申请日2014.09.11
公开(公告)日2014.12.03
IPC分类号C02F1/467
翻译
本发明涉及电化学水处理技术领域，是一种常温常压电催化氧化处理高浓度废水的方法及装置，包括反应池、电极和复合催化剂组合，若干个反应池分别设置进出水口，进气管和采用特殊的合金电极组合与复合催化剂活性颗粒填料，布置合适的布水布气系统，在若干个反应池装置构成的一体式分离反应器的基础上进行电催化氧化，选择均相催化剂进行催化，在常温常压的条件下，将高浓度难以生化的有机废水进行彻底矿化为二氧化碳和水或在降解污染有机物的同时提高废水的B/C比使废水可生物降解。本发明运用特种电极产生的电、磁、气在嫁接了特种合金活性炭活性颗粒和气体作用下，实现催化氧化，解决不同性质的高浓度及生物难以降解的工业废水。
权利要求书
1.一种电催化氧化处理高浓度废水的方法，包括反应池、电极组合等部件，其 特征在于该方法首先设有若干个电催化氧化处理反应池装置，在若干个电催 化氧化处理反应池分别设置进水口、进气管和出水口，电催化氧化处理反应 池内置复合催化剂，采用特殊的电极组合与催化剂耦合，催化剂采用渍浸一 种稀贵的复合金属又经过适当温度处理的活性颗料填料，布置合适的布水系 统，在若干个电催化氧化处理反应池装置构成一种与处理废水浓度要求的相 连或又并连又串连的一体式高浓度废水降解分离反应器，进行电催化氧化， 反应器在自然的常温常压条件下，应用磁、电、气及催化剂结合作用下使羟 基自由基·OH活性基团迅速生成，使污水中有毒有害物质在电极和复合催化 剂填料上发生直接电化学反应，实现直接氧化，并利用电场作用下产生的· OH和伴生的强氧化性活性物质对废水中汚染有机物实现破环，将污水中的大 分子有机污染物氧化成小分子有机污染物，打断如偶氮基、硝基、硫化羟基、 碳亚氨基等有机物分子中的双键发色团，达到脱色的目的，最终达将有机物 转化为二氧化碳和水，同时有效地提高废水的B/C比，使原来不可生物降 解的为可生物降解，该方法包括：
a.根据处理污染有机物的种类和COD状况，设置若干个电催化氧化处理反应 池组成一体式多段处理器;所述的一体式多段处理器由若干个电催化氧化 处理反应池串联或并联或混联组成;
b.在常温常压条件下达到降解高浓度有机物，反应器内的正负电极采用合金 组合电极，或组成合金后的镀层，再加以高温烧结使钛基上覆盖一层导电 性增强的电极，所述的合金为铜锡合金或锌铜合金硅钯等，也可依据处理 有机物的种类替换为石墨与铁或不锈钢与铁或铁与铝或有钛基材镀稀有 元素与不锈钢电极组合以达到高效和经济适用的目的;
c.一次性加入复合催化剂填料，将稀有金属组成为铜锡合金或锌铜合金和硅 钯合金或与电极相匹配的合金催化活性组分，嫁接在活性炭上，再与现有 的复合催化剂以80﹪比20组合，该组合为电催化氧化复合催化活性填料， 在电场作用下，更高效地处理高浓度有毒有害有机污染废水;
d.一种复载有合金组成的正负电极与嫁接合金复合催化剂进行耦合，除高速 形成微电场和缩小正负极的间距，由于应用稀贵合金材料使本反应器在原 基础上提高电场的效率20～30﹪，为实现高浓度的废水处理提供了主要 的条件。
2.一种电催化氧化处理高浓度废水方法的装置，包括反应池、电极组合等部件， 其特征在于该装置由若干个电催化氧化处理反应池组成在一起，所述的电催 化氧化处理反应池设有进出水口的池体和插置于池体腔内的正负电极并在 池体下部的进气口及池体上部的集气口组成，所述的正负电极的材料配对组 合为：合金组合电极，所述的合金组合电极为铜锡合金或锌铜合金，所述的 池体腔内设有一次性填充复合催化剂;所述的复合催化剂是由活性碳浸渍稀 贵合金溶液后，再以适当温度焙烧而成的带有铜锡合金或锌铜合金的稀贵金 属的活性碳，所述的池体内设有布气系统，所述的布气系统是池体内腔底部 设有曝气管接通所述的进气口，在曝气管上方，位于池体的下部，设有过滤 板，过滤板上均布安装滤头，气体通过二种方式进入，过滤板的进气量大于 滤头的气量，形成气体剪切力，滤头布置在负极下方，避免复极产生和增加 H2O2、O3的产生、加大·OH的产生，提高对污染物氧化能量，所述的正负电 极采用双面平板栅状电极，加大与活性碳颗粒催化剂接触面积，且垂直平行 相间置于活性碳颗粒催化剂中，并上下对称设置在池体中。
3.一种如权利要求2所述的电催化氧化处理高浓度废水方法的装置，其特征在 于该装置由若干个电催化氧化处理反应池组成在一起，组成方式为串联或并 联或混联。
说明书
一种电催化氧化处理高浓度废水的方法及装置
[技术领域]
本发明涉及电化学氧化法污水处理技术领域，具体来说是一种电催化氧化 处理高浓度废水的方法及装置。
[背景技术]
众所周知，工业废水是指工业生产过程中产生的废水、污水和废液，其中 含有随水流失的工业生产用料、中间产物和产品以及生产过程中产生的污染物。 工业废水分类通常有三种，a.根据污染物的化学性质来分，b.根据企业的产品 和对象分类，c.根据污染物的主要成分分类，不同的工业废水处理其方法和装 置不同，主要分为四大类：物理处理、化学处理、物理化学法和生物处理法。 高浓度的工业废水指污染物浓度高、毒性大的废水，而且成分复杂、有异味， 色度高，不易生物降解有机废水中所含的有机污染物。
随着社会各界对环境要求的提高，电化学水处理技术具有其他水处理技术 无法比拟的优越性，如：不需要外加药剂，不要求特别的光源，反应条件温和， 操作简单，占地面积小，时间短，效率高。随着工业技术的发展各行各业都有 高浓度难降解废水的产生，此类废水已影响到企业的可持续发展。
综合国内外资料，其治理高浓度废水处理手段基本为物化处理、化学处理 及生物处理技术。化学处理技术是应用化学原理和化学作用通过焚烧法、氧化 法、臭氧氧化法、电化学氧化法将废水中的污染物成分转化为无害，使废水得 到净化，化学处理技术主要分为两大类，一类是在常温常压下利用氧化剂将废 水中的有机物氧化成二氧化碳和水，另一类是在高温高压下分解高浓度废水中 有机物，包括超临界水氧化和湿式氧化工艺，所用的氧化剂通常为氧气或过氧 化氢，一般采用催化剂降低反应，加快反应速率。化学氧化法反应速度快，但 成本高，难以将难降解的有机物一步氧化到无机物质，而且对中间产物的控制 较少。纵观所有水处理技术的方方面面，要适应新形势下严峻的环境现状必须 对原有的生产工艺和水处技术进行改造和创新。
中国专利申请号“200710040395.8”公开了一种常温常压催化氧化污水处 理反应池和组合装置，该专利公开的资料中提及实现高浓度废水降解的催化剂 的生产工艺和材料系传统的。本发明专利彻底公开了为何常温常压催化氧化可 以实现高浓度有毒，有害污染有机物的降解，主要是电极，复合催化剂配伍应 用了合金材料，和全新的工艺组合。
[发明内容]
本发明创造根据国际先进AOP深度氧化(Advanced Oxidation Process) 和FP多极催化等前沿技术，结合最新磁电控制技术和对极性材料和催化剂的研 究，开发出在常温常压下兼有超强氧化、三维催化、吸附和过滤等综合处理功 能的多功能“高浓度”、“低浓度”难生化废水处理方法及装置。
为了实现上述目的，设计一种电催化氧化处理高浓度废水的方法，包括反 应池、电极组合复合催化剂生产工艺等，该方法首先设有若干个电催化氧化处 理反应池装置，在若干个电催化氧化处理反应池分别设置进水口、进气管和出 水口及集气口等，电催化氧化处理反应池内置复合催化剂，采用特殊的电极组 合与催化剂耦合，配套稀贵复合金属活性颗料填料，布置合适的布水布气系统， 在若干个电催化氧化处理反应池装置构成的一体式分离反应器的基础上进行电 催化氧化，选择合金催化剂进行催化氧化，在自然的常温常压条件下，应用磁、 电、气技术的结合，实现羟基自由基·OH等活性基团迅速生成，通过直接氧化 和间接氧化的原理，使污水中有毒有害物质在电极和复合催化剂填料上发生直 接电化学反应，利用电场作用下产生的·OH和伴生的各类自由基等强氧化性活 性物、将污水中有机物彻底矿化成二氧化碳和水，将大分子有机污染物破环断 长链氧化成小分子有机污染物，打断如偶氮基、硝基、硫化羟基、碳亚氨基等 有机物分子中的双键发色团，达到脱色的目的，同时有效地提高BOD/COD值， 将高浓度难以生化有机废水进行彻底矿化，该方法包括：
a.根据处理污染有机物的种类和COD状况，设置若干个电催化氧化处理反应 池组成一体式多段处理器;所述的一体式多段处理器由若干个电催化氧化 处理反应池串联或并联或混联组成;这个所谓的串联，并联和混联不是简 单的串联、并联和混联，而是针对废水COD及成份和经过大量实验得到的 数据对每个反应池的电极种类、数量、复合催化剂的组合加以针对性的变 化，以得到高浓度，难降解废水的有效处理;
b.采用合金组合钛基烧结和不锈钢电极，所述的合金为铜锡合金或锌铜合金 等，所述的合金组合电极也可按处理废水的性质、替换为石墨与铁或不锈 钢与铁或铁与铝等通过实验和工程验证钛基材与合金烧结与不锈钢电极 组合，它的污水适用范围更广;
c.一次性加入复合催化剂，催化剂为吸附性强脱附性好的活性炭嫁接合金的 有催化活性的复合催化颗粒，并根据处理成分决定比例组合，一般为20 ﹪～80%或40﹪～60%，所嫁接的合金依据降解废水需要选择铜锡合金或 锌铜合金和钯碳、银、锰，与正负电极与复合催化剂进行耦合，正负电极 为复合催化剂提供电场，使复合催化剂形成微电场，形成微电场的复合催 化剂缩小了正负极的间距，从而提高电场的效率，通过实验和工程验证钛 基材合金烧结电极与不锈钢电极组合在复合催化剂的耦合作用下处理汚 水范围更广可将几万甚至几十万mg/L的COD降解，实现高浓度的废水处 理;
d.一种复载有合金组成的正负电极与嫁接合金复合催化剂进行耦合，除高速 形成微电场和缩小正负极的间距，由于应用稀贵合金材料使本反应器在原 基础上提高电场的效率20～30﹪，为实现高浓度的废水处理提供了主要 的条件。
一种电催化氧化处理高浓度废水方法的装置，包括反应池、电极组合等部 件，该装置由若干个电催化氧化处理反应池组成在一起，所述的电催化氧化处 理反应池设有进出水口的池体和插置于池体腔内的正负电极并在池体下部的进 气口及池体上部的集气口组成，所述的正负电极的材料配对组合为：合金组合 电极，所述的合金组合电极为铜锡合金或锌铜合金，所述的池体腔内设有一次 性填充复合催化剂;所述的复合催化剂是由活性碳浸渍稀贵合金溶液后，再以 适当温度焙烧而成的带有铜锡合金或锌铜合金的稀贵金属的活性碳，所述的池 体内设有布气系统，所述的布气系统是池体内腔底部设有曝气管接通所述的进 气口，在曝气管上方，位于池体的下部，设有过滤板，过滤板上均布安装滤头， 气体通过二种方式进入，过滤板的进气量大于滤头的气量，形成气体剪切力， 滤头布置在负极下方，避免复极产生和增加H2O2和O3的产生、加大·OH的产 生，提高对污染物氧化能量，所述的正负电极采用双面平板栅状电极，加大与 活性碳颗粒催化剂接触面积，且垂直平行相间置于活性碳颗粒催化剂中，并上 下对称设置在池体中。
该装置由若干个电催化氧化处理反应池组成在一起，组成方式为串联或并 联或混联。
本发明专利根据一体式反应器的特点，与电催化氧化耦合，除电极组合和 复合催化剂等部件外，反应池设有进出水口和插置于池体腔内的正负电极和池 体下部的进气口及池体上部的集气口组成，所述的池体内设有布气系统，所述 的布气系统是池体内腔底部设有曝气管接通所述的进气口，在曝气管上方，位 于池体的下部，设有过滤板，过滤板上均布安装滤头，气体通过两种方式进入， 过滤板的进气量大于滤头的气量，形成气体剪切力，滤头布置在正负极中间， 避免复极产生从而消除传质的屏障，所述的正负电极采用双面平板电极，且垂 直平行相间置于活性碳颗粒催化剂中，并上下对称设置在池体中。除加大与复 合催化剂的接触面积，还有利于污水和催化剂与电极板的接触，不容易出现电 场死角使污水完全处在电场之中，提高效率，成本降低，实现高浓度废水处理。 本发明的电催化氧化处理效果好，其优点在于：
1.在电解氧化污水处理反应池中填充复合催化剂，复合催化剂是带复合稀 贵金属的活性颗粒，在电场和气体作用下，实现催化氧化过程;
2.解决电耗，提高正负极电压效率，采用合金组合电极，增强正负极的耐 磨性和氧化效果;
3.电解所用电极材料与催化剂合理的电化学配对组合，可去除难以解降的 污染物;
4.采取了有效的布气系统，气体通过两种方式进入，形成气体剪切力，从 而在常温常压下实现催化氧化污水处理;
5.若干个反应池进行串联或并联或混合连接，适用于解决多种不同性质的 工业废水;
6.电极结构采用双面平板电极，增强与活性炭颗粒催化剂接触面积，催化 作用好，节省电能，提高电场效率;
7.实现了高浓度难解废水的处理，克服了现有技术对高浓度难解废水一般 采用高温高压分解废水中有机物的技术偏见，具有使用安全和有效性;
8.反应池腔内设有一次性填充复合催化剂，解决了在现有技术中多次投放 催化剂的工艺。