CN205653218U - 多维电解污水处理设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型发明根据现有电催化氧化反应器中存在的不足，提供一种多维电解污水处理设备，多维电极能够增加电解槽的面体比，提高电流效率和处理能力，催化剂大大提高了电解反应的活性，减少反应时间和能耗。废水中COD、氨氮的去除率可以高达99%以上，而去除10g的COD所需电耗只有1kw.h。同阴阳离子自动渗析到阴阳离子槽中，实现酸碱的回收。

Description

多维电解污水处理设备

技术领域

本实用新型发明涉及化工、印染、制药等行业的高浓度有机物和高盐废水领域的一种多维电解污水处理设备。

背景技术

氧化还原是水处理技术中最重要的物化处理方法之一，而电催化氧化还原技术则是一种新型氧化还原技术。用电化学氧化法降解废水中的有机物，可分为在阳极表面及附近的直接氧化和远离电极表面的间接氧化2种。直接电氧化是指有机污染物在电极表面电子的直接传递或与电极表面上产生的强氧化剂作用，被氧化成毒性较低的或易生物降解的物质，甚至将有机物直接氧化成无机物。间接电氧化是利用电化学反应产生的强氧化剂，这些物质传质到本体溶液中，与污染物发生反应使其降解。由于间接氧化既在一定程度上发挥了阳极的直接氧化作用，又利用了产生的氧化剂，因此处理效率大为提高。

电化学方法治理污水，具有无需添加氧化剂、絮凝剂等化学药品，设备体积小，占地面积少，操作简便灵活等优点。但电化学方法一直存在着能耗大、成本高等缺点，从而大大限制了电化学处理废水在工业中的应用。

发明内容

本实用新型发明根据现有电催化氧化反应器中存在的不足，提供一种多维电解污水处理设备，多维电极能够增加电解槽的面体比，提高电流效率和处理能力，催化剂大大提高了电解反应的活性，减少反应时间和能耗；同时实现自动渗析酸碱，具有降解有机物效率高、可靠性强、耐用性长、能耗低等特点。

本实用新型发明是通过以下技术方案实现的：

高浓度或高盐有机废水进入到填满催化剂填充物的电解槽中，然后在石墨复合极板中通入低压高频脉冲直流电源，保持恒流模式(通常电流调节为0.1A)，根据废水电导率的不同，自动调节电压。同时打开曝气装置，调节曝气量，使气相和液相扩散保持平衡。通过调节进水量的大小，可以调整废水在反应槽中的停留时间，或者通过多槽串联反应的方式，增加反应时间，废水中COD、氨氮的去除率可以高达99%以上，而去除10g的COD所需电耗只有1kw.h。同酸碱离子自动渗析到阴阳离子槽中，实现酸碱的回收。

附图说明

图1为多维电解污水处理设备结构平面示意图。

图2为多维电解污水处理设备结构立面示意图。

图3 电化学氧化中污染物的去除机理。

图中：① 正极电极板；② 负极电极板；③ 催化剂填充物；④阳膜；⑤阴膜；⑥阳离子液槽；⑦阴离子液槽；⑧ 曝气装置；⑨ 气体扩散层；⑩ 出水槽。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型发明作进一步说明：

催化电解法中COD、NH₃–N 的去除，通常都是通过阳极的直接氧化作用和溶液中的间接氧化作用实现的(如图3 所示)。

阳极直接氧化是由于水分子在阳极表面上放电，产生被吸附的﹒OH，﹒OH 对被吸附在阳极上的有机物亲电进攻，发生如式(1)~(4)所示的氧化反应

阳极：

2H₂O → 2HO﹒ + 2H+ + 2e^– (1)

2NH₃ + 6HO﹒ → N₂ + 6H₂O (2)

有机物 + HO﹒ → CO₂ + H₂O (3)

2HO﹒ → H₂O + 12O₂ (4)

间接氧化是在电解过程中，通过电化学反应产生强氧化剂(如ClO^–、高价金属离子等)，有机物在溶液中被这些氧化剂所氧化，如式(5)~(9)所示。

阳极：

Cl^– → Cl₂ + 2e^– (5)

溶液中：

Cl₂ + H₂O → HOCl + H⁺ + Cl^– (6)

HOCl + NH₄ ⁺→ NH₂Cl + H₂O + H⁺ (7)

NHCl₂ + H₂O → NOH + 2H₂ + 2Cl– (8)

NHCl₂ + NOH → N₂ + HOCl + H⁺ + Cl^– (9)

有机物电化学降解过程主要通过以下步骤进行：

首先，H₂O 或OH–通过在阳极上放电，产生物理吸附态的羟基自由基(•OH)：

MOx + H₂O → MOx(﹒OH)+ H⁺ + e^– (10)

吸附态的羟基自由基(﹒OH)与有机物发生电化学

燃烧反应：

R + MOx(·OH)→ CO₂ + H⁺ + e^– + MOx (11)

同时，如果吸附态羟基自由基能与氧化物阳极发生快速氧化反应，氧从羟基自由基上迅速转移到氧化物阳极的晶格上而形成高价氧化物MOx ^{+ 1}，而阳极表面的羟基自由基保持在很低的水平，那么高价金属氧化物与有机物会发生选择性氧化反应，如式(12)和式(13)所示。

MOx (·OH)→ MOx ^{+ 1} + H⁺ + e^– (12)

R + MOx ^{+ 1} → RO + MOx (13)。

Claims (5)

1.一种多维电解污水处理设备，包括电解槽和电极板，电极板设置在电解槽内两侧，其特征在于：所述的电极板由正电极板和负电极板组成，正电极板和负电极板与电源相连，极板正负间穿插电解阴阳离子膜，由氟化高聚物组成，因此惰性强；正电极板和负电极板之间设有催化剂填充物，填充物为碳载四氧化三钴和碳载氧化钴；填充物与电极板间设有气体扩散层。

2.根据权利要求1所述的一种多维电解污水处理设备，其特征在于：所述的电源为低压高频脉冲直流电。

3.根据权利要求1所述的一种多维电解污水处理设备，其特征在于：所述的电极板石墨复合极板。

4.根据权利要求1所述的一种多维电解污水处理设备，其特征在于：所述的电解阴阳离子膜，由氟化高聚物组成。

5.根据权利要求1所述的一种多维电解污水处理设备，其特征在于：所述的电解催化剂填充物，由碳载四氧化三钴和碳载氧化钴组成。