内电解水处理装置及方法

权利要求书： 
1.一种内电解水处理反应器，其特征在于:包括反应器本体（1）、反应器本体（1）为绝缘层壳体;反应器本体（1）上设金属盖板（2）、下设反应器盖底（3）；金属盖板（2）上设置有气孔（13）；在金属盖板（2）的中心位置设置有一圆形通孔，套有绝缘套（5）的中心电极（4）穿过圆形通孔，中心电极（4）直达反应器本体（1）的底部;通过气孔（13）嵌入放电针，放电针的针尾（6）置于金属盖板（2）上；所述金属盖板（2）和中心电极（4）分别与电源的一端相连；所述电源的电压为500以上；反应器本体（1）外部设有进水阀（11）和出水阀（12），进水阀（11）安装于反应器本体（1）一侧的下端；出水阀（12）安装于反应器本体（1）另一侧的上端；针尖端始终位于水面之上，与水面保持空气绝缘，故直流高压就可以加上正负极，并且放大两种介质催化剂之间的界面电势差；反应器内部铺满催化剂，所述催化剂为金属和N型半导体、金属和P型半导体、N型半导体和P型半导体的任一组合；所述金属为Fe、Ti、Cu、Ni或Sn；所述P型半导体为NiO、CuO或BaTiO3；所述N型半导体为Fe2O3、TiO2或SnO2。

2.根据权利要求1所述的内电解水处理反应器，其特征在于：反应器本体（1）为玻璃钢绝缘层壳体，为圆筒状，垂直放置，所述反应器高度大于2m，出水阀（12）上设置有滤网（9）可防止颗粒物外排；所述金属盖板（2）上通过螺钉（7）与反应器本体（1）连接,反应器盖底（3）与反应器本体（1）可拆卸连接或铰接,连接处设有密封圈防止漏水。

3.根据权利要求1或2所述的内电解水处理反应器用于水处理的方法，其特征在于：反应器内部铺满催化剂，所述催化剂为金属和N型半导体，以金属盖圆心处插入套有绝缘套的中心电极，连接高压直流电源正极，金属盖板（2）连接高压直流电源负极，圆心周围微孔插入放电针，连接直流高压负极；针尖端始终位于水面之上，与水面保持空气绝缘，故直流高压就可以加上正负极，并且放大两种介质为金属和N型半导体之间的界面电势差，利用界面电势差产生内电解反应即界面反应，降解有机污染物；放电针作用在于通过放电连通电源，使得电化学反应得以进行；

反应步骤：打开进水阀，污染水流进反应器，同时接通直流高压，高压电场形成金属与N型半导体之间的高位电势差，从而N型半导体形成空穴氧带正电，而金属接受N型半导体电子后，即与电源正极上正电荷中和，故金属与N型半导体匹配带有正电荷，具备强氧化性，发生内电解反应，进而降解有机污染物；当水面升至出水阀高度时，污染水在处理器中停留20 40min，处理后的污水经出水阀流出；所述的污染水中污染物为离子型有机物：刚果红、亚甲基蓝、甲苯、有机磷农药、苯酚、苯或氯苯。

4.根据权利要求1或2所述的内电解水处理反应器用于水处理的方法，其特征在于：反应器内部铺满催化剂，所述催化剂为金属和P型半导体，以钢盖圆心处插入套有绝缘套的中心电极，连接高压直流电源负极，金属盖板（2）连接高压直流电源正极，圆心周围微孔插入放电针，连接直流高压正极；针尖端始终位于水面之上，与水面保持空气绝缘，故直流高压就可以加上正负极，并且放大两种介质催化剂为金属和P型半导体之间的界面电势差，利用界面电势差产生内电解反应即界面反应，降解有机污染物；放电针作用在于通过放电连通电源，使得电化学反应得以进行；

反应步骤：打开进水阀，污染水流进反应器，同时接通直流高压，高压电场形成金属与P型半导体之间的高位电势差，从而P型半导体带负电，而金属向P型半导体转移电子后，又可以从电源负极补充电子，即金属和P型半导体匹配带有负电荷，具备还原性，进而降解重金属离子，发生内电解反应；当水面升至出水阀高度时，污染水在处理器中停留20 40min，处理后的污水经出水阀流出；所述的污染水中污染物为重金属离子：Cu、Ge、Mn、Ni或Hg。

5.根据权利要求1或2所述的内电解水处理反应器用于水处理的方法，其特征在于：反应器内部铺满催化剂，所述催化剂为P型半导体和N型半导体，以玻璃钢盖圆心处插入中心电极，连接高压直流电源正极，金属盖板（2）连接高压直流电源负极，圆心周围微孔插入放电针，连接直流高压负极；针尖端始终位于水面之上，与水面保持空气绝缘，故直流高压就可以加上正负极，并且放大两种介质催化剂为金属和N型半导体之间的界面电势差，利用界面电势差产生内电解反应即界面反应，降解有机污染物；放电针作用在于通过放电连通电源，使得电化学反应得以进行；反应步骤：打开进水阀，污染水流进反应器，同时接通直流高压，高压电场形成P型半导体与N型半导体之间的高位电势差，从而N型半导体形成空穴氧带正电，具备强氧化性，进而降解有机污染物，P型半导体带负电，具备还原性，进而降解重金属离子，发生内电解反应；当水面升至出水阀高度时，污染水在处理器中停留20 40min，处理后的污水经出水阀流出；所述的污染水为电镀废水或印染废水。

6.根据权利要求1或2所述的内电解水处理反应器用于水处理的方法，其特征在于：将金属盖板（2）替换为螺旋叶片搅拌器，所述螺旋叶片搅拌器顶端设有调速电机（17），其可带动螺旋叶片（16）的旋转，螺旋叶片搅拌器的中上部配有搅拌器盖板（15），可通过螺钉（7）与反应器本体（1）固定连接，螺旋叶片搅拌器与调速电机连接，可以在反应器检修时进入反应器内用于松解板结的催化剂床层；另外将反应器盖底（3）打开，配合螺旋叶片搅拌器工作，用于排出废旧催化剂，关闭反应器盖底（3），同时添加新催化剂。

7.根据权利要求3所述的内电解水处理反应器用于水处理的方法，其特征在于：所述N型半导体为Fe2O3，在水处理反应器中反应饱和之后，可用于水泥厂或钢铁厂回收Fe。

说明书： 一种内电解水处理装置及方法技术领域[0001] 本发明涉及一种内电解水处理装置及方法，属于污水处理技术领域。背景技术[0002] 当今世界范围内，处理污水方案有许多，但都存在各自局限，处理成本低廉的效果欠佳，处理效果明显的比如湿式氧化，超临界氧化等，由于高温高压原因，处理成本极为高昂，仅限于小范围应用。[0003] 内电解法被广泛应用到废水处理工艺中，如石化废水，电镀工艺废水，印染废水，单晶硅工业生产废水等。[0004] 而现有的内电解技术处理降解污水具有能耗低，设备工艺简单，处理费用低的优点。但其不足也很明显，主要是污染物降解率不高，平均30％左右。另外，固定反应床工作一段时间后(通常为半年)，都会出现床层板结现象，轻则污水处理效率降低，重则整个反应器报废的问题。发明内容[0005] 本发明解决的技术问题是：提出一种内电解水处理装置能耗小、污染物降解率提高至70％以上，并且成本低，处理每吨污染水的用电量在5度以内，催化剂成本低，还可以配合螺旋搅拌器使用，可以有效解决固定床板结问题。[0006] 为了解决上述技术问题，本发明提出的技术方案是：一种内电解水处理反应器，其特征在于:包括反应器本体(1)为绝缘层壳体；反应器本体(1)上设金属盖板(2)、下设反应器盖底(3)；金属盖板(2)上设置有气孔(13)；在金属盖板(2)的中心位置设置有一圆形通孔，中心电极(4)连同绝缘圆套穿过圆形通孔直达反应器本体(1)的底部；通过气孔(13)嵌入放电针，放电针的针尾(6)置于金属盖板(2)上；[0007] 所述金属盖板(2)和中心电极(4)分别与电源的一端相连；所述电源的电压为500以上；[0008] 反应器本体(1)外部设有进水阀(11)和出水阀(12)，进水阀(11)安装于反应器本体(1)一侧的下端；出水阀(12)安装于反应器本体(1)另一侧的上端。[0009] 优选的，反应器内部铺满催化剂，所述催化剂为金属和N型半导体、金属和P型半导体、N型半导体和P型半导体的任一组合。[0010] 优选的，所述金属为Fe、Ti、Cu、Ni或Sn；所述P型半导体为NiO、CuO或BaTiO3；所述N型半导体为Fe2O3、TiO2或SnO2。[0011] 优选的，反应器本体(1)为玻璃钢绝缘层壳体，为圆筒状，垂直放置，所述反应器高度大于2m，出水阀(12)上设置有滤网(9)可防止颗粒物外排；所述金属盖板(2)上通过螺钉(7)与反应器本体(1)连接,反应器盖底(3)与反应器本体(1)可拆卸连接或铰接,连接处设有密封圈防止漏水。[0012] 优选的，将金属盖板(2)替换为螺旋叶片搅拌器，所述螺旋叶片搅拌器顶端设有调速电机(17)，其可带动螺旋叶片(16)的旋转，螺旋叶片搅拌器的中上部配有搅拌器盖板(15)，可通过螺钉(7)与反应器本体(1)固定连接。

[0013] 为了解决上述技术问题，本发明提出的另一技术方案是：所述的内电解水处理反应器的用于水处理方法，反应器内部铺满催化剂，所述催化剂为金属和N型半导体，以金属盖圆心处插入套有绝缘套的中心电极，连接高压直流电源正极，金属盖板(2)连接高压直流电源负极，圆心周围微孔插入放电针，连接直流高压负极；针尖端始终位于水面之上，与水面保持空气绝缘，故直流高压就可以加上正负极，并且放大两种介质为金属和N型半导体之间的界面电势差，利用界面电势差产生内电解反应即界面反应，降解有机污染物；放电针作用在于通过放电连通电源负极，使得电化学反应得以进行；[0014] 反应步骤：打开进水阀，污染水流进反应器，同时接通直流高压，高压电场形成金属与N型半导体之间的高位电势差，从而N型半导体形成空穴氧带正电，而金属接受N型半导体电子后，即与电源正极上正电荷中和，故金属与N型半导体匹配带有正电荷，具备强氧化性，发生内电解反应，进而降解有机污染物；当水面升至出水阀高度时，污染水在处理器中停留20 40min，处理后的污水经出水阀流出；[0015] 所述的污染水为离子型有机物：刚果红、亚甲基蓝、甲苯、有机磷农药、苯酚、苯或氯苯。[0016] 优选的，反应器内部铺满催化剂，所述催化剂为金属和P型半导体，以钢盖圆心处插入套有绝缘套的中心电极，连接高压直流电源负极，金属盖板2连接高压直流电源正极，圆心周围微孔插入放电针，连接直流高压正极；针尖端始终位于水面之上，与水面保持空气绝缘，故直流高压就可以加上正负极，并且放大两种介质催化剂为金属和P型半导体之间的界面电势差，利用界面电势差产生内电解反应即界面反应，降解有机污染物；放电针作用在于通过放电连通电源，使得电化学反应得以进行；[0017] 反应步骤：打开进水阀，污染水流进反应器，同时接通直流高压，高压电场形成金属与P型半导体之间的高位电势差，从而P型半导体带负电，而金属向P型半导体转移电子后，又可以从电源负极补充电子，即金属和P型半导体匹配带有负电荷，具备还原性，进而降解重金属离子，发生内电解反应；当水面升至出水阀高度时，污染水在处理器中停留20 40min，处理后的污水经出水阀流出；[0018] 所述的污染水为重金属离子：Cu、Ge、Mn、Ni或Hg。

[0019] 优选的，反应器内部铺满催化剂，所述催化剂为P型半导体和N型半导体，以玻璃钢盖圆心处插入中心电极，连接高压直流电源正极，金属盖板(2)连接高压直流电源负极，圆心周围微孔插入放电针，连接直流高压负极；针尖端始终位于水面之上，与水面保持空气绝缘，故直流高压就可以加上正负极，并且放大两种介质催化剂为金属和N型半导体之间的界面电势差，利用界面电势差产生内电解反应即界面反应，降解有机污染物；放电针作用在于通过放电连通电源，使得电化学反应得以进行；[0020] 反应步骤：打开进水阀，污染水流进反应器，同时接通直流高压，高压电场形成P型半导体与N型半导体之间的高位电势差，从而N型半导体形成空穴氧带正电，具备强氧化性，进而降解有机污染物，P型半导体带负电，具备还原性，进而降解重金属离子，发生内电解反应；当水面升至出水阀高度时，污染水在处理器中停留20 40min，处理后的污水经出水阀流出；[0021] 所述的污染水为电镀废水，化工废水或印染废水。[0022] 优选的，螺旋叶片搅拌器作为附件另外配置，并与调速电极连接，可以在反应器检修时进入反应器内用于松解板结的催化剂床层；另外将反应器盖底(3)打开，配合螺旋叶片搅拌器工作，用于排出废旧催化剂，关闭反应器盖底(3)，同时添加新催化剂。[0023] 优选的，所述催化剂为N型半导体Fe2O3，再水处理反应器中反应饱和之后，可用于水泥厂或钢铁厂回收Fe。[0024] 本发明的有益效果：[0025] 1、污染物降解率提高至70％以上。[0026] 2、本发明的内电解水处理装置能耗小、并且成本低，处理每吨污染水的用电量在5度以内，催化剂成本低。[0027] 3、本发明的内电解水处理装置配合螺旋搅拌器使用，可以有效解决固定床板结问题。附图说明[0028] 下面结合附图对本发明的作进一步说明。[0029] 图1是为内电解水处理反应器结构示意；[0030] 图2螺旋叶片搅拌器[0031] 图3为本发明催化剂内电解示意图[0032] 其中：图1中1 反应器本体、2 金属盖板、3 反应器盖底、4 中心电极、5 绝缘套、6 放电针的针尾、7 螺钉、8 催化剂颗粒物、9 滤网、10 电源、11 进水阀、12 出水阀、13 气孔、14 待处理废水、15 搅拌器盖板、16 螺旋叶片、17 调速电机。具体实施方式[0033] 实施例1[0034] 包括反应器本体1为绝缘层壳体；反应器本体上设金属盖板2、下设反应器盖底3；金属盖板2上设置有气孔13；在金属盖板2的中心位置设置有一圆形通孔，套有绝缘套(18)的中心电极4穿过圆形通孔，中心电极4直达反应器本体1的底部；通过气孔13嵌入放电针5，放电针5的针尾6置于金属盖板2上；[0035] 反应器内部铺满催化剂，所述催化剂为金属Fe和N型半导体Fe2O3；[0036] 所述金属盖板2和中心电极4分别与电源的一端相连；所述电源的电压为500以上；[0037] 反应器本体1外部设有进水阀和出水阀，进水阀11安装于反应器本体1一侧的下端；出水阀12安装于反应器本体1另一侧的上端。[0038] 反应器本体1为玻璃钢绝缘层壳体，为圆筒状，垂直放置，所述反应器高度大于2m，出水阀12上设置有滤网9可防止颗粒物外排。[0039] 所述金属盖板2上通过螺钉7与反应器本体1连接,反应器盖底3与反应器本体1铰接,连接处设有密封圈防止漏水。[0040] 螺旋叶片搅拌器作为附件另外配置，将金属盖板2替换为螺旋叶片搅拌器，所述螺旋叶片搅拌器顶端设有调速电机17，其可带动螺旋叶片16的旋转，螺旋叶片搅拌器的中上部配有搅拌器盖板15，可通过螺钉7与反应器本体1固定连接。螺旋叶片搅拌器可以在反应器检修时进入反应器内用于松解板结的催化剂床层；另外反应器盖底3打开，配合螺旋叶片搅拌器工作，用于排出废旧催化剂，关闭反应器盖底3，同时添加新催化剂。[0041] 反应器内部铺满催化剂，所述催化剂为金属和N型半导体，以钢盖圆心处插入部分绝缘中心电极，连接高压直流电源正极，金属盖板2连接高压直流电源负极，圆心周围微孔插入放电针，连接直流高压负极；针尖端始终位于水面之上，与水面保持空气绝缘，故直流高压就可以加上正负极，并且放大两种介质催化剂为金属和N型半导体之间的界面电势差，利用界面电势差产生内电解反应即界面反应，降解有机污染物；放电针作用在于通过放电连通电源，使得电化学反应得以进行；催化剂在电势差的作用下带电情况见图3 A.[0042] 反应步骤：打开进水阀，污染水流进反应器，同时接通直流高压，高压电场形成金属与N型半导体之间的高位电势差，从而N型半导体形成空穴氧带正电，具备强氧化性，进而降解有机污染物，发生内电解反应；当水面升至出水阀高度时，污染水在处理器中停留20 40min，处理后的污水经出水阀流出。

[0043] 采用实施例1的内电解水处理装置处理混合型有机磷农药污水的实验结果见表1：[0044] 表1[0045] 环境温度：31℃,环境湿度：52％RH[0046]序号 检测项目 处理前 处理后 单位 1 温度 27.1 27.1 ℃  2 PH 7 7  3 COD 1595 807.5 mg/L[0047] 实施例2[0048] 包括反应器本体1为绝缘层壳体；反应器本体上设金属盖板2、下设反应器盖底3；金属盖板2上设置有气孔13；在金属盖板2的中心位置设置有一圆形通孔，部分绝缘中心电极4穿过圆形通孔直达反应器本体1的底部；通过气孔13嵌入放电针5，放电针5的针尾6置于金属盖板2上；[0049] 反应器内部铺满催化剂，所述催化剂为金属Fe和P型半导体CuO[0050] 所述金属盖板2和中心电极4分别与电源的一端相连；所述电源的电压为500以上；[0051] 反应器本体1外部设有进水阀和出水阀，进水阀11安装于反应器本体1一侧的下端；出水阀12安装于反应器本体1另一侧的上端。[0052] 反应器本体1为玻璃钢绝缘层壳体，为圆筒状，垂直放置，所述反应器高度大于2m，出水阀12上设置有滤网9可防止颗粒物外排。

[0053] 所述金属盖板2上通过螺钉7与反应器本体1连接,反应器盖底3与反应器本体1铰接,连接处设有密封圈防止漏水。[0054] 螺旋叶片搅拌器作为附件另外配置，将金属盖板2替换为螺旋叶片搅拌器，所述螺旋叶片搅拌器顶端设有调速电机17，其可带动螺旋叶片16的旋转，螺旋叶片搅拌器的中上部配有搅拌器盖板15，可通过螺钉7与反应器本体1固定连接。螺旋叶片搅拌器可以在反应器检修时进入反应器内用于松解板结的催化剂床层；另外反应器盖底3打开，配合螺旋叶片搅拌器工作，用于排出废旧催化剂，关闭反应器盖底3，同时添加新催化剂。[0055] 平时每月启动一次电机，带动螺旋叶片以小于十度的旋转角正反转，松动床层，防止床层催化剂颗粒板结。[0056] 更换催化剂步骤：催化剂使用失效后需要更换，先关上进水阀，再打开底部金属盖，启动电机带动螺旋叶片旋转，排出催化剂后，关闭金属盖，补充新催化剂。[0057] 反应器内部铺满催化剂，所述催化剂为金属和P型半导体，以钢盖圆心处插入部分绝缘中心电极，连接高压直流电源负极，金属盖板2连接高压直流电源正极，圆心周围微孔插入放电针，连接直流高压正极；针尖端始终位于水面之上，与水面保持空气绝缘，故直流高压就可以加上正负极，并且放大两种介质催化剂为金属和P型半导体之间的界面电势差，利用界面电势差产生内电解反应即界面反应，降解有机污染物；放电针作用在于通过放电连通电源，使得电化学反应得以进行。[0058] 反应步骤：打开进水阀，污染水流进反应器，同时接通直流高压，高压电场形成金属与P型半导体之间的高位电势差，从而P型半导体带负电，具备还原性，进而降解重金属离子，发生内电解反应；当水面升至出水阀高度时，污染水在处理器中停留20 40min，处理后的污水经出水阀流出；[0059] 所述的污染水为重金属离子：Cu、Ge、Mn、Ni或Hg。[0060] 实施例3[0061] 包括反应器本体1为绝缘层壳体；反应器本体上设金属盖板2、下设反应器盖底3；金属盖板2上设置有气孔13；在金属盖板2的中心位置设置有一圆形通孔，部分绝缘中心电极4穿过圆形通孔直达反应器本体1的底部；通过气孔13嵌入放电针5，放电针5的针尾6置于金属盖板2上；[0062] 反应器内部铺满催化剂，所述催化剂为N型半导体Fe2O3和P型半导体CuO；所述金属盖板2和中心电极4分别与电源的一端相连；所述电源的电压为500以上；[0063] 反应器本体1外部设有进水阀和出水阀，进水阀11安装于反应器本体1一侧的下端；出水阀12安装于反应器本体1另一侧的上端。[0064] 反应器本体1为玻璃钢绝缘层壳体，为圆筒状，垂直放置，所述反应器高度大于2m，出水阀12上设置有滤网9可防止颗粒物外排；所述反应器本体1内设有ORP计。

[0065] 所述金属盖板2上通过螺钉7与反应器本体1连接,反应器盖底3与反应器本体1铰接,连接处设有密封圈防止漏水。[0066] 螺旋叶片搅拌器作为附件另外配置，将金属盖板2替换为螺旋叶片搅拌器，所述螺旋叶片搅拌器顶端设有调速电机17，其可带动螺旋叶片16的旋转，螺旋叶片搅拌器的中上部配有搅拌器盖板15，可通过螺钉7与反应器本体1固定连接。螺旋叶片搅拌器可以在反应器检修时进入反应器内用于松解板结的催化剂床层；另外反应器盖底3打开，配合螺旋叶片搅拌器工作，用于排出废旧催化剂，关闭反应器盖底3，同时添加新催化剂。[0067] 反应器内部铺满催化剂，所述催化剂为P型半导体CuO和N型半导体Fe2O3，以钢盖圆心处插入部分绝缘中心电极，连接高压直流电源正极，金属盖板2连接高压直流电源负极，圆心周围微孔插入放电针，连接直流高压负极；针尖端始终位于水面之上，与水面保持空气绝缘，故直流高压就可以加上正负极，并且放大两种介质催化剂为金属和N型半导体之间的界面电势差，利用界面电势差产生内电解反应即界面反应，降解有机污染物；放电针作用在于通过放电连通电源，使得电化学反应得以进行；[0068] 反应步骤：打开进水阀，污染水流进反应器，同时接通直流高压，高压电场形成P型半导体与N型半导体之间的高位电势差，从而N型半导体形成空穴氧带正电，具备强氧化性，进而降解有机污染物，P型半导体带负电，具备还原性，进而降解重金属离子，发生内电解反应；当水面升至出水阀高度时，污染水在处理器中停留20 40min，处理后的污水经出水阀流出；[0069] 所述的污染水为电镀废水，化工废水，印染废水等。[0070] 以上实施例中所述金属为Fe，Ti,Cu,Ni或Sn；所述P型半导体为NiO、CuO，BaTiO3；所述N型半导体为Fe2O3、TiO2,SnO2，也能达到本发明处理污水的效果。


[0071] 本发明的不局限于上述实施例所述的具体技术方案，凡采用等同替换形成的技术方案均为本发明要求的保护范围。