專利名稱：可凈化廢水的金屬碳管組件及電催化氧化裝置的制作方法
可凈化廢水的金屬碳管組件及電催化氧化裝置
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于廢水凈化領(lǐng)域，涉及ー種電催化構(gòu)件及其電催化氧化裝置，尤其是一種用于凈化垃圾滲濾液NF、RO膜濃縮液等高濃度有機(jī)廢水的金屬碳管組件及電催化氧化裝置。
背景技木隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的高度發(fā)展，人類社會(huì)的エ業(yè)化和城市化日益加劇，水污染現(xiàn)象日趨嚴(yán)重。特別是代表高濃度有機(jī)廢水的城市生活垃圾填埋場(chǎng)或垃圾焚燒發(fā)電廠產(chǎn)生的的垃圾滲濾液。根據(jù)我國垃圾處理"無害化、減量化、資源化"的原則，將有一大批生活垃圾衛(wèi)生填埋場(chǎng)或垃圾焚燒發(fā)電廠得到新建。而垃圾滲濾液是否能達(dá)標(biāo)排放是衡量ー個(gè)填埋場(chǎng)或垃圾焚燒發(fā)電廠能否得到審批的重要指標(biāo)之一。2008年，國家頒布了《生活垃圾填埋場(chǎng)污染控制標(biāo)準(zhǔn)》(GB16889-2008)，對(duì)垃圾滲濾液的處理提出了更高的要求。隨著標(biāo)準(zhǔn)的提高，垃圾滲濾液的處理更多的采用了生化+膜濾的組合エ藝。NF、R0膜越來越多的被用于垃圾滲濾液處理中，膜的運(yùn)用具有很多優(yōu)點(diǎn)，如出水效果好，占地面積小。然而在達(dá)標(biāo)排放上清液的同時(shí)，也不可避免的產(chǎn)生了ー批膜濃縮液。垃圾滲濾液經(jīng)過生物降解后再經(jīng)RO膜(或NF膜)截留的濃縮液產(chǎn)量將會(huì)占到進(jìn)水量的30 40% ；C0D較高，并且濃縮液中的COD主要成分是難降解有機(jī)物，一般BOD/COD小于10，所以濃縮液中的有機(jī)物很難作為營養(yǎng)源參與微生物代謝，不具有可生化性；主要成份為腐殖質(zhì)類物質(zhì)，呈棕黒色，色度一般在50 1500倍之間，并且含有大量的金屬離子，TDS在10000mg/L-20000mg/L之間。納濾和反滲透エ藝產(chǎn)生的濃縮液含鹽量高；根據(jù)反滲透的特點(diǎn)，100 %的ニ價(jià)以上的無機(jī)鹽、85 90 %的一價(jià)鹽、30 %左右的硝態(tài)氮、亞硝態(tài)氮都會(huì)存在于濃縮液中。氯離子濃度約為10000 50000mg/l之間，COD通常在1800 5000mg/L之間，，氨氮濃度在100 1000mg/L，電導(dǎo)率為40000 50000us/cm。
目前正在對(duì)垃圾滲濾液NF、RO膜濃縮液處理技術(shù)進(jìn)行研究或運(yùn)用的有以下幾種I)回噴法在西方發(fā)達(dá)國家，由于垃圾中廚余物少，熱值高，滲濾液產(chǎn)量少，一般采用將滲濾液回噴焚燒爐進(jìn)行高溫氧化處理。回噴法適合于滲濾液產(chǎn)量少、垃圾熱值高的場(chǎng)合，對(duì)于熱值較低的垃圾則不適合，否則會(huì)造成焚燒爐爐膛溫度過低、甚至熄火的狀況。經(jīng)計(jì)算，對(duì)于熱值為1223kcal/kg、含水率為48 %的城市生活垃圾，理論上滲濾液最大回噴量為垃圾焚燒量的3. 19%。但中國垃圾的含水率太高，滲濾液產(chǎn)量大，回噴法顯然不適用于中國，目前國內(nèi)所建的眾多垃圾焚燒廠均沒有采用回噴法處理滲濾液。2)回灌或者回流這種處理辦法的實(shí)質(zhì)就是濃縮液無限回流的過程。無限回流帶來的弊端是顯而易見的，隨著時(shí)間的積累，回流到調(diào)節(jié)池或填埋場(chǎng)的難降解有機(jī)物積累的量越來越多，而這種難降解有機(jī)物不能給微生物提供營養(yǎng)源，導(dǎo)致可生化性越來越差，從而使?jié)B濾液處理工藝中整個(gè)生物處理系統(tǒng)的功能逐漸降低，直至去功能化。然而，回灌對(duì)地下水污染的可能性增カロ，水流可形成短路，使填埋層含水率増加，也有可能導(dǎo)致垃圾場(chǎng)含鹽量增加。
3)蒸發(fā)濃縮處理在蒸發(fā)器處理中，濃縮液達(dá)到給定壓カ下的沸點(diǎn)后蒸發(fā)濃縮，隨著蒸發(fā)的進(jìn)行，一部分低沸點(diǎn)有機(jī)物如甲苯、多取代基酮、羧酸開始直接或分解后進(jìn)入蒸汽相，含硫取代基的有機(jī)物會(huì)分解成硫醇、甲硫醇類的臭味源進(jìn)入蒸汽相，在這個(gè)階段，鈣、鎂、硅酸鹽等開始在液相結(jié)垢；隨著蒸發(fā)的進(jìn)行，液相中有機(jī)物和無機(jī)鹽的濃度越來越高，此時(shí)，被濃縮了的液相的沸點(diǎn)越來越高，開始蒸發(fā)的溫度已經(jīng)很難使?jié)饪s液中的水分離出來，需要升溫以維持蒸發(fā)的進(jìn)行，此時(shí)，蒸發(fā)器的壓カ會(huì)升高；同吋，隨著溫度和壓カ的身高，濃縮液中的有機(jī)物分解加速，部分酰胺基、羧基、硫基分解后成低沸點(diǎn)有機(jī)物進(jìn)入氣相，酰胺基分解以氨氮形式存在于氣相中。濃縮液中的腐殖酸和富里酸部分分解成ニ氧化碳，ニ氧化碳在氣液兩相中的分配比大于99%，基本存在于氣相中；隨著濃縮倍數(shù)超過20倍，液相將發(fā)生兩個(gè)現(xiàn)象汽水共騰和泡騰，結(jié)果造成液相中的有機(jī)物進(jìn)入氣相，造成蒸汽品質(zhì)變差，冷凝水的COD 一般在100以上，氨氮在25 50mg/l左右，冷凝水COD超標(biāo)。隨著蒸發(fā)的進(jìn)行，氯離子在蒸發(fā)器中的濃度會(huì)被濃縮到100000mg/l以上，在受熱的狀況下，氯離子的穿晶和沿晶腐蝕是所有腐蝕中最厲害、危害最大的ー種，腐蝕的后果是沒有任何征兆的狀況下受熱面直 接撕裂，給人身安全造成極大地威脅；目前，國內(nèi)外還沒有一種不銹鋼能耐住高溫高濃度的氯離子的穿晶和沿晶撕裂腐蝕，此外，還將在系統(tǒng)發(fā)生應(yīng)カ腐蝕破裂。根據(jù)Westwood公司公布的最新材料報(bào)告，高鎳鋼在溫度高于100攝氏度的耐受氯離子限是1000mg/l，使用期限是I年。對(duì)濃縮液的蒸發(fā)處理中，國外目前采用多級(jí)(一般在4級(jí)以上的蒸發(fā)器，冷凝水仍需進(jìn)行較復(fù)雜的再處理才能保證出水COD小于100mg/l，蒸發(fā)處理的成本目前沒有低于200元/噸的。垃圾滲濾液NF、RO膜濃縮液作為ー種特殊廢水，其處理的投資、運(yùn)行成本遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于一般城市エ業(yè)廢水，這主要是由于垃圾滲濾液NF、RO膜濃縮液有機(jī)物濃度高，導(dǎo)致處理エ藝復(fù)雜。其處理量一般相對(duì)較小，導(dǎo)致處理設(shè)備投資、折舊、維修等費(fèi)用較高。這也是垃圾滲濾液NF、RO膜濃縮液處理工作難以推進(jìn)的重要原因之一。

發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)缺陷，提供一種成本低、效果好的用于處理垃圾滲濾液NF、RO膜濃縮液等廢水的金屬碳管組件。本發(fā)明首先提供了一種可凈化廢水的金屬碳管組件，包括一金屬盤和設(shè)置于該金屬盤內(nèi)腔的中心管，所述中心管側(cè)壁沿其徑向開設(shè)有多個(gè)可供廢水流入所述金屬盤內(nèi)腔的第一通孔；于所述中心管外壁與所述金屬盤內(nèi)壁之間，填塞有電催化材料；于所述金屬盤盤面上，還軸向設(shè)有多個(gè)第二通孔。進(jìn)ー步地，于所述金屬盤盤面上，還設(shè)置有多個(gè)金屬構(gòu)件，各所述金屬構(gòu)件與所述第二通孔錯(cuò)位設(shè)置。具體地，所述金屬構(gòu)件為圍繞所述中心管的多層均布于金屬盤內(nèi)的多個(gè)柱狀體、錐狀體或塊狀體。具體地，所述金屬盤或/和金屬構(gòu)件為含有溶解性金屬的材料制成，所述金屬盤或/和所述金屬構(gòu)件與電催化材料組合成金屬碳內(nèi)電解単元。更具體地，所述金屬盤及金屬構(gòu)件為鑄鐵或鑄鋁或是多種金屬混合物冷壓成型后燒結(jié)形成；各所述金屬盤中的金屬構(gòu)件和中心管一體成型。具體地，所述電催化材料包含碳材料和金屬材料。更具體地，所述電催化材料包括下述重量百分比的組分鉄粉30 60% ;氧化鋁I 2% ;氧化鎳I 2% ;氧化鈦2 4% ;硅酸鋁2 4% ;水玻璃3 5% ;活性炭粉20 30% ;聚こ烯醇I 3% ;煤粉10 20%。本發(fā)明還提供了一種用于處理垃圾滲濾液NF、RO膜濃縮液等廢水的電催化氧化裝置，包括多個(gè)層疊設(shè)置的上述所述的可凈化廢水的金屬碳管組件，層疊后的所述金屬碳
管組件設(shè)于一外殼內(nèi)腔內(nèi)，其層疊后的中心管中穿設(shè)有ー陽極管；其中最上層的所述金屬碳管組件設(shè)有可封住電催化材料層的上蓋板，所述上蓋板和最下層的金屬碳管組件底部分別由支撐架固定；于所述外殼一端，開設(shè)有進(jìn)水ロ和進(jìn)氣ロ，另一端設(shè)有出水ロ和排污ロ，其中進(jìn)氣ロ設(shè)有一管件與最下層的金屬碳管組件底部密封連接。進(jìn)ー步地，所述陽極管兩端分別由上支架和下支架與中心管固定，所述上支架密封，下支架開放設(shè)置；所述陽極管由金屬材料或石墨制成，所述陽極管的正極接頭與電源外接，負(fù)極接頭與金屬盤上蓋板連接，其電源電壓為6 30V，電流為5 300mA。具體地，所述陽極管采用實(shí)心的金屬棒，一端延伸于外殼之外。采用本發(fā)明金屬碳管組件具有下列有益效果I、本發(fā)明金屬碳管組件在金屬盤盤盤面設(shè)置多個(gè)小孔(第二通孔)，形成凈化處理過程中的進(jìn)水孔，有效解決了電催化氧化微電解模塊中均勻進(jìn)水分布問題。2、本發(fā)明金屬碳管組件在金屬盤上設(shè)置一中心管，并在其側(cè)壁設(shè)置多個(gè)小孔(第一通孔)，不僅實(shí)現(xiàn)了各金屬碳管組件的相互組合、快速固定，而且可進(jìn)ー步提供多個(gè)進(jìn)水途徑(同時(shí)以橫向和縱向)，還形成浄化處理過程中的射流式進(jìn)氣沖刷方式，有效解決了電催化氧化微電解模塊中金屬碳混合物的鈍化和結(jié)巴問題。3、本發(fā)明金屬碳管組件之電催化材料由碳材料和金屬材料混合物組合，設(shè)置在金屬盤內(nèi)，形成流動(dòng)陽極與中心布水結(jié)構(gòu)形式，提供了極大的比表面積和均勻的水氣流通道，對(duì)廢水處理提供了更大的電流密度和更好的催化反應(yīng)效果。4、由金屬盤內(nèi)金屬構(gòu)件與電催化材料進(jìn)ー步組合成金屬碳內(nèi)電解單元，可使催化反應(yīng)持續(xù)高效，一方面可進(jìn)ー步提高催化反應(yīng)效果，同時(shí)可提高凈化廢水設(shè)備的使用壽命。采用本發(fā)明裝置具有下列有益效果I、本發(fā)明裝置不鈍化、不板結(jié)，反應(yīng)速率快，長期運(yùn)行穩(wěn)定有效。2、可針對(duì)不同廢水調(diào)整不同比例的催化成份，提高了反應(yīng)效率，擴(kuò)大了對(duì)廢水處理的應(yīng)用范圍。3、在反應(yīng)過程中溶解性金屬盤及金屬構(gòu)件提供離子并溶解進(jìn)入水中，金屬盤可以維持5-10年的使用壽命。4、通過多個(gè)金屬碳管組件疊合設(shè)置，其內(nèi)的反應(yīng)集臭氧氧化、還原、電沉積、絮凝、吸附、架橋和Fenton反應(yīng)等多功能于一體,反應(yīng)速度極快。5、可通過在臭氧(03)及雙氧水(H2O2)的協(xié)同工作，提高電子產(chǎn)率(E. Y)。6、本發(fā)明裝置電催化氧化微電解反應(yīng)外加低電壓為6-30V、弱電流為5_300mA，酸堿度為1-3時(shí)，在外加100-300mg/l活性炭粉的エ況下，増加了數(shù)以億計(jì)的流動(dòng)微小電池，建立了與其相配的流量、流速、水力停留時(shí)間等滲數(shù)的最佳模式。
7、本發(fā)明裝置處理成本低，在大幅度去除有機(jī)污染物的同時(shí)，可極大地提高廢水的可生化性；8、本發(fā)明裝置中金屬碳管組件可實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化，并可形成設(shè)備組件，處理水量標(biāo)準(zhǔn)化，既可滿足多種安裝需求，還可大大節(jié)約整個(gè)裝置的加工成本。

圖I為本發(fā)明可凈化廢水的金屬碳管組件結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2為本發(fā)明可凈化廢水的金屬碳管組件之金屬盤結(jié)構(gòu)剖面圖；圖3為本發(fā)明可凈化廢水的金屬碳管組件之底層金屬盤與氣管連接剖面圖；圖4為本發(fā)明可凈化廢水的金屬碳管組件之部分金屬盤拼裝結(jié)構(gòu)示意圖；圖5為本發(fā)明可凈化廢水的金屬碳管組件之金屬盤拼裝及中心管支撐結(jié)構(gòu)示意圖；圖6為本發(fā)明裝置結(jié)構(gòu)示意圖。圖7為本發(fā)明裝置陽極管上支架結(jié)構(gòu)示意圖。圖8為本發(fā)明裝置陽極管下支架結(jié)構(gòu)示意圖。圖9為本發(fā)明裝置金屬盤支撐架結(jié)構(gòu)示意圖。圖10為本發(fā)明裝置金屬盤上蓋板結(jié)構(gòu)示意圖。其中I-金屬碳管組件；101-中心管； 102-金屬構(gòu)件；103-電催化材料；104-金屬盤； 105-凹槽； 106-氣管連接件；107-上支架； 108-下支架；2-外殼；3-支撐架； 4-法蘭盤；5-進(jìn)氣ロ ；6-進(jìn)水ロ ； 7-排污ロ ；8-陽極管；9-出水ロ。 10-上蓋板；
具體實(shí)施方式以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一歩詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。參見圖I-圖5，本發(fā)明首先提供了一種用于凈化垃圾滲濾液NF、R0膜濃縮液等高濃度有機(jī)廢水的金屬碳管組件I，其包括一金屬盤104和至少一中心管101，所述中心管101側(cè)壁開設(shè)有多個(gè)均勻分布的第一通孔(未圖示)，各第一通孔由加工時(shí)形成，沿中心管101側(cè)壁徑向設(shè)置。所述中心管101置于一端封閉的金屬盤104內(nèi)腔中央，可與金屬盤104成型于一體，廢水流進(jìn)入中心管101內(nèi)后可從上述第一通孔流出，進(jìn)入金屬盤104內(nèi)腔內(nèi)。本發(fā)明上述結(jié)構(gòu)中，中心管101的設(shè)置一方面可作為金屬碳管組件I應(yīng)用時(shí)多個(gè)金屬盤104組合的定位和連接構(gòu)件，同時(shí)還可用于凈化廢水處理中陽極管的固定和連接。所述中心管101可設(shè)ー個(gè)以上，使金屬盤104在相互的組合中更好的固定，同時(shí)還可進(jìn)ー步增加進(jìn)水通道。在中心管101外壁，且于所述中心管101外壁與所述金屬盤104內(nèi)壁之間，填塞有電催化材料103，電催化材料103可為顆粒狀，也可為塊狀。待處理的垃圾滲濾液NF、R0膜濃縮液等高濃度有機(jī)廢水從中心管101側(cè)壁上的多個(gè)第一通孔流入金屬盤104內(nèi)腔，可與盤內(nèi)的電催化材料103進(jìn)行電化學(xué)氧化還原處理一即進(jìn)行內(nèi)電解，實(shí)現(xiàn)廢水的浄化處理。進(jìn)一歩地，于所述金屬盤104盤面上，還軸向設(shè)有多個(gè)第二通孔(未圖示)，亦形成浄化處理過程中多個(gè)金屬盤104組合應(yīng)用時(shí)的進(jìn)水孔，所述第二通孔孔徑小于電催化材料103中顆粒粒徑。這樣，通過中心管101管壁上徑向設(shè)置的多個(gè)第一通孔及金屬盤104盤面上軸向設(shè)置的多個(gè)第二通孔，可使廢水形成多方向多途徑的進(jìn)水通道，有效解決了電催化氧化微電解中均勻進(jìn)水分布問題。進(jìn)ー步地，于所述金屬盤104盤面上，且于所述金屬盤104內(nèi)壁和所述電催化材料103之間,還設(shè)置有多個(gè)金屬構(gòu)件102。各金屬構(gòu)件102可均勻分布于金屬盤104盤面上，與各所述第二通孔錯(cuò)位設(shè)置，可與金屬盤104在加工時(shí)一體成型，也可通過連接件固定在金屬盤104盤面上，可呈環(huán)狀圍繞中心管101層狀設(shè)置，可設(shè)置至少ー組或ー組以上，電催化材料103夾設(shè)于中心管101外壁與金屬構(gòu)件102之間、各金屬構(gòu)件102之間以及金屬構(gòu)件102與金屬盤104內(nèi)壁之間；也可如圖I所示，在金屬盤104內(nèi)腔設(shè)置多個(gè)柱狀體金屬構(gòu)件102，各柱狀體直徑在2-3毫米之間；均勻分布于金屬盤104盤面上，電催化材料103夾設(shè)于柱狀的金屬構(gòu)件102和金屬盤104內(nèi)壁之間的空隙內(nèi)。當(dāng)然，金屬構(gòu)件102不限于圖I所示的結(jié)構(gòu)，也可以是錐狀體(錐狀體底部直徑在2-3毫米之間)或塊狀體(厚度在2-3毫米之間)，還可以是空心管。本發(fā)明金屬碳管組件I中的電催化材料103包含碳材料和金屬材料。具體可包括下述重量百分比的原料鐵粉30 60% ;氧化鋁I 2% ;氧化鎳I 2% ;氧化鈦2 4% ;硅酸鋁2 4% ;水玻璃3 5% ;活性炭粉20 30% ;聚こ烯醇I 3% ;煤粉10 20%。其中鐵粉含鐵量為>65，活性炭粉的含碳量>95%以上。將上述材料按配方在反應(yīng)釜中混合攪勻，調(diào)成含水率在20% -30%的稠狀物，然后通過造粒機(jī)造?；蛟诔尚蜋C(jī)中壓制成塊，烘干成粒或成硬塊狀后將成型物放入高溫爐中煅燒制得。這樣，廢水通過第一通孔(以橫向)和第二通孔(以縱向)不斷流入金屬盤104中，通過與電催化材料103中的碳和金屬盤104及金屬構(gòu)件102中的金屬離子進(jìn)行電化學(xué)氧化還原處理，可完成凈化過程。進(jìn)ー步地，所述金屬盤104或/和金屬構(gòu)件102為含有溶解性金屬的材料制成，其中含有溶解性金屬的材料可為鑄鐵或鑄鋁，金屬盤104或/和金屬構(gòu)件102還可以是多種金屬混合物冷壓成型后燒結(jié)形成。所述金屬盤104或/和所述金屬構(gòu)件102與電催化材料組合成金屬碳內(nèi)電解單元，通過金屬盤104或/和金屬構(gòu)件102內(nèi)金屬鐵離子或鋁離子的滲出，在酸性或堿性條件上與電催化材料103不斷進(jìn)行反應(yīng)。參見圖4，本發(fā)明還提供了一種用于凈化垃圾滲濾液NF、RO膜濃縮液等高濃度有機(jī)廢水的裝置的實(shí)施例，其包括多個(gè)層疊設(shè)置的可凈化廢水的金屬碳管組件1，每ー個(gè)金屬碳管組件I可為ー個(gè)獨(dú)立的處理單元，每ー個(gè)處理單元處理完成后通過金屬碳管組件I之金屬盤104盤面上的第二通孔進(jìn)入疊加的另ー個(gè)金屬碳管組件I繼續(xù)同樣的處理，各所述金屬碳管組件I設(shè)于一外殼2內(nèi)腔內(nèi)。參見圖2、圖3，本發(fā)明裝置具體實(shí)施例中，各金屬碳管組件I之金屬盤104中心開 設(shè)有一中心孔，形成中心中心管101，中心管101 —端凸起，另一端具有與該凸起適配的凹槽，當(dāng)相鄰之間的金屬盤104層疊時(shí)，后一金屬盤中心管101之凸起便插入前一金屬盤中心管101之凹槽105內(nèi)，形成各金屬盤104之間的套疊和固定(見圖4、圖5)。層疊后的金屬碳管組件I最上層通過上蓋板10(見圖10)封閉，最下層的金屬碳管組件I凹槽105內(nèi)加エ有內(nèi)螺紋(見圖3)，與氣管連接件106螺紋連接。上蓋板10和氣管連接件106再分別由一支撐架3 (見圖9)固定，兩支撐架3外端連接一法蘭盤4，通過該法蘭盤4可將外殼2、層疊的金屬盤104及支撐架3 —起固定在外設(shè)的固定架或其他支承部件上(未圖示)，以方便本發(fā)明裝置在應(yīng)用場(chǎng)地的設(shè)置。參見圖5，在上述層疊設(shè)置的金屬碳管組件I之中心中心管101內(nèi)，穿設(shè)有ー陽極管8，陽極管8兩端分別通過上支架107 (見圖7)和下支架108 (見圖8)固定在中心管101內(nèi)。所述上支架107和下支架108均由絕緣材料制成，其中上支架107密封，下支架108開放設(shè)置。所述陽極管由金屬材料(如鐵等)或石墨制成，陽極管8上的正極接頭與電源外接，其電源電壓為6 30V,電流為5 300mA,陽極管8可米用實(shí)心的金屬棒,一端延伸于
外殼2之外，便于與電源連接。于所述外殼2—端，開設(shè)有進(jìn)水口 6和進(jìn)氣ロ 5，進(jìn)氣ロ 5設(shè)于氣管連接件106上，外殼2另一端設(shè)有出水口 9和排污ロ 7。這樣，整個(gè)金屬碳管組件除進(jìn)、出水ロ和排污ロ外，其余全部封閉，可裝ー個(gè)管架上，如RO膜組件架一祥，每個(gè)金屬碳管組件可単獨(dú)使用，也可組合使用，既靈活，又方便組合和安裝。本發(fā)明裝置中在廢水通過進(jìn)水口 6進(jìn)入金屬碳管組件I之中心管101內(nèi)腔時(shí)，將先與穿設(shè)在中心管101處的陽極管8接觸進(jìn)行電催化氧化。此時(shí)其反應(yīng)式為(金屬材料為鐵)陽極反應(yīng)Fe_2e — Fe2+E0 (Fe2+/Fe) = -O. 44V陰極反應(yīng)2H++2e — H2 f EO (Η+/Η2) = O. OOV當(dāng)有氧氣時(shí)02+4H++4e — 2H20 EO(O2) = I. 23V02+2H22+4e — 40H-E0 (02/0H_) = 0. 40V當(dāng)有臭氧(O3)及雙氧水(H2O2)時(shí)〔Fenton ‘s reagent反應(yīng)〕03+6H++6e — 3H20 EO (O2) = I. 51V (可逆反應(yīng))Fe2++H202 — Fe3++0H__I- · OHFe2++ · OH — Fe3++0H_H2O2+ · OH — HO2 · +H2OFe2++H02 · — Fe3++H02_由于有機(jī)物參與陰極的還原反應(yīng)，使官能團(tuán)發(fā)生了變化改變了原有機(jī)物性質(zhì)，降低了色度，改善了 B/C值；一些無機(jī)物也參予反應(yīng)生成沉淀得以去除，如Fe2+S2_ —FeS I ；廢水的膠體粒子和微小分散的污染物受電場(chǎng)作用，產(chǎn)生電泳現(xiàn)象，向相反電荷的電極移動(dòng)，并聚集在電極上；陽極生成的新生態(tài)Fe2+經(jīng)中和生成Fe(OH)3，有極強(qiáng)的吸附能力；陰極生成的氫氣，具有氣浮效應(yīng)。廢水經(jīng)中心管101進(jìn)入具有鐵金屬構(gòu)件102和電催化材料103的內(nèi)腔內(nèi)進(jìn)行電化學(xué)氧化還原處理-即進(jìn)行內(nèi)電解。此時(shí)，鐵金屬為陽極，碳成為陰極，廢水中導(dǎo)電電解質(zhì)起導(dǎo)電作用。在外加電源和流動(dòng)還原劑的作用下，可形成千千萬萬個(gè)微小電池，產(chǎn)生電催化氧化還原反應(yīng)。其反應(yīng)式為
(I)陽極反應(yīng)為Fe — Fe2+2e(2)陰極反應(yīng)為酸性條件下2H+2e— H2
喊性條件下02+2H20+4e — 40H-(3)電解質(zhì)中反應(yīng)為Fe2+2H20 — Fe (OH) 2+2H+H+Fe (OH) 2+02 — Fe (OH) 3 I此電極反應(yīng)的產(chǎn)物具有較高的化學(xué)活性，電極反應(yīng)產(chǎn)生的新生態(tài)H、Fe2+等均能與廢水中許多組分發(fā)生氧化還原反應(yīng)，使廢水的可生化性提高，陽極反應(yīng)生成的Fe2+也可 作為后續(xù)催化氧化處理的催化劑。Fe2+具有較強(qiáng)的還原作用，可使廢水中的某些氧化性組分還原，同時(shí)Fe (OH) 2及Fe (OH) 3還具有絮凝和吸附作用。原電池的微電流也有直接氧化還原作用，還能刺激水體中的微生物的代謝作用，促進(jìn)微生物處理廢水。此外，F(xiàn)e2+可作為絮體中心，絮凝吸附水中懸浮顆料，從而達(dá)到廢水凈化的目的。金屬碳管組件I工作了一段時(shí)間后，金屬構(gòu)件102和電催化材料103表面會(huì)產(chǎn)生鈍化現(xiàn)象，進(jìn)氣ロ 5的作用是在金屬碳管組件I工作了一段時(shí)間后，進(jìn)水口 6停止進(jìn)水，進(jìn)氣ロ 5開始進(jìn)氣，使金屬構(gòu)件102和電催化材料103被氣體攪動(dòng)，提高廢水與金屬構(gòu)件102和電催化材料103的有效接觸。因此，本發(fā)明裝置對(duì)高濃度廢水的處理效果優(yōu)于固定床，長期運(yùn)行可有效防止鐵表面的鈍化，微電解對(duì)有機(jī)污染物的初級(jí)降解及其所產(chǎn)生的Fe2+,均有利于后續(xù)Fenton反應(yīng)的進(jìn)行。在廢水進(jìn)入金屬碳管組件I的同時(shí)，向廢水中投加l_5mL/L的臭氧和15_25mL/L的H2O2溶液與金屬碳管組件I氧化催化反應(yīng)，臭氧產(chǎn)生的新生態(tài)氫具有較大的活性。能與廢水中許多組分發(fā)生氧化還原作用，破壞發(fā)色、助色基團(tuán)的結(jié)構(gòu)，使偶氮鍵破裂、大分子分解為小分子、硝基化臺(tái)物還原為胺基化合物，達(dá)到脫色的目的。H2O2溶液與在反應(yīng)中產(chǎn)生的Fe2+組成Fenton試劑，它具有極強(qiáng)的氧化能力，其中H2O2被Fe2+催化分解產(chǎn)生HO ·(羥基自由基)，HO ·的氧化電位比03、H2O2, HC10、ClO2, Cl2的氧化電位都高，能使難降解的有機(jī)物發(fā)生碳鏈斷裂，分解為CO2和H2O,使廢水中的污染物濃度降低。以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.可凈化廢水的金屬碳管組件，其特征在于包括一金屬盤和設(shè)置于該金屬盤內(nèi)腔的中心管，所述中心管側(cè)壁沿其徑向開設(shè)有多個(gè)可供廢水流入所述金屬盤內(nèi)腔的第一通孔；于所述中心管外壁與所述金屬盤內(nèi)壁之間，填塞有電催化材料；于所述金屬盤盤面上，還軸向設(shè)有多個(gè)第二通孔。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的可凈化廢水的金屬碳管組件，其特征在于于所述金屬盤盤面上，還設(shè)置有多個(gè)金屬構(gòu)件，各所述金屬構(gòu)件與所述第二通孔錯(cuò)位設(shè)置。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的可凈化廢水的金屬碳管組件，其特征在于所述金屬構(gòu)件為圍繞所述中心管的多層均布于金屬盤內(nèi)的多個(gè)柱狀體、錐狀體或塊狀體。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的可凈化廢水的金屬碳管組件，其特征在于所述金屬盤或/和金屬構(gòu)件為含有溶解性金屬的材料制成，所述金屬盤或/和所述金屬構(gòu)件與電催化材料組合成金屬碳內(nèi)電解單元。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的可凈化廢水的金屬碳管組件，其特征在于所述金屬盤及金屬構(gòu)件為鑄鐵或鑄鋁或是多種金屬混合物冷壓成型后燒結(jié)形成；各所述金屬盤中的金屬構(gòu)件和中心管一體成型。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-5任一項(xiàng)所述的可凈化廢水的金屬碳管組件，其特征在于所述電催化材料包含碳材料和金屬材料。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的可凈化廢水的金屬碳管組件，其特征在于所述電催化材料包括下述重量百分比的組分鐵粉30 60% ;氧化招I 2% ;氧化鎳I 2% ;氧化鈦2 4% ；硅酸鋁2 4% ;水玻璃3 5% ;活性炭粉20 30% ;聚こ烯醇I 3 % ;煤粉10 20%。
8.一種用于凈化廢水的電催化氧化裝置，其特征在于包括多個(gè)層疊設(shè)置的權(quán)利要求1-7任一項(xiàng)所述的可凈化廢水的金屬碳管組件，層疊后的所述金屬碳管組件設(shè)于一外殼內(nèi)腔內(nèi)，其層疊后的中心管中穿設(shè)有ー陽極管；其中最上層的所述金屬碳管組件設(shè)有可封住電催化材料層的上蓋板，所述上蓋板和最下層的金屬碳管組件底部分別由支撐架固定；于所述外殼一端，開設(shè)有進(jìn)水口和進(jìn)氣ロ，另一端設(shè)有出水口和排污ロ，其中進(jìn)氣ロ設(shè)有一管件與最下層的金屬碳管組件底部密封連接。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的用于凈化廢水的電催化氧化裝置，其特征在于所述陽極管兩端分別由上支架和下支架與中心管固定，所述上支架密封，下支架開放設(shè)置；所述陽極管由金屬材料或石墨制成，所述陽極管的正極接頭與電源外接，負(fù)極接頭與金屬盤上蓋板連接，其電源電壓為6 30V，電流為5 300mA。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的用于凈化廢水的電催化氧化裝置，其特征在于所述陽極管米用實(shí)心的金屬棒，一端延伸于外殼之外。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種用于凈化廢水的金屬碳管組件，包括金屬盤和設(shè)于該金屬盤內(nèi)腔的中心管，所述中心管側(cè)壁徑向設(shè)有多個(gè)可供廢水流入金屬盤內(nèi)的第一通孔；中心管外壁與金屬盤內(nèi)壁之間填塞有電催化材料；金屬盤盤面上還軸向設(shè)有多個(gè)第二通孔。通過上述流動(dòng)陽極與中心布水結(jié)構(gòu)，提供了極大的比表面積和均勻的水氣流通道，使廢水處理具有更大的電流密度和更好的催化反應(yīng)效果。本發(fā)明還提供了一種電催化氧化裝置，包括多個(gè)層疊設(shè)置的上述金屬碳管組件，各組件設(shè)于一外殼內(nèi)腔內(nèi)，其中心管中穿設(shè)一陽極管，兩端分別由支承架固定且封閉；其外殼一端設(shè)有進(jìn)水口和進(jìn)氣口，另一端設(shè)出水口和排污口。上述裝置集多功能于一體，處理成本低，去除有機(jī)污染物效果好。
文檔編號(hào)C02F1/78GK102674506SQ20121014326
公開日2012年9月19日 申請(qǐng)日期2012年5月10日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月10日
發(fā)明者劉娟, 唐偉中, 彭云龍, 陳兆勇 申請(qǐng)人:劉娟