[发明专利]原位产氧制臭氧强化三段式电化学水处理设备及处理水方法

说明书

本发明提供了一种原位产氧制臭氧强化三段式电化学水处理设备，包括进水装置、反应装置、储氧室、以及设于反应装置内部的阳极、阴极和透水隔气催化层；所述阴极和透水隔气催化层均与反应装置的内壁密闭连接，将反应装置的内部空间分隔为阳极室、阴极室和阴极进气室，阳极设于阳极室内，储氧室位于阳极室顶部，并且与其连通；储氧室的出气口通过臭氧发生器与阴极进气室的进气口相连，进水装置的出水口与阴极室的进水口相连。本发明还提供了利用该设备处理水的方法。本发明通过巧妙的反应装置结构设计和工艺构思，既将阳极析氧副产物利用成臭氧制备的气源，节省了运行成本，又通过布气方式和反应流场的改进，削减了有害副产物的生成和臭氧尾气的污染。

技术领域

本发明属于水处理设备领域，特别涉及原位产氧制臭氧强化三段式电化学水处理设备及利用其处理水的方法。

背景技术

近年来，环境污染日益严重，尤其是水体污染对生态安全和人类健康构成威胁。随着水质标准的不断修订、提高，传统的技术和设备已经不能满足水处理需求，开发高效、经济、环保的水处理设备和方法日显迫切。

高级氧化技术是当前水处理领域的研究热点，对难降解废水亦有较好的处理效果。电化学/臭氧耦合是一种新颖的高级氧化水处理技术，通过电化学阴极对臭氧化气体的还原，可增量生成羟基自由基，从而提高处理效率。目前的一些研究结果显示该技术具有较好的应用前景，但仍有一些问题有待解决。该工艺存在的主要问题之一是能效的提高。虽然空气可以作为臭氧制备的气源，但含氧量低，臭氧产量不高，导致处理效果较差。当采用纯氧作为气源时，氧气的购买和存储增加了处理成本。另一方面，电化学电解水过程中，阳极析氧本身可制备产生氧气。然而目前的体系中对电化学产氧并没有有效利用。并且，在同时产氧和产氢的情况下，存在一定的氢气爆炸风险。反应体系的进一步优化也是电化学/臭氧耦合工艺有待解决的一个主要问题。臭氧化气体通过多孔曝气头曝气效率低，尾气中残余臭氧需要猝灭处理，否则会污染大气环境。在传统的电化学反应器中，反应体系传质慢，存在死角，效率低。反应液中氧化物反应速率低，反应时间长，所需设备体积大，且出水中如含有较高的残余氧化物浓度需要进一步猝灭。

发明内容

发明目的：本发明的目的是提供了一种高效、经济、安全、环保的电化学/臭氧耦合水处理的设备以及利用该设备进行水处理的方法。

技术方案：本发明提供了一种原位产氧制臭氧强化三段式电化学水处理设备，包括进水装置、反应装置、储氧室、以及设于反应装置内部的阳极、阴极和透水隔气催化层；所述阴极和透水隔气催化层均与反应装置的内壁密闭连接，将反应装置的内部空间分隔为阳极室、阴极室和阴极进气室，阳极设于阳极室内，储氧室位于阳极室顶部，并且与其连通；储氧室的出气口通过臭氧发生器与阴极进气室的进气口相连，进水装置的出水口与阴极室的进水口相连。

所述透水隔气催化层内置有导电多孔碳材料或金属氧化物材料，能吸附污染物，并催化臭氧/双氧水等降解污染物，并且透水隔气。

作为改进：

还包括电源，其正负极分别与阳极和阴极相连接，阴极为气体扩散电极，具有隔水透气功能，阳极与阴极平行设置。

所述进水装置与阴极室之间还连接有液体流量计，阴极室的进水口还设有布水器；所述臭氧发生器与阴极进气室之间还连接有气体流量计。

所述储氧室的中部还设有气体干燥层，将储氧室分隔为上下两部分空间，用于干燥排入储氧室内的氧气。

所述储氧室通过设于阳极室顶部的一号排气阀与其连通，并且储氧室的顶部还设有二号排气阀与臭氧发生器连接，阴极室顶部设有三号排气阀。所述排气阀可根据需要设置为普通排气阀或稳流阀。

还包括设于阴极进气室顶部的气压阀、以及一号气体止回阀和二号气体止回阀，一号气体止回阀位于储氧室的出气口与臭氧发生器的进气口中间，二号气体止回阀位于气压阀与臭氧发生器的进气口中间。