高頻超脈衝三維半導體電極水處理技術含阻垢防垢、氣浮、絮凝、吸附、殺菌、氧化、還原多種作用機理，利用了電流效應、高頻超脈衝效應、感應電磁場效應、半導體晶格效應，提高了處理效率，大幅度降低能耗。
基本介紹
- 中文名：高頻超脈衝三維半導體電極水處理反應器
- 內容一：技術原理
- 內容二：技術關鍵
- 內容三：技術前景
技術原理,技術關鍵,技術前景,技術套用領域,技術套用優勢,
技術原理
高頻超脈衝三維半導體電極水處理技術含阻垢防垢、氣浮、絮凝、吸附、殺菌、氧化、還原多種作用機理，利用了電流效應、高頻超脈衝效應、感應電磁場效應、半導體晶格效應，提高了處理效率，大幅度降低能耗。主要機理闡述為：
1、對活性炭進行酸鹼改性處理，除去了活性炭中的酸鹼可溶性物質，增大了活性炭的比表面積，改善了活性炭的吸附活性，提高了其在污水處理過程中的吸附能力和吸附速率，同時改性活性炭作為粒子電極時，其陽極面積相應增大，氧化能力增強，提高了粒子電極對吸附在其表面的難降解有機物的降解能力。2、燒結Al2O3-TiC複合電極，具有很強的硬度，與活性炭配合使用，彌補了活性炭鬆軟易碎的不足，同時，由於晶格活性強，在高頻超脈衝電流時，能瞬間將與其界面接觸的H2O激發成H·和·OH，H·變成H2微泡有氣浮作用，·OH具強氧化性對有機物產生作用。3、採用負載金屬改性，培燒環境下，其表面吸附的鈰鹽、銻鹽、錳鹽和錫鹽分解生成相應的氧化物，並與載體牢固結合在一起，在反應過程中基本無溶出，消除了催化劑流失和處理效果下降等現象。採用過渡金屬改性的活性炭、γ-Al2O3，可以發揮金屬氧化物的協同作用，充分利用電能和強氧化性的羥基自由基，更有效地氧化分解有機污染物。半導體理論解釋載Mn/Sn/Sb的γ-Al2O3半導體電極的電催化特性：無論是錳氧化物還是錫氧化物以及它們的複合氧化物都具有半導性，其導電性介於金屬和絕緣體之間，能加速電子轉移的反應．當它們被填充於主電極之間時。會受到靜電感應而使具有半導體性質的粒子電極兩端產生電勢差，使兩側呈現正負極，使每個顆粒與周圍的水都形成一微電解池，產生·OH氧化水中有機物。Mn和Sn的複合組分粒子電極催化性能更好，因為SnO2的定域態能級高於O2/H202電極電位，SnO2的定域態能級激發電子能夠直接傳遞給表面吸附O2，在固液界面發生O2(g)+2H +2e→H2O2 ；H2O2+e→OH+·OH ；且在有O2條件下在SnO2上能生成強氧化性的活性物種·O和·O，它們不僅停留在粒子表面，而且有向晶格內層擴散的傾向。MnO2和SnO2的晶格常數相近，兩者摻雜後易形成固熔體，增加了粒子電極的活性中心和空穴位，為晶格氧提供了較大的活動空間，提高了催化劑中晶格氧的活動與傳輸能力，有利於O2在粒子電極上轉變為·O、·O和·HO ，多種活性物種·OH，·O、·O和·HO2的存在，加快有機物的反應速率。從半導體理論解釋載CeO2/Sb2O5半導體活性炭電極的電催化特性： CeO2為螢石型非化學計量物質，是典型的缺氧氧化物，高速分散形成的溶膠被吸附後焙燒，能形成CeO2納米膜，而納米顆粒的晶面、晶棱、晶角上存在大量晶格缺陷及懸空鍵，CeO2與Sb2O5摻雜後，提高了正電極的導電能力，在陽極電動勢輔助作用下，螢石型CeO2納米膜中的晶格缺陷極易擴散和轉移，使得CeO2納米膜或納米顆粒有很高的活性，易於吸附帶自由基的活性氧種。自由基或活性氧種直接氧化吸附表面上的有機物，或CeO2晶格氧氧化有機物，而表面的活性氧種補充晶格氧達到再生效果；降解有機物中間產物與催化劑生成了某種形式的配合物，使反應活化能大幅下降導致其降解速度加快。
技術關鍵
污水處理的電化學處理方法的研究與改進，要在電源發生器、反應器結構、三維電極材料與配比3方面進行。極板易腐蝕，使用壽命短的問題，通過電極材料和配比能得以解決；能耗問題，通過電源發生器、反應器結構和三維電極材料與配比3者的協同作用能大幅度降低。電源發生器、反應器結構技術方案確定後，屬基本穩定的因素。但是三維電極材料與配比，是複雜多樣的課題，要想達到最佳的處理效果，針對不同的水質狀況需要採用不同的材料和配比作為電極，這是三維電極水處理技術中的核心技術。在電極材料與配比的研究中，又分為通用材料和專用材料，專用材料要具體針對污水主要污染源進行研究開發。
高頻超脈衝三維半導體電極水處理反應器技術獲得發明專利,與常規電化學技術相比，改進了電源發生器、改進了極板材料及三維電極材料、改進了反應器結構，克服了極板腐蝕、填充電極板結、電化學處理技術能耗高等問題，有3個主要創新點：1）電源發生器採用高頻超脈衝電源發生器，與常規電源發生器相比能耗降低60%以上；2）極板用載釕、銠、鈀等貴金屬塗層的鈦極板取代常規極板，徹底解決了極板消耗和腐蝕問題；3）填充的三維電極材料，用通用的改性活性炭填料和專用的特製半導體電極配比，半導體電極導電效率高，提高單元處理效率的同時降低能耗。
技術前景
本技術既可以用作高濃度難降解有機污水的預處理，以破壞難降解有機物，提高污水的可生化性；也可用作污水生化處理後的深度處理，以確保污水達標排放或回用；還可直接用於油田采出回注水、電鍍污水、苦鹹水等不需生化的水處理領域。同時，本發明維護方便、能耗低，與濕式氧化、臨界流體氧化、臭氧氧化、微波氧化等高效氧化法相比，投資少、效果更徹底。在環保國策的驅動下，在環保領域有巨大的市場契機，能顛覆當前垃圾滲濾液偽科學的處理工藝，在重金屬污染領域和高濃度高鹽度的化工污水行業有巨大的優勢，已經在化工、製藥、油田壓裂液領域有成功套用案例，有顯著的社會效益和經濟效益。
技術套用領域
· 高濃度有機廢水，難氧化降解廢水（化工、製藥）
· 含油廢水· 染料印染廢水
· 電鍍含鋅、鎳、鉻、銅等廢水
· 造紙廢水
· 養殖廢水
技術套用優勢
· 處理單元由電化學、膠體化學、物理化學等多元化機理作用，所以啟動快，去除率高
· 運行時無噪音，無臭味
· 出水無色度，幾乎沒有菌類，適宜作中水回用
· 自動化程度高，按鈕式操作
· 占地面積小，節約土地資源，同時基建費用低
· 運行費用低於普通工藝，具體能耗視水質而定
· 建設周期短，不大於30天· 運行穩定，耐衝擊負荷，不受季節氣溫影響
· 設備體積小，移動便利
· 處理後污泥脫水容易，乾化程度高，便於處理運輸專利證書
