三维电催化氧化设备

技术领域

本发明涉及废水处理技术领域，更具体地说，涉及一种三维电催化氧化设备。

背景技术

当前市场上高级氧化处理技术为Fenton氧化法、光催化氧化法、电催化氧化法、臭氧催化氧化法等，其中Fenton氧化法反应过程中会产生大量含铁污泥；光催化氧化法对光源利用率低，能耗大；臭氧催化氧化法短时间会自行分解，低浓度有机物处理效率低。高COD、高盐废水的处理，以上高级氧化法都存在不同的缺陷，不能完全适合，电催化氧化法是多种活性基团协同作用，无需投加药剂，不会产生大量污泥，能充分降低低浓度的有机物，同时还不受盐分的限制，能耗低。

我国的电催化氧化技术目前还多采用的是传统芬顿微电催化氧化法为主，此方法对污水中大部分的有机物可以被降解，二氯甲烷等除外。由于电催化氧化法工艺技术是集化学、生物、物理多面技术为一体的技术，专业性很强，难度大，现有电催化氧化法制造企业科研投入少，自主创新能力不足。目前市场上在售的极板钛基层与活性层中间一般没有低电阻率、高析氧电位、高耐蚀、高致密性的中间层，造成极板寿命很短。极板活性层氧化物单一，废水中的有机物千变万化，不同金属氧化物对废水中不同有机物催化氧化活性不一，活性层氧化物的选择需根据废水特点进行变化，电催化氧化过程面临主要副反应是阳极氧气析出，氯离子高废水氯气析出，阳极选择需要有高的析氯电位，防止有毒气体析出，催化电极一个必要条件就是要有较高的析氧超电势(但在高氨氮废水中，析氯产生的次氯酸对氨氮有好的去除率)，导致现有技术中对废水TOC(总有机碳，total organic carbon)最佳的去除率。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种三维电催化氧化设备，该三维电催化氧化设备的结构设计可以有效地提高对废水TOC的去除率。

为了达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种三维电催化氧化设备，包括：

电解池，所述电解池内设置有至少一个电解组，每个所述电解组包括至少一个阴极板和至少一个阳极板，所述阳极板为石墨电极板、石墨烯电极板或钛基金属氧化物电极板，所述阴极板为石墨电极板、石墨烯电极板、钛基金属氧化物电极板或不锈钢电极板，所述阴极板和阳极板之间设置有粒子电极；

污水进管，所述污水进管的出水口与所述电解池的进水口连通；

排水管，所述排水管的进水口与所述电解池的出水口连通，且进入所述电解池内的污水经所述电解组后从排水管排出。

优选地，上述三维电催化氧化设备中，每个所述电解组包括多个间隔设置的阴极板和阳极板，且任意相邻的两个所述阴极板和阳极板之间设置有所述粒子电极。

优选地，上述三维电催化氧化设备中，所述电解组还包括电解槽，所述阴极板和阳极板均设置于所述电解槽内。

优选地，上述三维电催化氧化设备中，所述电解组的数量为多个，进入所述电解池内的污水依次经多个所述电解组后从排水管排出。

优选地，上述三维电催化氧化设备中，所述电解槽的底部设置有进水口，污水从所述电解槽的底部进入并从顶部排出；

所述电解池还包括引流槽，所述电解槽顶部流出的水进入所述引流槽内并沿所述引流槽流动至下一电解槽的底部进水口处。

优选地，上述三维电催化氧化设备中，多个所述电解组的电解槽的出水口高度沿由所述电解池进水口至出水口的方向依次降低。

优选地，上述三维电催化氧化设备中，所述粒子电极为煤质柱状活性炭、覆膜煤质柱状活性炭以及负载一种或多种金属氧化物的γ-Al

优选地，上述三维电催化氧化设备中，还包括曝气装置，每个所述电解组的底部设置有曝气管。

优选地，上述三维电催化氧化设备中，所述污水进管上串接有水泵、开关阀和流量计。

优选地，上述三维电催化氧化设备中，还包括污水箱，所述污水进管与所述污水箱连接

应用上述实施例提供的三维电催化氧化设备时，污水经污水进管进入电解池内，进入电解池内的污水经电解组进行电化学氧化反应后从排水管排出。阳极板为石墨电极板、石墨烯电极板或钛基金属氧化物电极板，阴极板为石墨电极板、石墨烯电极板、钛基金属氧化物电极板或不锈钢电极板，电解反应如下：

1.H

电解产生的O

O

2.·OH的产生

1)钛基金属氧化物阳极

体系中的·OH可在金属催化剂(金属氧化极板、γ-Al

M

M

溶液中的水或OH

MO

MO

·OH与阳极氧化物的氧原子相互作用，自由基中氧原子进入金属氧化物的晶格中形成金属的过氧化物。

MO

当溶液中有有机杂质存在下：

R+MO

对金属氧化物电极·OH产生可简单表示

2H

OH

2)石墨-石墨烯电极

在负载金属氧化物的γ-Al

M

M

(M

在触发催化剂下，产生Fenton及类Fenton反应

如：Fe

Cu

Cu

由上可知，在电氧化过程中，会产生高反应性的·OH，这个·OH基因迅速引发氧化链反应，最终有机物被氧化分解为CO

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的三维电催化氧化设备的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的电解池的俯视图；

图3为本发明实施例提供的电解池的剖视图。

在图中：

1-流量计、2-污水进管、3-电解池、4-电解槽、5-储水箱、6-石墨烯电极板、7-曝气管、8-曝气装置、9-污水箱、10-引流槽、10a-第一分槽、10b-第二分槽。

具体实施方式

本发明的目的在于提供一种三维电催化氧化设备，该三维电催化氧化设备的结构设计可以有效地提高对废水TOC的去除率。

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”和“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的位置或元件必须具有特定方位、以特定的方位构成和操作，因此不能理解为本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

请参阅图1-图3，本申请提供的三维电催化氧化设备包括电解池3、污水进管2和排水管。

其中，电解池3内设置有至少一个电解组，每个电解组包括至少一个阴极板和阳极板。具体地，每个电解组可以包括相对设置的一个阴极板和一个阳极板，或者，电解组也可以包括多个阴极板和多个阳极板，且多个阴极板和多个阳极板依次间隔设置。

阳极板为石墨电极板、石墨烯电极板或钛基金属氧化物电极板，阴极板为石墨电极板、石墨烯电极板、钛基金属氧化物电极板或不锈钢电极板，阴极板和阳极板之间设置有粒子电极，即任意相邻的阴极板和阳极板之间设置有粒子电极。具体地，依据废水水质：阴极板采用石墨电极板、石墨烯极板、不锈钢极板、钛网极板的一种或两种，阳极板采用石墨电极板、石墨烯极板、钛基金属氧化物(钌铱氧化物、铱钽、氧化锡、氧化铅)一种或多种。

污水进管2的出水口与电解池3的进水口连通，污水经污水进管2进入电解池3内。排水管的进水口与电解池3的出水口连通，电解池3内的水可以经排水管排出。进入电解池3内的污水经电解组后从排水管排出，具体地，进入电解池3内的污水经电解组进行电化学氧化反应后从排水管排出。

应用上述实施例提供的三维电催化氧化设备时，污水经污水进管2进入电解池3内，进入电解池3内的污水经电解组进行电化学氧化反应后从排水管排出。阴极板和阳极板均为石墨电极板、石墨烯电极板6或钛基金属氧化物电极板，电解反应如下：

1.H

电解产生的O

O

2.·OH的产生

1)钛基金属氧化物阳极

体系中的·OH可在金属催化剂(金属氧化极板、γ-Al

M

M

金属氧化物的吸附羟基自由基和金属过氧化物理论

溶液中的水或OH

MO

MO

·OH与阳极氧化物的氧原子相互作用，自由基中氧原子进入金属氧化物的晶格中形成金属的过氧化物。

MO

当溶液中有有机杂质存在下：

R+MO

R+MO

对金属氧化物电极·OH产生可简单表示

2H

OH

2)石墨-石墨烯电极

在负载金属氧化物的γ-Al

M

M

(M

在触发催化剂下，产生Fenton及类Fenton反应

如：Fe

Cu

Cu

由上可知，在电氧化过程中，会产生高反应性的·OH，这个·OH基因迅速引发氧化链反应，最终有机物被氧化分解为CO

在一具体实施例中，每个电解组包括多个间隔设置的阴极板和阳极板，且任意相邻的两个阴极板和阳极板之间设置有粒子电极。如此设置，多个阴极板和阳极板同时进行电解，可以大大提高电解效率。

另一具体实施例中，电解组还包括电解槽4，阴极板和阳极板均设置于电解槽4内。电解组的数量为多个时，多个电解组的电解槽4相互独立，污水依次流经多个电解槽4内进行电解反应。

进一步地，电解组的数量为多个，进入电解池3内的污水依次经多个电解组后从排水管排出。具体地，进入电解池3内的污水依次经多个电解组，进行电解反应后从排水管排出。如此设置，污水依次经多个电解组进行电解，多次电解，进一步提高了废水TOC的去除率。优选地，电解组的数量为四个，或者，电解组的数量也可以为三个、五个等，在此不作限定。

进一步地，电解槽4的底部设置有进水口，污水从电解槽4的底部进入并从顶部排出。换言之，污水从电解槽4的底部进入电解槽4，电解槽4内污水的水位由下至上逐渐升高，直至污水浸没电解槽4内的阴极板和阳极板，最后污水从电解槽4的顶部流出。

电解池3还包括引流槽10，电解槽4顶部流出的水进入引流槽10内并沿引流槽10流动至下一电解槽4的底部进水口处。通过引流槽10将上一电解槽4流出的水引流至下一电解槽4内。具体地，引流槽10包括连通的第一分槽10a和第二分槽10b，相邻的两个电解槽4分别为第一电解槽和第二电解槽，第一分槽10a的槽口低于第一电解槽的顶部，以使第一电解槽的顶部流出的水进入第一分槽10a内。第二分槽10b沿竖直方向设置，第二分槽10b的底部与第二电解槽的底部进口连通，从而实现第一分槽10a的水流入第二分槽10b内后，第二分槽10b内的水流进第二电解槽内，最终实现了引流槽10将第一电解槽流出的水引流至第二电解槽的底部进水口处。

为了防止水倒流，多个电解组的电解槽4的出水口的高度沿由电解池3进水口至出水口的方向依次降低。换言之，水在多个电解槽4内能够达到的最高水位由电解池3进水口至出水口的方向依次降低。

电解池3的进水口和出水口分别位于电解池3相对的两个侧壁上，且电解池3的进水口位于电解池3的侧壁上方，电解池3的出水口位于电解池3的侧壁下方。

可选地，粒子电极为煤质柱状活性炭、覆膜煤质柱状活性炭以及负载一种或多种金属氧化物的γ-Al

进一步地，上述三维电催化氧化设备还包括曝气装置8，每个电解组的底部设置有曝气管7，以向电解槽4内补充氧气。

污水进管2上串接有水泵、开关阀和/或流量计1。如此，更加便于控制污水进水量。

上述三维电催化氧化设备还包括污水箱9，污水进管2与污水箱9连接。或者，上述三维电催化氧化设备还包括储水箱5，排水管与储水箱5连接。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。