[发明专利]一种液固流化床三维电催化氧化处理氨氮废水的系统及方法

说明书

本发明属于化工、环保领域。具体地，本发明公开了一种液固流化床三维电催化氧化处理氨氮废水的系统及方法。通过重力沉降和过滤去除氨氮废水中的固体悬浮物，实现废水预净化。通过喷淋处理，实现催化剂与氨氮废水的充分混合，并有效利用电解气体中的催化成分。通过板框电解耦合流化床三维电解实现废水中氨氮的高效裂解。通过添加药剂调节水质酸碱性，实现达标排放。在板框电解中采用三维电极隔膜结构，通过加入石墨毡、碳毡大幅度提高反应面积，同时采用电流串联、水流并联的方式，强化了水质流通，提高传质效率，促进氨氮的分解。

技术领域

本发明属于化工、环保领域，特别涉及一种液固流化床三维电催化氧化处理氨氮废水的系统及方法。

背景技术

2019年中国的GDP达到99万亿人民币，相比30年前增长了约58倍。在经济快速增长的背后，化工、冶金、煤炭、水泥、烧碱等重工业领域的产品产量已经超过全球的50％以上。为了保持生态系统良性平衡，必须对污染物人为强制处理。本专利涉及的氨氮废水就是非常典型的一类污染物。

氨氮废水广泛存在于多个工业领域，包括纺织、制药、农药、制革、石油、化工、煤炭、冶金等领域。一直以来，氨氮废水主要采取生化流程工艺处理，可以回收其中的能量，具有成本低的特点。但是生化法存在占地面积大、处理周期长、投资大等特点，比较适用于水量较大的企业。目前，许多中小企业面临氨氮废水处理的问题，废水量较小，不适合生化法工艺。这种情况就需要采用物理化学的工艺，主要包括折点加氯法、离子交换法、沉淀法、电催化氧化法。其中电催化氧化技术具有装置紧凑、占地小、无二次污染、处理效率高等优点，近几十年来取得快速发展。

目前，电催化氧化技术处理氨氮废水主要存在传质效率低和电极成本高的问题。为了解决这一难题，人们提出在二维电极板之间加入三维颗粒电极，大大提高电极比表面积，降低电极成本，提高传质效率。中国专利申请CN104787937A公开了一种三维电极电解处理高浓度氨氮废水的方法。采用镀钛钢板作为阳极，钢板作为阴极。阴阳极板之间填充铁基催化剂制成的粒子电极，粒子电极铁碳比例为1～6。氨氮废水初始浓度为2000～3000mg/L，电解处理后，氨氮浓度为50～70mg/L。该专利采用铁碳颗粒作为粒子电极，在使用过程中铁会消耗，从而产生含铁污泥，容易堵塞反应器。而且，需要持续补充铁碳电极，增加运行成本。中国专利CN201620686031.1公开了一种利用三维电极处理垃圾渗滤液的装置，采用铝钛合金作为阳极板、不锈钢作为阴极板，粒子电极采用煤质柱状活性炭。采用该技术电解处理后，氨氮脱除率为75％～85％。该专利采用固定床结构，水流上进下出，活性炭长期的堆积过程中，会板结成块，进而堵塞水体流动。而且，固定床存在短路电流，导致电能利用率降低，电解槽升温，降低电极寿命。中国实用新型专利CN202400887U公开了一种三维粒子电催化氧化污水处理装置。阳极采用钛合金或者石墨板，阴极采用钛合金或不锈钢板，反应器内添加固体催化剂，通过电化学处理可以将COD由64mg/L降至15mg/L。然而该专利中，颗粒电极在流态化的过程中会对阳极产生摩擦，降低阳极使用寿命。而且，采用钛合金做阳极材料，催化活性很低，严重影响能量利用效率。专利CN108423773A公开了一种适于循环冷却水处理的三维流化床电解装置及方法。该专利采用柱状阳极，阳极外置绝缘环形多孔板。绝缘板外部与反应器壳体之间为流化室，流化室内设有大量导电性的颗粒电极。颗粒电极在流态化的过程中，可以抑制阴极结垢，保持阴极良好的反应状态。该专利中塑料多孔隔板虽然可以保护阳极不受磨损。但绝缘多孔板的存在会严重影响电解液的传质，而且单极性颗粒电极的性能一般低于复极性颗粒电极。

综上所述，电催化氧化工艺处理氨氮废水具有显著的优势，但是目前的技术仍存在传质效率低，电极成本高的问题。现有的三维电解技术呈现了显著的技术优越性，但还存在一些突出的问题：(1)固定床三维电解存在颗粒电极结块板结，影响电解液的流动，电流短路，槽体发热等问题。(2)流态化三维电解具有良好的传质，但是颗粒电极容易造成阳极催化涂层的磨损。通过加入多孔隔板或布袋可以保护阳极，又出现阳极液流动受限的新问题。而且单极性颗粒电极的效果一般也低于双极性三维颗粒电极。(3)目前，电催化氧化处理氨氮废水领域主要聚焦于电解槽的开发，缺少系统性的技术。