公布日：2022.10.14

申請(qǐng)日：2022.08.26

分類號(hào)：C02F1/461(2006.01)I;C02F1/463(2006.01)I;C02F1/467(2006.01)I

摘要

本發(fā)明公開揭示了一種層級(jí)式不均勻電位催化氧化工業(yè)廢水處理方法，包括：工業(yè)廢水中的每一個(gè)污染物分子均經(jīng)歷由低到高的電位和電流密度區(qū)域，在不同的區(qū)域內(nèi)均有一定的停留時(shí)間。在電場(chǎng)和高效催化劑的分別或共同作用下，同時(shí)進(jìn)行：電氣浮、電絮凝、電化學(xué)氧化、電化學(xué)裂解、電遷移等進(jìn)程，可對(duì)各種工業(yè)廢水成分在同一裝置內(nèi)進(jìn)行多機(jī)理共去除。解決了電耗高，無差異化采用高電壓高電流以及極板種類、極板間距、停留時(shí)間單一化的問題。本發(fā)明一并考慮上述多種工業(yè)廢水的多重共同工藝難點(diǎn)，創(chuàng)建徹底、高效的預(yù)處理工藝：多電位的多種催化氧化同時(shí)進(jìn)行，互相配合，徹底去除工業(yè)廢水原始不良特性。

權(quán)利要求書

1.一種層級(jí)式不均勻電位催化氧化工業(yè)廢水處理方法，使用層級(jí)式不均勻電位催化氧化工業(yè)廢水處理裝置，其特征在于，裝置包括：裝置主體（1），其構(gòu)造為頂端設(shè)有敞開口的箱體結(jié)構(gòu)；裝置主體（1）下端側(cè)壁固定連接有出水管（111），所述裝置主體（1）上端側(cè)壁固定連接有進(jìn)水管（112），所述裝置主體（1）上端側(cè)壁還固定連接有排泥口（113）；所述裝置主體（1）的箱體內(nèi)由上到下依次設(shè)置有聚凝層腔體（12），釋氧層腔體（14），裂解層腔體（16），氧化層腔體（17），催化層腔體（18），相鄰兩層腔體間均可拆卸的設(shè)置有穿孔隔離板，每一層腔體中均設(shè)置陽極板和陰極板，且陽極板和陰極板連接直流電源，各層腔體中極板間電場(chǎng)電位不同；所述催化層腔體（18）底部設(shè)置有微孔曝氣管（19），所述微孔曝氣管（19）上均勻設(shè)置有若干微孔曝氣頭（191），所述裝置主體（1）上固定設(shè)置有連通微孔曝氣管（19）的進(jìn)氣管（192），所述進(jìn)氣管（192）固定連接有氣泵；所述裝置主體（1）上固定設(shè)置有分別連通釋氧層腔體（14）、裂解層腔體（16）以及氧化層腔體（17）頂部的三個(gè)回水管（114），聚凝層頂部設(shè)置刮渣機(jī)構(gòu)；使用上述裝置進(jìn)行工業(yè)廢水處理，具體步驟如下：1）工業(yè)廢水經(jīng)過裝置主體上端側(cè)壁的進(jìn)水管進(jìn)入聚凝層腔體，在所述聚凝層腔體內(nèi)部設(shè)置多個(gè)鋁合金陰極板以及鋁合金陽極板，每個(gè)極板電流密度區(qū)間為20-80A/m2，工業(yè)廢水在聚凝層的停留時(shí)間為1-30分鐘左右；2）工業(yè)廢水經(jīng)過聚凝層腔體后通過穿孔隔離板下行至釋氧層腔體中，在所述釋氧層腔體內(nèi)部設(shè)置多個(gè)不銹鋼陰極板和多個(gè)二氧化鉛鍍層鈦合金陽極板，每個(gè)極板的電流密度區(qū)間為50-200A/m2，工業(yè)廢水在釋氧層的停留時(shí)間為1-60分鐘左右；3）工業(yè)廢水經(jīng)過釋氧層腔體后通過穿孔隔離板下行至裂解層腔體內(nèi)；在所述裂解層腔體內(nèi)部設(shè)置多個(gè)不銹鋼陰極板和多個(gè)銥鍍層鈦合金陽極板，每個(gè)極板的電流密度區(qū)間為80-260A/m2，工業(yè)廢水在裂解層腔體內(nèi)的停留時(shí)間為1-120分鐘左右；4）工業(yè)廢水經(jīng)過裂解層腔體后通過穿孔隔離板下行至氧化層腔體內(nèi)；在所述氧化層腔體內(nèi)部設(shè)置多個(gè)不銹鋼陰極板和多個(gè)釕鍍層鈦合金陽極板，每個(gè)極板的設(shè)計(jì)電流密度區(qū)間為120-500A/m2，工業(yè)廢水在氧化層的停留時(shí)間為1-180分鐘左右；5）工業(yè)廢水經(jīng)過氧化層腔體后通過穿孔隔離板下行至催化層腔體內(nèi)；在所述催化層腔體內(nèi)部設(shè)置有惰性鱗片石墨陰極板和多惰性鱗片石墨陽極板，所述催化層腔體內(nèi)陰極板和陽極板之間填充有超氧化物催化劑顆粒，每個(gè)極板的電流密度區(qū)間為80-260A/m2，工業(yè)廢水在催化層的停留時(shí)間為1-100分鐘左右；6）空氣或臭氧經(jīng)過微孔曝氣頭形成微小氣泡進(jìn)入腔體，并逐層上升；7）經(jīng)過逐層處理后的工業(yè)廢水，其中部分經(jīng)過回水口分別進(jìn)入釋氧層腔體、裂解層腔體或氧化層腔體，再次循環(huán)處理，其余的直接排放；8）產(chǎn)生的浮渣經(jīng)過微小氣泡的裹挾浮于頂部水面，經(jīng)過聚凝層頂部設(shè)置的刮渣機(jī)構(gòu)收集至排泥口排出，之后經(jīng)過管路收集到浮渣收集池進(jìn)行濃縮后外排處置。

2.如權(quán)利要求1所述的層級(jí)式不均勻電位催化氧化工業(yè)廢水處理方法，其特征在于，聚凝層腔體（12），釋氧層腔體（14），裂解層腔體（16），氧化層腔體（17），催化層腔體（18）內(nèi)的極板為活動(dòng)可拆卸安裝。

3.如權(quán)利要求2所述的層級(jí)式不均勻電位催化氧化工業(yè)廢水處理方法，其特征在于，根據(jù)工業(yè)廢水的成分以及處理需要，在聚凝層腔體（12），釋氧層腔體（14），氧化層腔體（17）中任意選擇1-3個(gè)腔體內(nèi)安裝相應(yīng)的陰極板和陽極板，與安裝了相應(yīng)陰極板和相應(yīng)陽極板的裂解層腔體（16）和催化層腔體（18）進(jìn)行組合。

4.如權(quán)利要求2所述的層級(jí)式不均勻電位催化氧化工業(yè)廢水處理方法，其特征在于，催化層腔體內(nèi)陰極板和陽極板之間還可以填充限域型鈷基催化材料、含氮石墨烯催化材料、含硼石墨烯催化材料、聚吡咯改性石墨烯材料、高分子聚合塑料等。

5.如權(quán)利要求2所述的層級(jí)式不均勻電位催化氧化工業(yè)廢水處理裝方法，其特征在于，回水比例計(jì)算公式為：(出水COD-出水BOD)/進(jìn)水COD。

6.如權(quán)利要求4所述的層級(jí)式不均勻電位催化氧化工業(yè)廢水處理方法，其特征在于，催化層腔體（18）內(nèi)陰極和陽極周期性交替更換，陰極變?yōu)殛枠O，陽極變?yōu)殛帢O，更換周期為0.5分鐘-30分鐘。

7.如權(quán)利要求1-6任一所述的層級(jí)式不均勻電位催化氧化工業(yè)廢水處理方法，其特征在于，相鄰極板的間距為0.5CM-50CM。

8.如權(quán)利要求1-6任一所述的層級(jí)式不均勻電位催化氧化工業(yè)廢水處理裝置，其特征在于，穿孔隔離板材料為工程塑料。

發(fā)明內(nèi)容

鑒于現(xiàn)有技術(shù)存在的上述問題，本發(fā)明的目的在于提供一種層級(jí)式不均勻電位催化氧化工業(yè)廢水處理方法，使用層級(jí)式不均勻電位催化氧化工業(yè)廢水處理裝置，裝置包括：裝置主體，其構(gòu)造為頂端設(shè)有敞開口的箱體結(jié)構(gòu)；裝置主體下端側(cè)壁固定連接有出水管，所述裝置主體上端側(cè)壁固定連接有進(jìn)水管，所述裝置主體上端側(cè)壁還固定連接有排泥口；所述裝置主體的箱體內(nèi)由上到下依次設(shè)置有聚凝層腔體，釋氧層腔體，裂解層腔體，氧化層腔體，催化層腔體，相鄰兩層腔體間可拆卸的設(shè)置有穿孔隔離板，每一層腔體中均設(shè)置陽極板和陰極板，且陽極板和陰極板連接直流電源，各層腔體中極板間電場(chǎng)電位不同；所述催化層腔體底部設(shè)置有微孔曝氣管，所述微孔曝氣管上均勻設(shè)置有若干微孔曝氣頭，所述裝置主體上固定設(shè)置有連通微孔曝氣管的進(jìn)氣管，所述進(jìn)氣管固定連接有氣泵；所述裝置主體上固定設(shè)置有分別連通釋氧層腔體、裂解層腔體以及氧化層腔體頂部的三個(gè)回水管；聚凝層頂部設(shè)置刮渣機(jī)構(gòu)。

使用上述裝置進(jìn)行工業(yè)廢水處理，具體步驟如下：1）工業(yè)廢水經(jīng)過裝置主體上端側(cè)壁的進(jìn)水管進(jìn)入聚凝層腔體，在所述聚凝層腔體內(nèi)部設(shè)置多個(gè)鋁合金陰極板以及鋁合金陽極板，每個(gè)極板電流密度區(qū)間為20-80A/m2，工業(yè)廢水在聚凝層的停留時(shí)間為1-30分鐘左右；2）工業(yè)廢水經(jīng)過聚凝層腔體后通過穿孔隔離板下行至釋氧層腔體中，在所述釋氧層腔體內(nèi)部設(shè)置多個(gè)不銹鋼陰極板和多個(gè)二氧化鉛鍍層鈦合金陽極板，每個(gè)極板的電流密度區(qū)間為50-200A/m2，工業(yè)廢水在釋氧層的停留時(shí)間為1-60分鐘左右；3）工業(yè)廢水經(jīng)過釋氧層腔體后通過穿孔隔離板下行至裂解層腔體內(nèi)；在所述裂解層腔體內(nèi)部設(shè)置多個(gè)不銹鋼陰極板和多個(gè)銥鍍層鈦合金陽極板，每個(gè)極板的電流密度區(qū)間為80-260A/m2，工業(yè)廢水在裂解層腔體內(nèi)的停留時(shí)間為1-120分鐘左右；4）工業(yè)廢水經(jīng)過裂解層腔體后通過穿孔隔離板下行至氧化層腔體內(nèi)；在所述氧化層腔體內(nèi)部設(shè)置多個(gè)不銹鋼陰極板和多個(gè)釕鍍層鈦合金陽極板，每個(gè)極板的設(shè)計(jì)電流密度區(qū)間為120-500A/m2，工業(yè)廢水在氧化層的停留時(shí)間為1-180分鐘左右；5）工業(yè)廢水經(jīng)過氧化層腔體后通過穿孔隔離板下行至催化層腔體內(nèi)；在所述催化層腔體內(nèi)部設(shè)置有惰性鱗片石墨陰極板和多惰性鱗片石墨陽極板，所述催化層腔體內(nèi)陰極板和陽極板之間填充有超氧化物催化劑顆粒，每個(gè)極板的電流密度區(qū)間為80-260A/m2。工業(yè)廢水在催化層的停留時(shí)間為1-100分鐘左右；6）空氣或臭氧經(jīng)過微孔曝氣頭形成微小氣泡進(jìn)入腔體，并逐層上升；7）經(jīng)過逐層處理后的工業(yè)廢水，其中部分經(jīng)過回水口分別進(jìn)入釋氧層腔體、裂解層腔體或氧化層腔體，再次循環(huán)處理，其余的直接排放；8）產(chǎn)生的浮渣經(jīng)過微小氣泡的裹挾浮于頂部水面，經(jīng)過聚凝層頂部設(shè)置的刮渣機(jī)構(gòu)收集至排泥口排出，之后經(jīng)過管路收集到浮渣收集池進(jìn)行濃縮后外排處置。

作為優(yōu)選，聚凝層腔體，釋氧層腔體，裂解層腔體，氧化層腔體，催化層腔體內(nèi)的極板為活動(dòng)可拆卸安裝。

作為優(yōu)選，根據(jù)工業(yè)廢水的成分以及處理需要，在聚凝層腔體，釋氧層腔體，氧化層腔體中任意選擇1-3個(gè)腔體內(nèi)安裝相應(yīng)的陰極板和陽極板，與安裝了相應(yīng)陰極板和相應(yīng)陽極板的裂解層腔體和催化層腔體進(jìn)行組合。

作為優(yōu)選，催化層腔體內(nèi)陰極板和陽極板之間還可以填充限域型鈷基催化材料、含氮石墨烯催化材料、含硼石墨烯催化材料、聚吡咯改性石墨烯材料、高分子聚合塑料等。

作為優(yōu)選，回水比例計(jì)算公式為：(出水COD-出水BOD)/進(jìn)水COD。。

作為優(yōu)選，催化層腔體內(nèi)陰極和陽極周期性交替更換，陰極變?yōu)殛枠O，陽極變?yōu)殛帢O，更換周期為0.5分鐘-30分鐘。

作為優(yōu)選，相鄰極板的間距為0.5CM-50CM。

作為優(yōu)選，穿孔隔離板材料為工程塑料。

發(fā)明的有益效果高難度、復(fù)雜的工業(yè)廢水成分非常復(fù)雜，分子種類很多，各種成分各自需要不同的氧化電位值進(jìn)行氧化或分解。同時(shí)，復(fù)雜成分之間會(huì)相互影響，使得電化學(xué)方法效率降低，效果大打折扣，或成本明顯提高。

本發(fā)明提供的一種層級(jí)式不均勻電位催化氧化工業(yè)廢水處理裝置，分層設(shè)置了多個(gè)電場(chǎng)，不同分層的氧化電位和電場(chǎng)強(qiáng)度差異化分布，頂部低位，底部高位，即：頂部電流密度較低、電壓較低；底部電流密度較高、電壓較高。進(jìn)入本裝置的工業(yè)廢水中的每一個(gè)污染物分子均經(jīng)歷由低到高的電位和電流密度區(qū)域，在不同的區(qū)域內(nèi)均有一定的停留時(shí)間。在電場(chǎng)和高效催化劑的分別或共同作用下，同時(shí)進(jìn)行：電氣浮、電絮凝、電化學(xué)氧化、電化學(xué)裂解、電遷移等進(jìn)程，可對(duì)各種工業(yè)廢水成分在同一裝置內(nèi)進(jìn)行多機(jī)理共去除。解決了電耗高，無差異化采用高電壓高電流以及極板種類、極板間距、停留時(shí)間單一化的問題；雖然裝置中設(shè)置了不均勻的電位區(qū)域，但全部腔體均貫通，各區(qū)域間由穿孔隔離板隔離，進(jìn)水由上向下經(jīng)過穿孔隔離板流動(dòng)，并由于電極板表面產(chǎn)生氣泡的上浮作用而發(fā)生各腔體物質(zhì)的反復(fù)傳遞，從而可以對(duì)廢水進(jìn)行分層處理；同時(shí)該裝置中不同的區(qū)域內(nèi)，以不同的結(jié)構(gòu)和材質(zhì)進(jìn)行不同的催化作用，產(chǎn)生不同的電解反應(yīng)；具體如下：聚凝層：以活性金屬物質(zhì)為催化劑同時(shí)參與反應(yīng)，即：電極板為活性金屬，例如鋁、鐵等，在電場(chǎng)下進(jìn)行催化，同時(shí)發(fā)生物理、化學(xué)反應(yīng)，例如聚合反應(yīng)、絮凝反應(yīng)，之后發(fā)生氣浮效應(yīng)。聚凝層電極板設(shè)置在最上層，易于更換。

釋氧層：以鉛氧化物鍍層的鈦合金極板設(shè)置陽極，在電場(chǎng)下進(jìn)行催化，在液態(tài)環(huán)境中釋放氧氣，進(jìn)行低電位氧化。

裂解層：以銥、鉑等貴金屬鍍層的鈦合金極板設(shè)置陽極，在較高電位的電場(chǎng)下進(jìn)行催化，使得工業(yè)廢水中的有毒污染物發(fā)生裂解反應(yīng)。

氧化層：以釕、銠等貴金屬鍍層的鈦合金極板設(shè)置陽極，在高電位的電場(chǎng)下進(jìn)行催化，使得工業(yè)廢水中的有毒污染物發(fā)生氧化反應(yīng)。

催化層：陰陽極極板為鱗片石墨壓制燒結(jié)的極板(可摻燒部分超氧化物)，也可以是石墨烯氣凝膠涂層的鈦合金極板。石墨或石墨烯均具有催化效應(yīng)。同時(shí)，將顆粒催化劑設(shè)置于陰陽極極板之間，顆粒催化劑為超氧化物燒結(jié)在活性炭表層的不規(guī)則形狀、柱狀等顆粒催化劑，也可以是貴金屬(銀、鉑、銠、鈀等)涂層的活性炭、Al2O3、SiO2顆粒催化劑，從而解決了現(xiàn)有廢水凈化操作中單一種類的催化效應(yīng)，不同的有毒污染物經(jīng)過不同層的催化效應(yīng)在電場(chǎng)下發(fā)生電荷和形態(tài)的改變，可以針對(duì)多物質(zhì)共存的工業(yè)廢水進(jìn)行處理，處理效果好。

該裝置至還采用部分回水設(shè)計(jì)，根據(jù)出水的情況，按照一定比例回流到釋氧層或裂解層或氧化層，以保證、鞏固處理效果；該裝置中采用上進(jìn)水下出水的方式，同時(shí)，電解過程各層均會(huì)產(chǎn)生不同量和不同性質(zhì)的微納米級(jí)氣泡形成攪拌作用，在任何一層中，保持鹽度的均勻。各種物質(zhì)，發(fā)生電荷改變，合并長大形成顆粒懸浮物，隨著氣泡裹挾上升至水體表面通過排泥口去除；可以保證化學(xué)反應(yīng)穩(wěn)定；整體裝置的污染、硬度耐受度強(qiáng)。

一并考慮上述多種工業(yè)廢水的多重共同工藝難點(diǎn)，創(chuàng)建徹底、高效的預(yù)處理工藝：多電位的多種催化氧化同時(shí)進(jìn)行，互相配合，徹底去除工業(yè)廢水原始不良特性，油脂、膠體、粘度、懸浮物、聚合物、毒性、臭味、有害微生物、有機(jī)大分子等；明顯去除COD，可同時(shí)去除部分硬度；明顯去除色度；原水中有害物質(zhì)破壞轉(zhuǎn)化，增加工業(yè)廢水的可生化性，膜污染指數(shù)(SDI)大幅度降低，因此可作為生物+膜過濾法處理工序或蒸發(fā)工序的前置工藝(蒸發(fā)結(jié)晶后的母液可不斷返回本裝置)；相對(duì)于傳統(tǒng)電解裝置，在同樣停留時(shí)間下，本裝置具有以下明顯優(yōu)勢(shì)：

1.耗電量小；

2.產(chǎn)水率接近100%，損失少，無濃水；

3.對(duì)比芬頓法，本裝置產(chǎn)生污泥量很��；

4.占地面積和空間布局高效合理；

5.流程短，處理速度快；

6.沒有重復(fù)性混凝沉降，避免過度加藥，減少對(duì)藥劑的需求；

7.操作便捷，自動(dòng)化程度高；

8.零部件和易耗件少，更換頻率低；

9.運(yùn)行穩(wěn)定、無噪音。