一种电催化法污水处理系统的制作方法

本实用新型属于污水处理技术领域，特别涉及一种电催化法污水处理系统。

背景技术：

对于含有大量难降解、生物毒性大的杂环化合物等有机工业废水，采用电催化氧化法进行有效的工业废水预处理或深度处理，具有不需投加化学药剂、无二次污染、设备占地面积小、操作简单等优点，是一种“环境友好”的、有应用前途的先进工艺。但其高耗能和金属氧化物电极寿命问题却是限制此方法工业化的最大瓶颈。

技术实现要素：

针对上述问题，本实用新型的目的在于提供一种电催化法污水处理系统，该系统可应用于处理高含盐有机工业和养殖废水，具有寿命长、能耗低、电催化活性强、处理效果好、稳定性好等特点。

为了实现上述目的，本实用新型采用以下技术方案：

一种电催化法污水处理系统，其特征在于，包括流量调节装置、电催化直接氧化发生器、电催化间接氧化及反应分离装置、供电系统及控制系统，其中:

所述流量调节装置与电催化直接氧化发生器连接，用以计量和调节进入电催化直接氧化发生器内的废水流量；

所述电催化直接氧化发生器用以废水中的有害物质通过电催化氧化和还原过程在阳、阴两极上分别发生氧化和还原反应转化成为无害物质，以实现废水净化；

所述电催化间接氧化及反应分离装置与所述电催化直接氧化发生器连接，用以对所述电催化直接氧化发生器净化过的废水进行间接催化氧化，使污染物最终被氧化降解并进行污染物的分离；

所述供电系统与所述电催化直接氧化发生器连接，为所述电催化直接氧化发生器的电催化过程提供直流电源；

所述控制系统用于控制所述电催化法污水处理系统的监控、故障查询报警、供电电源的启停和自适应运行及系统的自动运行。

所述电催化直接氧化发生器包括电催化直接氧化发生器箱体及设置于所述电催化直接氧化发生器箱体内的多组三维悬挂板式电催化氧化电极组，所述三维悬挂板式电催化氧化电极组均包括阳极、阴极及设置于阳极和阴极之间的三维板式电极，所述阳极和阴极分别通过阳极连接线和阴极连接线与供电系统连接。

所述阳极为由钛基体、底层、中间层和表面层构成的钛基体β-PbO2复合电极。

所述钛基体上涂覆多元金属氧化物形成所述底层；所述底层上电沉积的α-PbO2镀层形成所述中间层；所述中间层上电沉积β-PbO2镀层形成所述表面层。

所述阴极为钛板或钛网，所述三维板式电极为板式活性炭或活性炭纤维棉。

所述阳极的厚度为1.0～4.0mm，所述阴极的厚度为0.5～4.0mm，所述三维板式电极的厚度为4.0～8.0mm。

所述阳极通过阳极连接线与所述供电系统的正极连接，所述阴极通过阴极连接线与所述供电系统的负极连接，所述板式电极通过固定螺栓与两侧的阳极和阴极连接。

所述电催化间接氧化及反应分离装置采用刮渣及动力搅拌的间接催化氧化反应沉淀池。

本实用新型的优点及有益效果是：

1.本实用新型的电催化直接氧化发生器的阳极采用由钛基体、底层、中间层和表面层构成的新型钛基体β-PbO2复合电极，其采用电化学方式制备的PbO2相比于化学方法得到的PbO2具有更好的导电性。此电极能大大降低β-PbO2镀层的脆性和畸变，可在温度较高的条件下的酸性或碱性介质中使用，不与钛基体脱落，而是自然损耗，能使电极的寿命明显增加，催化活性优良，是酸性溶液中较理想的高析氧电位的耐酸催化阳极，比单纯的用Pb作阳极节约电能，并具有良好的耐腐蚀性和长寿命、催化活性优良、稳定性好、能在高电流密度下(电流密度50A/m²～1000A/m²)使用的特性。

2.本实用新型采用由钛基体、底层、中间层和表面层构成的新型钛基体β-PbO2复合电极为阳极，钛板或钛网为阴极，板式活性炭为三维板式电极的三维悬挂板式电催化氧化电极组。其三维悬挂板式电催化氧化电极组，不但优于短路电流较大的充填式传统三维电催化氧化电极组(极板间充填催化导电粒子或添加绝缘粒子)，也优于旁路电流较大的三维线状粒子悬挂式电催化氧化电极组(极板间悬挂三维粒子活性炭催化电极)，既相对减少了短路电流和旁路电流从而提高了电能的利用效率。在应用于工业废水处理时，具有处理效率高，且相对于二维电催化电极组和其它三维电催化氧化电极组(充填式和线状催化粒子式)能耗低，电催化活性和相对节能效果显著提高的特点。

3.本实用新型的电催化法污水处理系统，实现了控制系统、自适应供电电源、电催化直接氧化发生器、电催化间接氧化及分离装置有机结合，一体化自动运行，提高了催化氧化效率，降低了能耗。

附图说明

图1是本实用新型的结构及工艺流程示意图；

图2是本实用新型的电催化发生器的电催化电极安装组合结构示意图；

图3是图2的俯视图；

图4是本实用新型的三维悬挂板式电催化氧化电极组的结构示意图；

图5是本实用新型的三维悬挂板式电催化氧化电极组的轴测图；

图6是本实用新型的β-PbO2复合电极(阳极)的结构示意图；

图7是图6的I处放大图。

图中：1为流量调节装置，2为电催化直接氧化发生器，3为电催化间接氧化及分离装置，4为供电系统，5为控制系统，6为阳极，7为阴极，8为板式电极，9为阳极连接线，10为阴极连接线，11为板式电极吊线，12为钛基体，13为底层，14为中间层，15为表面层，16为固定螺栓，17为电催化直接氧化发生器箱体，18为三维悬挂板式电催化氧化电极组。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图和具体实施例对本实用新型进行详细描述。

如图1所示，本实用新型提供的一种电催化法污水处理系统，包括流量调节装置1、电催化直接氧化发生器2、电催化间接氧化及分离装置3、供电系统4及控制系统5，其中流量调节装置1与电催化直接氧化发生器2连接，用以计量和调节进入电催化直接氧化发生器2内的废水流量；电催化直接氧化发生器2与供电系统4连接，用以废水中的有害物质通过电催化氧化过程在阳、阴两极上分别发生氧化和还原反应转化成为无害物质，以实现废水净化；电催化间接氧化及分离装置3与电催化直接氧化发生器2连接，用以对电催化直接氧化发生器2净化过的废水进一步进行电催化间接催化氧化及污染物的分离，即利用废水中的阴离子与阳极氧化反应产生具有强氧化作用的中间物质(如·OH、H2O2等)发生阳极反应之外的中间反应，使污染物最终被氧化降解并进行污染物的分离；供电系统4为电催化直接氧化发生器2的电催化氧化过程提供直流电流；控制系统5用于控制所述电催化法污水处理系统的监控、故障查询报警、供电电源的启停和自适应运行及系统的自动运行。

如图2-5所示，电催化直接氧化发生器2包括电催化直接氧化发生器箱体17及设置于电催化直接氧化发生器箱体17内的多组三维悬挂板式电催化氧化电极组18，各三维悬挂板式电催化氧化电极组18均包括阳极6、阴极7及设置于阳极6和阴极7之间的三维板式电极8，阳极6、阴极7及三维板式电极8采用复极式连接，并采用固定螺栓16(材质为聚四氟乙烯)固定，可有效减小极板间距，降低槽电压和能耗，同时简化了接电装置和极板更换操作。阳极6通过阳极连接线9与供电系统4的正极连接，阴极7通过阴极连接线10与供电系统4的负极连接，板式电极8通过固定螺栓16与两侧的阳极6和阴极7连接。

如图6-7所示，阳极6为由钛基体12、底层13、中间层14和表面层15构成的钛基体β-PbO2复合电极，具有寿命长、催化活性优良、节能、耐腐蚀性、稳定性好等优点。

钛基体12上涂覆锡、锑等多元金属氧化物形成底层13；底层13上电沉积的α-PbO2镀层形成中间层14；中间层14上电沉积β-PbO2镀层形成表面层15。

钛基体β-PbO2复合电极，其采用电化学方式制备的β-PbO2复合电极，具有更好的导电性。首先，采用直流多脉冲电沉积法对钛基体12经过预处理(除油、除氧化物、沉积金属化合物稳定层)；其次，底层13可涂敷锡、锑等多元金属氧化物，提高阳极的稳定性；再次，通过控制改变电沉积电流的工作方式沉积α-PbO2镀层(中间层)；最后，复合电沉积表面层为β-PbO2。此电极能大大降低β-PbO2镀层的脆性和畸变，可在温度较高的条件下的硫酸介质中使用，不与钛基体脱落，而是自然损耗，能使电极的寿命明显增加，催化活性优良，是酸性溶液中较理想的高析氧电位的耐酸催化阳极，比单纯的用Pb作阳极节约电能，并具有良好的耐腐蚀性和长寿命、催化活性优良、稳定性好、能在高电流密度下(电流密度50A/m²～1000A/m²)使用的特性。

阴极7为钛板或钛网，三维板式电极8为板式活性炭或活性炭纤维棉。阳极6的厚度为2.0～4.0mm，阴极7的厚度为0.5～4.0mm，三维板式电极8的厚度为4.0～8.0mm。在通电的情况下，通过阳极6反应产生羟基自由基(·OH)、臭氧一类通过催化氧化过程在阳、阴两极上分别发生氧化和阴极的还原反应转化成为无害物质降解有机物，同时在催化电解的阴极7生成的微细气泡，具有良好的气浮作用。

电催化间接氧化及分离装置3采用刮渣及搅拌间接反应池或刮渣及间接反应气浮沉淀池一体池，其本质是一个间接催化氧化反应及气浮沉淀一体池，以实现间接催化氧化后的渣水分离，具有出水水质好、设备结构简单、易于维护管理等优点；供电系统是电催化直接氧化发生器的供电装置，为电催化氧化过程提供直流电流；控制系统5的主要功能是用于控制所述电催化法污水处理系统的监控、故障查询报警、供电电源的启停和自适应运行及系统的自动运行。

一种电催化法污水处理方法，其工作处理流程及系统各装置功能特点：

第一级处理，废水流量通过控制系统5控制的电磁阀流量调节装置1计量和调节后，流经电催化直接氧化发生器2内的废水中的有害物质通过电催化氧化和还原过程在阳、阴两极上分别发生氧化和还原反应转化成为无害物质，以实现废水净化；

第二级处理，电催化直接氧化发生器2净化的废水进入电催化间接氧化及分离装置3内后，对所述电催化直接氧化发生器2净化过的废水再次进行间接催化氧化，即利用废水中的阴离子与阳极氧化反应产生具有强氧化作用的中间物质(如·OH、H2O2等)发生阳极反应之外的中间反应，使污染物最终被氧化降解并进行污染物的分离，实现污水净化后排放或作为生化污水处理系统前预处理系统。

供电系统4是用于电催化直接氧化发生器2的受控于控制系统5的自适应供电装置，为电催化直接氧化发生器02提供满足电催化氧化工作要求的直流电流。

控制系统5的主要功能是用于控制所述电催化法污水处理系统的监控、故障查询报警、供电电源的启停和自适应运行及系统的自动运行。

电催化直接氧化发生器2内的三维悬挂板式电催化氧化电极组，不但优于短路电流较大的充填式传统三维电催化氧化电极组(极板间充填催化导电粒子或添加绝缘粒子)，也优于旁路电流较大的三维线状粒子悬挂式电催化氧化电极组(极板间悬挂三维粒子活性炭催化电极)，既相对减少了短路电流和旁路电流从而提高了电能的利用效率。在应用于工业废水处理时，具有处理效率高，且相对于二维电催化电极组和其它三维电催化氧化电极组(充填式和线状催化粒子式)能耗低，电催化活性和相对节能效果显著提高的特点。

电催化间接催化氧化及分离装置3，用以对所述电催化直接氧化发生器2净化过的废水再次进行间接催化氧化处理，使污染物最终被氧化降解并进行污染物的分离，从而使电催化法污水处理系统的处理效率进一步提升、能耗进一步降低等优点；处理后的污水达标排放或作为生化污水处理系统前预处理系统。

本实用新型可应用于处理难降解有机工业废水，高含盐工业或海水养殖废水(对于含有氯离子的盐类,阳极需要更换为钛基体钌铱复合阳极)，具有寿命长、能耗低(相对于二维电催化系统或三维直接电催化系统)、电催化活性强、处理效果好、稳定性好等特点。

以上所述仅为本实用新型的实施方式，并非用于限定本实用新型的保护范围。凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进、扩展等，均包含在本实用新型的保护范围内。