CN105461024B - 三维电极反应装置 - Google Patents

Abstract

本发明公布了一种三维电极反应装置，该反应装置通过设置平行交错放置的板式主电极、带孔隙绝缘筐以及填充其中的粒子电极、曝气管、表面为细丝网的绝缘框、支撑柱和三通，避免了废水短流，使污水混合更均匀的同时减少了停留时间；曝气更均匀，深化了污水的混匀程度，大大提高了传质效率；粒子电极的分块化设计，不仅能去除传统装置的卸料口，使装卸粒子电极更加便捷、干净，还能阻断传统三维电极反应装置中难以克服的短路电流，经济、绿色且高效；在混匀出水的同时能去除气液混合物；可以避免虹吸问题的出现；污水的高度可通过出水管的长度进行控制，从而控制粒子电极填充量这一基本参数，进一步获得更好的处理效果。

Description

三维电极反应装置

技术领域

本发明属于三维电极污水处理领域，尤其涉及一种三维电极反应装置。

背景技术

通过查阅文献并进行相关研究，发现现有研究中的电催化氧化反应器难以摆脱电极的设置及反应器结构设计单一化的问题，有在电极的设置上进行突破的案例，如专利号为20151074092.6的发明专利：一种采用多极板折流电絮凝技术处理含磷废水的方法及装置。该发明对于电极的设置进行了突破，但是仍为二维电极，且处理工艺仅为电絮凝、处理对象仅为含磷废水，所涉范围太过狭窄。而当下应用在实际生产中的三维电极电催化氧化反应器更是屈指可数，且问题繁多。

现有技术存在的问题从大的方面来说主要有三点：

1.并不能从根本上解决电流效率低、受传质限制等问题。

2.需要在电催化材料、电催化氧化反应装置上做进一步的研究改进。

3.三维电极难以克服短路电流造成的一系列问题。

发明内容

为了达到上述目的，本发明提供了一种传质效率高、针对高难度废水、可进行电絮凝或者电吸附工艺的三维电极反应装置。

本发明提供了一种三维电极反应装置，其包括一壳体，多个板式主电极，若干粒子电极，以及若干曝气装置，所述壳体中间设置有隔断板并由所述隔断板分割为上方的反应区和下方的出水室，所述多个板式主电极彼此平行设置且纵向固定在隔断板上并将反应区分割为多个隔室，每个隔室底部对应设置有曝气装置，位于头部的隔室上设置有进水口，位于尾部的隔室底部的隔断板设置有水流通孔，出水室上设置有出水口，所述板式主电极上开设有水流通道，所述多个粒子电极分别填充在各个隔室内并与板式主电极彼此绝缘。

优选的，所述水流通道设置在板式主电极与壳体侧壁之间，且相邻板式主电极上的水流通道彼此交错分布。

优选的，还包括若干表面为细丝网的绝缘框，所述绝缘框罩设在曝气装置上方。进一步优选的，所述曝气装置为曝气管，多个曝气管分别设置于每个隔室底部。

优选的，还包括多个带孔隙的绝缘筐，所述绝缘筐设置于各个隔室内，且绝缘筐内填充有粒子电极，绝缘筐之孔隙尺寸小于粒子电极尺寸。

优选的，所述出水室内部设置有多个支撑柱，所述支撑柱上下两端分别抵持隔断板和壳体底部。

优选的，所述出水口外部连接有出水管，出水管上连接有与大气连接的三通。

优选的，所述板式主电极的电极材料为石墨、不锈钢或DSA。

优选的，所述粒子电极为活性炭基高效粒子电极。

优选的，所述三维电极反应装置设置有两个或两个以上，且彼此相互连通，部分三维电极反应装置底部设置有垫高层。

本发明提供的三维电极反应装置有益效果如下：

(1)首先，在电极材料的选择上面基于研究选用了石墨、不锈钢、DSA三种电极。由于这三种电极分别在不同方面具有各自的优势，因此针对不同的污水可在其中选择最优电极进行应用，还可根据不同处理工艺(如电絮凝、电吸附)的要求更换为对应的电极，以扩大本装置的用途，使本发明具有广谱性。

(2)其次，本发明选用粒子电极填充的方式形成第三维电极，由于三维电极与传统二维电极相比，有更高的电解槽面体比，有更大的传质速度和反应速度，电流效率和时空效率高，处理效果较传统二维电极有了很大的提升。同时，结合本发明中平行错开分布的电极组合，其降解效能与普通三维电极相比也高出很多。

(3)另外，本发明对于三维电极电催化氧化反应装置在反应时普遍存在短路电流的问题做了重点克服，以尽可能提高电流效率和粒子电极复极性。本发明在每一隔室安装有一个带孔隙的绝缘筐，且绝缘筐不接触主电极。在绝缘筐内填充粒子电极，由此可阻隔粒子电极直接接触主电极，从而避免短路电流，同时实现了粒子电极的分块化。可以了解到，本发明相较于传统三维电极电催化氧化反应器，污水的降解效能可大幅度提高。现有三维电极电催化氧化反应器在清洗时，只能从卸料口人工掏出，费时费力，且粒子电极会停留在反应器死角难以取出，清洗难度很大。得益于粒子电极分块化的设计，可通过卸下绝缘筐而将粒子电极全部取出，从而无需另外设置卸料口，清洗难度较传统三维电极有了很大的降低，且绝缘筐底部四周设计为直角凹陷形式，对应地，绝缘筐上边四周也为相契合的直角凹陷形式，以保持绝缘筐堆叠放置时保持固定，使其在反应时难以滑动，这一设计带来的优点在大型反应器的使用中尤为突出。另外，取出粒子电极后，还可更换主电极进行电絮凝或者电吸附，大大提高了本发明的使用范围。

(4)本发明通过将普通平行电极反应器设计中极板的平行对称分布改为平行错开分布，且以组合方式放置。水沿着平行于电极的方向从反应器一侧进入，不断折流通过折板电极组合。每一隔室都设有管式曝气，在折流通过电极组的过程中会不断经受底部曝气的冲击，且每根曝气管上方都设置有表面为细丝网的绝缘筐，不仅能使大气泡通过细丝网后更均匀地分布在反应区内，同时可支撑上方填充有粒子电极的绝缘筐，使得曝气更均匀，曝气管也不会被压至变形。由此污水在反应器内湍动剧烈，相较于现有三维电极电催化氧化反应器中的普通流态以及仅有的两片电极设置，本发明中折流形式电极组合可减少停留时间，且折板形式本身可使污水折流通过时混合更均匀，再辅以每隔室间的曝气管，湍动会更加剧烈，改善了普通三维电极电催化氧化反应装置曝气不均匀、传质受限的不足。

(5)对于布气，本发明考虑了各种类型曝气器的优缺点，最后采用每个隔室放置曝气管来达到均匀曝气的目的。现在常用的主流曝气器主要有陶瓷曝气器、管式曝气器以及盘式曝气器。好的陶瓷曝气器传质效率不错，但是成本太高，且随着使用时间的延长，他们的孔隙会结垢，清理需要另花时间及成本；而盘式曝气器压头损失较管式小，但存在曝气死区，有部分区域污水无法搅动，且随着不断使用，会有泥沙沉积；管式曝气器成本低，不存在曝气死区，虽然压头损失大，但由于反应装置相对于生化处理构筑物占地面积很小，布气管很短，因此压头损失问题可以不考虑。在本发明中，每个隔室底部都放置有曝气管，可保证整个三维电极反应装置曝气均匀、湍动剧烈、传质效率更高。

(6)另外，本发明设置有出水室，可使出水气液分离，不会因底部的曝气而使出水含有大量气液混合物，从而无需在排水管上另外增设气液分离器，可节约设备及用电成本。其中，出水孔在最后一隔室的下方，出水管在第一隔室的下方，出水孔与出水管分别位于出水室的两端，在出水室中还交错分布有若干支撑柱，在支撑上层隔板的同时能使出水从出水孔流向出水管的过程中尽可能地混匀，以保证取样检测时水质均匀，以及增设二级反应器使进水水质均匀、提高二级反应器曝气传质效率。

附图说明

图1为实施例1的三维电极反应装置的正视结构示意图。

图2为实施例1的三维电极反应装置的俯视结构示意图。

图3为板式主电极的排布结构俯视示意图。

图4为表面为细丝网的绝缘框的俯视结构示意图。

图5为实施例2的三维电极反应装置的正视结构示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明，应当理解，此处描绘的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例1

如图1所示，结合图2，本发明提供一种三维电极反应装置，其包括一壳体1，多个板式主电极2，若干粒子电极3，以及若干曝气管4。

所述壳体1中间设置有隔断板11并由所述隔断板11分割为上方的反应区12和下方的出水室13，反应区12的壳体1上设置有进水口15，可供污水流入反应区12。出水室13上设置有出水口17，处理完的净化水流入出水室13并经此口排出。具体的，所述进水口15与外部进水管9连接，进水管9下部开有间隔均匀的小孔，以保证均匀进水。所述出水口17外部连接有出水管7，出水管7上连接有与大气连接的三通8。如此，可有效避免虹吸现象的发生。

所述多个板式主电极2彼此平行设置且纵向固定在隔断板11上并将反应区12分割为多个隔室14。如图3所示，所述板式主电极2底部与隔断板11之间密封，侧面壳体1一侧壁密封并与另一侧壁之间设置有水流通道21，且相邻板式主电极2上的水流通道21彼此交错分布，如此，污水在从一个隔室14流经另一个隔室14的过程中往返流动，可使得污水混合更均匀，停留时间更短，且曝气更加充分。此外，可增大传质效率。所述板式主电极2的电极材料为石墨、不锈钢、DSA三种，以适应不同污水处理条件，从而扩大本装置的用途。所述板式主电极2连接电源的方式有两种，一种为阴极与阳极交叉放置，另一种为阴、阳极中间插入一感应电极。

所述进水口15设置于位于头部的隔室14上，而位于尾部的隔室14底部的隔断板11设置有水流通孔16，如此，污水经进水口15流入位于头部的隔室14，最后经水流通孔16进入出水室13。具体的，所述水流通孔16为密集分布的出水小孔。

每个隔室14底部对应设置有曝气装置4。还包括若干表面为细丝网的绝缘框5，所述绝缘框5罩设在曝气装置4上方。如此，保证支撑粒子电极3的同时使布气更均匀。具体的，所述绝缘框5材质为PP板，上下开口，上表面安装一层塑料细网。在本实施例中，所述曝气装置4为曝气管，多个曝气管分别设置于每个隔室14底部且位于隔断板11的上方。

所述若干粒子电极3分别填充在各个隔室14内并与板式主电极2彼此绝缘。在本实施例中，还包括多个带孔隙的绝缘筐6，所述绝缘筐6设置于各个隔室14内，且绝缘筐6内填充有粒子电极3，绝缘筐6之孔隙尺寸小于粒子电极3尺寸。如此，一方面，可有效防止粒子电极3与板式主电极2接触导致的短路；另一方面，能去除传统装置的卸料口，使装卸粒子电极更加便捷、干净，经济、绿色且高效。具体的，所述绝缘筐6材料为PP板，所述绝缘筐6为下闭上开型，四壁及底部开有密集的缝隙，所述缝隙大小需保证粒子电极3不能通过而污水可自由通过。具体的，所述粒子电极3为活性炭基高效粒子电极。

所述出水室13内部设置有多个支撑柱18，所述支撑柱18上下两端分别抵持隔断板11和壳体1底部。如此，处理后的污水与支撑柱18冲击，可达到保证出水水质均匀的效果。

本实施例的三维电极反应装置的操作和使用说明如下：

连接好电源，污水由进水管9均匀喷下，进入壳体1头部的第一个隔室14，经由平行交错分布的板式主电极2和每一隔室14中用绝缘筐6隔离绝缘的粒子电极3，通过充分的反应到达最后的尾部隔室14，途中还会受到来自每一隔室14底部曝气装置4的曝气，由于曝气时气体通过了绝缘框5，使得曝气更加均匀、传质效率更高；污水经反应到达最后一隔室14后流入水流通孔16，再不断经过出水室13中的支撑柱18，最后到达出水口17，该过程中净化水已充分混匀，在保证出水水质均匀的基础上可有效分离气液混合物；净化水进入出水管7，由出水管7排出，在此过程中会流经三通9，可有效避免虹吸现象的发生。

实施例2

本实施例的三维电极反应装置与实施例1基本相同，不同之处在于：如图4所示，所述三维电极反应装置设置有两个，分别对应为一级反应器a和二级反应器b，一级反应器a之进水管9与二级反应器b之出水管7连通，所述二级反应器b底部设置有垫高层19。

本发明所述的三维电极反应装置，污水在各个隔室14内沿极板折叠流动，避免了污水短流，使污水混合更均匀的同时缩短了停留时间。每一隔室14底部布有曝气装置4，其上方罩设有表面为细丝网的绝缘框5，绝缘筐5保护曝气管不受粒子电极压迫的同时，可使大气泡经由细丝网分割成无数个小气泡进入到反应区中，从而使曝气更均匀，深化了污水的混匀程度，大大提高了传质效率。反应区中填充有粒子电极3的带孔隙的绝缘筐6实现了三维电极反应装置中粒子电极3的分块化，该设计不仅能去除传统装置的卸料口，使装卸粒子电极更加便捷、干净，还能阻断传统三维电极反应装置中难以克服的短路电流，经济、绿色且高效。污水经过反应到达尾部隔室14中，通过其下方的水流通道21进入到出水室中，经由交错放置的支撑柱18，在混匀出水的同时能去除气液混合物，最后通过出水管7排出。由于出水管7设置了与大气连通的三通8，因此可以避免虹吸问题的出现，同时三维电极反应装置内污水的高度可通过出水管7的长度进行控制，从而控制粒子电极3填充量这一基本参数，进一步获得更好的处理效果。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种三维电极反应装置，其包括一壳体(1)，多个板式主电极(2)，若干粒子电极(3)，以及若干曝气装置(4)，所述壳体(1)中间设置有隔断板(11)并由所述隔断板(11)分割为上方的反应区(12)和下方的出水室(13)，所述多个板式主电极(2)彼此平行设置且纵向固定在隔断板(11)上并将反应区(12)分割为多个隔室(14)，每个隔室(14)底部对应设置有曝气装置(4)，位于头部的隔室(14)上设置有进水口(15)，位于尾部的隔室(14)底部的隔断板(11)设置有水流通孔(16)，出水室(13)上设置有出水口(17)，所述板式主电极(2)上开设有水流通道(21)，所述多个粒子电极(3)分别填充在各个隔室(14)内并与板式主电极(2)彼此绝缘，所述隔室(14)内还设置有多个带孔隙的绝缘筐(6)，所述粒子电极(3)填充在绝缘筐(6)内，所述绝缘筐(6)为下闭上开型，四壁及底部开有密集的缝隙，所述绝缘筐(6)之缝隙尺寸小于粒子电极(3)尺寸。

2.如权利要求1所述的三维电极反应装置，其特征在于：所述水流通道(21)设置在板式主电极(2)与壳体(1)侧壁之间，且相邻板式主电极(2)上的水流通道(21)彼此交错分布。

3.如权利要求1所述的三维电极反应装置，其特征在于：还包括若干表面为细丝网的绝缘框(5)，所述绝缘框(5)罩设在曝气装置(4)上方。

4.如权利要求3所述的三维电极反应装置，其特征在于：所述曝气装置(4)为曝气管，多个曝气管分别设置于每个隔室(14)底部。

5.如权利要求1所述的三维电极反应装置，其特征在于：所述出水室(13)内部设置有多个支撑柱(18)，所述支撑柱(18)上下两端分别抵持隔断板(11)和壳体(1)底部。

6.如权利要求1所述的三维电极反应装置，其特征在于：所述出水口(17)外部连接有出水管(7)，出水管(7)上连接有与大气连接的三通(8)。

7.如权利要求1所述的三维电极反应装置，其特征在于：所述板式主电极(2)的电极材料为石墨、不锈钢或DSA。

8.如权利要求1所述的三维电极反应装置，其特征在于：所述粒子电极(3)为活性炭基高效粒子电极。

9.如权利要求1所述的三维电极反应装置，其特征在于：所述三维电极反应装置设置有两个或两个以上，且彼此相互连通，部分三维电极反应装置底部设置有垫高层(19)。