CN218202321U - 一种电催化与催化剂协同的污水处理系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种电催化与催化剂协同的污水处理系统，其特征在于，包括依次连接的进水泵、电解反应室、催化反应室；电解反应室内竖立设置有阳极板组和阴极板组；催化反应室底部设有固定床隔板，固定床上设置有催化剂；电解反应室上方进水，下方出水口与催化反应室上方进水口连接，催化反应室的产水口设置在催化反应室上方，并且产水口的高度低于催化反应室上方进水口的高度；电解反应室与催化反应室的下方通过循环泵连通，循环泵进水口与催化反应室下方连通，循环泵出水口与电解反应室下方连通，进水量大小由循环泵出水口端的阀门控制。本实用新型的污水处理系统对有机物的降解效率较高，同时避免催化剂流失、催化剂板结和电极板磨损。

Description

一种电催化与催化剂协同的污水处理系统

技术领域

本实用新型涉及污水处理技术领域，尤其涉及一种电催化与催化剂协同的污水处理系统。

背景技术

随着人们生活水平的提高，在工业发展过程中各种特定功能的有机物被发明创造出来，废水成分的复杂程度越来越高，用水需求变大，在治理废水中仅靠传统的技术和方法难以达到水质标准。此时需要通过物理化学的方法进行预处理或深度处理，这些方法主要包括臭氧氧化、芬顿氧化、光催化氧化、湿式氧化、内电解氧化以及电催化氧化，近年来，电化学法在降解有机废水时突出其处理效率高、装置紧凑、占地小、无需添加催化剂，设备操作简单，环境友好等优点，亦在近 20年来取得快速发展。

目前，用于电催化氧化技术的电极主要有传统的二维电极和三维电极，二维电催化氧化技术处理有机废水主要存在传质效率低和电极成本高的问题。为了解决这一难题人们提出在二维电极板之间加入三维颗粒电极，大大提高电极比表面积，降低电极成本，提高传质效率。而且已有专利表明三维电极处理渗滤液废水具有突出效果，粒子电极采用煤质柱状活性炭，但是此类三维电催化反应装置，活性炭长期的堆积过程中，会板结成块，进而堵塞水体流动。而且，固定床存在短路电流，导致电能利用率降低，电解槽升温，降低电极寿命，加之废水是直接通入反应区内的，这样的废水流态同样不利于提高三维电催化反应装置的反应效率。

公开号为CN108423773B的中国专利文献公开了一种适于循环冷却水处理的三维流化床电解装置及方法，该专利采用三维流化床电解，柱状阳极外设置绝缘环形多孔板，绝缘板与反应器之间为流化室，导电性的颗粒电极填充于流化室内，颗粒电极在流态化的过程中，可以抑制阴极结垢，保持阴极良好的反应状态。该专利中塑料多孔隔板虽然可以保护阳极不受磨损。但绝缘多孔板的存在会严重影响电解液的传质，而且单极性颗粒电极的性能一般低于复极性颗粒电极。

综上所述，电催化氧化工艺处理有机废水具有显著的优势，但是目前的技术仍存在传质效率低，电极成本高的问题。目前呈现出的三维电解技术的优越性逐渐显著，相较二维电解效果突出，但是三维电解也存在突出问题：(1)电解反应室内填充柱状活性炭或颗粒电极等会出现填充物板结结构、吸附饱和、电流短路、槽体发热等问题。(2) 流化态的三维电解避免了颗粒电极板结问题，但是颗粒电极会造成电极板磨损等问题。

因此，改进电解电极板材料、电解槽槽体、催化剂以及电解槽与催化剂的连接方式，实现电催化协同催化剂，通过工艺技术创新，开发系统性的高效电催化氧化处理有机废水新技术具有重要的意义。

实用新型内容

针对现有技术存在的不足，本实用新型的目的在于提供一种电催化协同催化剂的污水处理系统，该污水处理系统对有机物的降解效率较高，同时避免催化剂流失、催化剂板结和电极板磨损。

本实用新型提供了如下技术方案：

一种电催化与催化剂协同的污水处理系统，包括依次连接的进水泵、电解反应室、催化反应室；

电解反应室内竖立设置有阳极板组和阴极板组，阳极板组包含若干平行排列的阳极板，阴极板组包含若干平行排列的阴极板组，阳极板与阴极板间隔设置，阳极板与阴极板之间形成电解反应区，且阳极板与阴极板固定位置左右交替排列，使得反应区之间水流方式为折流式流动；

催化反应室底部设有固定床隔板，固定床上设置有催化剂；

电解反应室上方进水，下方出水口与催化反应室上方进水口连接，催化反应室的产水口设置在催化反应室上方，并且产水口的高度低于催化反应室上方进水口的高度；

电解反应室与催化反应室的下方通过循环泵连通，循环泵进水口与催化反应室下方连通，循环泵出水口与电解反应室下方连通，进水量大小由循环泵出水口端的阀门控制。

本实用新型中，电解反应室与催化反应室分开反应，既避免了催化剂对电极板的磨损，又减少了催化剂的流失，由阳极板促进活性中间产物生成，电解后活性中间产物随水流进入催化反应室内，在催化剂催化作用下增强了活性中间产物的氧化性，进而强化对有机物的降解效率。

优选的，电解反应室的材质选自PET、HDPE、PVC、PP、PS、 PVDF、纯钛中的一种或多种。

优选的，所述的阳极板为DSA电极，催化涂层为氧化铅、氧化钌、氧化铱、氧化钽、氧化锰、氧化铁、氧化锡、氧化锑中的一种或多种。

所述的阴极为不锈钢电极、钛电极、镍电极、石墨电极、铝电极中的一种或多种。

所述的催化剂的基体为活性炭、颗粒氧化铝、蜂窝碳、火山岩、沸石分子筛、蜂窝陶瓷中的一种或多种；负载在基体上的催化活性成分为镁、铁、钌、铱、钽、铅、锰、钴、镧、铈、钛、以及其多元氧化物中的一种或多种。

特殊的电极材质与特殊的催化剂相互协同耦合，具体耦合方式是：由阳极板表面的涂层催化剂在提高电解反应效率的同时促进活性中间产物生成，电解后活性中间产物随水流进入催化反应室内，在催化剂催化作用下增强了活性中间产物的氧化性，进而强化对有机物的降解效率。

优选的，所述的电解反应室与催化反应室底部设有布气装置，所述的布气装置与曝气泵连接。

布气装置使电解反应室内废水混合均匀，使电解反应更充分；同时，布气装置使催化反应室催化剂能充分发挥催化作用，同时能够在一定时间内反冲洗催化剂，防止催化剂发生板结。

进一步优选的，曝气泵出口连接有气体流量计。

优选的，所述的进水泵出口连接有过滤器。

所述的过滤器为篮式过滤器、保安过滤器或板框过滤器；所述的过滤器内置设施有过滤网、石英砂、活性炭、蜂窝炭中的一种或多种。

优选的，所述的电解反应室和催化反应室均至少包括两个，电解反应室、催化反应室间隔连通设置。

多级电催化协同催化剂反应，加长反应时间，使得污水反应更加充分，确保出水达标排放。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果为：

本实用新型的污水处理系统利用电解反应室与催化反应室的协同作用，充分发挥电催化产生的活性产物和催化剂的耦合，从而提高对污水的处理效果，同时避免催化剂与极板的磨损，也解决了催化剂板结的问题。

附图说明

图1为本实用新型电催化与催化剂协同的污水处理系统的结构示意图。

具体实施方式

为了更进一步阐述本实用新型所采取的技术手段及其效果，下面结合优选实施例及其附图对本实用新型作进一步详细描述。

如图1所示，一种电催化与催化剂协同的污水处理反应系统主要包括电源1、进水泵2、过滤器3、两级电解反应室4、阳极板5、阴极板6、曝气布气装置7、气体流量计8、曝气泵9、循环泵10、两级催化反应室11、催化剂固定床12、催化剂13、产水管14、循环布水装置15。过滤器3除去废水中大量悬浮颗粒，电解反应室4出水口接于催化反应室11进水口，两反应室中间接循环泵，循环泵进水口接催化反应室12底部，出水口接电解反应室4底部，进水量大小由出水口端设计的阀门控制；曝气泵9接电解反应室的曝气布气装置 7，催化剂放置于催化剂固定床11，催化剂固定床11下设计曝气管。电解反应室4与催化反应室12分开反应，既避免催化剂对电极板的磨损，又减少催化剂的流失，具体耦合方式是由阳极板表面的涂层催化剂在提高电解反应效率的同时促进活性中间产物生成，电解后活性中间产物随水流进入催化反应室12内，在催化剂催化作用下增强了活性中间产物的氧化性，进而强化对有机物的降解效率。

电解反应器4的材质可选自于PET、HDPE、PVC、PP、PS、PVDF、纯钛中的一种或多种，电解反应器底部设置气体流出孔，气体均匀搅动水质。

电催化阳极板为DSA电极，催化涂层为氧化铅、氧化钌、氧化铱、氧化钽、氧化锰、氧化铁、氧化锡、氧化锑中的一种或多种混合。

阴极采用不锈钢电极、钛电极、镍电极、石墨电极和铝电极中的一种或多种。

颗粒相催化剂的基体为活性炭、颗粒氧化铝、蜂窝碳、火山岩、沸石分子筛、蜂窝陶瓷中的一种或多种，负载催化成分包括但不仅限于镁、铁、钌、铱、钽、铅、锰、钴、镧、铈、钛以及它们的多元氧化物中的一种或几种。

过滤器包括但不仅限于篮式过滤器、保安过滤器、板框过滤器，过滤器内置设施为过滤网、石英砂、活性炭、蜂窝炭的一种或多种。

曝气泵出口连接气体流量计进气口，气体流量计出气口接于电解反应器底部，气体流量计前设置曝气阀可为射流器和曝气盘中的一种或两种，可控制气体流量大小。

催化反应室12底部设有催化剂固定床11隔板，隔板底部设置曝气盘，催化反应室12底部接曝气泵出气口，便于后续对催化剂反冲洗，防止催化剂板结。

电源为直流电源或脉冲电源中的一种或两种，直流电源输出电压为变频震荡电压或者恒定电压，脉冲电源为高频脉冲电源。

上述的一种电催化协同催化剂的污水处理系统，所述的第一电解反应室与第一催化反应室相连，第一催化反应室与第二电解反应室相连，第二电解反应室的水再次进入第二催化反应室。

进水泵2将水泵入过滤器3除去废水中悬浮颗粒，第一电解反应室4底部进水，上端出水口接于第一催化反应室12上端进水口，循环泵1进水口接第一催化反应室12底部，循环泵1出水口接第一电解反应室4底部，进水量大小由循环泵1出水口端设计的阀门控制；第一催化反应室上方的出水口与第二电解反应室下方的进水口连接，第二电极反应室上方的出水口与第二催化反应室上方的进水口连接，第二循环泵进水口接第二催化反应室底部，第二循环泵出水口接第二电解反应室底部，进水量大小由第二循环泵出水口端设计的阀门控制。

第一电解反应室的阳极板5连接电源1的正极，阴极板6连接电源1的负极；曝气泵9通过计量泵8接于第一电解反应室4的曝气布气装置7；催化剂13放置与催化剂固定床11上，催化剂固定床11 下设计曝气管。两级电解反应室设置相同，两级催化反应室设置相同。

本实用新型废水处理系统利用电解反应室与催化反应室的协同，充分发挥电催化产生的活性产物和催化剂耦合，从而提高对废水的处理效果，同时避免催化剂13对极板的磨损，以及催化剂板结问题。

电解反应室出水口与催化反应室进水口相接，水从催化反应室上端入，下端由循环泵接于电解反应室，废水在相邻两个反应室的停留时间即为电催化协同催化剂反应的时间，两级电催化协同催化剂加长反应时间，使得反应更加充分，提高反应速率，确保出水达标排放。

如图1所示，曝气泵9接于两个电解反应室底部，使电解反应室废水充分反应，曝气泵9接气体流量计方便记录进入电解反应室的气体量，顺便控制气体，避免反应室内水溢出。

如图1所示，催化反应室下面放置一个曝气布气装置7，接于曝气泵9，中间由阀门连接，方便控制气体通入量，曝气装置目的是催化反应室内催化剂能充分发挥催化作用，还能够在一定时间内得以反冲洗，且反冲洗时可通过阀门调节进气量，从而解决长时间的反应发生板结问题。

如图1所示，系统中保安过滤器3接于电解反应室4之前，其目的是为了去除大量的悬浮物，减少极板表面结垢，防止悬浮过多导致催化剂13板结和堵塞。

如图1所示，各个反应室的曝气装置前都设有阀门，既能控制曝气量又能单独运行；整个系统开启时，各个反应室均有气体进入，气体量大小可通过阀门控制，且整个系统持续反应，废水充满反应室的时间即为水的停留反应时间。

如图1所示，两级催化反应室进出水口均设在上端，且出水口高度低于进水口高度，电解反应室内水到达出水口时然后进入催化反应室，水由上而下的过程经过催化剂的吸附、催化，催化反应室底部曝气，然后水到达催化反应底部后通过循环泵再次进入电解反应室内，如此重复直至催化反应室内充满水，然后进入下一级反应。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施举例，并不用于限制本实用新型，凡在本实用新型精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种电催化与催化剂协同的污水处理系统，其特征在于，包括依次连接的进水泵、电解反应室、催化反应室；

电解反应室内竖立设置有阳极板组和阴极板组，阳极板组包含若干平行排列的阳极板，阴极板组包含若干平行排列的阴极板组，阳极板与阴极板间隔设置，阳极板与阴极板之间形成电解反应区，且阳极板与阴极板固定位置左右交替排列，使得反应区之间水流方式为折流式流动；

催化反应室底部设有固定床隔板，固定床上设置有催化剂；

电解反应室上方进水，下方出水口与催化反应室上方进水口连接，催化反应室的产水口设置在催化反应室上方，并且产水口的高度低于催化反应室上方进水口的高度；

电解反应室与催化反应室的下方通过循环泵连通，循环泵进水口与催化反应室下方连通，循环泵出水口与电解反应室下方连通，进水量大小由循环泵出水口端的阀门控制。

2.根据权利要求1所述的电催化与催化剂协同的污水处理系统，其特征在于，电解反应室的材质选自PET、HDPE、PVC、PP、PS、PVDF、纯钛中的一种。

3.根据权利要求1所述的电催化与催化剂协同的污水处理系统，其特征在于，所述的阳极板为DSA电极，催化涂层为氧化铅、氧化钌、氧化铱、氧化钽、氧化锰、氧化铁、氧化锡或氧化锑。

4.根据权利要求1所述的电催化与催化剂协同的污水处理系统，其特征在于，所述的阴极为不锈钢电极、钛电极、镍电极、石墨电极、铝电极中的一种。

5.根据权利要求1所述的电催化与催化剂协同的污水处理系统，其特征在于，所述的催化剂的基体为活性炭、颗粒氧化铝、蜂窝碳、火山岩、沸石分子筛或蜂窝陶瓷；负载在基体上的催化活性成分为镁、铁、钌、铱、钽、铅、锰、钴、镧、铈或钛。

6.根据权利要求1所述的电催化与催化剂协同的污水处理系统，其特征在于，所述的电解反应室与催化反应室底部设有布气装置，所述的布气装置与曝气泵连接。

7.根据权利要求6所述的电催化与催化剂协同的污水处理系统，其特征在于，曝气泵出口连接有气体流量计。

8.根据权利要求1所述的电催化与催化剂协同的污水处理系统，其特征在于，所述的进水泵出口连接有过滤器。

9.根据权利要求8所述的电催化与催化剂协同的污水处理系统，其特征在于，所述的过滤器为篮式过滤器、保安过滤器或板框过滤器；所述的过滤器内置设施有过滤网、石英砂、活性炭、蜂窝炭中的一种。

10.根据权利要求1所述的电催化与催化剂协同的污水处理系统，其特征在于，所述的电解反应室和催化反应室均至少包括两个，电解反应室、催化反应室间隔连通设置。

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