一种电催化耦合臭氧催化反应器制造技术

本发明专利技术公开了一种电催化耦合臭氧催化反应器，属于污水处理技术领域。本发明专利技术的反应器为电催化和臭氧催化氧化共用同一反应空间且同时运行的一体式反应装置，在竖直方向上分为四个区，由下向上依次为布水布气区、反应区、反洗膨胀区、出水排气区；所述反应区内均匀分布电极板，包括交错分布的阴极板和阳极板，所述阴极板与阳极板之间填充有三维电极填料与臭氧催化填料。本发明专利技术解决了单一的臭氧催化氧化工艺存在的

【技术实现步骤摘要】
一种电催化耦合臭氧催化反应器


[0001]本专利技术涉及污水处理
，更具体地说，涉及一种电催化耦合臭氧催化反应器。

技术介绍

[0002]目前，我国的工业体量已属世界之最。2018年，我国的制造增加值达到了全世界的28％以上，成为全球工业发展的领头羊。与此同时，我国的工业废水的排放总量也在世界前列，2015年，我国的工业废水排放量达到了199.5亿吨，主要集中在石化、电力、造纸、冶金及纺织领域。工业废水普遍具有盐度高、毒性大、含多种重金属等特点，因此，排放到环境中会对生态环境和人类健康造成巨大威胁。工业废水多属于难降解废水，可生化性差，还可能具有生物毒性，直接采用生化工艺处理时往往存在污泥驯化时间长、处理效果差等问题，严重时甚至会造成整个生化处理系统的崩溃。
[0003]相比于生化工艺，高级氧化技术(AOP
S
)在处理难降解的工业废水方面表现出巨大优势，具有COD去除率高、矿化程度高、适用水质广泛、运行稳定性好、装置占地面积小等优点。高级氧化技术的本质是通过一系列物理化学过程产生氧化活性极强的
·
OH，从而将难降解的大分子有机物降解为可生化性较好的小分子有机物，甚至可直接将有机物完全矿化。其中，非均相臭氧催化氧化和电催化氧化是目前研究和应用较多的两种高级氧化技术。非均相臭氧催化氧化以金属改性多孔材料为催化剂，催化臭氧形成
·
OH，非均相臭氧催化氧化表现出较高的
·
OH生成率和有机物矿化水平。电催化氧化通过阳极表面催化反应产生
>·
OH或直接电子传递氧化污染物，具有无药剂添加、反应条件温和、装置简单、占地面积小等诸多优点。
[0004]目前电催化氧化在工业应用中多采用二维电极，然而二维电极存在着电极面积小、传质差、空间利用效率低的问题。研究者在二维电极的基础上开发出了三维电极，即在原有的二维电极之间填充颗粒状电极填料，在电极填料表面同样产生电催化氧化反应。相比于二维电极，三维电极在单位空间内具有更大的电极表面积和电流强度，因而
·
OH的产率和有机物降解效率更高。
[0005]对有关AOP
S
的文献的调查结果表明，目前对AOP
S
之间的耦合的研究与应用较少，多以不同AOP
S
工艺串联组合为主，其
·
OH的产生方式仍然是单一的。就单一的臭氧催化氧化工艺而言，
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OH产生的唯一途径便是O3在催化剂的作用下的转化，存在相当一部分的O3未转化为
·
OH，这限制了臭氧催化氧化工艺的
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OH转化率和有机物降解效率。再者，系统中的O2和相当一部分的O3未能够得到有效利用，造成一定的资源浪费。

技术实现思路

[0006]1.专利技术要解决的技术问题
[0007]为了解决单一的臭氧催化氧化工艺存在的
·
OH转化途径单一，有机物降解效率受到限制，以及资源利用率低的问题，本专利技术引入电催化氧化工艺，将电催化氧化工艺与臭氧
催化氧化工艺耦合，从而拓宽
·
OH的转化途径，进一步提高
·
OH的产率和有机物降解效率，同时也提高对系统中O3和O2的资源利用率。
[0008]2.技术方案
[0009]为达到上述目的，本专利技术提供的技术方案为：
[0010]本专利技术的一种电催化耦合臭氧催化反应器，电催化氧化和臭氧催化氧化共用同一反应空间，包括在竖直方向上分布的四个区，由下向上依次为布水布气区、反应区、反洗膨胀区、出水排气区；所述反应区内均匀分布电极板，包括交错分布的阴极板和阳极板，所述阴极板与阳极板之间填充有三维电极填料与臭氧催化填料。
[0011]作为本专利技术更进一步的改进，所述臭氧催化填料采用Al2O3基填料，所述臭氧催化填料粒径为3～5mm。
[0012]作为本专利技术更进一步的改进，所述三维电极填料以臭氧催化填料为基体，采用TiO2‑
Co复合材料作为电极包覆层。
[0013]作为本专利技术更进一步的改进，所述三维电极填料与臭氧催化填料堆积体积的比例为1.5～1：1。
[0014]作为本专利技术更进一步的改进，所述阴极板和阳极板均为钛合金板，所述阴极板与直流电源的负极相连，所述阳极板与直流电源的正极相连。
[0015]作为本专利技术更进一步的改进，所述阴极板和阳极板均采用单元拼装式设计，两块阴极板或两块阳极板之间采用连接金属板焊接，所述连接金属板的水平横截面尺寸与电极板一致。
[0016]作为本专利技术更进一步的改进，所述布水布气区内分布有第一穿孔管、第二穿孔管，所述第一穿孔管与第一射流曝气头连接，所述第二穿孔管与第二射流曝气头连接；所述第一射流曝气头连接反洗进气管和反洗进水管，所述第二射流曝气头连接臭氧进气管和进水管；所述布水布气区与反应区之间为填料承托层。
[0017]作为本专利技术更进一步的改进，所述反洗膨胀区与反应区的高度比为1：3～4。
[0018]作为本专利技术更进一步的改进，所述反洗膨胀区与出水排气区之间设有不锈钢滤网，所述不锈钢滤网的网孔边长为三维电极填料或臭氧催化填料的粒径的1/3～2/3。
[0019]作为本专利技术更进一步的改进，所述出水排气区的高度为0.4～0.6m，所述出水排气区的侧部设有出水管和反洗排水管，所述出水管上设有第一电磁阀，所述反洗排水管上设有第二电磁阀，所述出水排气区顶部设有臭氧排气管和反洗排气管，所述臭氧排气管上设有电磁阀，所述反洗排气管上设有第三电磁阀。
[0020]3.有益效果
[0021]采用本专利技术提供的技术方案，与现有技术相比，具有如下有益效果：
[0022](1)本专利技术的反应器将电催化氧化与臭氧催化氧化工艺耦合，解决了单一的臭氧催化氧化工艺存在的
·
OH转化途径单一，有机物降解效率受到限制，以及资源利用率低的问题，拓宽
·
OH的转化途径，进一步提高
·
OH的产率和有机物降解效率，同时也提高对系统中O3和O2的资源利用率。电催化氧化和臭氧催化氧化共用同一反应空间且同时运行的方式也提高了反应器的空间利用利用率，有利于减小反应器体积和与之相关的建造成本。
[0023](2)本专利技术的反应器系统中的电催化氧化工艺采用了三维电极替代传统的二维电极，三维电极在单位空间内具有更大的电极表面积和电流强度，因而
·
OH的产率和有机物
降解效率更高。此外，本专利技术以臭氧催化填料作为制作电催化填料的基体，可使两种填料具有相近的体积和密度，这样在填料反洗时两种填料不会产生分层现象，从而避免两种填料分层而造成臭氧填料床和电催化填料床高度下降和因此导致的臭氧催化氧化和电催化氧化性能降低。两种填料在反应区的均匀分布也可避免电催化氧化系统的三维电极短路导致的电催化氧化作用丧失。
附图说明
[0024]图1为本专利技术的一种电催化耦合臭氧催化反应器本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种电催化耦合臭氧催化反应器，其特征在于：电催化氧化和臭氧催化氧化共用同一反应空间，包括在竖直方向上分布的四个区，由下向上依次为布水布气区(A)、反应区(B)、反洗膨胀区(C)和出水排气区(D)，污水与臭氧混合同时进入布水布气区(A)，再进入反应区(B)进行电催化氧化与臭氧催化氧化处理，处理后的污水再经过反洗膨胀区(C)，最终通过出水排气区(D)排出；所述反应区(B)内均匀分布电极板，包括交错分布的阴极板(21)和阳极板(22)，所述阴极板(21)与阳极板(22)之间均匀填充有三维电极填料(24)与臭氧催化填料(25)。2.根据权利要求1所述的电催化耦合臭氧催化反应器，其特征在于：所述臭氧催化填料(25)采用Al2O3基填料，所述臭氧催化填料(25)粒径为3～5mm。3.根据权利要求2所述的电催化耦合臭氧催化反应器，其特征在于：所述三维电极填料(24)以臭氧催化填料(25)为基体，采用TiO2‑
Co复合材料作为电极包覆层。4.根据权利要求3所述的电催化耦合臭氧催化反应器，其特征在于：所述三维电极填料(24)与臭氧催化填料(25)堆积体积的比例为1.5～1：1。5.根据权利要求1～4任一所述的电催化耦合臭氧催化反应器，其特征在于：所述三维电极填料(24)与臭氧催化填料(25)具有相近的体积和密度。6.根据权利要求5所述的电催化耦合臭氧催化反应器，其特征在于：所述阴极板(21)和阳极板(22)均为钛合金板，所述阴极板(21)与直流电源(20)的负极相连，所述阳极板(22)与直流电源(20)的正极相连。7.根据权利要求5所述的电催化耦合臭氧催化反应器，其特征在于：所述阴极板(21)和阳极板(22)均采用单元拼装式设计，两...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙信柏，刘爱宝，董畔，王凯，
申请(专利权)人：科盛环保科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：