CN207047027U - 一种可分离式催化耦合电解的水处理装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种可分离式催化耦合电解的水处理装置，实现单一电解工艺研究与应用、电解技术与催化氧化或光催化技术耦合应用的多功能水处理实验装置。对单一电解槽进行结构优化，设置电极板间隔支架、绝缘密封部、特定管线布置位置，实现电极板的无阻碍安装，与电源线连接的接触电阻小，可浸没于水中，且可调节技术参数与动态运行。在进行催化氧化与电解技术耦合时，设置填料容纳网袋便于催化填料的装填与整体转移，通过特定的结构空间安排，装置自身产生的氧化性物质可作为催化氧化技术的氧化剂，实现技术耦合，达到优于两种技术简单联用的效果。装置整体为可分离式组合，便于安装与维修。

Description

一种可分离式催化耦合电解的水处理装置

技术领域

本实用新型涉及一种水处理装置，属于水污染治理领域，具体地说是一种电解技术与催化氧化或光催化技术耦合的污水处理装置。

背景技术

电解技术是水处理领域中高级氧化技术的一个分支，与物理化学法、化学法、生物法处理相比，具有无二次污染、多功效、节约用地、易实现自动化等优点。在高污染、高盐等难降解废水的处理以及深度处理中具有突出优势。

现有技术问题

随着高级氧化技术的发展与丰富，电解技术在废水处理中的应用与研究越来越广泛，为进一步提高降解污染物能力，与催化氧化、光催化、磁化、超声等技术结合使用越来越多。在技术研究与应用中，开发一个结构设计良好，便于技术参数调整，可实现多重功能的装置对研究内容的深化及工程应用有重要作用。目前研究与工程使用的装置多为常规、单一的电解槽，与其他高级氧化技术结合过程中，多为简单的多个装置联用，未能通过装置的结构设计进行改良与整合，以改善水体与催化介质的接触与流动，从而提升处理效果。

现有手段不足

单一电解技术研究与应用中，电极板供电时，为防止供电接触水样造成漏电，常保持上部一定面积的电极板露出水面，再用金属夹夹持接触连接，存在较大的接触电阻，影响能源利用，且不能充分利用电极板的催化面积。实际操作中，常通过在电极板上打孔，再穿入不同长度的螺栓以设定不同电极板间距，尤其是使用多对电极板时操作不便。曝气搅拌时，气管常为简单地从电极板间伸至电极板下，电极板与气管交错，对电极板操作时造成不便。而且，面体比等运行参数固定，运行参数不便于调整。

电解技术与催化氧化技术进行结合时，常将一个电解装置与一个催化氧化装置联用，两者之间需要增加动力设备如水泵、曝气泵，催化氧化装置还需添加氧化剂，而电解产生的氧化物质如氯气不能被催化填料所利用而浪费，且造成一定的大气污染。

光催化技术在应用或与电解技术技术结合时，通常在装置的上方架上紫外灯管，再紫外灯管上方加灯罩，没有固定的放置位置，紫外灯容易移位甚至从装置上坠落，存在不安全因素，另外装置四壁会透过或者吸收紫外线，辐射光线不能高效利用。

实用新型内容

为了解决上述问题，本实用新型提供一种既可进行单一电解技术研究与应用，又可以进行催化氧化或光催化技术与电解技术耦合的污水处理装置。通过对常规电解槽改进以及划分、添加相关结构，实现进行单一电解技术研究与应用时，可便于设定极板间距、面体比等技术参数；在进行催化氧化或光催化技术与电解技术耦合时，装置设计为可拆卸式组合，方便切换装置处理技术耦合与安装检修。在进行催化氧化与电解技术耦合研究与应用时，通过特定的空间结构安排，装置自身产生的氧化物质作为催化氧化技术的氧化剂，可节约或免去氧化剂投加。在进行光催化氧化与电解技术耦合研究与应用时，可实现光催化、电解一体化，并增加对紫外光的利用率。

技术方案

为实现本实用新型的技术效果，通过以下技术方案实现：可分离式催化耦合电解的水处理装置，包括装置槽体、电极板单元、曝气单元、催化氧化单元、光催化单元五大部分。

装置槽体又分为槽底、槽身、槽盖、进水管、出水管、反光膜六个部件。长方形的槽身有两侧宽侧身与两侧窄侧身。槽身底部固定在槽底上，进水管设在一侧窄侧身的竖中央线下部，若干个出水管设在相对侧窄侧身竖中央线不同高度，出水位置可变，可实现水力停留时间。槽盖可分离的盖于槽身正上方，槽身范围内上方的槽盖均匀开有用于放置光催化灯套管的套管孔，盖于槽身两侧窄身上边缘中间的上方槽盖各开一个用于导入电源线与气管到装置内的管线孔。两侧宽侧身设置间隔为1cm，宽为2mm的从上至下的浅槽。

电极板单元有电极板间隔支架、电极板、电极板连接端部、电极板电源线、绝缘密封部组成。在槽底平行于宽侧身的两内侧各固定粘接一条电极板间隔支架，电极板间隔支架上部每1cm设置一道宽2mm、深15～20mm的插缝，两端的下部向下延伸5～15mm长的方形支柱，下方形成的空间可容纳曝气单元的部件。电极板间隔支架左右两端与槽身有10mm间距，可布置电极板电源线。电极板间隔支架上部插缝与槽身浅槽一一对应，电极板竖向平行地、可不同间隔地、可分离地承插在两条电极板间隔支架的上部插缝中，电极板两竖边可分离地嵌入槽身对应的浅槽中。电极板一边下部的电极板连接端部与电极板电源线进行导电连接，如焊接，绑接等，电气连接点经防水环氧树脂灌封胶包裹，形成绝缘密封部，并起到防水绝缘作用。极板电源线向下在电极板间隔支架支撑的底部空间沿槽底布置，穿过电极板间隔支架两端与槽身之间的空间后，并沿两侧窄侧身内壁的竖中央线向上布置，并延伸至装置外接通电源。电极板厚度为1～2mm，分阴极板与阳极板。阴极可由不锈钢、纯钛板、石墨板等可与阳极形成回路并产生还原性物质的材料制成。阳极可由钛基涂钌铱、铱钽、铂铱等氧化物或混合物的复合电极板等有电催化活性的材料制成，并产生羟基自由基、活性氯等氧化性强的物质。电极板间距可通过置于电极板间隔支架的上部的不同插缝上进行调节。

曝气单元有曝气主体、气管两部件。曝气主体可为砂头、纳米曝气管、曝气盘等可补充氧气于水中的，并实现气泡搅动水体的部件，以3～8个砂头或依槽底板盘成螺旋状的纳米曝气管为佳。曝气主体可分离的置于槽底板与电极板间隔支架之间的空间中，并与软性输送气体的气管连接。气管可沿着槽底板布置，并向上沿两侧窄侧身内壁的竖中央线延伸，至装置外接通气源。

催化氧化单元分为孔板定位块、填料承托孔板、填料容纳网袋、催化填料四个部件。孔板定位块为四个具有一定厚度的等腰三角块或正方块，分别固定于槽身内侧四条竖向棱边中间，孔板定位块直角的两个面与槽身粘接。填料承托孔板的四个角部位可分离地放置于四个孔板定位块上方，槽身内空间划分为下部的电解室与上部空间，板上均匀开有直径为 10～15mm的气液孔，开孔率为20～60％，两窄边边缘中间设有半径为10～15mm的半圆凹槽，与槽身的窄侧身内壁形成半圆孔，用于电极板电源线与气管从电解室穿越至上部空间。填料容纳网袋为聚丙烯网、聚四氟乙烯网等塑料网制成，可分离地放置于填料承托孔板上方，四面与槽身靠近，以形成与上部空间大小接近的空间，内部可装填催化填料，如经铈、银、锡等化合物修饰的活性炭、沸石、三氧化二铝球等，网孔大小稍小于催化填料的粒径，达到收纳催化填料，便于水体与气体通过的作用。

光催化单元设有光催化灯套管、紫外灯管、紫外灯电源线三个部件。光催化灯套管的上边缘沿辐向伸出有圆环片状的固定外檐。光催化灯套管可分离地置于盖于槽身范围内的槽盖的套管孔中，并向下伸入装置内部，外檐下表面盖在槽盖上表面。光催化灯套管外径略小于槽盖开孔孔径，底部位于电极板上方。紫外灯管可为波长为365nm或254nm的汞灯，竖直放入光催化灯套管内。

槽体，孔板定位块，填料承托孔板，电极板间隔支架，可用透明有机玻璃、工程塑料板等防水材料制成，光催化灯套管可用透明有机玻璃、普通玻璃、石英玻璃等对紫外光透过性好的材料制成。槽身内壁、槽盖下表面涂有或贴有反光膜，如铝镁合金箔膜、PET镀铝反光膜，镜面反光膜等。

有益效果

本实用新型通过装置结构优化与设计，从而可以得到以下有益效果：水处理研究与工程人员可以通过拆卸部分结构与变换装置的组合方式，便于进行单一电解技术的试验研究与应用，还可以进行电解与催化氧化技术的耦合，或电解与光催化组合技术耦合。进行单一电解技术研究与应用时，可实现电极板间距的便捷与无阻碍调节，并免去打孔与螺栓定距操作；通过绝缘密封的方式实现电极板电气连接良好，接触电阻小，并可完全浸没于水中；设置进口与不同高度的出水口，实现电解技术参数，如面体比、有效面积等运行参数的设定，可动态运行；有特定的气管与电源线布置位置，气管与电极板电源线在底部内侧布置并导出水面，与电极板不交错，不影响电极板的抽取与安装。在单一电解的结构基础上，可便捷的安装催化氧化单元，设置的填料容纳网袋便于催化填料的装填与整体转移，通过特定的电解室在下，催化氧化室在上的空间安排，比其他的两种技术的装置的简单联用方式有新的有益效果，即下部电解室产生的氧化性物质通过气体带动，经过填料承托孔板与填料容纳网袋到达催化填料，被催化填料所利用，实现减少或免去氧化剂的投加，并且催化氧化单元可共用电解室的曝气搅拌功能，还节约了两者之间的水泵等动力设备，在成本与处理能力上，达到优于两种技术之和的效果。在单一电解的结构基础上，光催化单元与电解技术一体化，可实现紫外灯稳定安装，并在装置槽盖下表面、槽身内壁设有的反光膜将紫外线限制在装置内反复折回传播，即安全又方便操作，且提升了紫外线的利用。

整体装置多为可分离结构，方便组合拆卸与维修操作。电极板间隔支架制作简单、不用粘接电极板。绝缘接线部有电气专用的绝缘且防水的灌封胶，容易实现。可分离式催化单元与光催化单元的安装组合简单，功能切换方便。

附图说明

以下结合附图对本实用新型做进一步详细描述。

附图1(a)是装置俯视图，(b)是装置俯视局部放大图；

附图2是装置正视图；

附图3是装置轴测剖视图；

附图4是曝气单元轴测图；

附图5是电极板单元轴测图；

附图6是电极板单元、与曝气单元相对位置轴视图；

附图7是催化氧化单元轴视分体图；

附图8是光催化单元Ⅰ-Ⅰ剖面图；

附图9是实施例1轴测剖视图；

附图10是实施例2轴测剖视图；

附图11是实施例3轴测剖视图；

附图中，100-装置槽体，110-槽底，120-槽身，121-宽侧身，122-窄侧身，123-浅槽，130-槽盖，131-套管孔，132-管线孔，140-进水管，150-出水管，160-反光膜；

200-电极板单元，210-电极板间隔支架，211-插缝，212-支柱，220-电极板，221-阳极板，222-阴极板，230-电极板连接端部，240-绝缘密封部，250-电极板电源线；

300-曝气单元，310-曝气主体，320-气管；

400-催化氧化单元，410-孔板定位块，420-填料承托孔板，421-气液孔，422-半圆凹槽， 430-填料容纳网袋，440-催化填料；

500-光催化单元，510-光催化灯套管，511-外檐，520-紫外灯管，530-紫外灯电源线。

具体实施方式

实施例1：

如图9所示，本实用新型的基本实施方式，单一电解技术研究与应用时，装置结构有槽底110、槽身120、电极板单元200、曝气单元300组成。装置槽身120固定于槽底110之上，进水管140设在一侧窄侧身122的竖中央线下部，若干个出水管150设在相对侧窄侧身122竖中央线不同高度，出水位置可变，可实现水力停留时间的设定。两侧宽侧身121设置间隔为10mm，宽为2mm的从上至下的浅槽123。电极板220分为阳极板221与阴极板222，相间插在电极板间隔支架210上的插缝211中。当电极板间距1cm时，阴阳极板相间插在相邻的插缝中，当电极板间距为2cm时，阴阳极板之间空一道插缝211，当电极板间距为3cm时，阴阳极板之间空2道插缝211，以此类推。电极板220在承插时，可对称地插在电极板间隔支架210上，此时电极板220两竖边不嵌入槽身120的浅槽123中；也可以使阳极板221同时嵌入一侧宽侧身121的对应的浅槽123中，阴极板222同时嵌入另一侧宽侧身121的对应的浅槽123中，水流在装置内形成往复流动，改善水体流动并与极板接触。电极板220一边下部的电极板连接端部230与电极板电源线250进行导电连接，如焊接，绑接等，电气连接点经防水环氧树脂灌封胶制成的绝缘密封部240包裹并起到绝缘作用后，向下在电极板间隔支架210支撑的底部空间沿槽底110布置，穿过电极板间隔支架210两端与槽身120之间的空间后，向上沿槽身窄侧身122引出装置外，接通直流电源。曝气主体310为曝气砂头在槽底110与电极板间隔支架210之间的空间布置，并接入气管320一端，气管320沿槽底110 布置至槽身120，再向上布置并引出装置外，接通气源。

实施例2：

如图10所示，当需要进行催化氧化技术与电解技术耦合的研究与应用时，装置结构有槽底110、槽身120、电极板单元200、曝气单元300以及催化氧化单元400。槽身120固定于槽底110之上，进水管140设在一侧窄侧身122的竖中央线下部，若干个出水管150设在相对侧窄侧身122竖中央线不同高度，出水位置可变，可实现水力停留时间的设定。槽身120内壁四条竖向棱边中间固定有孔板定位块410。填料承托孔板420可分离地放置于四个孔板定位块410上方，将槽身120内空间划分为下部的电解室与催化氧化室，板上均匀开有直径为10～15mm的气液孔421，开孔率为20～60％，用于透过水体与气体；两窄边边缘中间设有半径为1～1.5cm的半圆凹槽422，与窄侧身122内壁形成半圆孔，用于电极板电源线250与气管320从电解室穿越至催化氧化室，以及便于拆卸时取出填料承托孔板420。填料容纳网袋430为聚丙烯网等塑料网制成，可分离地放置于填料承托孔板420上方，内部可装填催化填料440，如颗粒活性炭、经铈、银、锡等化合物修饰的活性炭、沸石、三氧化二铝球等，网孔大小稍小于催化填料440的粒径，即可收纳催化填料440，又便于水体与气体通过。电极板220分为阳极板221与阴极板111，相间插在电极板间隔支架210上的插缝211中。电极板电源线250与电极板连接端部230的电气连接点经绝缘密封部240包裹后，向下在电极板间隔支架210支撑的底部空间沿槽底110布置，穿过电极板间隔支架210两端与槽身120之间的空间后，向上沿窄侧身122穿过填料承托孔板420的半圆凹槽422，从填料容纳网袋430 与槽身120的夹缝中引出装置外，接通直流电源。曝气主体310为曝气砂头，接入气管320 一端，沿槽底110布置至槽身120，再向上穿过填料承托孔板420的半圆凹槽422，从填料容纳网袋430与槽身120的夹缝中引出装置外，接通气源。对连云港某一分散染料生产厂的调节池收集水进行试验，总反应时间为2h，采用相同的且等量的催化填料，阴极与阳极的种类与对数一致，将同一批取样的水分别进行试验。对比单独的电解装置与单独的催化氧化装置先后联用与本实用新型的操作、设备、药剂投加与COD去除率，可得出，在曝气装置、水泵减少一台，双氧水投加量减少一半以及不投加的条件下，本实用新型的COD去除率仍有提升，对比情况见表1。

表1、电解与催化氧化先后单独反应与本实用新型对比

实施例3：

如图11所示，当需要进行光催化技术与电解技术结合的研究与应用时，装置结构有槽体 100、电极板单元200、曝气单元300以及光催化单元500。装置槽身120固定于槽底110之上，进水管140设在一侧窄侧身122的竖中央线下部，若干个出水管150设在相对侧窄侧身 122竖中央线不同高度，出水位置可变，可实现设定水力停留时间。槽盖130可分离的盖于槽身120正上方。光催化灯套管510放入盖于槽身120范围内的槽盖130的套管孔131，光催化灯套管510上边缘沿辐向伸出有圆环片状的固定外檐，外檐下表面分离地盖在槽盖130上表面，并向下伸入装置内部。紫外灯管520接通电源后竖直放入光催化灯套管510内，紫外灯管520可用波长为365nm或254nm的汞灯。盖于两侧窄身122上边缘中间的上方槽盖 130各开一个用于导入电极板电源线250与气管320到装置内的管线孔132。电极板220分为阳极板221与阴极板111，相间插在电极板间隔支架210的插缝211中。电极板电源线250 与电极板连接端部230的电气连接点经绝缘密封部240包裹后，向下在电极板间隔支架210 支撑的底部空间沿槽底110布置，穿过电极板间隔支架210两端与槽身120之间的空间后，向上沿窄侧身122布置，穿过槽盖130的管线孔132，引出装置外，接通直流电源。曝气主体310为纳米曝气管，在槽底110与电极板间隔支架210之间的空间布置，并接入气管320 一端，气管320沿槽底110布置至槽身120，再向上布置穿过槽盖130的管线孔132，并引出装置外，接通气源。光催化灯套管510可用普通玻璃、石英玻璃等对紫外光透过性好的材料制成。槽身120内壁、槽盖130下表面涂有或贴有反光膜160，如铝镁合金箔膜、PET镀铝反光膜，镜面反光膜等。

Claims (13)

1.一种可分离式催化耦合电解的水处理装置，其特征在于，包括含有槽底、反光膜、内壁带浅槽的槽身、开有套管孔与管线孔的槽盖的装置槽体，含有绝缘密封部的浸没式电极板单元，曝气单元，含有孔板定位块、填料承托孔板、填料容纳网袋的可分离式催化氧化单元，含有带外檐的光催化灯套管的可分离式光催化单元五大部分。

2.根据权利要求1所述的装置，装置槽体又分为槽底、槽身、槽盖、进水管、出水管、反光膜六个部件，槽身底部固定在槽底上，一侧窄侧身下部设进水管，在相对窄侧身不同高度设若干个出水管；槽身范围内上方的槽盖开有若干个套管孔，两侧窄侧身上方槽盖各开一个管线孔；两侧宽侧身设置间隔为1cm，宽为2mm的从上至下的浅槽，电极板两竖边可分离的嵌入槽身对应的浅槽中；槽身内壁与槽盖下表面贴有铝镁合金箔膜或PET镀铝膜。

3.根据权利要求1所述的装置，电极板单元由电极板间隔支架、电极板、电极板连接端部、电极板电源线、绝缘密封部组成；在槽底平行于宽侧身的两内侧各固定粘接一条电极板间隔支架，电极板一边下部的电极板连接端部与电极板电源线进行导电连接，如绑接、焊接，极板电源线向下沿槽底布置，并沿两侧窄侧身内壁向上布置，延伸至装置外接通电源。

4.根据权利要求3所述的装置，电极板间隔支架上部每1cm设置一道宽2mm、深15～20mm的插缝，插缝与槽身的浅槽一一对应；电极板竖向平行的、可分离的承插在两边的插缝中；两端的下部向下延伸5～15mm长的方形支柱，下方形成的空间用于容纳曝气单元的部件；电极板间隔支架左右两端与槽身有10mm间距，利于可布置电极板电源线。

5.根据权利要求3所述的装置，绝缘密封部由防水环氧树脂灌封胶制成，将电极板连接端部与电极板电源线的电气连接点包裹进行防水绝缘。

6.根据权利要求3所述的装置，电极板厚度为1～2mm，分阳极板与阴极板；阳极由涂覆有电催化活性的复合氧化物的钛基板制成，复合氧化物为钌铱、铱钽、铂铱氧化物组合的一种，产生的强氧化性物质可使污染物矿化或被催化填料利用；阴极由不锈钢、纯钛板、石墨板的一种材料制成；电极板间距通过置于电极板间隔支架上部的不同插缝上进行设置。

7.根据权利要求1所述的装置，曝气单元有曝气主体、气管两部件；曝气主体可为砂头、纳米曝气管、曝气盘的一种，实现气泡搅动水体，以3～8个砂头或盘成螺旋状的纳米曝气管为佳；曝气主体可分离的置于槽底板与电极板间隔支架支撑的空间中，并与气管一端连接；气管沿着槽底布置，并沿窄侧身内壁向上延伸至装置外接通气源。

8.根据权利要求1所述的装置，催化氧化单元分为孔板定位块、填料承托孔板、填料容纳网袋、催化填料四个部件；四个孔板定位块分别粘接固定于槽身内侧四条竖向棱边中间，填料承托孔板可分离的放置于四个孔板定位块上方，填料容纳网袋可分离的放置于填料承托孔板上方，内部装填催化填料。

9.根据权利要求8所述的装置，填料承托孔板均匀开有直径为10～15mm的气液孔，开孔率为20～60％，两窄边边缘中间设有半径为10～15mm的半圆凹槽，与槽身的窄侧身内壁形成半圆孔，用于电极板电源线与气管从槽身下部空间穿越至上部空间。

10.根据权利要求8所述的装置，填料容纳网袋为聚丙烯网、聚四氟乙烯网的一种制成，四面与槽身靠近，以形成与上部空间大小接近的空间，网孔大小稍小于催化填料的粒径，达到收纳催化填料，便于水体与气体通过的作用。

11.根据权利要求8所述的装置，催化填料的载体由颗粒活性炭、柱状活性炭、沸石、三氧化二铝球的一种制成，催化填料载体上负载有催化活性的化合物，以锑、铈、银、锡的氧化物为佳。

12.根据权利要求1所述的装置，光催化单元设有光催化灯套管、紫外灯管、紫外灯电源线三个部件；光催化灯套管的上边缘沿辐向伸出有圆环片状的固定外檐，可分离的向下置于槽盖上的套管孔中；光催化灯套管由透明有机玻璃、普通玻璃、石英玻璃的一种制成，底部位于电极板上方；紫外灯管竖直放入光催化灯套管中。

13.根据权利要求1所述的装置，装置槽体，孔板定位块，填料承托孔板，电极板间隔支架用透明有机玻璃或工程塑料板防水材料制成。