[实用新型]一种基于电磁感应原理的填充式电催化氧化反应器

说明书

技术领域

本实用新型属于高级氧化水处理技术领域，涉及电磁感应填充式电化学反应器, 其用于有机废水处理。

背景技术

随着工业发展及社会的进步，人类面临的主要课题之一就是环境保护与可持续发 展，其中水污染治理又是环境保护的重点内容之一。有机污染物尤其生物难降解有机污染 物的处理是水污染治理的难点和热点。高级氧化技术为难降解有机污染物治理提供了一条 重要的途径，已成为正在迅速发展中的水处理新技术。其中电催化氧化法与其它高级氧化 技术相比以电子作为反应剂，电压梯度为反应动力，一般不需要外加化学试剂，不易造成二 次污染，能量要求简单，有利于实现高效率、低成本，易于实现自动控制，被称为“环境友好” 的高级氧化技术。它的基本原理是使有机污染物直接在电极上得失电子而发生氧化还原， 或利用在电极反应产生的各种强氧化剂使污染物被降解。因此选用适当电极材料提高电流 效率、增大工作电极的表面积、减小电极间距（缩短反应物迁移的距离）及采用适当的电源 供电方式等措施是提高电催化氧化法降解有机污染物效率的有效方法。

传统的二维电极法由于面体比小，有机物降解效果并不理想，专利CN201882957U 通过将阴阳电极交错均匀间隔布置，减少电极间距，使反应器容纳的电极面积加大，提高了 电催化氧化效果，专利CN102603038A通过进一步设置与导电条相连的阴阳极电极架，使电 极的固定方式为插入式，便于电极的安装及后续电极的更换与反应器的清洗。但上述专利 由于减小了阴阳电极间距，导致相邻阴阳电极间易发生短路现象，存在即是仅一对阴阳极 短路，也会使整个电化学反应器无法正常工作问题。

为了提高电催化氧化效果，Bickhuast在20世纪60年代末期提出了三维电极的 概念。在此基础上FleischmanM.于1973年开发出复极性固定床电解槽(bipolarpacked bedcell,简称BPBC),它是在传统的二维电解槽电极间装填粒状或其他碎屑状工作电极 材料,在主电极电场作用下，微粒因静电感应而复极化，在粒子的一端发生阳极反应，另一 端发生阴极反应，整个粒子成为一个立体的电极，粒子之间构成一个微电解池，整个电解槽 由这样的很多微电解池组成，与二维电极相比,复极性固定床电解槽在相同反应体积情况 下,可提供较大的电极表面,且因粒子的间距小,物质传递的效果得到极大改善,因而 它极大地提高了有机污染物的降解效率。

专利CN103928202A将聚酰亚胺膜包覆的同质粒子电极制得的绝缘粒子与粒子电 极按一定比例混合作为三维电极反应器的填料，提高填充粒子的复极化率，降低了短路电 流，提高了有机污染物的降解效率,但存在绝缘粒子占据反应器的有效工作空间的问题；专 利CN103241807A以表面负载金属氧化物催化剂的活性炭粒子作为粒子电极，将表面负载金 属氧化物催化剂的多孔瓷环粒子作为绝缘粒子，提高了电解槽的有效工作空间，但上述专 利都存在粒子电极长期运转后表面易结垢堵塞失效的问题。专利CN201265045Y采用空气曝 气方法使粒子电极保持悬浮状态，专利CN101691251A采用可调速机械搅拌方式使粒子电极 处于悬浮状态，通过粒子间的相互碰撞摩擦，实现对电极的清洗，使电极表面处于洁净状 态，但这种碰撞摩擦也会加剧粒子电极的磨损，尤其是导致粒子表面负载的催化剂磨损，反 而会使粒子电极的使用寿命缩短。另外由于粒子电极电位与主电极位置、所加电压及电解 质浓度有关（周集体，杨松，艾尼瓦尔，胡军.复极性固定床电解槽中粒子电极感应电位研 究[J],环境科学与技术，2004,27(6):27-30.），当主电极位置及电解质浓度的发生微小变 化时会导致反应器对有机污染物降解效率发生变化，尤其当粒子电极处于悬浮状态时，还 会导致反应器馈电电位分布不均匀，影响粒子电极电位，从而可能使反应器的降解效率下 降，反应器性能的稳定性受到影响。此外，对表面负载有催化活性金属氧化物的粒子电极， 粒子电极因静电感应而复极化，其一端发生阳极氧化反应，另一端发生阴极还原反应，还原 反应可能使粒子电极负载的金属氧化物价态发生变化，导致催化活性及使用寿命受到影 响。因此研制降解效率高，性能长期稳定的新型电催化氧化反应器，对水污染治理，尤其处 理生物难降解有机污染物，保护环境与维持社会的可持续发展具有重要意义。

发明内容