一种微电极多极耦合电化学反应装置与制备方法制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种微电极多极耦合电化学反应装置与制备方法，装置包括由碳钢筒身、顶盖和底板组成的壳体，壳体内自上而下设置四层承托板，每个承托板上均安装有保证气体和水能顺畅通过而上填料不流失的水帽，第一层承托板上安装有溢流板，第一层承托板、第二层承托板和第三层承托板均连接相应的进料管，四层承托板将壳体内空间分割成5个部分，最上层为清水区，连接有出水管，2～4层为填料层，第5层为进水层，其中3～5层分别连接有进气管，第5层还连接有进水管；本装置利用金属和惰性材料构造电极电位差，在鼓入空气条件下，氧气得到电子生成大量羟基自由基，氧化分解污染物，达到净化目的，适合纺织、化工和食品行业污水处理站(厂)出水进行深度处理。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于水处理
，涉及纺织、制药、化工等行业高浓度难降解工业污水处理，特别涉及一种微电极多极耦合电化学反应装置与制备方法。
技术介绍
纺织、化工和食品行业执行的污水排放标准越来越严格，比如《纺织染整工业水污染物排放标准》(GB4287-92)一级排放标准要求，COD100mg/L，GB4287-2012《纺织染整工业水污染物排放标准》要求COD小于80mg/L的要求。《太湖地区城镇污水处理厂及重点工业行业主要水污染物排放限值》(DB32/1072-2007)COD排放限值为50mg/L。为保护环境，对纺织、化工和食品行业现有污水处理站、污水处理厂进行提标改造或者对处理厂出水进行深度处理，日益重要。传统微电解、内电解法，集中了氧化还原、絮凝沉淀、微电场和物理吸附等诸多技术，具有经济、处理效果好等特点，被广泛应用于各种废水的处理中。潘全采用微电解法对金橙G模拟印染废水进行预处理，预处理染料废水的最佳初始pH值为2，最佳铁碳比1：1，适宜的反应时间为60min，COD去除率为41.01％，色度的去除率为89％。该系统调节pH到2，耗酸量过大。张承舟采用“混凝—内电解法”处理印染废水，絮凝剂的筛选包括硫酸铝(AS)、氯化铁(FC)、聚合氯化铝(PAC)、聚硅硫酸铝(PASS)四种絮凝剂。铁碳内电解对CODcr和色度去除率分别可达到81.5％、81％。马丹丹采用“微电解-内电解”耦合预处理高浓度染料废水，当反应时间为30h、固液比(体积比)为1∶20、电流密度为9.26mA/cm2时，平均出水色度值为1000倍，COD去除率达到56.5％。徐新生采用内置微电解协同UASB-SBR处理印染废水，SBR出水ρ(COD)稳定在100mg/L左右，色度<40倍。陈颖研究了海绵铁内电解强化印染废水预处理效果，在pH＝5～6、海绵铁50g/L、反应60min条件下，可去除40％以上的色度。孙婷婷应用超声波微电解联合技术处理实际印染废水，单独微电解条件下，对废水的COD去除率达到90％；而在超声条件下，COD去除率达到98％。以上技术除徐新生开发的自制微电解材料以外，均不能达到出水小于50mg/L的标准，且pH需要调到3左右，耗酸量大。赵淑萍开发了Al/C微电解工艺预处理印染废水，CODCr去除率42.22％；废水B/C由原来的0.15提高至0.46，可生化性提高。该方法不需要调节pH值，但是CODCr去除率有限。从以上技术分析可以看出，在提高污水处理出水水质方面，电化学技术是成熟有效的方法之一，它能去除水中部分有机污染物。但是，通过电化学去除有机物，存在环境条件限制，就是反应条件通常控制在pH为2～3之间，调节pH需要消耗大量的酸，费用较高。尤其是对大型城市污水处理厂，处理水量相对很大的情况下，调节pH产生的药剂费导致日水处理成本增大，难以承受。研究一种具有高效、经济，且能去除水中难降解有机物具有重要意义。随着我国GB4287-2012《纺织染整工业水污染物排放标准》、《太湖地区城镇污水处理厂及重点工业行业主要水污染物排放限值》(DB32/1072-2007)的实施，对环境保护的进一步重视，开发微电极多极耦合电化学反应装置具有巨大经济和环境效益。
技术实现思路
为了克服上述现有技术的缺点，本专利技术的目的在于提供一种微电极多极耦合电化学反应装置与制备方法，采用碳钢材料，填料采用过渡金属、铜、催化材料和碳，通过投加电化学反应协同药剂，生成大量羟基自由基，氧化分解污染物，达到净化目的，可进一步降低纺织、化工和食品行业污水处理站(厂)出水COD、色度值，相比较传统微电解工艺，具有运行费用低，经济高效、运行方便可靠等特点。为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是：一种微电极多极耦合电化学反应装置，包括由碳钢筒身1、顶盖3和底板10组成的壳体，所述壳体内自上而下设置第一层承托板12.1、第二层承托板12.2、第三层承托板12.3和第四层承托板12.4，每个承托板上均安装有保证气体和水能顺畅通过而上填料不流失的水帽4，第一层承托板12.1上安装有溢流板5，第一层承托板12.1、第二层承托板12.2和第三层承托板12.3均连接相应的进料管6，四层承托板将壳体内空间分割成5个部分，最上层为清水区，连接有出水管7，2～4层为填料层，第5层为进水层，其中3～5层分别连接有第一进气管8.1、第二进气管8.2和第三进气管8.3，第5层还连接有进水管9。所述第一层承托板12.1上设置3个孔，第二层承托板12.2设置2个孔，第三层承托板12.3上设置1个孔，第一进料管6.1焊接在第一层承托板12.1上的第1个孔处，用于向第一层承托板12.1与第二层承托板12.2之间进料；第二进料管6.2穿过第一层承托板12.1上的第2个孔，焊接在第二层承托板12.2上的第1个孔处，用于向第二层承托板12.2与第三层承托板12.3之间进料；第三进料管6.3穿过第二层承托板12.2上的第2个孔和第一层承托板12.1上的第3个孔，焊接在第三层承托板12.3上的孔处，用于向第三层承托板12.3与第四层承托板12.4之间进料，所述第一进料管6.1、第二进料管6.2和第三进料管6.3均加有盖板。所述溢流板5为锯齿形结构，设置在第一层承托板12.1的中心，出水管7连通在第一层承托板12.1的边缘与碳钢筒身1内壁之间，所述顶盖3分为固定部分和可移动部分，所述壳体内空间的2～5层分别开设有第一人孔2.1、第二人孔2.2、第三人孔2.3和第四人孔2.4。所述进水管9的末端设有喇叭口13，喇叭口13朝下布设。所述第一进气管8.1、第二进气管8.2和第三进气管8.3在壳体内呈环状，其中第一进气管8.1和第二进气管8.2上均等距布设3个曝气头，第三进气 管8.3上等距布设4个曝气头，第一进气管8.1和第二进气管8.2与洛茨风机相连。所述碳钢筒身1上焊接内循环进水管15和内循环出水管16，两管之间连接循环泵，回流比100～200％，所述碳钢筒身1下部焊接锥斗17。所述填料层的填料为过渡金属、铜、催化剂和碳的混合物，在过渡金属和碳颗粒表面采用催化剂进行表面修饰，增大接触面积的同时防止过渡金属元素惰化。所述过渡金属、铜、催化剂和碳的质量比为5～10：1：0.1：5～10，反应固液体积比为1∶20。在过渡金属与碳颗粒之间以及过渡金属与铜元素之间，存在着电位差而形成大量微电极，同时，过渡金属与铜颗粒之间以及铜颗粒与碳粒子之间，存在电子传递过程，在催化剂作用下从一级传向另一级，形成多极耦合电化学反应系统。本装置通过进水管9泵入印染废水，通过第一进气管8.1、第二进气管8.2和第三进气管8.3送入空气，提供电化学反应所需要的O2，通过加料管6.1、6.2和6.3投加微电极填料，处理后出水经排水管7排出反应器。本装置气水体积比为10～15：1，水力停留时间HRT约为0.5～1h。在pH为中性的有氧环境下，过渡金属B首先生成B2+离子，该二价金属离子进一步与氧作用，生成B3+、羟基自由基(HO·)和H2O2。部分B2+离子与H2O2生成[BⅣ]2+，该物质具有强氧化能力，协同H2O2将印染废水中部分难降解有机物氧化成CO2和H2O，自生被还原成B3+和B2+。此后，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种微电极多极耦合电化学反应装置，包括由碳钢筒身(1)、顶盖(3)和底板(10)组成的壳体，其特征在于，所述壳体内自上而下设置第一层承托板(12.1)、第二层承托板(12.2)、第三层承托板(12.3)和第四层承托板(12.4)，每个承托板上均安装有保证气体和水能顺畅通过而上填料不流失的水帽(4)，第一层承托板(12.1)上安装有溢流板(5)，第一层承托板(12.1)、第二层承托板(12.2)和第三层承托板(12.3)均连接相应的进料管(6)，四层承托板将壳体内空间分割成5个部分，最上层为清水区，连接有出水管(7)，2～4层为填料层，第5层为进水层，其中3～5层分别连接有第一进气管(8.1)、第二进气管(8.2)和第三进气管(8.3)，第5层还连接有进水管(9)。

【技术特征摘要】
1.一种微电极多极耦合电化学反应装置，包括由碳钢筒身(1)、顶盖(3)和底板(10)组成的壳体，其特征在于，所述壳体内自上而下设置第一层承托板(12.1)、第二层承托板(12.2)、第三层承托板(12.3)和第四层承托板(12.4)，每个承托板上均安装有保证气体和水能顺畅通过而上填料不流失的水帽(4)，第一层承托板(12.1)上安装有溢流板(5)，第一层承托板(12.1)、第二层承托板(12.2)和第三层承托板(12.3)均连接相应的进料管(6)，四层承托板将壳体内空间分割成5个部分，最上层为清水区，连接有出水管(7)，2～4层为填料层，第5层为进水层，其中3～5层分别连接有第一进气管(8.1)、第二进气管(8.2)和第三进气管(8.3)，第5层还连接有进水管(9)。2.根据权利要求1所述微电极多极耦合电化学反应装置，其特征在于，所述第一层承托板(12.1)上设置3个孔，第二层承托板(12.2)设置2个孔，第三层承托板(12.3)上设置1个孔，第一进料管(6.1)焊接在第一层承托板(12.1)上的第1个孔处，用于向第一层承托板(12.1)与第二层承托板(12.2)之间进料；第二进料管(6.2)穿过第一层承托板(12.1)上的第2个孔，焊接在第二层承托板(12.2)上的第1个孔处，用于向第二层承托板(12.2)与第三层承托板(12.3)之间进料；第三进料管(6.3)穿过第二层承托板(12.2)上的第2个孔和第一层承托板(12.1)上的第3个孔，焊接在第三层承托板(12.3)上的孔处，用于向第三层承托板(12.3)与第四层承托板(12.4)之间进料，所述第一进料管(6.1)、第二进料管(6.2)和第三进料管(6.3)均加有盖板。3.根据权利要求1所述微电极多极耦合电化学反应装置，其特征在于，所述溢流板(5)为锯齿形结构，设置在第一层承托板(12.1)的中心，出水管(7)连通在第一层承托板(12.1)的边缘与碳钢筒身(1)内壁之间，所 述顶盖(3)分为固定部分和可移动部分，所述壳体内空间的2～5层分别开设有第一人孔(2.1)、第二人孔(2.2)、第三人孔(2.3)和第四人孔(2.4)。4.根据权利要求1所述微电极多极耦合电化学反应装置，其特征在于，所述进水管(9)的末端设有喇叭口(13)，喇叭口(13)朝下布设。5.根据权利要求1所述微电极多极耦合电化学反应装置，其特征在于，所述第一进气管(8.1)、第二进气管(8.2)和第三进气管(8.3)在壳体内呈环状，其中第一进气管(8.1)和第二进气管(8.2)上均等距布设3个曝气头，第三进气管(8.3)上等距布设4个曝气头(11)，第一进气管(8.1)和第二进气管(8.2)与洛茨风机相连。6.根据权利要求1所述微电极多极耦合电化学反应装置，其特征在于，所述碳钢筒身(1)上连接内循环进水管(15)和内循环出水管(16)，两管之间连接循环泵，回流比100～200％，所述碳钢筒身(1)下部焊接锥斗(17)。7.根据权利要求1所述微电极多极耦合电化学反应装置，其特征在于，所述填料层的填料为过渡金属、铜、催化剂和碳的混合物，在过渡金属和碳颗粒...

【专利技术属性】
技术研发人员：金鹏康，邱壮，许路，王锐，
申请(专利权)人：西安建筑科技大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61