CN218231992U - 固定床异相催化协同双极电催化的污水处理系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种固定床异相催化协同双极电催化的污水处理系统，包括：反应器；设置在反应器内的阳极板组和阴极板组，阳极板与阴极板间隔设置；设置在反应器内的固定床，位于阳极板组和阴极板组下方；阳极板为钛基氧化物涂层电极；阴极板以掺碳多孔碳为载体，负载铁、钴、镍、铜、锰、钌、铱、钽中一种或多种的金属氧化物；固定床催化剂的载体为活性炭、颗粒氧化铝、蜂窝碳、火山岩、蜂窝陶瓷中的一种或多种，活性成分包括羟基氧化铁、氧化锰、四氧化三铁、氧化铈、氧化铜和氧化亚铜中的一种或多种。该污水处理系统的电催化高级氧化效率较高，同时避免了过氧化氢的无效消耗。

Description

固定床异相催化协同双极电催化的污水处理系统

技术领域

本实用新型涉及污水处理技术领域，尤其涉及一种固定床异相催化协同双极电催化的污水处理系统。

背景技术

随着我国国民经济的快速发展，水环境保护是当前社会广泛关注的一个问题。然而利用现有的生物处理方法，对可生化性差、相对分子质量从几千到几万的物质处理较困难。而高级氧化法(Advanced Oxidation Process, 简称AOPs)可将其直接矿化或通过氧化提高污染物的可生化性，同时还在环境类激素等微量有害化学物质的处理方面具有很大的优势，能够使绝大部分有机物完全矿化或分解，具有很好的应用前景。高级氧化技术又称做深度氧化技术，以产生具有强氧化能力的羟基自由基(·OH)为特点，在高温高压、电、声、光辐照、催化剂等反应条件下，使大分子难降解有机物氧化成低毒或无毒的小分子物质。

电催化高级氧化技术是在电催化的作用下，通过阳极反应直接降解有机物，或者通过阳极反应产生的羟基自由基、过氧化氢、臭氧、活性氯等一类氧化剂降解有机物，这种降解途径使有机物的分解更加彻底、不易产生毒害性中间产物，更符合环境保护的要求。例如，公开号为CN 102730802 A的中国专利文献公开了一种电催化有机物废水高级氧化装置，设有直流电源(7)、加压泵(6)、阳极(1)、阴极(2)、电分解催化床层(3)、能够承受一定压力的电催化分解器(4)，其特征在于：所述阳极(1)和阴极(2)之间设由电分解催化床层(3)。

但是，在电催化反应中阴极通常不贡献羟基自由基的产生，然研究发现阳极析出的氧气能够在阴极被电化学还原，最终生产过氧化氢，在阴极涂覆特殊的催化剂，比如掺硼金刚石等，能够促进过氧化氢的产生效率，过氧化氢本身的氧化能力有限，过氧化氢在电解系统累积又会被电催化还原无效分解。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种固定床异相催化协同双极电催化的污水处理系统，该污水处理系统的电催化高级氧化效率较高，同时避免了过氧化氢的无效消耗。

本实用新型提供了如下技术方案：

一种固定床异相催化协同双极电催化的污水处理系统，包括：

反应器；

竖立设置在反应器内的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；

设置在反应器内的固定床，位于阳极板组和阴极板组下方，固定床内填充有固定床催化剂；

所述的阳极板为钛基氧化物涂层电极，涂层为氧化铅、氧化钌、氧化铱、氧化钽、氧化锰、氧化铁、氧化锡和氧化锑中的至少一种；

所述的阴极板以掺碳多孔碳为载体，负载铁、钴、镍、铜、锰、钌、铱、钽中一种或多种的金属氧化物；

所述的固定床催化剂的载体为活性炭、颗粒氧化铝、蜂窝碳、火山岩、蜂窝陶瓷中的一种或多种；固定床催化剂的活性成分包括羟基氧化铁、氧化锰、四氧化三铁、氧化铈、氧化铜和氧化亚铜中的一种或多种。

本实用新型通过在阴极和阳极涂敷催化剂涂层，提升电催化氧化效率和活性中间产物的产生效率，同时在电催化系统内部引入固定床催化剂，促进过氧化氢、臭氧、活性氯等中间氧化产物的氧化性，提升氧化效率，进而提升电能的利用效率，降低污水处理成本。

优选的，所述的反应器材质为PET、HDPE、PVC、PP、PS和PVDF 中的一种或多种。

优选的，所述的污水处理系统还包括曝气装置；所述的曝气装置包括曝气管和曝气泵，所述的曝气管设置于反应器内，位于固定床下方。

曝气装置在曝气提供溶解氧的同时，起到搅拌传质、防止催化剂板结的作用。

优选的，所述的反应器上方设有循环水进口，反应器下方设有循环水出口，循环水出口通过循环水泵和连通管与循环水进口连通。

优选的，所述的反应器内、阳极板组和阴极板组上方设有循环布水器，循环布水器与循环水进口连通。

进一步优选的，所述的循环布水器为穿孔布水或锯齿溢流堰布水。保障循环水进入每个电解反应区，避免反应死区。

优选的，所述的反应器包括通过连通管连通的第一反应器和第二反应器；第一反应器上方设有进水口，第二反应器上方设有出水口。

所述的污水处理系统还包括电源、进水泵、过滤器；所述的阳极板、阴极板分别与电源的正极、负极相连；所述的进水泵与反应器的进水口连通，所述的过滤器设置在进水口的前端。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果为：

本实用新型通过阳极的直接氧化作用并产生Cl₂、HClO等中间产物降解水中污染物，电催化的阴极采用特殊的电极材料使得阴极持续不断的合成过氧化氢，阳极产生的Cl₂、HClO和阴极产生的H₂O₂与被固定床的催化剂催化分解产生羟基自由基，进而加快有机物的分解。

和传统电催化水处理技术相比，本实用新型的污水处理系统同时发挥了阴极和阳极的电化学反应，阴极和阳极同时贡献促进羟基自由基的产生，及其它高级氧化活性因子的产生，反应效率更高，能耗更低。

此外，与传统芬顿、电芬顿技术相比，本实用新型的适用pH更宽，整个污水处理系统只需消耗电能，无需额外投加过氧化氢等危险化学品试剂，无污泥的产生，工艺简单，占地面积小，自动化程度高，效果稳定，具有极佳的发展前景。

附图说明

图1为本实用新型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，本实用新型的污水水处理系统包括电源1、进水泵2、过滤器3、通过连通管9相连通的两个反应器。

电源1可以为直流电源或高频电源，电源输出电压为恒定电压或者变频震荡电压。

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，或者采用混凝沉淀池、气浮池替代发挥同样的去除悬浮物的作用。

反应器材质为PET、HDPE、PVC、PP、PS、PVDF中的一种或多种。

反应器内设置有竖立的阳极板组4和阴极板组5，阳极板组4包含若干平行排列的阳极板，阴极板组5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。阳极板、阴极板分别与电源的正极、负极相连。阳极板为钛基氧化物涂层电极(DSA，Dimensionally Stable Anodes)，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。阴极材料为掺碳多孔碳载体负载铁、钴、镍、铜、锰、钌、铱、钽中的一种或多种过渡金属氧化物。

反应器底部、阳极板组4和阴极板组5下方设有催化剂固定床6，填充有固定床催化剂，固定床催化剂的载体为活性炭、颗粒氧化铝、蜂窝碳、火山岩、蜂窝陶瓷中的一种或多种，催化剂载体上负载的催化活性成分包括但不仅限于羟基氧化铁、氧化锰、四氧化三铁、氧化铈、氧化铜、氧化亚铜中的一种或多种。

反应器内催化剂固定床6下方设有曝气管7。曝气管7在曝气提供溶解氧的同时，起到搅拌传质、防止催化剂板结的作用。曝气管7通过反应器外部的曝气泵11进行曝气。

反应器上方设有循环水进口，反应器下方设有循环水出口。循环水出口通过循环水泵10与循环水进口连通。

反应器内、阳极板组和阴极板组上方设有循环布水器8，循环布水器 8与循环水进口连通。循环布水器8为穿孔布水或锯齿溢流堰布水，保障循环水进入每个电解反应区，避免反应死区。

第一反应器上方设有进水口，第二反应器上方设有出水口。进水泵2、过滤器3与进水口依次连通，出水口连通产水管。

污水通过进水泵2，通过滤器3去除污水中的悬浮颗粒后进入第一反应器，在反应器内部发生电催化氧化反应，其中阳极板组4通过直接反应和间接反应产生活性氯、臭氧、单线态氧、羟基自由基等氧化剂氧化降解水中有机物；特别的，阳极析出的氧气在阴极电催化的作用下产生过氧化氢，过氧化氢的直接氧化作用较弱，然在固定床内催化剂的催化作用下，分解发生高级氧化自由基链反应，进而降解水中有机物。

本实用新型的电催化单元的阳极材料采用钛镀稀土元素，提升析氧电位，阴极材料采用阴极催化剂，促进过氧化氢的产生；固定床催化剂涉及非均相芬顿催化剂中的一种或几种。本实用新型能够有效的同时利用阴极和阳极的电化学反应贡献羟基自由基的产生，较传统电催化反应不仅在效率上明显提高，而且能够显著降低单位COD的电耗。整个反应过程中不需要添加任何化学药剂，且不会产生污泥等二次污染。

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 (8)

1.一种固定床异相催化协同双极电催化的污水处理系统，其特征在于，包括：

反应器；

竖立设置在反应器内的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；

设置在反应器内的固定床，位于阳极板组和阴极板组下方，固定床内填充有固定床催化剂；

所述的阳极板为钛基氧化物涂层电极，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；

所述的阴极板以掺碳多孔碳为载体，负载铁、钴、镍、铜、锰、钌、铱或钽的金属氧化物；

所述的固定床催化剂的载体为活性炭、颗粒氧化铝、蜂窝碳、火山岩或蜂窝陶瓷；固定床催化剂的活性成分为羟基氧化铁、氧化锰、四氧化三铁、氧化铈、氧化铜或氧化亚铜。

2.根据权利要求1所述的固定床异相催化协同双极电催化的污水处理系统，其特征在于，所述的反应器材质为PET、HDPE、PVC、PP、PS和PVDF中的一种。

3.根据权利要求1所述的固定床异相催化协同双极电催化的污水处理系统，其特征在于，还包括曝气装置；所述的曝气装置包括曝气管和曝气泵，所述的曝气管设置于反应器内，位于固定床下方。

4.根据权利要求1所述的固定床异相催化协同双极电催化的污水处理系统，其特征在于，所述的反应器上方设有循环水进口，反应器下方设有循环水出口，循环水出口通过循环水泵和连通管与循环水进口连通。

5.根据权利要求4所述的固定床异相催化协同双极电催化的污水处理系统，其特征在于，所述的反应器内、阳极板组和阴极板组上方设有循环布水器，循环布水器与循环水进口连通。

6.根据权利要求5所述的固定床异相催化协同双极电催化的污水处理系统，其特征在于，所述的循环布水器为穿孔布水或锯齿溢流堰布水。

7.根据权利要求1所述的固定床异相催化协同双极电催化的污水处理系统，其特征在于，所述的反应器包括通过连通管连通的第一反应器和第二反应器；第一反应器上方设有进水口，第二反应器上方设有出水口。

8.根据权利要求1所述的固定床异相催化协同双极电催化的污水处理系统，其特征在于，还包括电源、进水泵、过滤器；所述的阳极板、阴极板分别与电源的正极、负极相连；所述的进水泵与反应器的进水口连通，所述的过滤器设置在进水口的前端。

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