一种电化学高级氧化装置，属于污水处理领域。包括前置保安过滤器、调节储水池、直流稳压电源、高级氧化池、电极、废水内循环系统、气浮消泡区；电极位于高级氧化池内，高级氧化池的上端部为气浮消泡区；电极的阳极为微孔管式活性电化学膜阳极；阳极基体是微孔亚氧化钛陶瓷管，基体表面和微孔内部均设置有活性电催化层，活性电催化层为IrO2、Ti4O7和SnO2混合层；电极阳极陶瓷管的一端作为进水端，另一端封闭；废水内循环系统为电极阳极的进水端通过管路和内循环增压泵与阳极封闭端对应的高级氧化池侧面的氧化池内循环出水口连通。本发明专利技术具有电极用量小、传质能力强、降解效率高和处理成本低的突出特点。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于污水处理领域，特别涉及一种电化学高级氧化装置，尤其用于处理难降解有机废水。
技术介绍
随着我国工业的迅速发展，污水排放量日益增加，大量难以生物降解的化学品以废水形式排入环境，造成水资源污染日趋严重，已经成为制约经济发展和危及公共利益的重要因素之一。尤其如焦化、印染、制药、煤化工、有机合成和造纸等工业生产过程排放的污水以及垃圾填埋场晚期渗透液，成分复杂，浓度高，毒性大，生化降解困难，治理难度很大，现有传统的水处理技术已经很难甚至无法处理达标。高级氧化技术正是针对这类高浓度难降解有机污染废水处理的需要而发展起来的一种新兴处理技术。该技术通过电能、光能、化学能等手段激发产生具有极强氧化能力的自由基或化学氧化剂，将水体中的高键能大分子有机污染物氧化成为易降解、低毒性或者无毒性的小分子，甚至直接分解矿化为二氧化碳、水和无机离子。作为高级氧化技术之一的电化学高级氧化技术，是通过选用具有催化活性的电极材料，在电极电化学反应过程中直接或者间接产生羟基自由基或化学氧化剂来达到降解矿化难生化污染物的目的，具有反应条件温和、降解效果好、设备结构简单、操控方便、易于自动化、没有或很少产生二次污染等优势，应用前景广泛。电化学高级氧化技术具有有效处理有机废水的能力和优势已经得到业界的认可，但仍有许多问题需要解决或优化。对于一个电催化氧化体系而言，要想获得好的处理效果，有两个关键性的因素，一方面要有高电催化活性的电极材料，另一方面，有效的电极和反应器设计是增强传质速度，提高电流效率，降低成本的一个重要途径。现有的大多数电极材料要么电催化活性有限，要么寿命不高；板式电极比表面积小，活性位点少，传质效果差；网状电极虽然比表面积和传质都有所提高，但其能耗仍然较高，还是不能满足实际需求；三维粒子电极具有很大的比表面积，但是其结构松散，导电性不好，造成电流效率低下；因此，迫切需要开发高电催化活性的电极材料和优化反应器结构来满足废水处理对电化学高级氧化技术的要求。本专利技术涉及一种用于处理难降解有机废水的电化学高级氧化装置，其核心一是阳极基体的选用和阳极活性电催化涂层的制备方法。所选用的阳极基体材料为亚氧化钛多孔陶瓷，具有耐腐蚀性强，电化学性能稳定的特点；所制备的涂层具有高析氧过电势，高电催化活性和耐久性；核心二是设置了废水内循环系统，强化了废水与电极催化活性点的接触几率和时间、提高了处理效率。其原理是通过利用阳极电催化氧化技术，在阳极产生羟基自由基等氧化物降解有机污染物，使有机大分子变成CO2和H2O。
技术实现思路
针对上述电化学高级氧化技术中电极材料和内部传质所存在的问题，本专利技术的目的是提供一种处理难降解有机废水的电化学高级氧化装置，所形成的装置处理能力强、能耗低、结构简单、操控方便、运行稳定，可以根据废水水质的状况，通过改变装置的电压、废水停留时间和废水内部循环速度、单级或多级串联使用，高效经济地处理有机废水。其具体技术方案如下：一种电化学高级氧化装置，其特征在于：包括前置保安过滤器(1)、调节储水池(2)、直流稳压电源(4)、高级氧化池(5)、电极(6)、废水内循环系统、气浮消泡区(10)；电极(6)位于高级氧化池(5)内，高级氧化池(5)的上端部为气浮消泡区(10)；电极(6)的阳极为微孔管式活性电化学膜(Active Electrochemical Membrane)阳极；微孔管式活性电化学膜(Active Electrochemical Membrane)阳极基体是微孔亚氧化钛(Ti4O7)陶瓷管，其管壁微孔孔径大小为5um–50um，优选10-30um；基体表面和微孔内部均设置有活性电催化层，活性电催化层为IrO2、Ti4O7和SnO2混合层；优选活性电催化层中铱与锡的摩尔比为1:9–9:1，铱与钛的摩尔比为(2-40)：1。所述调节储水池(2)分别与前置保安过滤器(1)和高级氧化池(5)连通，调节储水池(2)与高级氧化池(5)之间设置有恒流泵(3)；所述电极(6)与直流稳压电源(4)相连；电极(6)阳极陶瓷管的一端作为进水端，另一端封闭(一段开口一端封闭)；所述废水内循环系统为电极(6)阳极的进水端通过管路和内循环增压泵(7)与阳极封闭端对应的高级氧化池(5)侧面的氧化池内循环出水口(8)连通，使得电极(6)阳极陶瓷管内的水流在阳极陶瓷管内腔(9)内通过管的微孔穿过腔壁流进高级氧化池(5)。所述的电催化层的厚度优选为1-10um。电极(6)的阳极为单个的阳极或阳极阵列。所述废水内部循环系统的水流方向是经由氧化池内循环出水口经过增压泵到管式阳极的内腔，穿过腔壁的微孔而重新回到氧化池。所述的废水内部循环系统，废水在氧化池停留周期内，经由管式阳极内腔的循环次数为3-30次，优选5-15次。所述的与电源相连接的电极阵列的阴极为网状不锈钢。电催化层通过热分解氧化法制成，包括如下步骤：a.基体处理：将微孔亚氧化钛陶瓷基体用草酸溶液浸泡(如采用10-15wt％的草酸溶液浸泡12小时)以除去表面的油污和污染物，用去离子水冲洗后烘干备用；b.电催化层制备：将基体浸入由纳米亚氧化钛(Ti4O7)、氯铱酸和氯化亚锡所配制的盐酸正丁醇溶液3-5秒钟后取出，在100-120℃的条件下烘干后，放入马弗炉中，在350-500℃的条件下热氧化10-20分钟后，风冷到室温；以上浸入、干燥和热氧化步骤重复3-15次，最后一次的热氧化时间为一小时，得到具备活性电催化层的微孔阳极；所述的纳米亚氧化钛、氯铱酸和氯化亚锡所配制的盐酸正丁醇溶液中，铱的含量为0.1–0.4摩尔/升，铱与锡的摩尔比为1:9–9:1；钛的含量0.01摩尔/升–0.05摩尔/升；盐酸(35wt％)与正丁醇的体积比为1:4-1:8。本专利技术设有与直流电源相连的管式微孔活性电化学膜阳极和网状不锈钢阴极组成的电极(阵列)(6)，所述电极阵列微孔阳极的基体是亚氧化钛(Ti4O7)多孔陶瓷，其表面设置有由IrO2、Ti4O7和SnO2组成的活性电催化氧化涂层，利用微孔管式阳极的大比表面积、高氧化过电势和催化活性来直接氧化或矿化污水中的有机污染物；废水内部循环增压泵将氧化池内的废水抽出后，通过微孔管式阳极的内腔，以穿流方式(Cross-flow)通过腔壁的空隙重新回到氧化池内，使废水不断在阳极内部表面上催化氧化而直接降解；电解产生的密集纳米级氢氧气泡在气浮区内将油类和不溶性微小固体污染物气浮去除，且兼有氧化还原和促进传质的作用。采用氧化池内的水流循环，杜绝了水流短路，保证废水能够充分得到电催化氧化。本专利技术的电化学高级氧化装置其核心是①.高级氧化池中的阳极基体材料的选用和电催化活性涂层的制备技术。阳极采用微孔管式活性电化学膜结构，以耐化学和电化学腐蚀性强、导电性能好的亚氧化钛(Ti4O7)微孔陶瓷为基体，通过浸涂热氧化的方法在其表面和内部空隙外壁形成含有Ir、Sn和Ti的氧化物电催化涂层；②.废水在氧化池内与电极表面的接触方式不但有传统的表面过流方式，而且增加了穿流(cross-flow)方式，使得催化氧化反应在电极的三维表面进行，极大地利用了电极的空间效果，传质效果比一般电极提高数倍；③.设置了氧化池废水内循环系统，使废水在氧化池停留时间内，不断通过管式阳极的内腔穿过腔壁发生氧化降本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种活性电催化层的微孔阳极，其特征在于，电极的阳极为微孔管式活性电化学膜(Active Electrochemical Membrane)阳极；微孔管式活性电化学膜(Active Electrochemical Membrane)阳极基体是微孔亚氧化钛(Ti4O7)陶瓷管，其管壁微孔孔径大小为5um–50um；基体表面和微孔内部均设置有活性电催化层，活性电催化层为IrO2、Ti4O7和SnO2混合层。
【技术特征摘要】
1.一种活性电催化层的微孔阳极，其特征在于，电极的阳极为微孔管式活性电化学膜(Active Electrochemical Membrane)阳极；微孔管式活性电化学膜(Active Electrochemical Membrane)阳极基体是微孔亚氧化钛(Ti4O7)陶瓷管，其管壁微孔孔径大小为5um–50um；基体表面和微孔内部均设置有活性电催化层，活性电催化层为IrO2、Ti4O7和SnO2混合层。2.按照权利要求1所述的一种活性电催化层的微孔阳极，其特征在于，活性电催化层中铱与锡的摩尔比为1:9–9:1，铱与钛的摩尔比为(2-40)：1。3.按照权利要求1所述的一种活性电催化层的微孔阳极，其特征在于，微孔亚氧化钛(Ti4O7)陶瓷管的一端开口一端封闭。4.制备权利要求1所述的一种活性电催化层的微孔阳极的方法，其特征在于，包括以下步骤：a、基体处理：将微孔亚氧化钛陶瓷基体用草酸溶液浸泡以除去表面的油污和污染物，用去离子水冲洗后烘干备用；b.电催化层制备：将基体浸入由纳米亚氧化钛(Ti4O7)、氯铱酸和氯化亚锡所配制的盐酸正丁醇溶液3-5秒钟后取出，在100-120℃的条件下烘干后，放入马弗炉中，在350-500℃的条件下热氧化10-20分钟后，风冷到室温；以上浸入、干燥和热氧化步骤重复3-15次，最后一次的热氧化时间为一小时，得到具备活性电催化层的微孔阳极。5.按照权利要求4的方法，其特征在于纳米亚氧化钛、氯铱酸和氯化亚锡所配制的盐酸正丁醇溶液中，铱的含量为0.1–0.4摩尔/升，铱与锡的摩尔比为1:9–9:1；钛的含量0.01摩尔/升–0.05摩尔/升；盐酸(35wt％)与正丁醇的体积比为1:4-1:8。6.一种电化学高级氧化装置，其特征在于，包括前置保安过滤器(1)、调节储水池(2)、直流稳压电源(4...
【专利技术属性】
技术研发人员：黄一兵，胡湘冀，李晔，
申请(专利权)人：深圳市大净环保科技有限公司，黄一兵，
类型：发明
国别省市：广东;44
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