3d-eo三維過(guò)氧化電化學(xué)裝置的制造方法
【專(zhuān)利摘要】本實(shí)用新型公開(kāi)了一種3D?EO三維過(guò)氧化電化學(xué)裝置。該裝置包括反應(yīng)器以及與反應(yīng)器連接的臭氧發(fā)生器，反應(yīng)器內(nèi)設(shè)有三維電化學(xué)氧化裝置和納米曝氣頭，三維電化學(xué)氧化裝置包括陶瓷粒子電極和兩塊以上均等排列的電極板，電極板交替設(shè)為正極和負(fù)極。本實(shí)用新型的裝置操作簡(jiǎn)單，易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，方便維護(hù)，條件溫和，處理速度快，處理效率高，無(wú)需投加任何化學(xué)藥劑，基本無(wú)污泥產(chǎn)生，且無(wú)二次污染，可廣泛應(yīng)用于處理有機(jī)廢水。
【專(zhuān)利說(shuō)明】
3D-E0三維過(guò)氧化電化學(xué)裝置
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本實(shí)用新型屬于有機(jī)廢水的處理領(lǐng)域，具體涉及一種3D-E0三維過(guò)氧化電化學(xué)裝 置。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展、工業(yè)化的加速，出現(xiàn)"水荒"和"水污染"現(xiàn)象問(wèn)題越來(lái)越嚴(yán) 重，加大環(huán)境保護(hù)工作力度，加快污水處理行業(yè)發(fā)展，將污水進(jìn)行深度處理，使污水能夠資 源化，是解決"水荒"和"水污染"的途徑，因而，國(guó)家逐步頒布適應(yīng)經(jīng)濟(jì)、科技和社會(huì)發(fā)展的 日益嚴(yán)格的污染物排放標(biāo)準(zhǔn)，特別是C0D指標(biāo)排放限值越來(lái)越低。而傳統(tǒng)的后端深度處理如 過(guò)濾、吸附、膜分離等物化處理方法，其未從本質(zhì)上解決廢水中污染物的問(wèn)題，只是將污染 物轉(zhuǎn)移;而Fenton氧化法雖能徹底礦化有機(jī)物，但其產(chǎn)泥量大、投加藥劑種類(lèi)多、處理效率 有一定的極限等缺點(diǎn);等等。
[0003] 為保證后端出水達(dá)標(biāo)排放，不僅是通過(guò)后端深度處理技術(shù)的提升，而且需提高前 端的廢水處理的效率，從而減輕后端處理所面臨的沉重壓力。因此，對(duì)于制藥、染料、化工、 垃圾滲濾液等廢水，通常含有高濃度難降解的有機(jī)物，有機(jī)物種類(lèi)多、成分復(fù)雜、C0D濃度 高、有毒有害、可生化性差，常規(guī)物理、化學(xué)、生物法等處理方法難以將其降解，需對(duì)其進(jìn)行 高效氧化預(yù)處理，將有毒、大分子難降解有機(jī)污染物轉(zhuǎn)化為低毒、易生物降解的低分子有機(jī) 物，提高其可生化性，提高生化處理效果，再采取相應(yīng)的深度處理技術(shù)，達(dá)到現(xiàn)行的水質(zhì)排 放或回用要求，因而高濃度、難降解廢水的預(yù)處理也是不可或缺的，也是廢水處理流程的關(guān) 鍵步驟之一。
[0004] 高級(jí)氧化技術(shù)是以促進(jìn)產(chǎn)生羥基自由基（?0!〇為目的的氧化技術(shù)。?0!!具有較高 的氧化還原電位，能無(wú)選擇地將水中難降解的污染物氧化為H 20、C02和仏等無(wú)機(jī)小分子。03 是一種強(qiáng)氧化劑，其氧化能力僅次于內(nèi)和? 0H，能有效除臭、脫色、殺菌、降解有機(jī)物等，基 本無(wú)泥量產(chǎn)生，在水處理領(lǐng)域應(yīng)用廣泛;但其亦存在不足:一是〇3的氧化能力有限且對(duì)有機(jī) 物的氧化具有較強(qiáng)的選擇性，氧化過(guò)程中往往只實(shí)現(xiàn)了廢水中大分子有機(jī)物向小分子有機(jī) 物的轉(zhuǎn)變，與H 202反應(yīng)產(chǎn)生? 0H受到如濃度、pH等環(huán)境條件限制，礦化能力差，導(dǎo)致出水C0D 和TOC不夠理想；二是03利用率不高，導(dǎo)致處理成本高。電化學(xué)氧化法是近年發(fā)展起來(lái)的新 型高級(jí)氧化技術(shù)，是一種環(huán)境友好的水處理技術(shù)，其能在常溫常壓下，利用陽(yáng)極的高電位及 催化活性直接降解水中的污染物，或產(chǎn)生? 0H等強(qiáng)氧化劑降解污染物。電化學(xué)氧化法條件 溫和、操作簡(jiǎn)便且無(wú)二次污染，但受水電解點(diǎn)位、電極材料等的限制，降解有機(jī)物時(shí)電流效 率低、能耗高，其氧化處理有機(jī)廢水受到一定的發(fā)展限制。 【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0005] 本實(shí)用新型要解決的技術(shù)問(wèn)題是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種操作簡(jiǎn)單、易于 實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化、方便維護(hù)、條件溫和、處理速度快、處理效率高、無(wú)需投加任何化學(xué)藥劑、產(chǎn)泥 量少、無(wú)二次污染的3D-E0三維過(guò)氧化電化學(xué)裝置。
[0006] 為解決上述問(wèn)題，本實(shí)用新型采用以下技術(shù)方案：
[0007] 一種3D-E0三維過(guò)氧化電化學(xué)裝置，其特征在于，包括反應(yīng)器以及與反應(yīng)器連接的 臭氧發(fā)生器，所述反應(yīng)器內(nèi)設(shè)有三維電化學(xué)氧化裝置，所述三維電化學(xué)氧化裝置包括陶瓷 粒子電極和兩塊以上均等排列的電極板，所述電極板交替設(shè)為正極和負(fù)極。
[0008] 上述的3D-E0三維過(guò)氧化電化學(xué)裝置中，優(yōu)選的，所述反應(yīng)器內(nèi)設(shè)有用于擴(kuò)散臭氧 發(fā)生器產(chǎn)生的混合氣的納米曝氣頭。
[0009] 上述的3D-E0三維過(guò)氧化電化學(xué)裝置中，優(yōu)選的，所述陶瓷粒子電極是由若干球狀 陶瓷粒子構(gòu)成的電極，所述陶瓷粒子的直徑為3mm~10mm，所述陶瓷粒子表面設(shè)有含Ir、Ta、 Ti、Ru和Pt中一種或多種的金屬氧化物層。該金屬氧化物層可以為單金屬氧化物層、復(fù)合金 屬氧化物層、多個(gè)單金屬氧化物構(gòu)成的混合層、多個(gè)復(fù)合金屬氧化物構(gòu)成的混合層或者單 金屬氧化物與復(fù)合金屬氧化物構(gòu)成的混合層，可根據(jù)實(shí)際廢水的性質(zhì)，選擇適當(dāng)?shù)姆桨讣?配比。
[0010] 上述的3D-E0三維過(guò)氧化電化學(xué)裝置中，優(yōu)選的，所述反應(yīng)器設(shè)為多級(jí)，多級(jí)反應(yīng) 器依次串聯(lián)，第一級(jí)反應(yīng)器和第二級(jí)反應(yīng)器與臭氧發(fā)生器相連。
[0011] 上述的3D-E0三維過(guò)氧化電化學(xué)裝置中，優(yōu)選的，所述反應(yīng)器設(shè)為三級(jí)。
[0012] 上述的3D-E0三維過(guò)氧化電化學(xué)裝置中，優(yōu)選的，上級(jí)反應(yīng)器所設(shè)的出水口與下級(jí) 反應(yīng)器所設(shè)的進(jìn)水口連通，上級(jí)反應(yīng)器所設(shè)的出氣口與下級(jí)反應(yīng)器所設(shè)的進(jìn)氣口通過(guò)臭氧 尾氣集氣管連通。
[0013]本實(shí)用新型中，3D-E0即為三維過(guò)氧化電化學(xué)的代號(hào)。
[0014]本實(shí)用新型的3D-E0三維過(guò)氧化電化學(xué)裝置主要基于臭氧氧化和電化學(xué)氧化技術(shù) 原理，在通電及產(chǎn)生臭氧的條件下，將臭氧氧化技術(shù)和電化學(xué)氧化技術(shù)于同一反應(yīng)器中耦 合聯(lián)用，用于處理廢水中的C0D、色度等。臭氧發(fā)生器產(chǎn)生的0 3可利用自身的氧化性 (2.07Vs)直接或間接(基于03的高級(jí)氧化)氧化有機(jī)物，電化學(xué)氧化可利用陽(yáng)極的高電位及 催化活性直接降解水中的污染物，或產(chǎn)生? 0H等強(qiáng)氧化性粒子氧化降解污染物。此外，臭氧 電化學(xué)耦合氧化體系具有協(xié)同氧化效應(yīng):臭氧發(fā)生器產(chǎn)生的〇2、〇 3混合氣體經(jīng)曝氣裝置擴(kuò)散 至電極表面，〇3和〇2可在陰極表面經(jīng)過(guò)一系列自由基鏈反應(yīng)生成? 0H，陽(yáng)極表面可直接氧化 降解有機(jī)物，或產(chǎn)生? 0H、? 0、C1(T等氧化性粒子氧化有機(jī)物，通過(guò)這一系列的物理化學(xué)反 應(yīng)，實(shí)現(xiàn)了臭氧氧化與電化學(xué)氧化技術(shù)的耦合聯(lián)用。
[0015]本實(shí)用新型的3D-E0三維過(guò)氧化電化學(xué)裝置包括以下反應(yīng)機(jī)制：（1)03利用自身的 氧化性直接或間接氧化有機(jī)物；（2)電化學(xué)氧化利用陽(yáng)極的高電位及催化活性直接降解水 中的污染物，或產(chǎn)生? 0H等強(qiáng)氧化性粒子氧化降解污染物；（3)臭氧電化學(xué)耦合氧化體系協(xié) 同氧化污染物，所述協(xié)同機(jī)制如下：臭氧發(fā)生器產(chǎn)生的〇 2、〇3混合氣體經(jīng)曝氣裝置擴(kuò)散至電 極表面，〇3可在陰極表面直接得電子生成臭氧負(fù)離子，進(jìn)而分解為? 0H;陰極附近的強(qiáng)堿性 條件促進(jìn)了臭氧的分解，進(jìn)而產(chǎn)生? 0H，實(shí)現(xiàn)臭氧體系自由基鏈的引發(fā);02在陰極表面發(fā)生 還原反應(yīng)生成H2〇 2,其共輒堿H0：T與03反應(yīng)生成? 0H。
[0016]本實(shí)用新型中，廢水進(jìn)入3D-E0三維過(guò)氧化電化學(xué)裝置的反應(yīng)器中，通過(guò)臭氧氧化 和電化學(xué)氧化耦合聯(lián)用降解廢水中的有機(jī)污染物，處理過(guò)程條件溫和、處理速度快、效率 高、且無(wú)需投加任何化學(xué)藥劑、基本無(wú)污泥產(chǎn)生、無(wú)二次污染。臭氧的氧化作用能使苯環(huán)類(lèi) 物質(zhì)開(kāi)環(huán)轉(zhuǎn)化為不飽和長(zhǎng)鏈狀有機(jī)物，該類(lèi)鏈條式不飽和有機(jī)分子破裂，生成臭氧化物，臭 氧化物再發(fā)生自發(fā)性分裂，最終生成羧基化物、酸和醛，甚至被氧化為C〇2和H20。〇3對(duì)有機(jī)物 的氧化通常伴隨著直接反應(yīng)和間接反應(yīng)兩種途徑:直接反應(yīng)是對(duì)有機(jī)物的直接氧化；間接 反應(yīng)(基于臭氧的高級(jí)氧化)是有自由基（? 0H)參與的氧化反應(yīng)，自由基作為二次氧化劑使 得有機(jī)物迅速氧化。電化學(xué)氧化是利用陽(yáng)極的高電位及催化活性直接降解水中的有毒污染 物，或產(chǎn)生? 0H等強(qiáng)氧化劑降解水中的污染物。將臭氧氧化技術(shù)與電化學(xué)氧化技術(shù)于同一 反應(yīng)器中聯(lián)用時(shí)，電解過(guò)程的陰、陽(yáng)極反應(yīng)(或兩者的產(chǎn)物)正是臭氧類(lèi)高級(jí)氧化技術(shù)自由 基反應(yīng)歷程的引發(fā)反應(yīng)。臭氧電化學(xué)耦合氧化體系的協(xié)同機(jī)制如下:臭氧發(fā)生器產(chǎn)生的〇 2、 〇3混合氣體經(jīng)納米曝氣頭擴(kuò)散至電極表面，〇3可在陰極表面直接得電子生成臭氧負(fù)離子，進(jìn) 而分解為? 〇H(方程式（1)和(2));陰極附近的強(qiáng)堿性條件促進(jìn)了臭氧的分解，進(jìn)而產(chǎn)生? 0H，實(shí)現(xiàn)臭氧體系自由基鏈的引發(fā)(方程式(3)-(7));0 2在陰極表面發(fā)生還原反應(yīng)生成H2〇2， 其共輒堿HO：T與0 3反應(yīng)生成? 0H(方程式(8)-(13))。同時(shí)，陽(yáng)極表面可直接氧化降解有機(jī) 物，或產(chǎn)生氧化性粒子(〇3、? 0H、? 0、C10_等)對(duì)有機(jī)物進(jìn)行氧化;含氯的污水被氧化生成 C1CT，然后對(duì)有機(jī)物進(jìn)行氧化。其涉及到的反應(yīng)方程式如下：
[0017] 〇3+e-y 〇3- (1)
[0018] ? 03-+H2〇4 ? 0H+02+0H- (2)
[0019] 03+0H--H〇2-+〇2 (3)
[0020] H〇2-+〇3- ? 〇3-+H〇2 ? (4)
[0021] HO：. <-^ .〇2~ + H+ (5)
[0022] ? 〇2-+03- ? 〇3-+〇2 (6)
[0023] ? 03-+H2〇4 ? OH+O2+OH- (7)
[0024] 〇2+H2〇+2e--H〇 2-+0H-(堿性）（8)
[0025] 〇2+2H++2e--H2〇2(酸性）（9)
[0026] HO2-+〇3-? 〇3-+H〇2 ? (10)
[0027] H〇2 ? 〇 ?0 2 + H 1 (11)
[0028] ? O2-+03-? 〇3-+O2 (12)
[0029] ? 03-+H2O4 ? OH+O2+OH- (13)
[0030]本實(shí)用新型的3D-E0三維過(guò)氧化電化學(xué)裝置使水處理過(guò)程中的兩個(gè)單獨(dú)的化學(xué)氧 化過(guò)程轉(zhuǎn)化為多個(gè)可能產(chǎn)生? 0H的高級(jí)氧化過(guò)程，03和02可在陰極表面經(jīng)過(guò)一系列自由基 鏈反應(yīng)生成? 0H，同時(shí)，陽(yáng)極表面也可產(chǎn)生? 0H、? 0、C1(T等氧化性粒子，故臭氧電化學(xué)的 耦合聯(lián)用能夠產(chǎn)生更多的? 0H等氧化性粒子，具有明顯的協(xié)同氧化效應(yīng)，可以克服使用單 一技術(shù)時(shí)的局限，對(duì)有機(jī)物的處理效率有極大地提高，可用于難降解C0D廢水的深度處理， 有效降低出水C0D和色度，也可用于高濃度難降解有機(jī)廢水的預(yù)處理，提高其可生化性，如 垃圾滲濾液、化工（印染、硝基苯類(lèi)）、制藥類(lèi)廢水、農(nóng)藥廢水、焦化、煤化工及其他類(lèi)型難降 解有機(jī)廢水的處理。
[0031]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)在于：
[0032] 1、本實(shí)用新型的3D-E0三維過(guò)氧化電化學(xué)裝置是基于臭氧氧化和電化學(xué)氧化技術(shù) 原理，在通電及產(chǎn)生臭氧的條件下，將臭氧氧化法和電化學(xué)氧化法耦合聯(lián)用，用于廢水處 理。臭氧發(fā)生器產(chǎn)生的臭氧通過(guò)曝氣裝置送入反應(yīng)器中氧化降解污染物，同時(shí)，反應(yīng)器中的 電化學(xué)氧化裝置發(fā)生電化學(xué)氧化作用氧化降解污染物，此外，臭氧電化學(xué)耦合氧化體系具 有協(xié)同氧化效應(yīng)，兩者耦合聯(lián)用，共同降解污染物。該法操作簡(jiǎn)單，易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，方便維 護(hù)。
[0033] 2、本實(shí)用新型的3D-E0三維過(guò)氧化電化學(xué)裝置包括三級(jí)串聯(lián)的3D-E0高效氧化反 應(yīng)器，反應(yīng)器的上端進(jìn)水、下端出水，臭氧氣體從反應(yīng)器的底部進(jìn)入，從而形成了逆流的形 式，更有利于廢水的處理；同時(shí)臭氧發(fā)生器產(chǎn)生的60%~80%的03在第一級(jí)反應(yīng)器中氧化 降解有機(jī)物，20%~40%的0 3進(jìn)入第二級(jí)反應(yīng)器中氧化污染物，同時(shí)上級(jí)反應(yīng)器的臭氧尾 氣(含有〇3和〇2等的混合氣)通過(guò)其同級(jí)的尾氣集氣管引導(dǎo)入下級(jí)反應(yīng)器的進(jìn)氣口，繼續(xù)利 用臭氧尾氣進(jìn)一步降低廢水中的污染物，經(jīng)過(guò)三級(jí)串聯(lián)的反應(yīng)器后，最終尾氣中的臭氧濃 度極低，尾氣可直接排放。通過(guò)多級(jí)反應(yīng)器串聯(lián)使用，充分利用臭氧尾氣，避免了資源的浪 費(fèi)，可提高〇 3的利用率，且最終尾氣可直接排放，無(wú)需進(jìn)行〇3尾氣處理，降低了運(yùn)行成本，也 提高了廢水中污染物的去除率。同時(shí)，由于采用三級(jí)串聯(lián)反應(yīng)器處理污水，因而，每一級(jí)反 應(yīng)器的高度相對(duì)較低，克服了單體反應(yīng)器高度太高的問(wèn)題，設(shè)備安全性較好。此外，電化學(xué) 氧化裝置采用三維電極，與二維電極比較，三維電極結(jié)構(gòu)擴(kuò)大了電極面積，提高了液相傳質(zhì) 效率和電流效率;采用的陶瓷粒子電極還具有高催化活性，大大提高電流的利用效率。 [0034] 3、本實(shí)用新型的3D-E0三維過(guò)氧化電化學(xué)裝置可應(yīng)用于有機(jī)廢水的深度處理中， 如焦化、煤化工、制藥、石油、垃圾滲濾液等行業(yè)產(chǎn)生的難降解的生化處理甚至其混凝處理 出水，并且能有效降解難降解的有毒有害污染物，C0D去除率在60 %以上，出水C0D低于 50mg/L，色度低于10倍，可達(dá)到回用要求。本實(shí)用新型的3D-E0三維過(guò)氧化電化學(xué)裝置還可 應(yīng)用于有機(jī)廢水的預(yù)處理中，如垃圾滲濾液、煤化工廢水、黃金冶煉浸出的含氰廢水、造紙 廢水、制藥廢水等高濃度難降解有機(jī)廢水，能將有毒、大分子的有機(jī)物轉(zhuǎn)化為無(wú)毒或小分子 中間產(chǎn)物，甚至完全礦化，有效提高廢水的可生化性。
【附圖說(shuō)明】
[0035]圖1為本實(shí)用新型實(shí)施例1中3D-E0三維過(guò)氧化電化學(xué)裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0036]圖2為本實(shí)用新型實(shí)施例1中3D-E0三維過(guò)氧化電化學(xué)裝置處理有機(jī)廢水的流程 圖。
[0037] 圖例說(shuō)明：1、反應(yīng)器;2、臭氧發(fā)生器;3、出氣口；4、電源;5、納米曝氣頭;6、電極板； 7、進(jìn)氣口；8、臭氧尾氣集氣管;9、進(jìn)水口；10、出水口；11、陶瓷粒子電極。
【具體實(shí)施方式】
[0038] 以下結(jié)合說(shuō)明書(shū)附圖和具體優(yōu)選的實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步描述，但并不因 此而限制本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。
[0039] 以下實(shí)施例中所采用的材料和儀器均為市售。
[0040] 實(shí)施例1
[0041] 一種本實(shí)用新型的3D-E0三維過(guò)氧化電化學(xué)裝置，如圖1所示，包括反應(yīng)器1和臭氧 發(fā)生器2,反應(yīng)器1與臭氧發(fā)生器2連接，反應(yīng)器1內(nèi)設(shè)有三維電化學(xué)氧化裝置，三維電化學(xué)氧 化裝置包括陶瓷粒子電極11和六塊均等排列的電極板6。本實(shí)施例中，裝置還包括設(shè)于反應(yīng) 器1外的電源4,電極板6交替與電源4的正極和負(fù)極相連，作為正極和負(fù)極。
[0042] 本實(shí)施例中，反應(yīng)器1內(nèi)設(shè)有用于擴(kuò)散臭氧發(fā)生器2產(chǎn)生的混合氣的納米曝氣頭5。 納米曝氣頭5設(shè)于反應(yīng)器1的底部，位于反應(yīng)器1的進(jìn)氣口 7與陶瓷粒子電極11之間，與臭氧 發(fā)生器2連通，用于將臭氧發(fā)生器2產(chǎn)生的02、03混合氣體擴(kuò)散至電極表面。
[0043] 本實(shí)施例中，陶瓷粒子電極11是由若干直徑為3_~10_的球狀陶瓷粒子構(gòu)成，陶 瓷粒子表面設(shè)有Ru02: Ir02: Ta2〇5: Ti02摩爾比為2:4:3:20的金屬氧化物層(但不限于此，可 根據(jù)廢水性質(zhì)，選擇&、18、11、1?11和?丨中一種或多種的金屬氧化物層）。
[0044]本實(shí)施例中，反應(yīng)器1設(shè)為三級(jí)，三級(jí)反應(yīng)器依次串聯(lián)，第一級(jí)反應(yīng)器和第二級(jí)反 應(yīng)器(左起)均與臭氧發(fā)生器2相連。
[0045] 本實(shí)施例中，三級(jí)反應(yīng)器1上均設(shè)有進(jìn)水口9、出水口 10和進(jìn)氣口 7，進(jìn)水口 9設(shè)于反 應(yīng)器1的上部，出水口 10設(shè)于反應(yīng)器1的下部，進(jìn)氣口 7設(shè)于反應(yīng)器1的底部。第一級(jí)反應(yīng)器和 第二級(jí)反應(yīng)器還設(shè)有出氣口 3，出氣口 3設(shè)于反應(yīng)器1的頂部。第三級(jí)反應(yīng)器上端是敞開(kāi)式， 因?yàn)槌粞鯕怏w利用完，釋放出來(lái)的氣體為C02等無(wú)害性氣體。上級(jí)反應(yīng)器的出水口 10與下級(jí) 反應(yīng)器的進(jìn)水口 9通過(guò)管道連通，上級(jí)反應(yīng)器的出氣口 3與下級(jí)反應(yīng)器的進(jìn)氣口 7通過(guò)臭氧 尾氣集氣管8連通。上級(jí)反應(yīng)器的臭氧尾氣通過(guò)臭氧尾氣集氣管8引導(dǎo)至下級(jí)反應(yīng)器的進(jìn)氣 P7〇
[0046]上述本實(shí)施例的3D-E0三維過(guò)氧化電化學(xué)裝置可應(yīng)用于處理有機(jī)廢水，流程如下： [0047]待處理的廢水進(jìn)入3D-E0三維過(guò)氧化電化學(xué)裝置的反應(yīng)器1，打開(kāi)臭氧發(fā)生器2,向 反應(yīng)器1內(nèi)通入臭氧，同時(shí)向反應(yīng)器1內(nèi)三維電化學(xué)氧化裝置通電流，實(shí)現(xiàn)臭氧和電化學(xué)耦 合氧化降解污染物。圖2為3D-E0三維過(guò)氧化電化學(xué)裝置處理有機(jī)廢水的流程圖。
[0048]本實(shí)施例的3D-E0三維過(guò)氧化電化學(xué)裝置及應(yīng)用是將臭氧氧化技術(shù)和電化學(xué)氧化 技術(shù)于同一反應(yīng)器中耦合聯(lián)用，反應(yīng)器采用三級(jí)串聯(lián)形式，每一級(jí)反應(yīng)器的高度相對(duì)較低， 克服了單體反應(yīng)器高度太高的問(wèn)題，設(shè)備安全性較好，且經(jīng)過(guò)三級(jí)串聯(lián)的反應(yīng)器后，最終尾 氣中的臭氧濃度極低，尾氣可直接排放，避免了資源的浪費(fèi)，提高了 〇3的利用率，無(wú)需進(jìn)行〇3 尾氣處理，降低了運(yùn)行成本，也提高了廢水中污染物的去除率。臭氧和電化學(xué)技術(shù)可分別氧 化降解有機(jī)物，同時(shí)，臭氧電化學(xué)耦合氧化體系可協(xié)同氧化有機(jī)物:〇3和〇2可在陰極表面經(jīng) 過(guò)一系列自由基鏈反應(yīng)生成? 0H，陽(yáng)極表面也可產(chǎn)生? 0H、? 0、C1(T等氧化性粒子氧化有 機(jī)物。電化學(xué)氧化電流密度為350~450A/m2;臭氧濃度為80~120mg/L，處理時(shí)間為15~ 30min〇
[0049]本實(shí)用新型的3D-E0三維過(guò)氧化電化學(xué)裝置是基于臭氧氧化和電化學(xué)氧化技術(shù)原 理，在通電及產(chǎn)生臭氧的條件下，將臭氧氧化技術(shù)和電化學(xué)氧化技術(shù)于同一反應(yīng)器中耦合 聯(lián)用，用于廢水處理。〇3可利用自身的氧化性直接或間接氧化有機(jī)物，電化學(xué)氧化可利用陽(yáng) 極的高電位及催化活性直接降解水中的污染物，或產(chǎn)生? 0H等強(qiáng)氧化性粒子氧化降解污染 物。同時(shí)，臭氧電化學(xué)耦合氧化體系還具有協(xié)同氧化效應(yīng):〇3可在陰極表面直接得電子生成 臭氧負(fù)離子，進(jìn)而分解為? 0H;陰極附近的強(qiáng)堿性條件促進(jìn)了臭氧的分解，進(jìn)而產(chǎn)生? 0H， 實(shí)現(xiàn)臭氧體系自由基鏈的引發(fā);〇2在陰極表面發(fā)生還原反應(yīng)生成H2〇 2，其共輒堿HCV與03反 應(yīng)生成? 0H; ? 0H具有較高的氧化還原電位，能無(wú)選擇地將水中難降解的污染物氧化為 H20、C0^N2等無(wú)機(jī)小分子。因此，本實(shí)用新型的3D-E0三維過(guò)氧化電化學(xué)裝置能有效地通過(guò) 臭氧氧化和電化學(xué)氧化耦合聯(lián)用氧化降解有機(jī)廢水。
[0050] 實(shí)施例2:
[0051] 一種本實(shí)用新型的3D-E0三維過(guò)氧化電化學(xué)裝置在處理有機(jī)廢水中的應(yīng)用，采用 實(shí)施例1的3D-E0三維過(guò)氧化電化學(xué)裝置，包括以下步驟：
[0052] 將C0D為300mg/L、色度為500倍的焦化廢水生化出水進(jìn)入3D-E0三維過(guò)氧化電化學(xué) 裝置的反應(yīng)器1中，打開(kāi)臭氧發(fā)生器2,產(chǎn)生的臭氧混合氣分別通入第一級(jí)反應(yīng)器和第二級(jí) 反應(yīng)器，兩者的通入體積比例為3:2,調(diào)節(jié)臭氧混合氣流量，使其以80mg/L的投加量進(jìn)入反 應(yīng)器。開(kāi)啟電源，以外接直流電，電流密度控制在350A/m 2,處理20min后停止反應(yīng)，即完成對(duì) 廢水的深度降解。經(jīng)三級(jí)串聯(lián)反應(yīng)器后，處理后的水從第三級(jí)反應(yīng)器下端出水口排放。 [0053] 結(jié)果表明，處理20min后，C0D降至43mg/L，色度降至15倍，出水澄清，達(dá)到《煉焦化 學(xué)工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB16171-2012)中表2的出水標(biāo)準(zhǔn)要求。可見(jiàn)，3D-E0三維過(guò)氧化電 化學(xué)裝置用于有機(jī)廢水的深度處理時(shí)，處理速率快，去除率高，大大縮短了處理時(shí)間。
[0054] 實(shí)施例3:
[0055] 一種本實(shí)用新型的3D-E0三維過(guò)氧化電化學(xué)裝置在處理有機(jī)廢水中的應(yīng)用，采用 實(shí)施例1的3D-E0三維過(guò)氧化電化學(xué)裝置。
[0056] 方式一(臭氧氧化）：將C0D為200mg/L、色度為200倍的某污水處理廠的生化出水進(jìn) 入3D-E0三維過(guò)氧化電化學(xué)裝置的反應(yīng)器1中，打開(kāi)臭氧發(fā)生器2,產(chǎn)生的臭氧混合氣分別通 入第一級(jí)和第二級(jí)反應(yīng)器，兩者的通入比例為3:2,調(diào)節(jié)臭氧混合氣流量，使其以80mg/L的 投加量進(jìn)入反應(yīng)器。處理15min后停止反應(yīng)，即完成對(duì)廢水的深度降解，經(jīng)三級(jí)串聯(lián)反應(yīng)器 后，處理后的水從第三級(jí)反應(yīng)器下端出水口排出。
[0057] 方式二（電化學(xué)氧化）：將C0D為200mg/L、色度為200倍的某污水處理廠的生化出水 進(jìn)入3D-E0三維過(guò)氧化電化學(xué)裝置的反應(yīng)器1中，開(kāi)啟電源，以外接直流電，電流密度控制在 350A/m2,處理15min后停止反應(yīng)，即完成對(duì)廢水的深度降解，經(jīng)三級(jí)串聯(lián)反應(yīng)器后，處理后 的水從第三級(jí)反應(yīng)器下端出水口排出。
[0058] 方式三：將⑶D為200mg/L、色度為200倍的某污水處理廠的生化出水進(jìn)入3D-E0三 維過(guò)氧化電化學(xué)裝置的反應(yīng)器1中，打開(kāi)臭氧發(fā)生器2,產(chǎn)生的臭氧混合氣分別通入第一和 第二級(jí)反應(yīng)器，兩者的通入比例為3: 2，調(diào)節(jié)臭氧流量，使其以80mg/L的投加量進(jìn)入反應(yīng)器 1;同時(shí)開(kāi)啟電源，以外接直流電，電流密度控制在350A/V，處理15min后停止反應(yīng)，即完成 對(duì)廢水的深度降解，經(jīng)三級(jí)串聯(lián)反應(yīng)器后，處理后的水從第三級(jí)反應(yīng)器下端出水口排放。 [0059]分別測(cè)定上述三種方式的體系中的出水C0D含量和色度，并計(jì)算C0D和色度的去除 率，結(jié)果如表1所示。
[0060]表1采用不同方法時(shí)C0D和色度的去除率
[0062]結(jié)果表明，采用3D-E0三維過(guò)氧化電化學(xué)裝置對(duì)⑶D的去除率為80%，對(duì)色度去除 率為96%，3D-E0三維過(guò)氧化電化學(xué)裝置對(duì)C0D的去除率高于單獨(dú)臭氧氧化與單獨(dú)電化學(xué)氧 化對(duì)C0D的去除率之和(52%)。說(shuō)明本實(shí)用新型的3D-E0三維過(guò)氧化電化學(xué)裝置通過(guò)臭氧氧 化和電化學(xué)氧化協(xié)同氧化污染物，明顯優(yōu)于單一臭氧氧化或電化學(xué)氧化，能有效降低COD和 色度。
[0063] 實(shí)施例4:
[0064] 一種本實(shí)用新型的3D-E0三維過(guò)氧化電化學(xué)裝置在處理有機(jī)廢水中的應(yīng)用，采用 實(shí)施例1的3D-E0三維過(guò)氧化電化學(xué)裝置，包括以下步驟：
[0065] 將某垃圾滲濾液原液(進(jìn)水8/(：〈0.3,0?>400〇1^/1)進(jìn)入3040三維過(guò)氧化電化學(xué) 裝置的反應(yīng)器1中，打開(kāi)臭氧發(fā)生器2，產(chǎn)生的臭氧混合氣分別通入第一和第二級(jí)反應(yīng)器，兩 者的通入比例為在4:1，調(diào)節(jié)臭氧混合氣流量，使其以80mg/L的投加量進(jìn)入反應(yīng)器;開(kāi)啟電 源，以外接直流電，電流密度控制在350A/m 2,處理25min后停止反應(yīng)，即完成對(duì)廢水的預(yù)降 解，經(jīng)三級(jí)串聯(lián)反應(yīng)器后，處理后的水從第三級(jí)反應(yīng)器下端出水口排放。測(cè)定出水⑶D和 B〇D 5含量，并計(jì)算B/C值，結(jié)果如表2所示。
[0066]表2 3D-E0三維過(guò)氧化電化學(xué)裝置對(duì)某垃圾滲濾液原液的處理情況
[0068] 結(jié)果表明，處理25min后，B/C>0.3，廢水可生化性提高。說(shuō)明本實(shí)用新型的3D-E0三 維過(guò)氧化電化學(xué)裝置可用于高濃度難降解廢水的預(yù)處理中，不僅能去除大部分有機(jī)物，還 能有效提高廢水的可生化性。
[0069] 實(shí)施例5:
[0070] 一種本實(shí)用新型的3D-E0三維過(guò)氧化電化學(xué)裝置在處理有機(jī)廢水中的應(yīng)用，采用 實(shí)施例1的3D-E0三維過(guò)氧化電化學(xué)裝置，包括以下步驟：
[0071] 將某制藥廢水原液(進(jìn)水8/(：〈0.3,0)0>2000〇11^/1)進(jìn)入3040三維過(guò)氧化電化學(xué) 裝置的反應(yīng)器1中，打開(kāi)臭氧發(fā)生器2，產(chǎn)生的臭氧混合氣分別通入第一和第二級(jí)反應(yīng)器，兩 者的通入比例為3: 2，調(diào)節(jié)臭氧混合氣流量，使其以120mg/L的投加量進(jìn)入反應(yīng)器;開(kāi)啟電 源，以外接直流電，電流密度控制在450A/m 2,處理30min后停止反應(yīng)，即完成對(duì)廢水的預(yù)降 解，經(jīng)三級(jí)串聯(lián)反應(yīng)器后，處理后的水從第三級(jí)反應(yīng)器下端出水口排放。測(cè)定出水⑶D和 B〇D 5含量，并計(jì)算B/C值，結(jié)果如表3所示。
[0072] 表3 3D-E0三維過(guò)氧化電化學(xué)裝置對(duì)某制藥廢水原液的處理情況
[0074] 結(jié)果表明，處理30min后，B/C>0.3，廢水可生化性提高。說(shuō)明本實(shí)用新型的3D-E0三 維過(guò)氧化電化學(xué)裝置可用于高濃度難降解廢水的預(yù)處理中，不僅能去除絕大部分有機(jī)物， 還能有效提高廢水的可生化性。
[0075]以上所述僅是本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施方式，本實(shí)用新型的保護(hù)范圍并不僅局限于 上述實(shí)施例。凡屬于本實(shí)用新型思路下的技術(shù)方案均屬于本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。應(yīng)該指 出，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本實(shí)用新型原理的前提下的改進(jìn)和潤(rùn) 飾，這些改進(jìn)和潤(rùn)飾也應(yīng)視為本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種3D-E0三維過(guò)氧化電化學(xué)裝置，其特征在于，包括反應(yīng)器（1)以及與反應(yīng)器（1)連 接的臭氧發(fā)生器(2)，所述反應(yīng)器（1)內(nèi)設(shè)有三維電化學(xué)氧化裝置，所述三維電化學(xué)氧化裝 置包括陶瓷粒子電極(11)和兩塊以上均等排列的電極板(6)，所述電極板(6)交替設(shè)為正極 和負(fù)極。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的3D-E0三維過(guò)氧化電化學(xué)裝置，其特征在于，所述反應(yīng)器（1)內(nèi) 設(shè)有用于擴(kuò)散臭氧發(fā)生器(2)產(chǎn)生的混合氣的納米曝氣頭(5)。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的3D-E0三維過(guò)氧化電化學(xué)裝置，其特征在于，所述陶瓷粒子電 極（11)是由若干球狀陶瓷粒子構(gòu)成的電極，所述陶瓷粒子的直徑為3_~10_，所述陶瓷粒 子表面設(shè)有含&3 &、11、1?11和?丨中一種或多種的金屬氧化物層。4. 根據(jù)權(quán)利要求1~3中任一項(xiàng)所述的3D-E0三維過(guò)氧化電化學(xué)裝置，其特征在于，所述 反應(yīng)器（1)設(shè)為多級(jí)，多級(jí)反應(yīng)器依次串聯(lián)，第一級(jí)反應(yīng)器和第二級(jí)反應(yīng)器與臭氧發(fā)生器 (2)相連。5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的3D-E0三維過(guò)氧化電化學(xué)裝置，其特征在于，所述反應(yīng)器（1)設(shè) 為二級(jí)。6. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的3D-E0三維過(guò)氧化電化學(xué)裝置，其特征在于，上級(jí)反應(yīng)器所設(shè) 的出水口（10)與下級(jí)反應(yīng)器所設(shè)的進(jìn)水口（9)連通，上級(jí)反應(yīng)器所設(shè)的出氣口（3)與下級(jí)反 應(yīng)器所設(shè)的進(jìn)氣口（ 7)通過(guò)臭氧尾氣集氣管(8)連通。
【文檔編號(hào)】C02F1/78GK205653215SQ201620504304
【公開(kāi)日】2016年10月19日
【申請(qǐng)日】2016年5月27日 公開(kāi)號(hào)201620504304.6, CN 201620504304, CN 205653215 U, CN 205653215U, CN-U-205653215, CN201620504304, CN201620504304.6, CN205653215 U, CN205653215U
【發(fā)明人】蔣曉云, 何勁松, 周麗麗, 胡文昊
【申請(qǐng)人】長(zhǎng)沙華時(shí)捷環(huán)?？萍及l(fā)展股份有限公司