專利名稱：一種電化學(xué)反應(yīng)器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于廢水處理技術(shù)領(lǐng)域，特別是提供了一種電化學(xué)反應(yīng)器，利用電化學(xué)組合技術(shù)，處理有毒有害、難降解、高濃度有機(jī)廢水，適用于焦化行業(yè)廢水的深度處理。
背景技術(shù)：
焦化廢水是在原煤高溫干餾、煤氣凈化和化工產(chǎn)品精制過程中產(chǎn)生的廢水，屬于高濃度有機(jī)工業(yè)廢水，C0D&—般在4000 mg/L以上，其成分復(fù)雜，除含有大量的酚、苯、批啶、吲哚和喹啉等芳香族化合物和雜環(huán)化合物外，還含有氰化物、硫化物、硫氰化物、氮化物、重金屬等有毒有害物質(zhì)，且色度高，有異味。隨著我國鋼鐵和能源領(lǐng)域產(chǎn)能的發(fā)展，焦化廢水的產(chǎn)生量也在與日俱增。近期國標(biāo)《煉焦化學(xué)工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB 16171-2012)的實(shí)施，焦化廢水達(dá)標(biāo)排放的嚴(yán)格指標(biāo)勢必嚴(yán)重制約焦化行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展，如何改善和解決焦化廢水對環(huán)境的污染問題，已成為擺在人們面前的一個(gè)迫切需要解決的課題。通過實(shí)踐證明，處理焦化污水最有效、最經(jīng)濟(jì)的方法為生物法，但在焦化廢水中不可生化的有機(jī)物占C0D&總量的13 17%左右，其中多為多環(huán)芳烴，采用生物法進(jìn)行處理時(shí)，多環(huán)芳烴基本不能降解，處理后廢水的C0D& —直在300 500mg/L左右。即便再經(jīng)過混凝沉淀處理，處理后廢水的C0D& —般為150 250mg/L左右，與《煉焦化學(xué)工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB 16171-2012)要求的C0D&小于80mg/L及其它污染物排放濃度限制，仍然有一定的差距。目前，降解此類有機(jī)污染物的有效方法是高級氧化技術(shù)，常用的高級氧化技術(shù)有電催化氧化技術(shù)、微電解處理技術(shù)、芬頓試劑氧化技術(shù)、電芬頓(Fenton)氧化技術(shù)、化學(xué)氧化技術(shù)等。電催化氧化技術(shù)處理廢水是通過外加電場于反應(yīng)器內(nèi)陰陽電極板，極板表面涂覆有金屬氧化物等催化物質(zhì)，在電場與催化物質(zhì)作用下，通過曝氣在陰極表面產(chǎn)生H2O2，陽極表面產(chǎn)生以羥基自由基 (.0Η )為主的多種氧化物，與有機(jī)污染物發(fā)生直接氧化反應(yīng)和間接氧化反應(yīng)，將難生物降解的大分子有機(jī)物分解成為小分子有機(jī)物或直接將其礦化為CO2和H2O等無機(jī)物。電催化氧化技術(shù)氧化能力強(qiáng)，無需添加化學(xué)藥劑，但電能消耗較高。微電解處理技術(shù)是利用原電池原理，以反應(yīng)器內(nèi)的鐵為陽極，碳為陰極，在酸性條件下，當(dāng)廢水通過微電解鐵碳填料時(shí)，鐵與碳之間形成無數(shù)原電池微電流，廢水中的有機(jī)物在微電流的作用下被氧化和還原。微電解處理技術(shù)不需要外加電場，反應(yīng)過程不耗電，能耗低，但氧化能力偏弱。反應(yīng)過程離解出Fe2+，需定期補(bǔ)充一部分鐵碳填料。芬頓試劑氧化技術(shù)是利用H2O2和亞鐵鹽(Fe2+)組合而成的一種有機(jī)物氧化劑，隨著金屬陽離子氧化態(tài)和還原態(tài)的變化使H2O2催化分解產(chǎn)生羥基自由基(.0Η )，利用.0Η與有機(jī)污染物發(fā)生直接氧化反應(yīng)和間接氧化反應(yīng)，將難生物降解的大分子有機(jī)物分解成為小分子有機(jī)物或直接將其礦化為CO2和H2O等無機(jī)物。芬頓試劑氧化技術(shù)氧化能力較強(qiáng)，但化學(xué)藥劑消耗量大。電芬頓氧化技術(shù)是利用電化學(xué)過程中自身產(chǎn)生的H2O2和Fe2+組成芬頓試劑，進(jìn)行氧化反應(yīng)，反應(yīng)過程中不需要外加化學(xué)試劑。
化學(xué)氧化技術(shù)是向廢水中投加氧化劑(如03、H2O2, CLO2),氧化劑在一定條件下與廢水中的有機(jī)物發(fā)生反應(yīng)，降解有機(jī)物?；瘜W(xué)氧化技術(shù)投加藥劑量大，成本高，氧化效率低。不同高級氧化處理技術(shù)具有不同的優(yōu)缺點(diǎn)，單一處理技術(shù)的應(yīng)用存在一定的局限性，但多種技術(shù)的優(yōu)化組合可獲得最佳處理效果和較低的處理成本。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種電化學(xué)反應(yīng)器，針對焦化污水深度處理難降解有機(jī)物，將電催化氧化技術(shù)、微電解處理技術(shù)、以及利用電催化氧化技術(shù)產(chǎn)生的H2O2和微電解處理技術(shù)產(chǎn)生的Fe2+組成芬頓試劑而形成電芬頓(Fenton)氧化技術(shù)，集成于功能、裝置有序緊密連接的單一向上流反應(yīng)器內(nèi)，強(qiáng)化對難降解有機(jī)污染物和色度的去除。為解決以上技術(shù)問題，本發(fā)明的電化學(xué)反應(yīng)器包括反應(yīng)槽1、電極組2、連接電極組的正負(fù)導(dǎo)電排3、直流電源電氣控制裝置4、多孔配水支撐隔板5、球形填料承托層6、鐵碳微電解填料7、pH值檢測儀8、泡沫消除裝置9、微孔曝氣裝置10等。反應(yīng)槽I下部設(shè)進(jìn)水口 11，上部設(shè)三角溢流堰及環(huán)形集水槽12、匯流出水口 13，中間通過多孔配水支撐隔板5分為上下兩部分。多孔配水支撐隔板5上部鋪設(shè)球形填料承托層6和鐵碳微電解填料7，下部安裝電極組和微孔曝氣裝置10。多孔配水支撐隔板5開孔率0.5 0.8%，電極組2設(shè)在反應(yīng)槽I的下部，電極組2設(shè)在反應(yīng)槽I的下部；鐵碳微電解填料7鋪設(shè)在多孔配水支撐隔板5的上部，泡沫消除裝置9設(shè)置于反應(yīng)器頂部，pH值檢測儀8安裝在反應(yīng)槽I進(jìn)水口處，控制進(jìn)口廢水的pH值為2.5 3。本發(fā)明所述的反應(yīng)槽I采用碳鋼材質(zhì)，內(nèi)外壁涂裝特殊防腐涂料。本發(fā)明所述的電極組2設(shè)在反應(yīng)槽I的下部，每一個(gè)電極組由若干片正、負(fù)電極板均勻豎向間隔交替布置，通過不導(dǎo)電高分子螺栓桿連接固定成組，放置于帶凹槽的有機(jī)高分子材質(zhì)制作的支架上，與反應(yīng)槽不接觸，便于拆卸。電極組的正、負(fù)電極板通過正負(fù)導(dǎo)電排與反應(yīng)器外部直流電 源電氣控制裝置連接。正、負(fù)電極均采用不溶性Ti/DSA網(wǎng)式電極，以Ti為基材，表面涂作為催化劑的貴金屬氧化物，電極板厚度2 3mm，正、負(fù)電極板之間的距離6 10mm，電極組之間的距離10 15cm，反應(yīng)槽的電流密度10 20mA/cm2，可調(diào)電壓O 48V，可調(diào)電流O 2000A。通過電氣控制裝置可以實(shí)現(xiàn)陰極板和陽極板的互換，延長極板使用壽命。鐵碳微電解填料鋪設(shè)在多孔配水支撐隔板的上部，鐵碳微電解填料是由鐵、碳、活化劑和金屬催化元素經(jīng)高溫?zé)Y(jié)形成的多孔架構(gòu)式橢圓形合金結(jié)構(gòu)，規(guī)格1.5 cm X 2 Cm,含鐵75 85%，含碳10 20%,孔隙率大于65%。鐵碳微電解填料與多孔配水支撐隔板之間鋪設(shè)球形填料承托層，填料直徑3 4 cm，安裝高度15 20cm。微孔曝氣裝置設(shè)置于反應(yīng)槽底部，電極組的下方，由棕剛玉曝氣盤和曝氣管組成。通過曝氣并充分?jǐn)嚢鑿U水，一方面減少了濃差極化，減輕了極板腐蝕程度，節(jié)省了費(fèi)用，另一方面氣水混合物在槽內(nèi)上升過程的擾動也防止微電解填料板結(jié)，使氧及空氣被充分利用，節(jié)省了動力能耗。曝氣量不小于3 ΠΙ3/!!!2.!!。泡沫消除裝置設(shè)置于反應(yīng)槽頂部，由工業(yè)水管和淋水噴頭組成，工業(yè)用水量0.05m3/m2.h，壓力0.2MPa。設(shè)置泡沫消除裝置的目的在于消除反應(yīng)槽上部因曝氣及有機(jī)物氧化產(chǎn)生的泡沫，防止飄逸造成環(huán)境污染。
pH值檢測儀安裝在反應(yīng)槽進(jìn)水口，控制進(jìn)口廢水的pH值為2.5 3。電化學(xué)反應(yīng)器處理難降解有機(jī)污染物的廢水，廢水從反應(yīng)器底部進(jìn)入，控制廢水的pH值在2.5 3之間，廢水通過曝氣攪拌、電場的作用下，在陽極表面產(chǎn)生以羥基自由基(-OH )為主的多種氧化物，與有機(jī)污染物發(fā)生直接氧化反應(yīng)和間接氧化反應(yīng)，將難生物降解的大分子有機(jī)物分解成為小分子有機(jī)物或直接將其礦化為CO2和H2O等無機(jī)物，在陰極表面產(chǎn)生&02。當(dāng)廢水上升再通過微電解鐵碳填料時(shí)，鐵與碳之間形成無數(shù)原電池微電流，廢水中的有機(jī)物在微電流的作用下被氧化和還原，鐵被氧化成Fe2+離子。利用電催化氧化技術(shù)產(chǎn)生的H2O2和微電解處理技術(shù)產(chǎn)生的Fe2+組成芬頓試劑，形成電芬頓氧化技術(shù)，進(jìn)一步加強(qiáng)了難降解有機(jī)污染物的氧化，提高了有機(jī)污染物和色度的去除效率。廢水停留時(shí)間1.5 2 ho本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是:(I)將電催化氧化技術(shù)與微電解處理技術(shù)集成于功能、裝置有序緊密連接的單一向上流反應(yīng)器內(nèi)，強(qiáng)化了對難降解有機(jī)污染物和色度的去除，過程連接緊密，反應(yīng)器容積減小，簡化優(yōu)化配水集水設(shè)施，設(shè)備投資節(jié)省。(2)利用電催化氧化技術(shù)產(chǎn)生的H2O2和微電解處理技術(shù)產(chǎn)生的Fe2+組成芬頓試劑，形成電芬頓氧化技術(shù)，節(jié)省了外加化學(xué)試劑，進(jìn)一步加強(qiáng)了有機(jī)污染物的氧化，提高了有機(jī)污染物和色度的去除效率。(3)僅反應(yīng)槽底部設(shè)曝氣裝置，通過曝氣并充分?jǐn)嚢鑿U水，一方面減少了濃差極化，減輕了極板腐蝕程度，節(jié)省了費(fèi)用，另一方面氣水混合物在槽內(nèi)上升過程的擾動也防止微電解填料板結(jié)，使氧及空氣被充分利用，節(jié)省了動力能耗。。(4)反應(yīng)槽頂部設(shè)置泡沫消除裝置，防止因曝氣及有機(jī)物氧化產(chǎn)生的泡沫飄逸而造成環(huán)境污染。

(5)三種氧化技術(shù)集成于功能、裝置有序緊密連接的單一向上流反應(yīng)器內(nèi)，對二級生化處理來水水質(zhì)波動適應(yīng)性強(qiáng)，出水水質(zhì)穩(wěn)定,通過后續(xù)沉淀處理工序可使出水水質(zhì)指標(biāo)完全可達(dá)到《煉焦化學(xué)工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB 16171-2012)的要求。由此可見，本發(fā)明理論依據(jù)充分，構(gòu)思新穎，結(jié)構(gòu)獨(dú)特，已應(yīng)用于工業(yè)化生產(chǎn)，效果顯著，具有廣闊的市場前景，


圖1為電化學(xué)反應(yīng)器結(jié)構(gòu)示意圖。其中，反應(yīng)槽1、電極組2、連接電極組的正負(fù)導(dǎo)電排3、直流電源電氣控制裝置4、多孔配水支撐隔板5、球形填料承托層6、鐵碳微電解填料
7、pH值檢測儀8、泡沫消除裝置9、微孔曝氣裝置10、進(jìn)水口 11、三角溢流堰及環(huán)形集水槽
12、匯流出水口 13。
具體實(shí)施例方式參見附圖1，電化學(xué)反應(yīng)器包括反應(yīng)槽1、電極組2、連接電極組的正負(fù)導(dǎo)電排3和直流電源電氣控制裝置4、多孔配水支撐隔板5、球形填料承托層6、鐵碳微電解填料7、pH值檢測儀8、泡沫消除裝置9、微孔曝氣裝置10、進(jìn)水口 11、三角溢流堰及環(huán)形集水槽12、出水口 13。
具體實(shí)施方式
如下:
反應(yīng)槽I采用碳鋼材質(zhì)，內(nèi)外壁涂裝特殊防腐涂料，下部設(shè)進(jìn)水口 11，ρΗ值檢測儀8安裝在反應(yīng)槽進(jìn)水口 11，控制進(jìn)口廢水的pH值，上部設(shè)三角溢流堰、環(huán)形集水槽12及匯流出水口 13，中間通過多孔配水支撐隔板5分為上下兩部分。多孔配水支撐隔板下部安裝電極組2，每一個(gè)電極組由若干片正、負(fù)電極板均勻豎向間隔交替布置，通過不導(dǎo)電高分子螺栓桿連接固定成組，放置于帶凹槽的有機(jī)高分子材質(zhì)制作的支架上，與反應(yīng)槽不接觸。電極組的正、負(fù)電極板通過正負(fù)導(dǎo)電排3與反應(yīng)器外部直流電源電氣控制裝置4連接。微孔曝氣裝置10設(shè)置于反應(yīng)槽底部，電極組的下方。多孔配水支撐隔板上部鋪設(shè)球形填料承托層6，承托層上部鋪設(shè)鐵碳微電解填料7。泡沫消除裝置9設(shè)置于反應(yīng)槽頂部，由工業(yè)水管和淋水噴頭組成。難降解有機(jī)污染物的廢水從反應(yīng)器底部進(jìn)水口進(jìn)入，控制廢水的pH值在2.5 3之間，廢水通過曝氣攪拌、電場的作用下，在陽極表面產(chǎn)生以羥基自由基(.0Η )為主的多種氧化物，與有機(jī)污染物發(fā)生直接氧化反應(yīng)和間接氧化反應(yīng)，將難生物降解的大分子有機(jī)物分解成為小分子有機(jī)物或直接將其礦化為CO2和H2O等無機(jī)物，在陰極表面產(chǎn)生Η202。當(dāng)廢水上升再通過微電解鐵碳填料時(shí)，鐵與碳之間形成無數(shù)原電池微電流，廢水中的有機(jī)物在微電流的作用下被氧化和還原，鐵被氧化成Fe2+離子。同時(shí)，利用電催化氧化技術(shù)產(chǎn)生的H2O2和微電解處理技術(shù)產(chǎn)生的Fe2+組成芬頓試劑，形成電芬頓氧化技術(shù)，進(jìn)一步加強(qiáng)了難降解有機(jī)污染物的氧化，提高了有機(jī)污染物和色度的去除效率。處理后的水通過反應(yīng)槽上部三角溢流堰進(jìn)入環(huán)形集水槽，匯流后由出水口流出。泡沫消除裝置設(shè)置于反應(yīng)槽頂部，消除反應(yīng)槽上部因曝氣及有機(jī)物氧化產(chǎn)生的泡沫，防止飄逸造成環(huán)境污染。以上所述僅 是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，對本專利范圍及說明書內(nèi)容所作的等效變化與修飾，皆應(yīng)仍屬本專利涵蓋的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種電化學(xué)反應(yīng)器,其特征在于,包括反應(yīng)槽、電極組、連接電極組的正負(fù)導(dǎo)電排、直流電源電氣控制裝置、多孔配水支撐隔板、球形填料承托層、鐵碳微電解填料、PH值檢測儀、泡沫消除裝置、微孔曝氣裝置；反應(yīng)槽(I)下部設(shè)進(jìn)水口( 11)，上部設(shè)三角溢流堰及環(huán)形集水槽(12)、匯流出水口(13)，中間通過多孔配水支撐隔板(5)分為上下兩部分；多孔配水支撐隔板(5)上部鋪設(shè)球形填料承托層(6)和鐵碳微電解填料(7)，下部安裝電極組和微孔曝氣裝置(10);電極組(2)設(shè)在反應(yīng)槽(I)的下部；鐵碳微電解填料(7)鋪設(shè)在多孔配水支撐隔板(5)的上部，泡沫消除裝置(9)設(shè)置于反應(yīng)器頂部，pH值檢測儀(8)安裝在反應(yīng)槽(I)進(jìn)水口處，控制進(jìn)口廢水的pH值為2.5 3。
2.按照權(quán)利要求1所述的電化學(xué)反應(yīng)器，其特征在于:反應(yīng)槽(I)采用碳鋼材質(zhì)，內(nèi)外壁涂裝特殊防腐涂料，多孔配水支撐隔板(5)開孔率0.5 0.8%。
3.按照權(quán)利要求1所述的電化學(xué)反應(yīng)器，其特征在于:所述的電極組(2)每一個(gè)電極組由若干片正、負(fù)電極板均勻豎向間隔交替布置，通過不導(dǎo)電高分子螺栓桿連接固定成組，放置于帶凹槽的有機(jī)高分子材質(zhì)制作的支架上，與反應(yīng)槽不接觸；電極組2的正、負(fù)電極板通過正負(fù)導(dǎo)電排與反應(yīng)槽(I)外部直流電源電氣控制裝置連接；正、負(fù)電極均采用不溶性Ti/DSA網(wǎng)式電極，以Ti為基材，表面涂作為催化劑的貴金屬氧化物，電極板厚度2 3mm，正、負(fù)電極板之間的距離6 10mm，電極組之間的距離10 15cm，反應(yīng)槽I的電流密度10 20mA/cm2，可調(diào)電壓O 48V，可調(diào)電流O 2000A。通過電氣控制裝置可以實(shí)現(xiàn)陰極板和陽極板的互換。
4.按照權(quán)利要求1所述的電化學(xué)反應(yīng)器，其特征在于:鐵碳微電解填料鋪設(shè)在多孔配水支撐隔板的上部，規(guī)格1.5 cm X 2 cm，含鐵75 85%，含碳10 20%，孔隙率大于65% ；鐵碳微電解填料與多孔配水支撐隔板之間鋪設(shè)球形填料承托層，填料直徑3 4 cm,安裝高度15 20cm。
5.按照權(quán)利要求1所述的電化學(xué)反應(yīng)器，其特征在于:微孔曝氣裝置由棕剛玉曝氣盤和曝氣管組成，曝氣量不小于3 m3/m2.h。
6.按照權(quán)利要求1所述的電化學(xué)反應(yīng)器，其特征在于:泡沫消除裝置由工業(yè)水管和淋水噴頭組成，工業(yè)用水量0.05 m3/m2.h，壓力0.2MPa。
7.按照權(quán)利要求1所述的電化學(xué)反應(yīng)器，其特征在于:難降解有機(jī)污染物的廢水從反應(yīng)槽底部進(jìn)入，控制廢水的pH值2.5 3，廢水通過曝氣攪拌，在電催化氧化、微電解和電芬頓氧化技術(shù)對難降解有機(jī)污染物的耦合作用下被氧化去除，廢水從反應(yīng)槽上部流出；廢水停留時(shí)間1.5 2 h。
全文摘要
一種電化學(xué)反應(yīng)器，屬于廢水處理技術(shù)領(lǐng)域。它包括反應(yīng)槽、電極組、連接電極組的正負(fù)導(dǎo)電排和直流電源電氣控制裝置、多孔配水支撐隔板、球形填料承托層、鐵碳微電解填料、pH值檢測儀、泡沫消除裝置和微孔曝氣裝置等。反應(yīng)槽下部設(shè)進(jìn)水口，上部設(shè)三角溢流堰及環(huán)形集水槽、匯流出水口，中間通過多孔配水支撐隔板分為上下兩部分；多孔配水支撐隔板上部鋪設(shè)球形填料承托層和鐵碳微電解填料，下部安裝電極組和微孔曝氣裝置；優(yōu)點(diǎn)在于，強(qiáng)化了對難降解有機(jī)污染物的氧化效率，提高了難降解有機(jī)污染物和色度的去除率，減小了反應(yīng)器容積，節(jié)省了設(shè)備投資和動力費(fèi)用。尤其適用于焦化行業(yè)廢水的深度處理，對來水水質(zhì)波動適應(yīng)性強(qiáng)，出水水質(zhì)穩(wěn)定。
文檔編號C02F1/461GK103145223SQ20131012794
公開日2013年6月12日 申請日期2013年4月13日 優(yōu)先權(quán)日2013年4月13日
發(fā)明者馬昕, 吳永志, 寇彥德, 張濤 申請人:北京首鋼國際工程技術(shù)有限公司