电极4和阴极电极5;阳极电极4和阴极电极5直达反应器本体1的底部;阳极电极4连接到电源7的正极和阴极电极5连接到电源7的负极。
所述电源的电压为50-100V;
反应器本体1上部分别设有进水阀9和出水阀10、位于反应器本体1的两侧上部;在出水阀10的出水口处设置有滤网11;可防止颗粒物外排。
反应器本体1为玻璃钢绝缘层壳体,垂直放置,所述反应器高度大于2m。
反应器内部铺满催化剂,所述催化剂为金属和N型半导体,从绝缘盖板2的两端且紧贴反应器本体1的内壁处分别插置阳极电极4和阴极电极5;阳极电极4连接到电源7的正极和阴极电极5连接到电源7的负极;
催化剂在电势差的作用下带电情况见图3-A.所述反应器绝缘隔板3下部开有<1mm的缝隙;可以通过水,能截留大部分催化剂及污染水;
反应步骤:打开进水阀,污染水流进反应器,同时接通电源,电场的作用下形成金属与N型半导体之间的高位电势差,从而N型半导体形成空穴氧带正电,具备强氧化性,进而降解有机污染物,发生内电解反应;当水面升至出水阀高度时,污染水在处理器中停留20-40min,处理后的污水经出水阀流出。
实施例2
基本同实施1,不同之处在于:反应器内部铺满催化剂,所述催化剂为金属Fe和P型半导体CuO;
催化剂在电势差的作用下带电情况见图3-B.所述反应器绝缘隔板3下部开有<1mm的缝隙;可以通过水,能截留大部分催化剂及污染水;
反应步骤:打开进水阀,污染水流进反应器,同时接通电源,电场的作用下形成金属与P型半导体之间的高位电势差,从而P型半导体带负电,具备还原性,进而降解重金属离子,发生内电解反应;当水面升至出水阀高度时,污染水在处理器中停留20-40min,处理后的污水经出水阀流出;所述的污染水为重金属离子:Cu、Ge、Mn、Ni或Hg。
表1电镀废水处理
检测项目 | 处理前 | 处理后 | 单位 | |
1 | <![CDATA[Cu<sup>2+</sup>]]> | 65 | 0.5 | mg/L |
2 | <![CDATA[Ni<sup>2+</sup>]]> | 50 | 0.8 | mg/L |
3 | 总Cr | 135 | 2 | mg/L |
4 | <![CDATA[Cr<sup>2+</sup>]]> | 115 | 0.4 | mg/L |
5 | COD | 90 | 60 | mg/L |
实施例3
基本同实施1,不同之处在于:反应器内部铺满催化剂,所述催化剂为P型半导体CuO和N型半导体Fe2O3,
催化剂在电势差的作用下带电情况见图3-C.所述反应器绝缘隔板3下部开有<1mm的缝隙;可以通过水,能截留大部分催化剂及污染水;
反应步骤:打开进水阀,污染水流进反应器,同时接通电源,电场的作用下形成P型半导体与N型半导体之间的高位电势差,从而N型半导体形成空穴氧带正电,具备强氧化性,进而降解有机污染物,P型半导体带负电,具备还原性,进而降解重金属离子,发生内电解反应;当水面升至出水阀高度时,污染水在处理器中停留20-40min,处理后的污水经出水阀流出;所述的污染水为电镀废水,化工废水,印染废水等。
采用实施例1的内电解水处理装置处理混合型有机磷农药污水的实验结果见表1:
表2
环境温度:31℃,环境湿度:52%RH
实施例4
在本实施例的装置中,将绝缘盖板2上的反应器隔板3向阴极电极侧移动,且本装置中的反应器绝缘隔板3距离阴极电极5距离约为5mm。反应器隔板3且距离反应器本体1的底部约5mm。
反应器本体1下部分别设有进水阀9和出水阀10、水阀9位于反应器本体1的阳极室内底部;出水阀10位于反应器本体1的阳极室内上部;本装置中出水阀附近还设有水泵,用于将污水在装置内充分反应后从上面的出水阀排出,在出水阀10的出水口处设置有滤网11;可防止颗粒物外排。
反应器阳极电极为铁板,相比于铁颗粒不容易发生催化剂板结。
具体方案是,进水口注入食盐水,接通直流电流,此时发生电化学反应如下:
电解食盐水:
2NaCl+2H2O→Cl2↑+2NaOH+H2↑
铁阳极氧化生成亚铁离子:
氯气与水反应(氢氧化钠水)
Cl2+2NaOH→NaCl+NaClO+H2O
Fe2+水中氧化
4Fe2++3O2↑+6H2O→4Fe(OH)3
4Fe(OH)3+3O2↑+8NaOH→4Na2FeO4+10H2O
阳极生成Na2 Fe O4用于污水处理
以上实施例中所述金属为Fe,Ti,Cu,Ni或Sn;所述P型半导体为NiO、CuO,BaTiO3;所述N型半导体为Fe2O3、TiO2,SnO2,也能达到本发明处理污水的效果。
本发明的不局限于上述实施例所述的具体技术方案,凡采用等同替换形成的技术方案均为本发明要求的保护范围。
Claims (8)
1.一种电催化污水处理装置,其特征在于: 包括反应器本体(1),反应器本体(1)为绝缘层壳体;反应器本体上设绝缘盖板(2);盖板中间设反应器绝缘隔板(3);绝缘盖板(2)上设置有气孔(12);在绝缘盖板(2)的中心位置设置有一长条形通孔,长条形通孔外设置有密封橡胶圈(8),反应器绝缘隔板(3)穿过密封橡胶圈(8)直达反应器本体(1)的底部;
所述反应器绝缘隔板(3)下部开有<1mm的缝隙;
反应器本体(1)上部分别设有进水阀(9)和出水阀(10)、位于反应器本体(1)的两侧上部;
从绝缘盖板(2)的两端且紧贴反应器本体(1)的内壁处分别插置阳极电极(4)和阴极电极(5);阳极电极(4 )连接到电源(7)的正极和阴极电极(5)连接到电源(7)的负极;所述电源(7)的电压为50-100V;
反应器内部铺满催化剂颗粒物(13)或铁板作阳极;所述催化剂颗粒物(13)为金属和N型半导体、金属和P型半导体、N型半导体和P型半导体的任一组合;
所述金属为Fe、Ti、Cu、Ni或Sn;所述P型半导体为NiO、CuO或BaTiO3;所述N型半导体为Fe2O3、TiO2或SnO2。
2.根据权利要求1所述电催化污水处理装置,其特征在于: 绝缘盖板(2)通过螺钉(6)与反应器本体(1)可拆卸地连接,反应器绝缘隔板(3)底部直抵反应器本体(1)的底部。
3.根据权利要求1所述电催化污水处理装置,其特征在于:阳极电极(4)和阴极电极(5)直达反应器本体(1)的底部。
4.根据权利要求1所述电催化污水处理装置,其特征在于:在出水阀(10)的出水口处设置有滤网(11);可防止颗粒物外排。
5.根据权利要求1所述电催化污水处理装置,其特征在于:反应器本体(1)为玻璃钢绝缘层壳体,垂直放置,所述反应器高度大于2m。
6.根据权利要求1所述电催化污水处理装置,其特征在于:当阳极电极为铁板; 将绝缘盖板(2)上的反应器绝缘隔板(3)向阴极电极侧移动,且本装置中的反应器绝缘隔板(3)距离阴极电极(5)距离为5mm,反应器绝缘隔板(3)距离反应器本体(1)的底部5mm;
反应器本体(1)下部分别设有进水阀(9)和出水阀(10)、进水阀(9)位于反应器本体(1)的阳极室内底部;出水阀(10)位于反应器本体(1)的阳极室内上部,在出水阀(10)的出水口处设置有滤网(11);可防止颗粒物外排。
7.根据权利要求1-6任一所述的电催化污水处理装置用于水处理的方法,其特征在于:当所述催化剂颗粒物(13)为金属和N型半导体时;反应步骤:打开进水阀,污染水流进反应器,同时接通电源,电场的作用下形成金属与N型半导体之间的高位电势差,从而N型半导体形成空穴氧带正电,具备强氧化性,进而降解有机污染物,发生内电解反应;当水面升至出水阀高度时,污染水在处理器中停留20-40min,处理后的污水经出水阀流出;
所述的污染水中污染物为离子型有机物:刚果红、亚甲基蓝、甲苯、苯酚苯或氯苯;
当所述催化剂颗粒物(13)为金属和P型半导体时;反应步骤:打开进水阀,污染水流进反应器,同时接通电源,电场的作用下形成金属与P型半导体之间的高位电势差,从而P型半导体带负电,具备还原性,进而降解重金属离子,发生内电解反应;当水面升至出水阀高度时,污染水在处理器中停留20-40min,处理后的污水经出水阀流出;
所述的污染水中污染物为重金属离子:Cu、Ge、Mn、Ni或Hg;
当所述催化剂颗粒物(13)为N型半导体和P型半导体;反应步骤:打开进水阀,污染水流进反应器,同时接通电源,电场的作用下形成P型半导体与N型半导体之间的高位电势差,从而N型半导体形成空穴氧带正电,具备强氧化性,进而降解有机污染物,P型半导体带负电,具备还原性,进而降解重金属离子,发生内电解反应;当水面升至出水阀高度时,污染水在处理器中停留20-40min,处理后的污水经出水阀流出;
所述的污染水为化工废水。
8.根据权利要求7所述的电催化污水处理装置用于水处理的方法,其特征在于: 阳性电极为铁板,进水口注入食盐水,接通直流电流, 阳极生成Na2 Fe O4用于污水处理。
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