CN104925917A - 一种用于高粘废水处理的融合桨叶式电催化反应器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及电化学水处理技术领域，特别涉及一种用于高粘废水处理的融合桨叶式电催化反应器，其结构包括为反应器提供保护和支撑的壳体、上浮头、下浮头和底座；为电催化提供反应场所的桨叶阳极、桨叶阴极、传导轴、阳极导板、阴极导板和绝缘导流板；为水体流动提供驱动力的轴流电机；以及进水管、出水管、清洗管、卸渣管等辅助部件。高粘度废水经进水管进入***后，在桨叶的搅拌作用下均匀分配并剧烈扰动，既避免了水流短路，又强化了传质效果，使废水交替在阳极发生氧化反应，在阴极板发生还原反应，顺利实现不同有机污染物的有效降解。

Description

一种用于高粘废水处理的融合桨叶式电催化反应器

技术领域

本发明涉及电化学水处理技术领域，特别是涉及一种用于处理高粘度废水的融合桨叶式电催化水处理设备。

背景技术

工业废水(industrial wastewater)包括生产废水和生产污水，是指工业生产过程中产生的废水和废液，其中含有随水流失的工业生产用料、中间产物、副产品以及生产过程中产生的污染物。随着我国工农业生产的大力发展，工业污废水的污染问题日趋严重。工业废水造成的污染主要有：化学/生物需氧物质污染(高COD/BOD)，化学毒物污染(高毒性)，无机固体悬浮物污染(高浊度)，重金属污染(遗传毒性)，酸碱污染，病原体(病菌病毒)污染等。许多污染物色度重、臭味大、容易造成水体大面积污染，直接威胁人民群众的生命和健康安全。因此，对于保护环境来说，工业废水的处理比城市污水的处理更为重要。

工业废水中高粘性废水的处理一直是废水处理的难点问题。高粘性废水主要来源于印染工业、皮革工业、造纸工业和炼焦工业。比如，印染工业是高粘性废水的来源大户，在织物印染过程中，废水主要来源于调浆配色、印花滚筒、印花筛网的冲洗水，以及印花布后处理的皂洗、水洗用水。印花色浆中的浆料量比染料量多几倍至几十倍，含有大量的浆料，成为粘性废水，BOD和COD含量很高。此外，毛纺织业也会产生大量的废水，在中国一般使用的原毛含有40～60％的杂质，如泥沙、草屑、羊毛脂等。原毛经过洗毛等加工处理，这些物质随废水排出，废水中还含有加工用的化学药品，废水污染物浓度很高，每生产454公斤洗净羊毛，约产生废水318吨。缫丝和丝绸染整加工也是高粘性工业废水的主要来源。缫丝工厂的综合废水，BOD含量约为100～300毫克/升，悬浮物量为50～200毫克/升，废水蒸发残渣的灼烧失重率为40～50％，平均油脂含量约为15毫克/升，也属于高粘性废水。

高粘性废水的处理极为困难，在生物处理过程中，极易导致微生物中毒、死亡；而常规的物化处理手段，如吸附法、膜法、氧化法等，均受到废水粘性的影响，导致处理效率严重下降，几乎难以实现工程化应用。目前唯一行之有效的方法是蒸发法，即将废水浓缩处理后，直接焚烧。然而蒸发法处理成本较高，而且可能造成严重的二次污染，因此，亟待开发新型的廉价的处理方法实现污/废水的高效净化。

电催化水处理技术是基于电解池电化学反应原理的高级氧化技术，具有反应条件温和、耐受水质、水温波动的冲击、可控制性好，易于实现自动化控制、装置结构紧凑、水处理功能多样化、工艺布置灵活等优点，可以自行组成工艺***，也可以和其它物化、生化技术组 成工艺***；不需要外加药剂，不产生二次污染，是典型的″环境友好″型高级氧化技术。电催化技术对污染物实施降解、改性后，其出水能够适宜生物降解，再采用生化法处理可以达到国家相关排放标准。

然而电催化电极板间的距离较窄，高粘性废水在电极板间的流动形式多为层流，污染物在流体和极板间的传质困难，因此催化效率容易受到显著。专利CN200810234238.5公开了一种水平极板多维电极电催化反应器废水处理设备，借助水平极板结构设计避免了水流短路，提高了传质效果，又保证了废水交替经过阴、阳极实现降解；专利CN200710047289.2公开了一种连续循环多层间隔式固定床非均相三维电极光电催化反应器，其中多层间隔式固定床设计有利于传质效果，提高体系的降解速率；专利CN201010527940.8公开了一种尖锥结构光阳极光电转盘反应器，以转盘的形式增大了光阳极的表面积，强化了传质，提高了光(电)催化的降解效率。上述发明从传质角度对反应器进行了一定优化，但并未从根本上改善极板与流体间的流动形式，因此，在处理高粘性废水时，难以显著提高污染物处理效果。

发明内容

本发明是鉴于现有技术中存在的上述问题而做出的，本发明的目的在于提供一种可提供高强度扰动机制以改善电催化处理效率的新型反应装置。

为了实现上述目的，本发明第一技术方案，一种用于高粘废水处理的融合桨叶式电催化反应器，其特征在于，该反应器的外壳由玻璃钢材质的圆筒状壳体、上浮头和下浮头通过法兰连接而成，铸铁底座为反应器整体提供水平支撑；桨叶阳极和桨叶阴极为融合螺旋桨形式的阴阳极板，其材质分别为钛基氧化铅和纯钛，桨叶阳极和桨叶阴极交错固定于传导轴上，传导轴一端通过石墨电滑环连接到阳极导板和阴极导板，阳极导板和阴极导板之间以绝缘导流板隔开，并分别与低压电源的阳极和阴极相连，可在桨叶阳极和桨叶阴极上施加电场，实现电催化氧化效果，传导轴另一端与轴流电机连接，提供桨叶阳极和桨叶阴极旋转的驱动力，以带动水力流动，强化传质效率；高粘性废水自进水管流入，在桨叶阳极和桨叶阴极的带动下在反应器内部环绕流动，从出水管流出；出水管兼做电催化过程中析氢析氧的排出口；清洗管用于注入弱酸洗液，用于清洗桨叶表面附着的水垢和水处理过程中产生的废渣，洗液可由卸渣口定期排出。

本发明的有益效果如下：

1)高粘性废水经进水管进入反应器后，迅速在离心力作用下分散搅拌，可实现强化传质，改善流体流动状态；

2)水流分配均匀，既保证了废水交替经过桨叶阳极和桨叶阴极，也可保证阳极的氧化反应和阴极的还原反应共存于统一体系中，使废水中的有机物既能通过氧化，也能通过还原降解

3)设备结构新颖，突破了传统电催化反应器固定电极，废水单向流动的模式，使极板与废水相向流动，极大地强化了传质效率；

4)该设备的催化活性高、电解速率快，可强化废水的处理效率，***中产生的强氧化物质(·OH、H₂O₂、·O₂等)能与废水中的有机污染物发生直接氧化反应和间接氧化反应，将高浓度、难生物降解的大分子有机物分解成为易于生物降解的小分子有机物，并将其完全矿化为CO₂、H₂O等无机物，矿化彻底。

附图说明

为更清楚地说明本发明的具体实施方式，下面对具体实施方式部分的描述中使用到的附图作简单说明。

图1为融合桨叶式电催化反应器的结构示意图，其中，附图标记说明如下：

1-壳体；2-上浮头；3-下浮头；4-底座；5-桨叶阳极；6-桨叶阴极；7-传导轴；8-阳极导板；9-阴极导板；10-绝缘导流板；11-轴流电机；12-进水管；13-出水管；14-清洗口；15-卸渣口。

图2为桨叶阳极和桨叶阴极的正视图

图3为桨叶阳极和桨叶阴极的侧视图

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面，结合附图对本发明的具体的实施方式进行详细描述。

如图1所示，一种用于高粘废水处理的融合桨叶式电催化反应器，其特征在于，该反应器的外壳由玻璃钢材质的圆筒状壳体1、上浮头2和下浮头3通过法兰连接而成，铸铁底座4为反应器整体提供水平支撑；桨叶阳极5和桨叶阴极6为融合螺旋桨形式的阴阳极板，其材质分别为钛基氧化铅和纯钛，桨叶阳极5和桨叶阴极6交错固定于传导轴7上，传导轴7一端通过石墨电滑环连接到阳极导板8和阴极导板9，阳极导板8和阴极导板9之间以绝缘导流板10隔开，并分别与低压电源的阳极和阴极相连，可在桨叶阳极5和桨叶阴极6上施加电场，实现电催化氧化效果，传导轴7另一端与轴流电机11连接，提供桨叶阳极5和桨叶阴极 6旋转的驱动力，以带动水力流动，强化传质效率；高粘性废水自进水管12流入，在桨叶阳极5和桨叶阴极6的带动下在反应器内部环绕流动，从出水管13流出；出水管13兼做电催化过程中析氢析氧的排出口；清洗管14用于注入弱酸洗液，用于清洗桨叶表面附着的水垢和水处理过程中产生的废渣，洗液可由卸渣口15定期排出。

以上所述的具体实施方式仅用于具体说明本发明的精神，本发明的保护范围并不局限于此，对于本技术领域的技术人员来说，当然可根据本说明书中所公开的技术内容，通过变更、置换或变型的方式轻易做出其它的实施方式，这些其它的实施方式都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种用于高粘废水处理的融合桨叶式电催化反应器，其特征在于，该反应器的外壳由玻璃钢材质的圆筒状壳体(1)、上浮头(2)和下浮头(3)通过法兰连接而成，铸铁底座(4)为反应器整体提供水平支撑；桨叶阳极(5)和桨叶阴极(6)为融合螺旋桨形式的阴阳极板，其材质分别为钛基氧化铅和纯钛，桨叶阳极(5)和桨叶阴极(6)交错固定于传导轴(7)上，传导轴(7)一端通过石墨电滑环连接到阳极导板(8)和阴极导板(9)，阳极导板(8)和阴极导板(9)之间以绝缘导流板(10)隔开，并分别与低压电源的阳极和阴极相连，可在桨叶阳极(5)和桨叶阴极(6)上施加电场，实现电催化氧化效果，传导轴(7)另一端与轴流电机(11)连接，提供桨叶阳极(5)和桨叶阴极(6)旋转的驱动力，以带动水力流动，强化传质效率；高粘性废水自进水管(12)流入，在桨叶阳极(5)和桨叶阴极(6)的带动下在反应器内部环绕流动，从出水管(13)流出；出水管(13)兼做电催化过程中析氢析氧的排出口；清洗管(14)用于注入弱酸洗液，用于清洗桨叶表面附着的水垢和水处理过程中产生的废渣，洗液可由卸渣口(15)定期排出。