申请日 20201117
公开（公告）日 20210205
IPC分类号 C02F9/06
摘要
本发明公开了一种臭氧耦合三维电催化氧化的废水处理装置和方法，包括反应塔，反应塔内装有三维电催化装置，三维电催化装置所在的反应塔内腔构成了电解池，三维电催化装置下方的反应塔内装有臭氧催化装置，臭氧催化装置包括臭氧发生器和装在反应塔内的臭氧催化剂层及曝气装置，臭氧催化剂层设在曝气装置的上方，曝气装置通过进气管道与臭氧发生器连接。本发明将臭氧催化氧化和三维电催化耦合在一个氧化塔内，使得极难降解的废水氧化更加充分，用充分利用了臭氧氧化后的氧气，极大地提高了电催化效率，使废水氧化更彻底，操作简单，易于控制，占地少，又降低了制造成本和运行成本。
权利要求书
1.一种臭氧耦合三维电催化氧化的废水处理装置，其特征在于：包括反应塔，反应塔下部设有进水口，反应塔上部设有排气口和溢流口，反应塔内装有三维电催化装置，三维电催化装置下方的反应塔内装有臭氧催化装置，
所述臭氧催化装置包括臭氧发生器和装在反应塔内的臭氧催化剂层及曝气装置，臭氧催化剂层设在曝气装置的上方，曝气装置通过进气管道与臭氧发生器连接。
2.根据权利要求1所述的一种臭氧耦合三维电催化氧化的废水处理装置，其特征在于，所述三维电催化装置包括设在反应塔内的电极和电化学催化剂层，电极插装在电化学催化剂层内，电极与设在反应塔外的电源电连接。
3.根据权利要求2所述的一种臭氧耦合三维电催化氧化的废水处理装置，其特征在于，所述电极设有两个，一个为正极，一个为负极，每一极至少设有一块电极板。
4.根据权利要求3所述的一种臭氧耦合三维电催化氧化的废水处理装置，其特征在于，电极板总宽度为塔内径的0.6一0.8倍，电极板长度比催化剂层高高岀10一15CM，电极板距塔中心为塔内径的0.3一0.4倍距离。
5.根据权利要求1或2所述的一种臭氧耦合三维电催化氧化的废水处理装置，其特征在于，在所述反应塔内设有用于安放臭氧催化剂或电化学催化剂的塔板，塔板上方设有压板，塔板、压板及反应塔侧壁之间构成了用于填充臭氧催化剂或电化学催化剂的空间，反应塔侧壁上固定有支撑塔板或压板的搭接块。
6.根据权利要求1所述的一种臭氧耦合三维电催化氧化的废水处理装置，其特征在于，反应塔上部设有回流口，回流口处连接有回流管道，回流管道出水端通过污水泵与设在臭氧催化剂层下方的布水器连接，回流管道上安装有回流阀。
7.根据权利要求5所述的一种臭氧耦合三维电催化氧化的废水处理装置，其特征在于，所述污水泵的进水端还连接有进水管道，进水管道上安装有污水调节阀。
8.根据权利要求6或7所述的一种臭氧耦合三维电催化氧化的废水处理装置，其特征在于，在所述回流管道上安装有液体流量计，在所述进气管道上安装有气体流量计。
9.一种臭氧耦合三维电催化氧化的废水处理方法，其特征在于，该方法采用权利要求1-8任一项所述废水处理装置，具体步骤为，
（1）通过污水泵将废水注入反应塔内，经过液体流量计调节进水流量，通过布水器均匀地进入反应塔中；
（2）等废水浸没臭氧催化剂层时，启动臭氧发生器，将浓度为80-150mg/L的臭氧送入反应塔，通过曝气装置开始曝气；
（3）当废水从溢出口溢出时，打开直流电源，对废水进行电氧化处理，未反应完全的臭氧和大量的氧气随废水上升至三维电催化装置；
（4）通过污水调节阀调节进水流量，通过回流阀调节回水流量，使出水的检测指标满足出水要求，调节气体流量计使气体平衡，将含有氧气的尾气通入生化系统氧化池。
10.根据权利要求9所述的一种臭氧耦合三维电催化氧化的废水处理方法，其特征在于，所述电极板间的电流强度控制在5-25mA/cm2,电源电压控制在12-48v。
说明书
一种臭氧耦合三维电催化氧化的废水处理装置和方法
技术领域
本发明涉及一种工业水处理技术，特别涉及一种臭氧耦合三维电催化氧化的废水处理装置和方法。
背景技术
高级氧化水处理技术对难降解工业废水有机污染物有出色的矿化效果，如臭氧氧化技术、电化学技术、光催化技术等，高级氧化水处理技术主要利用系统中产生的羟基自由基（• OH E0=2.8 eV vs SHE）、臭氧（O3 E0=2.07 eV vs SHE）等强氧化剂将有机污染物氧化或矿化成无害物质。高级氧化水处理技术可以单独使用，也可以耦合使用，还可以作为生化处理工程的预处理技术。
臭氧氧化技术降解有机污染物主要通过两种途径实现（1）偏酸性溶液中臭氧分子亲电攻击有机污染物直接氧化降解；（2）偏碱性溶液中臭氧分子发生自分解，产生羟基自由基（• OH），从而将有机污染物矿化。但是臭氧氧化具有一定的选择性，中间产物多，氧化过程能耗高，臭氧出气中含量更高的氧气被完全浪费。
电化学水处理技术在电流作用下，电极表面发生氧化还原反应，其过程中产生强氧化性的自由基将有机物矿化，无需其他化学试剂，装置简单易操作，在对难降解有机物废水方面得到了广泛应用。但电化学技术也存在一些缺陷：（1）受电流和传质限制，一定程度上制约了废水的处理效率；（2）处理废水的装置相对规模较小，电极材料常常含有贵金属，使用寿命有限，价格昂贵，提高了废水处理成本。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种设计合理，用充分利用了臭氧氧化后的氧气和残留的臭氧，极大地提高了电催化效率，使废水氧化更彻底的臭氧耦合三维电催化氧化的废水处理装置。
本发明所要解决的另一技术问题是针对现有技术的不足，提供一种采用上述废水处理装置的废水处理方法。
为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
一种臭氧耦合三维电催化氧化的废水处理装置，其特点是，包括反应塔，反应塔下部设有进水口，反应塔上部设有排气口和溢流口，反应塔内装有三维电催化装置，三维电催化装置所在的反应塔内腔构成了电解池，三维电催化装置下方的反应塔内装有臭氧催化装置，
所述臭氧催化装置包括臭氧发生器和装在反应塔内的臭氧催化剂层及曝气装置，臭氧催化剂层设在曝气装置的上方，曝气装置通过进气管道与臭氧发生器连接。
本发明所要解决的技术问题还可以通过以下技术方案实现，所述三维电催化装置包括设在反应塔内的电极和电化学催化剂层，电极插装在电化学催化剂层内，所述电极设有两个，一个为正极，一个为负极，每一极至少设有一块电极板，同极的多块电极板紧密排列，电极板总宽度为塔内径的0.6一0.8倍，电极板长度比催化剂层高高岀10一15CM，电极板距塔中心为塔内径的0.3一0.4倍距离。
本发明所要解决的技术问题还可以通过以下技术方案实现，所述反应塔内设有用于安放臭氧催化剂或电化学催化剂的塔板，塔板上方设有压板，塔板、压板及反应塔侧壁之间构成了用于填充臭氧催化剂或电化学催化剂的空间，反应塔侧壁上固定有支撑塔板或压板的搭接块。
本发明所要解决的技术问题还可以通过以下技术方案实现，反应塔上部设有回流口，回流口处连接有回流管道，回流管道出水端通过污水泵与设在臭氧催化剂层下方的布水器连接，回流管道上安装有回流阀，所述污水泵的进水端还连接有进水管道，进水管道上安装有污水调节阀，
溢流口出水为处理后的水，若检测不合格，可关闭进水管道，全开回流阀，通过污水泵使污水形成自循环直到出水合格为止。
本发明所要解决的技术问题还可以通过以下技术方案实现，在所述回流管道上安装有液体流量计。
本发明所要解决的技术问题还可以通过以下技术方案实现，在所述进气管道上安装有气体流量计。
一种臭氧耦合三维电催化氧化的废水处理方法，其特点是，该方法采用上述废水处理装置，具体步骤为，
（1）通过污水泵将废水注入反应塔内，经过液体流量计调节流量，通过布水器均匀地进入反应塔中；
（2）等废水浸没臭氧催化剂层时，启动臭氧发生器，将浓度为80-150mg/L的臭氧送入反应塔，通过曝气装置开始曝气；
（3）当废水从溢出口溢出时，打开直流电源，控制电极板间的电流强度为5-25mA/cm2,电源电压为12-48v，对废水进行电氧化处理；
（4）通过污水调节阀调节进水流量，通过回流阀调节回水流量，使出水的检测指标满足出水要求，调节气体流量计使气体平衡，将含有氧气的尾气通入生化系统氧化池。
与现有技术相比，本发明具备以下优点：
1）将多电极催化氧化和臭氧催化氧化结合起来，臭氧催化氧化化的同时，利用其产生的氧气和残留臭氧进一步电催化氧化，使难降解有机物更加彻底完全矿化；
2）由于本装置氧化过程中一般不产生沉淀物，自身产生的气体具有气浮作用，故即使有少量的沉淀物也可以随废水排出；
3）臭氧催化氧化产生的氧气利用在电催化氧化中，二者协同，提高了效率，物质及能量充分利用；
4）电极采用石墨电极，成本低，寿命长；
5）反应装置一体化，操作简单，占地少，可移动，投资低，运行费用低；
6）废水处理适用范围广，特别适用于高浓度难降解废水，可与深化处理配合使用，尾气产生的氧气可用于好氧生化或者富氧制臭氧气。 （发明人 吴中虎;刘素静;吴加同;范皓哲）