CN102101707A - 用于降解污水的三维电极电催化氧化反应器 - Google Patents
用于降解污水的三维电极电催化氧化反应器 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了用于降解污水的三维电极电催化氧化反应器，它包括容器和电源装置；容器设有入水口和出水口。容器内装设有电极组，电极组包括等数且均匀间隔交错布置的多个正电极和多个负电极，容器之内的液体中加装有沸石颗粒用于作为第三电极；电源装置导电连接电极组的正负电极。它具有如下优点：1.正负电极获得电能，则污水液体中分解出H离子和O离子，使沸石颗粒能形成为微小原电池，微小原电池将H离子和O离子转换成OH羟基自由基离子；2.正负电极获得电能，沸石颗粒起到粒子电极作用并发挥离子转换作用使电极周表及液体中产生大量的OH羟基自由基离子。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于降解污水的三维电极电催化氧化反应器。
背景技术
三维电极电催化氧化反应器，包括阴阳极。该种反应器除了选择较适合的阴阳极电极材料和合适的电极间距及电极形状、结构、排布、面积等因素外，找到一种适合作为三维电极的粒子物质是三维电极电催化氧化反应器能否发挥较高效能的最为重要的、最为首要的最为关键的所在。
目前三维电极大都选用活性炭或改性碳类物质作为三维电极粒子。它虽然具有适用范围较广、材料来源多、价格相对较低的优点，但也存在有如下缺点：1.针对性不强，对于特种特定污水内某些物质含量高时，其效能较低；2.因其粒子表面硬度很低，在反应过程中容易破损而使颗粒变小而失去电活性；3.因其比重小容易浮出液面而流失或混入已处理过的水中而增加例如污水处理设备的设计制造难度和成本，也增加设备的故障率；4.碳粒子废弃后虽无二次污染之优点，但无利用价值也给污水处理增加成本。
发明内容
本发明提供了用于降解污水的三维电极电催化氧化反应器，其克服了背景技术中的电极电催化氧化反应器的不足。
本发明解决其技术问题的所采用的技术方案是：
用于降解污水的三维电极电催化氧化反应器，它用于降解污水液体，它包括一容器和一电源装置；所述容器设有位于容器底部的入水口和位于容器顶部的出水口；所述容器内装设有电极组，所述电极组包括等数且均匀间隔交错布置的多个正电极和多个负电极，所述容器之内的液体中加装有沸石颗粒用于作为第三电极；所述电源装置导电连接电极组的正负电极。
一较佳实施例之中：所述容器内装设有多个电极组，所述多个电极组上下间隔布置。
一较佳实施例之中：它还包括一循环机构，它包括一装设在容器的循环泵和一循环管，所述循环管一端连接在容器底部，另一端连接在容器顶部，所述循环泵连接循环管，以循环搅拌容器内的液体。
一较佳实施例之中：所述容器之顶部设有一出气口，所述出气口处连接有一防泡沫溢出网。
一较佳实施例之中：所述容器内壁贴设有绝缘内壁。
一较佳实施例之中：所述电源装置包括一电源和一控制器，所述控制器连接电源和电极组。
一较佳实施例之中：所述控制器用于控制正负电极循环交换。
一较佳实施例之中：所述电极组包括一正导电杆、一负导电杆、与正电极等数的正助导器和与负电极等数的负助导器；所述每一正、负电极都开设有二通孔，所述通孔内都套有绝缘套；该些正、负电极的二绝缘套分别套接在正、负导电杆之上；该些正助导器都导电套接在正导电杆之上并分别导电靠接该些正电极，该些负助导器都导电套接在负导电杆之上并分别导电靠接该些负电极。
一较佳实施例之中：所述电极组还包括一正导电板和一负导电板，所述正导电板具有一第一侧面，该些正电极均匀间隔导电固接在正导电板第一侧面，所述负导电板具有一第二侧面，该些负电极均匀间隔导电固接在负导电板第二侧面；所述正导电板和负导电板面向布置，第一侧面和第二侧面面向。
一较佳实施例之中：所述容器之内的液体中添加NaCl溶液。
本技术方案与背景技术相比，它具有如下优点：
1.正负电极获得电能，则污水液体中分解出H离子和O离子，使沸石颗粒形成为微小原电池，微小原电池将H离子和O离子转换成OH羟基自由基离子，达到强氧化效果，尤其适用于含有难解高氨氮和高COD的污水降解；
2.所述沸石颗粒有超过碳类粒子的强降解氨氮的效用，该沸石粒子废弃后无二次污染，该沸石粒子中吸附了充足的氨氮物质可以直接作为氮肥作用；
3.正负电极获得电能，沸石颗粒起到粒子电极作用并发挥离子转换作用使电极周表及液体中产生大量的OH羟基自由基离子；
4.循环机构循环搅拌容器内的液体，使沸石颗粒均匀分布悬浮在液体中；
5.入水口位于容器底部，出水口位于容器顶部，则保证污水降解充分；
6.容器之顶部设有一出气口，用于挥发降解产生的气体，防泡沫溢出网用于防止污水产生的泡沫溢出；
7.控制器用于控制正负电极循环交换，能使正负电极循环交替溶解掉电极表面吸附的悬浮物，能使电极导电性持久；
8.通过正导电板连接多个正电极，通过负导电板连接多个负电极，正负电极交错均匀间隔布置，则电极间距小，容积内的电极面积大，构造紧凑、牢固、便于维护，导电性能好，电催化氧化效果好，能吸附悬浮物，尤其适用于污水降解过程中；
9.正负电极交错均匀间隔布置，则结构简单、节省材料，则电极间距小，容积内的电极面积大，导电性能好，电催化氧化效果好，尤其适用于污水降解过程中；
10.添加NaCl溶液，则能降低电耗，能在电极周表及液体中产生大量HOCL2离子，HOCL2离子发生强氧化作用和病菌杀灭作用，从而降解了污水中的有机物和其它有害物质
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
图1绘示了第一较佳实施例的反应器的示意图。
图2绘示了第一较佳实施例的电极组的示意图。
图3绘示了第二较佳实施例的电极组的示意图。
图4绘示了图3的B处放大示意图。
图5绘示了第二较佳实施例的正导电杆、正电极等组合的示意图。
具体实施方式
第一较佳实施例
请查阅图1及图2，用于降解污水的三维电极电催化氧化反应器，它用于降解污水液体，它包括一容器100和一电源装置200。
本实施例之中，所述容器100包括一外壳110、一贴设在外壳110内壁的绝缘内壁120和一能装拆盖接在外壳110之上的盖体130。所述外壳110根据污水的腐蚀性程度可采用不锈钢、钢、玻璃钢、塑料或钛合金等材料制作。
本实施例之中，所述容器100的外壳110底部设有一清洗口，所述清洗口处装设有一清洗污垢阀140，用于在清洗容器内的元器件时候，清洗后的液体能通过清洗污垢阀140排出。
本实施例之中，所述容器100的外壳110底部设有一入水口，所述外壳110的顶部设有一出水口150。另设有一污水管190，它一端口用于接入污水，另一端口连接在入水口。
本实施例之中，所述容器100的盖体130设有一出气口，所述出气口处连接有一防泡沫溢出网，用于防止污水泡沫溢出容器100之外。
本实施例之中，所述容器100上还设至少一循环机构，它包括一装设在容器100的盖体130的循环泵160和一循环管170，所述循环从管170一端连接在一开设在外壳110底部的循环口，另一端连接在容器100的外壳110顶部，所述循环泵160连接循环管170，以能将容器100底部的水抽至顶部并向下冲，通过液体下冲充分循环搅拌容器内的液体，以使三维电极粒子均匀悬浮于液体。
本实施例之中，所述容器100的外壳110的底部处设有一缓冲空间层180。
所述容器100内装设有多个上下间隔布置的电极组300，所述电极组300包括一正导电板310、一负导电板320、多个正电极330、多个负电极340、一绝缘的第一固定杆350和二绝缘的第二固定杆360，所述多个正电极330和多个负电极340等数。本实施例之中，正、负电极330、340表面形态为粗糙表面。本实施例之中，正、负电极330、340材料可选用为不溶性金属材料，或，为不溶性金属基材表层氧化涂层材料(DSA电极)。本实施例之中，正、负电极330、340面积比为1∶1。
所述正导电板310，它具有一第一侧面；其中，所述正导电板310为弧形片，所述第一侧面为正导电板的内弧面。所述负导电板320，它具有一第二侧面；其中，所述负导电板320为弧形片，所述第二侧面为负导电板的内弧面。
该些正电极330，它们均匀间隔导电固接在正导电板310第一侧面；该些负电极340，它们均匀间隔导电固接在负导电板320第二侧面。所述正负电极230、240厚度都为0.1-5mm，可选3mm，而且，每相邻二正电极330之间的间距为6mm，每相邻二负电极340之间的间距为6mm。
所述正导电板310和负导电板320装设在容器100的绝缘内壁120之内，所述绝缘内壁120和正、负导电板310、320之间留有间隙。所述正导电板310和负导电板320面向布置，第一侧面和第二侧面面向，而且，该些正电极330和该些负电极340交错并均匀间隔，每相邻正负电极330、340之间的间距为3mm。本实施例之中，正负二极并列排布并布满容器截面，最好，所述间隙可选2-10mm。
本实施例之中，所述正导电板310之外弧面设有正外连导电线路370，所述负导电板320之外弧面设有负外连导电线路380。
所述第一固定杆350材质采用尼龙，它设置成螺栓结构，并垂直穿过该些正负电极330、340，而且，每相邻的正负电极330、340之间都设有第一绝缘垫，所述第一绝缘垫套接在第一固定杆350上，另配设绝缘螺帽390螺接第一固定杆350，以将该些正负电极330、340、第一绝缘垫固接在一起。本实施例之中，第一固定杆350的轴线位于正负导电板310、320之中间面左右。
所述第二固定杆360材质采用尼龙，该二第二固定杆360垂直穿过该些正负电极330、340且它和该些正负电极330、340固接在一起，而且，每相邻的正负电极330、340之间都设有第二绝缘垫，所述第二绝缘垫套接在第二固定杆360上。
所述电源装置200包括一电源和一控制器，所述控制器导电连接电源和电极组。本实施例之中，所述控制器用于控制正负电极循环交换。本实施例之中，所述控制器的导电排通过开设在盖体130之上的通道进入容器之内并导电连接正负电极的正外连导电线路370和负外连导电线路380。根据需要，也可直接选用交流电，则可节省控制器。
本实施例之中，非导电接点部位用绝缘涂料或包扎绝缘层方法绝缘。
本实施例之中，在没有液体的情况下，正负二电极330、340间为互不导电的断路状态。本实施例之中，电极组300可以是单层结构，也可以是多层结构，层与层之间电极组300排列间距大于0，并以能够全部浸没在液体中为宜(本案例上下相邻二电极组交错方向排列)。本实施例之中，层与层之间电极组300排列间距大于0且小于20cm，本案例最佳方案为10mm、15mm、20mm。上下电极组之间除导电线路连通外，在没有液体情况下，不含有电流导通，处于断开状态。
本实施例之中，所述容器100之内的液体中加装有沸石颗粒用于作为第三电极。本实施例之中，加入沸石颗粒的量为液体重量的1-20％，此范围根据污水含氨氮量来决定，当污水含氨氮量小时所填粒子数量要少，大时亦多。本实施例之中，沸石颗粒可选用天然沸石或合成沸石，其粒径范围为大于30目且小于1mm。粒径范围根据电极组电流密度大小来决定，电流密度大时粒径亦大，电流密度小时粒径亦小。本案例选择0.1A/dm2电流对应30目粒径沸石，0.5A/dm2时对应20目，1A/dm2时对应0.1mm粒径，1.5A/dm2时对应0.5mm粒径，2A/dm2时对应0.8mm粒径，3A/dm2时对应1mm粒径。
本实施例之中，污水降解过程如下描述：污水通过入水口进入容器100之内，经反应器100反应将污水降解为气体N2、CO2和清水，清水通过出水口150排出。本实施例之中，所述污水可为有机污水，例如人体排泄物、动物排泄物等。其中的反应器反应如下描述：正负电极330、340获得电能，则污水液体中分解出H离子和O离子，则沸石颗粒能形成为微小原电池，微小原电池将H离子和O离子转换成OH羟基自由基离子；正负电极获得电能，沸石颗粒起到粒子电极作用并发挥离子转换作用使电极周表及液体中产生大量的OH羟基自由基离子。本实施例之中，采用沸石粒子颗粒作为三维电极粒子，具有超过碳类粒子的强降解氨氮的效用，而且，该沸石粒子废弃后无二次污染，该沸石粒子中吸附了充足的氨氮物质可以直接作为氮肥使用，该沸石粒子可采用天然沸石粉也可采用合成沸石粉。
根据需要，还可在液体中添加NaCl溶液，在电极电催化氧化过程中，能够在电极周表及液体中产生大量HOCL2离子，HOCL2离子发生强氧化作用和病菌杀灭作用，从而降解了污水中的有机物和其它有害物质。本实施例之中，所述液体中的NaCl浓度维持在1-5g/L范围内，并可根据容器内污水的有害病菌的含量来调节浓度。
第二较佳实施例
它与第一较佳实施例不同之处在于：请查阅图3至图5，电极组300包括一正导电杆301、一负导电杆302、N个(N为大于等于2的自然数)正电极330、N个正助导器、N个负电极340和N个负助导器。
所述每一正、负电极330、340都开设有二通孔，所述通孔内都套有绝缘套；该些正、负电极330、340的二绝缘套分别套接在正、负导电杆301、302之上，而且，该些正、负电极330、340均匀间隔交错布置。
该些正助导器都导电套接在正导电杆301之上并分别导电靠接该些正电极330，本实施例之中，所述正助导器包括二正助导片306，所述二正助导片306都导电套接在正导电杆301之上并分别导电靠接在对应正电极330之二侧。
该些负助导器都导电套接在负导电杆302之上并分别导电靠接该些负电极340，本实施例之中，所述负助导器包括二负助导片307，所述二负助导片307都导电套接在负导电杆302之上并分别导电靠接在对应负电极340之二侧。
所述正导电杆301之上的每相邻的正助导片306和负电极340之间都设有一套接在正导电杆301之上的第一绝缘片308；所述负导电杆302之上的每相邻的负助导片307和正电极330之间都设有一套接在负导电杆302之上的第二绝缘片305。
本实施例之中，所述正导电杆301为螺杆，所述正助导片306呈螺母状，所述第一绝缘片308呈螺母状；所述负导电杆302为螺杆，所述负助导片307呈螺母状，所述第二绝缘片305呈螺母状。
本实施例之中，所述正导电杆301之上导电连接有一正极导出板3011，所述负导电杆302之上导电连接有一负极导出板3021。
本实施例之中，还包括至少一防短路绝缘梳A，所述防短路绝缘梳A上开设有2N个均匀间隔的绝缘缺口A1，所述相邻二绝缘缺口A1的间隔间距和相邻正负电极330、340的间隔间距相适配，所述绝缘缺口A1和正电极330或负电极340相适配。所述防短路绝缘梳A的缺口A1套接在电极上。
所述控制器导电连接正极导出板3011和负极导出板3021。
以上所述，仅为本发明较佳实施例而已，故不能依此限定本发明实施的范围，即依本发明专利范围及说明书内容所作的等效变化与修饰，皆应仍属本发明涵盖的范围内。
Claims (10)
1.用于降解污水的三维电极电催化氧化反应器，它用于降解污水液体，其特征在于：它包括一容器和一电源装置；所述容器设有位于容器底部的入水口和位于容器顶部的出水口；所述容器内装设有电极组，所述电极组包括等数且均匀间隔交错布置的多个正电极和多个负电极，所述容器之内的液体中加装有沸石颗粒用于作为第三电极；所述电源装置导电连接电极组的正负电极。
2.根据权利要求1所述的用于降解污水的三维电极电催化氧化反应器，其特征在于：所述容器内装设有多个电极组，所述多个电极组上下间隔布置。
3.根据权利要求1所述的用于降解污水的三维电极电催化氧化反应器，其特征在于：它还包括一循环机构，它包括一装设在容器的循环泵和一循环管，所述循环管一端连接在容器底部，另一端连接在容器顶部，所述循环泵连接循环管，以循环搅拌容器内的液体。
4.根据权利要求1所述的用于降解污水的三维电极电催化氧化反应器，其特征在于：所述容器之顶部设有一出气口，所述出气口处连接有一防泡沫溢出网。
5.根据权利要求1所述的用于降解污水的三维电极电催化氧化反应器，其特征在于：所述容器内壁贴设有绝缘内壁。
6.根据权利要求1所述的用于降解污水的三维电极电催化氧化反应器，其特征在于：所述电源装置包括一电源和一控制器，所述控制器连接电源和电极组。
7.根据权利要求6所述的用于降解污水的三维电极电催化氧化反应器，其特征在于：所述控制器用于控制正负电极循环交换。
8.根据权利要求1所述的用于降解污水的三维电极电催化氧化反应器，其特征在于：所述电极组包括一正导电杆、一负导电杆、与正电极等数的正助导器和与负电极等数的负助导器；所述每一正、负电极都开设有二通孔，所述通孔内都套有绝缘套；该些正、负电极的二绝缘套分别套接在正、负导电杆之上；该些正助导器都导电套接在正导电杆之上并分别导电靠接该些正电极，该些负助导器都导电套接在负导电杆之上并分别导电靠接该些负电极。
9.根据权利要求1所述的用于降解污水的三维电极电催化氧化反应器，其特征在于：所述电极组还包括一正导电板和一负导电板，所述正导电板具有一第一侧面，该些正电极均匀间隔导电固接在正导电板第一侧面，所述负导电板具有一第二侧面，该些负电极均匀间隔导电固接在负导电板第二侧面；所述正导电板和负导电板面向布置，第一侧面和第二侧面面向。
10.根据权利要求1所述的用于降解污水的三维电极电催化氧化反应器，其特征在于：所述容器之内的液体中添加NaCl溶液。
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