CN110963552A - 一种水力自旋转脱垢电解反应器 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种水力自旋转脱垢电解反应器，该反应器内部包括自旋转催化电极、间接传电电极、直接传电电极三大主体部分组成，其中直接传电电极分为阴阳两块，分别连接直流电源的正负极，中间靠绝缘垫绝缘，且传电面不设涂层；自旋转催化电极两面设置涂层，为主反应电极；间接传电电极为一体式电极，中间设出水管；以上三种电极均为钛材质。本发明水力自旋转脱垢电解反应器通过进水水力推动自旋转催化电极顺水流方向旋转，使自旋转催化电极的阴阳极连续式变化，从而在阴极部分形成的水垢会随着转动转变为阳极区而脱落，延长催化电极寿命，从而解决传统电解反应器活性催化电极使用寿命较短、阴极区易结垢等问题。

Description

一种水力自旋转脱垢电解反应器

技术领域

本发明为一种水力自旋转脱垢电解反应器，用于处理高盐难降解有机废水，属于环境工程工业废水处理专业领域。

背景技术

近年来，随着国家工业和经济的发展，许多含有难以生物降解的有毒有害物质的废水不断进入环境，给工农业生产、人民生活和人体健康带了了很大的危害，在这种背景下，国家要求废水排放的标准越来越严格，许多难降解废水的达标处理成为环保领域内的难点问题。

而另一方面，电催化氧化技术作为一种全新的高级氧化技术已经成功应用在高盐废水处理行业中，电催化技术是一种新型深度氧化技术，主要是通过在工作电极上施加偏电压，从而在电极形成一个电势梯度，产生·OH、Cl₂、ClO^-等强氧化剂，有效降解污水中的COD物质。

但是目前电催化氧化技术在降解有机污染物的时候，由于反应过程中阴极区会产生OH^-，导致在该极会和水中的硬度反应生成水垢，覆盖电极，阻碍生成的氧化剂与水体的接触，降低处理效率。传统的解决方案有二：其一是通过直流电源定时切换正负极性，定时将阴阳极转换，清除积垢，但此方法有如下弊端：极性切换时间间隔一般仅有几秒钟的间隔，间隔期过大会造成这部分污水无法有效处理，在这几秒钟间隔时间内极板电流要从正(负)最大值转变为负(正)最大值，过大的电流变化值会导致活性涂层的脱落，从而减少催化活性电极的使用寿命大大缩减并且直流电源增加倒极模块也会增加设备成本。其二是通过人工定期清除，但是人工清除不管酸洗还是铲除积垢，也都极易损伤活性涂层，也会极大的缩短使用寿命。

因此，如何有效解决该问题，是目前该技术领域内的研究难点。

发明内容

本发明的目的是设计一种自旋转脱垢电解反应器，用以解决传统电解反应器脱垢两种常用方法(人工清理和定期切换直流电源阴阳极性)对活性电极催化涂层的损伤，延长活性电极使用寿命。

本发明提供了一种水力自旋转脱垢电解反应器，该反应器呈圆筒状，径向自外向内包括直接传电电极、自旋转催化电极和间接传电电极，其中最外层直接传电电极呈圆筒状，沿轴截面方向等分为阴极、阳极两部分，阴极、阳极构成一组电极对，为最小反应器单元，阴极、阳极部分以连接法兰连接，连接处设有绝缘垫片，组装时可以根据处理水量选择若干组最小反应器单元；直接传电电极两端设置密封法兰和密封盲板连接，组成密闭反应器；在直接传电电极的阴极、阳极外圆周上焊接有连接直流电源的接线柱；

所述的自旋转催化电极呈圆筒状，里外均涂覆贵金属催化涂层，圆桶外面焊接有正对进水口的水力挡板，圆桶内面焊接支撑架和圆环，以避免自旋转催化电极与最外层直接传电电极发生短路；其中在圆筒状直接传电电极两端对应内部自旋转催化电极的挡板部分开孔连接进水管，使进水水流能够正好冲击自旋转催化电极的挡板；

最内层所述的间接传电电极呈有底通透圆筒状，一端焊接在密封盲板上，一端中心开孔作为出水管的进水口，两端相对应自旋转催化电极的旋转支架分别做两个内凹槽。

间接传电电极作用有三项：①作为间接导电电极构成电流通路；②作为出水管排除出水；③支撑自旋转催化电极。

此三部分组成整体电流回路并在主催化反应区进行电解反应并实现自动除垢、延长活性催化电极使用寿命等有益目的。

上述技术方案中，所述的自旋转催化电极为圆筒状，两边无底通透，里外均涂覆贵金属催化涂层，优选内面两端等分角度焊接4-8根支撑架，支撑架末端焊接内径约等于间接传电电极外径的圆环，且该圆环与间接传电电极接触面做涂塑绝缘处理，其作用是保证自旋转催化电极在水流推动作用下旋转并起到固定作用。外面两端和内部支撑旋转架相同位置处等分角度焊接4-8片挡板并全部涂塑处理，该挡板长度一定要小于自旋转催化电极与直接传电电极之间的距离，目的是直接接受水流推动，提供自旋转催化电极旋转的动力又不至于接触短路。以上所述部件材质均为纯钛材质。

所述的直接传电电极直径优选约大于自旋转催化电极直径5-10cm。该电极既作为电极使用同时又作为反应器的整体外壳，优选在圆筒两端距圆筒中心距以上2/3-4/5处对应自旋转催化电极的挡板部分开孔焊接进水管，使进水水流能够正好冲击自旋转催化电极的挡板，提供旋转动力。在圆筒外部中间焊接接线柱，接线柱从阴阳极的正中心开始焊接，延半圆周向两侧连接法兰处分别旋转至5°、10°、20°、35°、55°、80°位置焊接一个接线柱，目的是为了实现使直接传电电极的电流密度分布从中心区至两边越来越小的效果。以上所有材质为纯钛材质。

所述的间接传电电极为有底通透圆筒状，一端焊接在密封盲板上，一端中心开孔，优选开孔端距离相对应的密封盲板的距离约为1-5cm，其作用是既作为间接导电电极又作为出水管使用，其外径小于自旋转催化电极外径5-10cm，两端相对应自旋转催化电极的旋转支架分别做两个内凹槽，槽深1-5mm，槽宽等于自旋转催化电极旋转支架的宽度，起固定自旋转催化电极和提供旋转通道的作用。以上所述部件的材质均为钛材质。

所述的自旋转脱垢反应器可以单独一组运行，也可以根据实际使用需求串联为2组或者更多组运行。

本发明所述的自旋转脱垢电解反应器，该反应器正常运行时，电流的传导过程如下：直流电源正极-直接传电电极阳极-废水-自旋转催化电极阴极(外面)-自旋转催化电极阳极(内面)-废水-间接传电电极阴极-间接传电电极阳极-废水-自旋转催化电极阴极(内面)-自旋转催化电极阳极(外面)-废水-直接传电电极阴极-直流电源负极。其自动脱垢原理如下：在静止状态下，自旋转催化电极对应直接传电电极阳(阴)极区的一半为阴(阳)极区，对应间接传电电极的一半为阳(阴)极区，而间接传电电极的另一半为阴(阳)极区，对应的自旋转催化电极的一半为阳(阴)极区，直接传电电极的一半为阴(阳)极区，此时结垢会发生在所有电极的阴极区，一旦开启供水模式，水流会通过冲击自旋转催化电极上焊接的挡板，推动自旋转催化电极顺水流方向旋转，原来的阴极区就会慢慢的变为阳极区，而原来的阳极区也会慢慢的变为阴极区(不管运行状态如何，阴阳极区的面积一定相等)，此时阴极区结的水垢就会通过转变成阳极区而脱除，阳极区也会因为转变为阴极区而积累水垢，如此往复循环，实现脱垢的目的。并且由于直接传电电极外接直流电源时是通过逐渐增加电流密度的方式导电连接，因此自旋转催化电极的极性转化过程不会像直接采用直流电源倒极一样，导致电流变化值过大从而损毁极板活性，大大增加了活性电极的使用寿命。至于直接传电电极和间接传电电极的阴极区，由于没有活性涂层，不参与降解反应，因此即使积累一定厚度的水垢也不影响处理效果，且可以直接采用人工定期清除的方式刮掉水垢，不会影响整体反应器的运行寿命。

综上，本发明自旋转脱垢电解反应器与现有技术相比，本发明装置活性电极使用寿命长，可以实现自清洗脱垢，最大限度的保护活性电极涂层免受伤害，保证处理效果和使用寿命。

附图说明

图1.本发明自旋转脱垢电解反应器平剖面结构示意图；

图2.本发明自旋转脱垢电解反应器立剖面结构示意图；

图3.图1中间接传电电极立剖面结构示意图；

图4.图1中自旋转催化电极立剖面结构示意图；

图5.直接传电电极阴阳极区连接、总进水结构剖面示意图。

图中，所有附图标记指代的意义如下所示：

1为接线柱 9为出水口

2为直接传电电极阴极 10为支撑自旋转催化电极凹槽

3为密封法兰 11为间接传电电极进水口

4为自旋转催化电极 12为自旋转催化电极挡板

5为间接传电电极 13为支撑自旋转底座

6为支撑辐条 14为装置进水口

7为直接传电电极阳极 15为直接传电电极阴阳极连接法兰

8为密封盲板

具体实施方式

下面结合附图及具体应用实施例对本发明作进一步描述，具体实施例不对本发明的技术方案构成限定。

如图所示，本发明自旋转脱垢电解反应器由外至内主要由三大部分组成：直接传电电极阴极2、直接传电电极阳极7和自旋转催化电极4、间接传电电极5。

最外层的直接传电电极呈圆筒状，点击内外不涂覆活性涂层，等分为两部分：一部分作为阳极7，一部分作为阴极2，阳极阴极两部分靠连接法兰15连接，法兰中间加设绝缘垫片避免两极短路，在直接传电电极的阴阳极区中点延半圆周向两侧连接法兰处分别旋转至5°、10°、20°、35°55°、80°位置分别焊接1个接线柱1，负责和直流电源的正负极相连接，直接传电电极两端设置密封法兰3，和密封盲板8连接，组成密闭反应器。在圆筒两端距圆筒中心距以上2/3-4/5处对应自旋转催化电极4的挡板12部分，开孔焊接进水口14，使其正对自旋转催化电极挡板12。

中间层的自旋转催化电极4，该电极为钛基内外涂覆贵金属活性催化涂层，内部首末两端分别焊接8根支撑辐条6，支撑辐条6末端焊接一个负责支撑和自旋转的底座13，该底座套在间接传电电极5两端相应位置的凹槽10内，且底座13做涂塑处理，避免和间接传电电极5直接接触从而导致短路，自旋转催化电极4外面在内面焊接支撑辐条6相对应处分别按照45°角度焊接8个挡板12，挡板12的高度小于自旋转催化电极4与直接传电电极2之间的间距，并做涂塑绝缘处理，避免短路。

最内层的间接传电电极5一端焊接在密封盲板8处，一端开孔，作为出水管的进水口11，末端距离密封盲板8为5-10cm，负责收集处理后水，并输送至反应器出水口9排除。在间接传电电极两端相对应自旋转催化电极的旋转支架分别做两个内凹槽10，并和支撑和自旋转的底座13套接。

具体实例：

浙江某公司双膜系统浓水由于盐分浓缩导致硬度较高，采用电解法处理该类废水时需要考虑除垢，原装置采用定时切换电源极性的方法除垢，活性催化电极使用寿命约为1年左右，导致维护成本较高，采用自旋转脱垢电解反应器中试装置连续运行试验表明，在保证出水COD相同的前提下，运行相同时间后对比活性催化涂层电极的涂层脱落情况，可以看出自旋转脱垢电解反应器的活性催化涂层状况明显优于普通电解装置。

Claims (5)

1.一种自旋转除垢电解反应器，其特征在于：所述反应器呈圆筒状，径向自外向内包括直接传电电极、自旋转催化电极和间接传电电极，其中最外层直接传电电极呈圆筒状，沿轴截面方向等分为阴极、阳极两部分，阴极、阳极构成一组电极对，为最小反应器单元，阴极、阳极部分以连接法兰连接，连接处设有绝缘垫片，组装时根据处理水量选择若干组最小反应器单元；直接传电电极两端设置密封法兰和密封盲板连接，组成密闭反应器；在直接传电电极的阴极、阳极外圆周上焊接有连接直流电源的接线柱；

所述的自旋转催化电极圆桶外面焊接有正对进水口的水力挡板，电极圆桶内面焊接支撑架和圆环，以避免自旋转催化电极与最外层直接传电电极发生短路；其中在圆筒状直接传电电极两端对应内部自旋转催化电极的挡板部分开孔连接进水管，使进水水流能够正好冲击自旋转催化电极的挡板；

最内层所述的间接传电电极呈有底通透圆筒状，一端焊接在密封盲板上，一端中心开孔作为出水管的进水口，两端相对应自旋转催化电极的旋转支架分别做两个内凹槽。

2.根据权利要求1所述的一种自旋转除垢电解反应器，其特征在于，所述的直接传电电极直径大于自旋转催化电极直径5-10cm，进水管连接部位在圆筒两端距圆筒中心距以上2/3-4/5处，且应对应自旋转催化电极的挡板部分，圆筒外部中间接线柱从阴阳极的正中心开始焊接，延半圆周向两侧连接法兰处分别旋转至5°、10°、20°、35°、55°、80°位置焊接一个接线柱。

3.根据权利要求1所述的一种自旋转除垢电解反应器，其特征在于，所述的自旋转催化电极里外均涂覆贵金属催化涂层，内面两端等分角度焊接4-8根支撑架，支撑架末端焊接内径等于间接传电电极外径的圆环，且该圆环与间接传电电极接触面做涂塑绝缘处理，外面两端和内部支撑旋转架相同位置处等分角度焊接4-8片挡板并全部涂塑处理，所述挡板的长度小于自旋转催化电极与直接传电电极之间的距离。

4.根据权利要求1所述的一种自旋转除垢电解反应器，其特征在于，所述的间接传电电极开孔端距离相对应的密封盲板的距离为1-5cm，外径小于自旋转催化电极外径5-10cm，两端相对应自旋转催化电极的旋转支架分别设两个内凹槽，槽深1-5mm，槽宽大于自旋转催化电极旋转支架的宽度。

5.根据权利要求1所述的一种自旋转除垢电解反应器，其特征在于，所述的自旋转脱垢反应器为一组运行或多组串联运行。

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