本發(fā)明涉及有機(jī)廢水處理的，具體涉及一種內(nèi)部曝氣式有機(jī)廢水處理裝置及方法。

背景技術(shù)：

1、隨著社會(huì)的發(fā)展，工業(yè)也越來越發(fā)達(dá)。但是工業(yè)生產(chǎn)過程中通常會(huì)產(chǎn)生大量的有機(jī)廢水，這些有機(jī)物可能包括石油類、脂類、苯類、醇類、有機(jī)酸、酮、醛、醚、酯和胺等。它們主要來源于化工、制藥、造紙、食品加工、農(nóng)業(yè)養(yǎng)殖、涂裝、紡織印染等行業(yè)。這些有機(jī)廢水中含有的有機(jī)物質(zhì)可能導(dǎo)致水體富營養(yǎng)化，破壞生態(tài)平衡，且有機(jī)廢水具有極難生物降解、毒性強(qiáng)的特點(diǎn)，如果不對(duì)其進(jìn)行適當(dāng)處理，將直接或間接地對(duì)環(huán)境和人類健康造成嚴(yán)重威脅。因此，對(duì)有機(jī)廢水的有效處理不僅是遵守法律法規(guī)的需要，更是保護(hù)環(huán)境、維護(hù)生態(tài)平衡、保障人類健康和實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵措施。

2、目前，基于空氣輔助的電催化水處理技術(shù)，具有反應(yīng)速率快、礦化能力強(qiáng)、易于自動(dòng)化控制等優(yōu)點(diǎn)，常用于有機(jī)污染物的去除。通過開發(fā)新型電極材料，提高電催化活性，從而增強(qiáng)污染物去除效果是當(dāng)前研究的重點(diǎn)。常見的是電催化氧化和濕式氧化這兩種技術(shù)。

3、濕式氧化廢水處理方法是處理高濃度有機(jī)廢水十分高效的方法，其是以空氣或氧氣為氧化劑，在高溫(120～350℃)和高壓(0.5～20mpa)條件下對(duì)水體中的有機(jī)物進(jìn)行高效的氧化降解。為了進(jìn)一步的提高氧化降解效率，降低反應(yīng)能耗，往往在該過程中添加使用催化劑。該過程中使用的催化劑大多采用貴金屬催化劑(pt、ru)，成本較高，同時(shí)，在實(shí)際廢水處理過程中往往含有較高的鹽含量，廢水中高濃度的無機(jī)鹽不僅容易造成催化劑失活，同時(shí)也容易造成結(jié)垢等現(xiàn)象。此外，對(duì)于含氨氮類有機(jī)廢水濕式氧化的降解去除效果也往往較差。

4、電催化氧化廢水降解方法通常是在常溫常壓下通過電極將電能轉(zhuǎn)化為活性自由基的化學(xué)能并由自由基降解有機(jī)物，或直接在電極表面發(fā)生氧化還原反應(yīng)實(shí)現(xiàn)有機(jī)污染物的降解。但是在常溫常壓下，電極表面的濃差極化現(xiàn)象會(huì)極大限制電催化電極表面的污染物催化降解，且存在析氫析氧電勢的限制，污染物去除能力有限。

5、此外，也有將濕式氧化和電催化氧化結(jié)合起來處理有機(jī)廢水的方式，但是也存在運(yùn)行成本高、運(yùn)行能耗高、陽極壽命差且可能帶來安全隱患等問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的是要解決上述現(xiàn)有技術(shù)在處理有機(jī)廢水時(shí)，存在運(yùn)行能耗高、運(yùn)行成本高、工藝復(fù)雜，且處理效果差等技術(shù)問題，提供一種內(nèi)部曝氣式有機(jī)廢水處理裝置，結(jié)構(gòu)簡單，簡化了工藝流程，降低了能耗和成本，還能夠提高有機(jī)污染物的去除效率。

2、為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明按以下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)的：

3、本發(fā)明提供了一種內(nèi)部曝氣式有機(jī)廢水處理裝置，所述裝置包括：

4、電解槽，所述電解槽中具有陽極板和陰極板；

5、曝氣裝置，所述曝氣裝置靠近所述陽極板設(shè)置；

6、直流電源，所述直流電源的正極和負(fù)極分別與所述陽極板和陰極板連接；

7、氣泵；

8、其中，所述陰極板的內(nèi)部具有空腔，所述空腔與所述氣泵連接，以通過氣泵向所述陰極板的內(nèi)部通入空氣。

9、作為一種優(yōu)選的實(shí)施方式，所述電解槽連接有進(jìn)水管和出水管，所述進(jìn)水管具有進(jìn)水閥門，所述出水管設(shè)置有出水閥門。

10、作為一種優(yōu)選的實(shí)施方式，所述陽極板為釕依鈦陽極板、碳基陽極板或二氧化鉛陽極板中的其中一種。

11、作為一種優(yōu)選的實(shí)施方式，所述陰極板為氣體擴(kuò)散電極板。

12、作為一種優(yōu)選的實(shí)施方式，所述陰極板的集流體層由多孔碳纖維、碳布、碳紙或金屬網(wǎng)中的其中一種構(gòu)成。

13、作為一種優(yōu)選的實(shí)施方式，所述陰極板的催化層由碳基材料和聚四氟乙烯構(gòu)成。

14、作為一種優(yōu)選的實(shí)施方式，所述催化層的厚度范圍為0.1-10毫米。

15、作為一種優(yōu)選的實(shí)施方式，所述曝氣裝置的孔徑為納米級(jí)或微米級(jí)。

16、本發(fā)明還提供了一種內(nèi)部曝氣式有機(jī)廢水處理方法，基于上述的內(nèi)部曝氣式有機(jī)廢水處理裝置實(shí)現(xiàn)，所述方法包括以下步驟：

17、(1)將有機(jī)廢水通入電解槽中；

18、(2)通過曝氣裝置向所述電解槽通入空氣，以使所述電解槽中的陽極板所在的陽極區(qū)域吸附氧氣；

19、(3)通過空氣泵向所述電解槽的陰極板內(nèi)部通入空氣；

20、(4)通過直流電源向電解槽中通電，以使所述陽極區(qū)域的氧氣活化，以及使所述陰極板所在的陰極區(qū)域生成過氧化氫；

21、(5)將經(jīng)步驟(1)-(4)處理后的有機(jī)廢水通過所述電解槽中的出水管排出。

22、作為一種優(yōu)選的實(shí)施方式，步驟(3)中，所述通過空氣泵向所述電解槽的陰極板內(nèi)部通入空氣后，陰極板內(nèi)部的氣水比在5:1到30:1之間。

23、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：

24、本發(fā)明提供的一種內(nèi)部曝氣式有機(jī)廢水處理裝置，在陽極區(qū)域，一方面利用具有孔徑為納米級(jí)別或微米級(jí)別的曝氣裝置對(duì)陽極板進(jìn)行曝氣，可以向水體中快速增加氧氣，又因?yàn)榧{米氣泡或微米級(jí)別比表面積大，上升速度慢等特點(diǎn)使得陽極區(qū)域中水的溶解氧濃度大幅提高。另一方面，采用釕依鈦、碳基材料或二氧化鉛材料作為陽極板，可以有效吸附溶液中的溶解氧，促進(jìn)氧氣的還原和有機(jī)物的氧化。并且，通過施加電壓產(chǎn)生電場，電場的存在有助于進(jìn)一步提高氧氣的溶解度和反應(yīng)活性，使得吸附在電極表面的氧氣形成活性基團(tuán)。這些活性基團(tuán)能夠與廢水中的有機(jī)污染物發(fā)生氧化反應(yīng)，將其轉(zhuǎn)化為無害或低毒的小分子物質(zhì)，如二氧化碳和水。

25、在陰極區(qū)域，本發(fā)明引入了陰極板內(nèi)部空氣曝氣系統(tǒng)，通過在陰極板內(nèi)部的空腔向陰極內(nèi)部輸送氧氣，內(nèi)部均勻分布的空氣微孔增大了氧氣的供給，在氣壓作用下，空氣與電解液在陰極表面形成三相界面，促進(jìn)了氧還原反應(yīng)的進(jìn)行，生成過氧化氫。同時(shí)，空氣的引入幫助維持陰極材料表面的疏水性，防止陰極在長期運(yùn)行過程中由于電解液的浸潤而失去疏水性，確保陰極反應(yīng)的持續(xù)高效，從而顯著提升了過氧化氫的生成效率。這不僅增強(qiáng)了電化學(xué)氧化還原反應(yīng)的效果，進(jìn)一步提高了水處理的質(zhì)量。此外，陰極板內(nèi)部供氧的方式能有效降低生產(chǎn)雙氧水所需要的氣水比，達(dá)到降低能耗，高效生產(chǎn)的目的。

26、此外，在陰極和陽極原本去除有機(jī)污染物的基礎(chǔ)上，本發(fā)明通過無隔膜的單室反應(yīng)器設(shè)計(jì)，使得陽極區(qū)域生成的氧化劑(如超氧化物·o2-)和陰極區(qū)域生成的還原產(chǎn)物(如過氧化氫h2o2)可以在同一反應(yīng)空間內(nèi)直接接觸并協(xié)同作用。這種協(xié)同效應(yīng)不僅降低了對(duì)外部攪拌的需求，還顯著提高了對(duì)復(fù)雜污染物的降解效率，尤其在處理難降解有機(jī)物時(shí)表現(xiàn)出優(yōu)異的效果。

技術(shù)特征：

1.一種內(nèi)部曝氣式有機(jī)廢水處理裝置，其特征在于，所述裝置包括：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種內(nèi)部曝氣式有機(jī)廢水處理裝置，其特征在于：

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種內(nèi)部曝氣式有機(jī)廢水處理裝置，其特征在于：

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種內(nèi)部曝氣式有機(jī)廢水處理裝置，其特征在于：

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種內(nèi)部曝氣式有機(jī)廢水處理裝置，其特征在于：

6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種內(nèi)部曝氣式有機(jī)廢水處理裝置，其特征在于：

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種內(nèi)部曝氣式有機(jī)廢水處理裝置，其特征在于：

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種內(nèi)部曝氣式有機(jī)廢水處理裝置，其特征在于：

9.一種內(nèi)部曝氣式有機(jī)廢水處理方法，其特征在于，基于權(quán)利要求1-8任意一項(xiàng)所述的內(nèi)部曝氣式有機(jī)廢水處理裝置實(shí)現(xiàn)，所述方法包括以下步驟：

10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的一種內(nèi)部曝氣式有機(jī)廢水處理方法，其特征在于：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種內(nèi)部曝氣式有機(jī)廢水處理裝置，其特征在于，所述裝置包括：電解槽，所述電解槽中具有陽極板和陰極板；曝氣裝置，所述曝氣裝置靠近所述陽極板設(shè)置；直流電源，所述直流電源的正極和負(fù)極分別與所述陽極板和陰極板連接；氣泵；其中，所述陰極板的內(nèi)部具有空腔，所述空腔與所述氣泵連接，以通過氣泵向所述陰極板的內(nèi)部通入空氣。該裝置結(jié)構(gòu)簡單，簡化了工藝流程，降低了能耗和成本，還能夠提高有機(jī)污染物的去除效率。

技術(shù)研發(fā)人員：胡華為,楊正武,孟廣源,師雅琪,姚涵,張芯婉,陳欣羽,張文卓,鄭蒙,張樂華
受保護(hù)的技術(shù)使用者：華東理工大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/30