CN104445529B - 上流式电催化反应器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及上流式电催化反应器，包括反应区和撇沫区，在反应区设有：多个平行设置的阳极形态稳定钛板和阴极不锈钢板，用于进行电催化操作；导流格栅，与阳极形态稳定钛板和阴极不锈钢板垂直设置；第一箕形汇水斗，设在导流格栅下部，用于收集电催化过程中产生的残渣或颗粒物；以及进水管，在箕形汇水斗的侧面开孔连接，在撇沫区设有撇沫刷，该撇沫刷被电机驱动而撇去浮沫或浮渣，撇沫区兼作第一静沉池。通过在反应区设置导流格栅，避免了阴阳两极反应区域之间的返混，防止阳极氧化产物在阴极又再次被还原所带来的能量损失，同时最大限度地节约了成本。并且，通过设置撇沫区，有效去除浮沫或浮渣等漂浮物，防止其再次进入水体中影响出水水质。

Description

上流式电催化反应器

技术领域

本发明涉及电化学和水污染控制技术领域，特别涉及一种应用电催化技术处理工业有机废水的上流式电催化反应器。

背景技术

水体污染是指一定量的污水、废水、各种废弃物等污染物质进入水域，超出了水体的自净和纳污能力，从而导致水体及其底泥的物理、化学性质和生物群落组成发生不良变化，破坏了水中固有的生态系统，破坏了水体的功能，从而降低水体使用价值的现象。造成水体污染的因素是多方面的：向水体排放未经过妥善处理的城市生活污水和工业废水；施用的化肥、农药及城市地面的污染物，被雨水冲刷，随地面径流进入水体；随大气扩散的有毒物质通过重力沉降或降水过程而进入水体等。其中第一项是水体污染的主要因素。随着工业生产的发展和社会经济的繁荣，大量的工业废水和城市生活废水排入水体，水污染日益严重。

电催化技术是一种高效清洁的新型水处理技术，由于其具有能耗低、环境友好、选择性低等显著优点，得到了水处理领域的广泛的重视和深入研究。大量的深入研究表明:利用电催化技术不仅能够处理多种难降解有机污染物，同时具有很好的杀菌及抑菌活性，副产物少、毒害作用低。目前，基于钛基电极材料的电催化技术逐渐在水处理领域展现出了诱人的前景，并被认为是当前最具有开发前景的水处理技术。但由于目前对于电催化技术的开发还不够充分，目前以电催化进行水处理的工业化设施还比较简单，处理容易降解的有机污染废水尚可，但对于进水水质变化频繁，干扰因素多，难降解物含量高、水质指标要求苛刻的水处理操作，则暴露出目前的电催化反应器电能利用率低、可调节性差、灵活性不佳、安装费时费力、无法实现大规模处理等缺陷。为了改善电催化反应器对电能的利用效率，许多科学家和实验室都做了大量的研究。如何设计合理的反应器，以实现对电能的高效利用是目前电催化研究的热点和难点。

发明CN 1153736C提供了一种催化电解废水处理装置，是一种底部为"V"型，带有进气口进水口的电解装置。其进气口上部设置有一弧形气体导流板，可实现在气体导流作用下的催化剂定向流动，增加催化剂的利用率，降低反应的能耗。但该装置较为简单，不利于电催化过程中的工艺参数调节，且其设计的电催化过程中需要悬浮颗粒催化剂的参与，给后续的分离回收工作带来了困难。

发明CN 102205996A设计了一种分室电解废水装置，与本专利有相似之处，但其分式设计的目的是为了添加离子交换隔膜，以实现阴阳两极的完全分隔。由于离子交换膜的作用，电催化耗电量可显著降低。由多个电极板紧密排列组成的电极组，使得反应面积显著增加，提高了电解效率。但另一方面，离子交换膜的应用，使反应器成本大幅上升，同时离子交换膜容易堵塞、失活，因此，该反应器仅适用于水质较为清洁的电解水制氢等行业。

电催化反应器作为反应的主体设备，直接决定了催化反应的时空收率。因为反应器的材料、几何形状、进水出水位置设置等很多因素决定了电催化剂活性的发挥和对能源的利用等情况。所以，如何提高对催化剂利用率及使催化剂活性、稳定性得到最大发挥己成为反应器研制和开发的中心，也是环境水处理研究的重点之一。其次，目前电催化反应器的设计开发并无统一的评价标准和规范，模块化的设计可减少科技工作者的工作量，促进水处理技术发展，因此，亟待开发高效合理的新型电催化反应器。

发明内容

本发明是鉴于现有技术中存在的上述问题而做出的，其目的在于，提供一种可有效去除浮沫或浮渣等漂浮物、并且能够防止上升水流在阴阳两级反应区域之间返混、降低成本的上流式电催化反应器。

为了实现上述发明目的，本发明的第一技术方案的上流式电催化反应器，其特征在于，包括反应区和撇沫区，在所述反应区设有：多个平行设置的阳极形态稳定钛板和阴极不锈钢板，用于进行电催化操作；导流格栅，与所述阳极形态稳定钛板和所述阴极不锈钢板垂直设置；第一箕形汇水斗，设在所述导流格栅下部，用于收集电催化过程中产生的残渣或颗粒物；以及进水管，在所述箕形汇水斗的侧面开孔连接，在所述撇沫区设有撇沫刷，该撇沫刷被电机驱动而撇去浮沫或浮渣，所述撇沫区兼作第一静沉池。

通过在反应区设置导流格栅，使上升水流呈层流状态贴附于阴阳极板表面，避免了阴阳两极反应区域之间的返混，防止阳极氧化产物在阴极又再次被还原所带来的能量损失，该设计并未使用离子交换膜等昂贵的分离措施，从而同时最大限度地节约了成本。并且，通过设置撇沫区，使前反应区污水在电催化作用下产生的浮沫或浮渣等漂浮物可有效去除，防止其再次进入水体中影响出水水质。

本发明的第二技术方案的上流式电催化反应器，第一技术方案的基础上，在所述第一箕形汇水斗和所述撇沫区的底部分别开孔设置有卸渣口，各卸渣口分别连接到设在所述箕形汇水斗和所述撇沫区下方的卸渣管。

本发明的第三技术方案的上流式电催化反应器，第二技术方案的基础上，所述上流式电催化反应器还包括第二静沉池，在该第二静沉池下方设有第二箕形汇水斗，该第二箕形汇水斗与所述撇沫区由潜流管相连，第二箕形汇水斗的底部也开孔设置有连接到所述卸渣管的卸渣口。

通过在第一、第二箕形汇水斗和所述撇沫区的底部分别开孔设置有卸渣口，可经由卸渣管将渣滓排出到反应器外，使得渣滓不会随着净化后的水从出水管排出。通过设置第二静沉池，能够进一步静沉经电催化处理和撇沫处理的水，提高出水水质。

本发明的第四技术方案的上流式电催化反应器，包括前反应区、撇沫区和后反应区，在所述前反应区设有：多个平行设置的第一阳极形态稳定钛板和第一阴极不锈钢板，用于进行电催化操作；第一导流格栅，与所述第一阳极形态稳定钛板和所述第一阴极不锈钢板垂直设置；第一箕形汇水斗，设在所述第一导流格栅下部，用于收集电催化过程中产生的残渣或颗粒物；以及进水管，在所述第一箕形汇水斗的侧面开孔连接，在所述撇沫区设有撇沫刷，该撇沫刷被电机驱动而撇去浮沫或浮渣，所述撇沫区兼作静沉池，在所述后反应区设有：多个平行设置的第二阳极形态稳定钛板和第二阴极不锈钢板，用于进行电催化操作；第二导流格栅，与所述第二阳极形态稳定钛板和所述第二阴极不锈钢板垂直设置；以及第二箕形汇水斗，设在所述第二导流格栅下部，用于收集电催化过程中产生的残渣或颗粒物。通过设置后反应区，能够进一步进行电催化处理，以提高出水水质。

本发明的第五技术方案的上流式电催化反应器，第四技术方案的基础上，在所述第一、第二箕形汇水斗和所述撇沫区的底部分别开孔设置有卸渣口，各卸渣口分别连接到设在所述第一、第二箕形汇水斗和所述撇沫区下方的卸渣管。

本发明的第六技术方案的上流式电催化反应器，第一～五技术方案的基础上，所述导流格栅、所述第一、第二导流格栅分别为经纬线连接的不锈钢网，经线分别平行于所述阳极形态稳定钛板、所述第一、第二阳极形态稳定钛板和所述阴极不锈钢板、所述第一、第二阴极不锈钢板，纬线分别垂直于所述阳极形态稳定钛板、所述第一、第二阳极形态稳定钛板和所述阴极不锈钢板、所述第一、第二阴极不锈钢板，经线上每个网眼中叶片状导流板，该导流板平行于所述阳极形态稳定钛板、所述第一、第二阳极形态稳定钛板和所述阴极不锈钢板、所述第一、第二阴极不锈钢板或向上呈20-30度角，以引导水流向上平缓流动。

本发明的第七技术方案的上流式电催化反应器，第一～六技术方案的基础上，所述反应区、所述前反应区、所述后反应区和所述撇沫区的壳体的材质为聚醚砜、聚乙烯、聚苯乙烯、聚氯乙烯、聚四氟乙烯材质中之一。

本发明的第八技术方案的上流式电催化反应器，第一～六技术方案的基础上，所述阳极形态稳定钛板、所述第一、第二阳极形态稳定钛板为带有氧化锡-氧化锑复合中间层的氧化铅-钛极板、带有亚氧化钛中间层的氧化铅-钛极板、氧化锡-氧化锑复合钛极板、亚氧化钛钛极板中之一。

发明效果

通过在反应区设置导流格栅，使上升水流呈层流状态贴附于阴阳极板表面，避免了阴阳两极反应区域之间的返混，防止阳极氧化产物在阴极又再次被还原所带来的能量损失，该设计并未使用离子交换膜等昂贵的分离措施，从而同时最大限度地节约了成本。

并且，通过设置撇沫区，使前反应区污水在电催化作用下产生的浮沫或浮渣等漂浮物可有效去除，防止其再次进入水体中影响出水水质。

再有，由于不像现有技术那样使用离子交换膜，能够降低电催化反应区的成本，并且避免了离子交换膜容易堵塞、失活的问题。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的具体实施方式，下面对具体实施方式部分的描述中使用到的附图作简单说明。

图1为第一实施例的上流式电催化反应器示意图。

图2为第二实施例的上流式电催化反应器示意图。

图中：1上流式电催化反应器，101反应器壳体，102、103隔板，100反应区，103阳极形态稳定钛板，104阴极不锈钢板，105导流格栅，107进水管，106箕形汇水斗，400卸渣管，300撇沫区，301电机，302撇沫刷、12、卸渣口、304潜流管、201出水管、206箕形汇水斗，108、208、308卸渣口。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面，结合附图对本发明的具体的实施方式进行详细描述。

实施例1

如图1所示，本实施例的上流式电催化反应器1由反应器壳体101和多个隔板(102、103)分为反应区100、撇沫区300和第二静沉池200。

具体来说，在上述前反应区100，设有：多个平行设置的阳极形态稳定钛板103和阴极不锈钢板104，用于进行电催化操作；与所述阳极形态稳定钛板103和阴极不锈钢板104垂直设置的导流格栅105；设在导流格栅105下部的箕形汇水斗106；在箕形汇水斗106的侧面开孔连接的进水管107，用于向上流式电催化反应器1内流入污水。

导流格栅105为经纬线连接的不锈钢网，网眼面积2×2cm²，经线平行于阳极形态稳定钛板103和阴极不锈钢板104，纬线垂直于阳极形态稳定钛板103和阴极不锈钢板104，经线上每个网眼中固定有面积为2×5cm²叶片状导流板，导流板平行于阳极形态稳定钛板103和阴极不锈钢板104，引导水流向上平缓流动。所述导流格栅105的网眼面积和导流板的面积可根据需要适当调整，不一定要使用上述的具体尺寸。所述导流板也可向上呈20-30度角，以引导上升水流呈层流状态贴附于阳极形态稳定钛板103、阴极不锈钢板104表面。

撇沫区300上部设置有支架301，支架301上部垂直设置有可转动的尼龙材质的撇沫刷302，刷毛长度15cm左右，在功率为30W的德马克CV-100-3直流电机303的带动下，可撇去电催化过程中产生的浮沫或浮渣。撇沫区300作为撇沫室的同时兼做第一静沉池，通过设在撇沫区300的潜流管304与第二静沉池200连接。所述撇沫刷302的刷毛长度不一定是15cm左右，可根据需要变更长度，所述直流电机303的功率也可以不一定是30W，可根据需要选择适当功率的直流电机。

在第二静沉池200下方设有箕形汇水斗206，在该箕形汇水斗206的侧面开孔设置了出水管201。

在本实施例中，箕形汇水斗106或箕形汇水斗15的切面设置为45度，用于收集电催化过程中产生的残渣或颗粒物。在箕形汇水斗106或箕形汇水斗15的底部开孔连接了卸渣管400。所述箕形汇水斗106或箕形汇水斗15的切面可以不是45度，可根据需要适当设置切面角度。

经过反应区100中的电催化反应和撇沫区300的撇沫处理之后的水通过潜流管304流入后第二静沉池200，再次进行二次静沉操作，处理后的净水通过出水管201排出电催化反应器1。

在本实施例中，作为一例，前后顺次连接的反应区100、撇沫区300和第二静沉池200均为聚氯乙烯材质的方形箱型结构，即反应器壳体101和多个隔板(102、103)均为聚氯乙烯材质。其中，反应区100中放置10(图中只显示了2对)对由带有氧化锡-氧化锑复合中间层的氧化铅-钛极板作为阳极，不锈钢板作为阴极的阴阳电极对。

但是，反应器壳体101也可为聚醚砜、聚乙烯、聚苯乙烯、聚氯乙烯、聚四氟乙烯材质中之一。

阳极形态稳定钛板103可为带有氧化锡-氧化锑复合中间层的氧化铅-钛极板、带有亚氧化钛中间层的氧化铅-钛极板、氧化锡-氧化锑复合钛极板、亚氧化钛钛极板其中之一种。

此外，根据水质情况，也可以不设置第二静沉池200，而直接将通过反应区100和撇沫区300的水通过设在撇沫区的出水管排出到电催化反应器外。

实施例2

如图2所示，本实施例的上流式电催化反应器1由反应器壳体101和多个隔板(102、103)分为前反应区100’、撇沫区300’和后反应区200’。

在本实施例中，前反应区100’和撇沫区300’的结构分别与实施例1中的反应区100和撇沫区300相同，因此省略描述其详细结构。

后反应区200’内设置了：多个平行设置的阳极形态稳定钛板203和阴极不锈钢板204，用于进行电催化操作；与所述阳极形态稳定钛板203和阴极不锈钢板204垂直设置的导流格栅205；设在导流格栅205下部的箕形汇水斗206。

经过前反应区100’中的电催化反应和撇沫区300’的撇沫处理之后的水通过潜流管304流入后反应区200’，再次进行电催化处理，处理后的净水通过出水管201排出电催化反应器1。

在本实施例中，反应器壳体101、隔板102、103的材质与实施例1中同样可为聚醚砜、聚乙烯、聚苯乙烯、聚氯乙烯、聚四氟乙烯材质中之一。

阳极形态稳定钛板203同样可为带有氧化锡-氧化锑复合中间层的氧化铅-钛极板、带有亚氧化钛中间层的氧化铅-钛极板、氧化锡-氧化锑复合钛极板、亚氧化钛钛极板中之一。

以上所述的实施方式仅用于具体说明本发明的精神，本发明的保护范围并不局限于此，对于本技术领域的技术人员来说，当然可根据本说明书中所公开的技术内容，通过变更、置换或变型的方式轻易做出其它的实施方式，这些其它的实施方式都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种上流式电催化反应器，其特征在于，包括反应区和撇沫区，

在所述反应区设有：多个平行设置的阳极形态稳定钛板和阴极不锈钢板，用于进行电催化操作；导流格栅，与所述阳极形态稳定钛板和所述阴极不锈钢板垂直设置；第一箕形汇水斗，设在所述导流格栅下部，用于收集电催化过程中产生的残渣或颗粒物；以及进水管，在所述第一箕形汇水斗的侧面开孔连接，在所述第一箕形汇水斗和所述撇沫区的底部分别开孔设置有卸渣口，各卸渣口分别连接到设在所述第一箕形汇水斗和所述撇沫区下方的卸渣管，

在所述撇沫区设有撇沫刷，该撇沫刷被电机驱动而撇去浮沫或浮渣，所述撇沫区兼作第一静沉池，

所述上流式电催化反应器还包括第二静沉池，在该第二静沉池下方设有第二箕形汇水斗，该第二箕形汇水斗与所述撇沫区由潜流管相连，第二箕形汇水斗的底部也开孔设置有连接到所述卸渣管的卸渣口，

所述导流格栅为经纬线连接的不锈钢网，经线平行于所述阳极形态稳定钛板和所述阴极不锈钢板，纬线垂直于所述阳极形态稳定钛板和所述阴极不锈钢板，经线上每个网眼中固定有叶片状导流板，该导流板平行于所述阳极形态稳定钛板和所述阴极不锈钢板或向上呈20-30度角，以引导水流向上平缓流动。

2.根据权利要求1所述的上流式电催化反应器，其特征在于，

所述反应区、所述撇沫区和第二静沉池的壳体的材质为聚醚砜、聚乙烯、聚苯乙烯、聚氯乙烯、聚四氟乙烯材质中之一。

3.根据权利要求1所述的上流式电催化反应器，其特征在于，

所述阳极形态稳定钛板为带有氧化锡-氧化锑复合中间层的氧化铅-钛极板、带有亚氧化钛中间层的氧化铅-钛极板、氧化锡-氧化锑复合钛极板、亚氧化钛钛极板中之一。

4.一种上流式电催化反应器，其特征在于，包括前反应区、撇沫区和后反应区，

在所述前反应区设有：多个平行设置的第一阳极形态稳定钛板和第一阴极不锈钢板，用于进行电催化操作；第一导流格栅，与所述第一阳极形态稳定钛板和所述第一阴极不锈钢板垂直设置；第一箕形汇水斗，设在所述第一导流格栅下部，用于收集电催化过程中产生的残渣或颗粒物；以及进水管，在所述第一箕形汇水斗的侧面开孔连接，

在所述撇沫区设有撇沫刷，该撇沫刷被电机驱动而撇去浮沫或浮渣，所述撇沫区兼作静沉池，

在所述后反应区设有：多个平行设置的第二阳极形态稳定钛板和第二阴极不锈钢板，用于进行电催化操作；第二导流格栅，与所述第二阳极形态稳定钛板和所述第二阴极不锈钢板垂直设置；以及第二箕形汇水斗，设在所述第二导流格栅下部，用于收集电催化过程中产生的残渣或颗粒物，在所述第一、第二箕形汇水斗和所述撇沫区的底部分别开孔设置有卸渣口，各卸渣口分别连接到设在所述第一、第二箕形汇水斗和所述撇沫区下方的卸渣管，所述第一、第二导流格栅分别为经纬线连接的不锈钢网，经线分别平行于所述第一、第二阳极形态稳定钛板和所述第一、第二阴极不锈钢板，纬线分别垂直于所述第一、第二阳极形态稳定钛板和所述第一、第二阴极不锈钢板，经线上每个网眼中叶片状导流板，该导流板平行于所述第一、第二阳极形态稳定钛板和所述第一、第二阴极不锈钢板或向上呈20-30度角，以引导水流向上平缓流动。

5.根据权利要求4所述的上流式电催化反应器，其特征在于，

所述前反应区、所述后反应区和所述撇沫区的壳体的材质为聚醚砜、聚乙烯、聚苯乙烯、聚氯乙烯、聚四氟乙烯材质中之一。

6.根据权利要求4所述的上流式电催化反应器，其特征在于，

所述第一、第二阳极形态稳定钛板为带有氧化锡-氧化锑复合中间层的氧化铅-钛极板、带有亚氧化钛中间层的氧化铅-钛极板、氧化锡-氧化锑复合钛极板、亚氧化钛钛极板中之一。