CN113754027B - 废水分段式三维电催化装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种废水分段式三维电催化装置，包括：反应器，反应器内设有多组阴阳极板组，各阴阳极板组包括沿与其布设方向相垂直方向依次间隔且交错布设的阴极板和阳极板。各组阴阳极板组的阴极板和阳极板的种类相同或不同，且不同组阴阳极板组的阴极板和阳极板的种类相同或不同。各组阴阳极板组中相邻的阴极板和阳极板之间未设置或设置有上下叠放设置的模块化粒子电极，且模块化粒子电极与反应器的底板之间具有流通间隙。本发明废水分段式三维电催化装置，可灵活选择不同的阴阳极板组组合，以满足不同污染物的去除需要或提高经济性的需要，并分段设置粒子电极层、或选择部分区域不设置粒子电极层，可满足污染物去除的不同需求，提高装置适应性。

Description

废水分段式三维电催化装置

技术领域

本发明涉及废水处理技术领域，特别地，涉及一种废水分段式三维电催化装置。

背景技术

高盐分难降解有机废水是当前工业废水处理的热点和难点。电催化技术不产生污泥、无二次污染、反应条件温和、运行操作简单、反应过程易控制，故而极具应用前景，但因催化效率低、传质效率低、运行能耗高等问题限制了应用。三维电催化技术在传统二维电催化反应器内填充粒子电极，粒子电极在通电情况下被极化而带电，形成无数的微电池参与电化学反应，污染物在其表面被降解。由于增大了电极比表面积，大大缩小了阴阳极间距，相比传统的二维电极，提高了电能效率和传质效率，进而提高污染物的降解速率并降低能耗。

受设备投资高、运行费用高的限制，目前三维电催化技术的实际工程应用较少，没有形成成熟的设备和工艺，还需要在反应装置结构设计、极板及粒子电极材料选择、运行工艺条件优化等方面开展大量的研究工作和工程实践。

现有技术CN201510967304.X采用的三维电极反应装置，反应器为敞开式，在电催化过程中产生的气体如氢气、氯气及一些臭味气体直接扩散在环境中，污染环境；粒子电极在绝缘框内自然堆积，彼此接触形成串联，在一定程度上影响粒子电极效能发挥；无布水设施，在进水区易形成短流，远离进水一侧的粒子电极无法发挥效用；该反应器底部为出水区，在电催化反应过程中产生的不溶物质，在曝气的作用下随着气泡上浮形成浮渣，未设排浮渣设施无法排除浮渣。

现有技术CN202022087572 .1采用的三维电极反应装置，反应器为敞开式，在电催化过程中产生的气体如氢气、氯气及一些臭味气体直接扩散在环境中，污染环境；粒子电极填充在极板间，仅靠曝气来使粒子电极流态化需维持极大的曝气量，能耗较高；更换粒子电极须进行掏挖，操作不便；在电催化反应过程中产生的不溶物质，在曝气的作用下随着气泡上浮形成浮渣，被隔板阻隔堆积在阴阳极板之间，未设排浮渣设施无法排除浮渣；装置未设计排空设施，检修不便。

发明内容

本发明提供了一种废水分段式三维电催化装置，以解决现有的电催化反应装置存在的使用灵活性低、设备运行成本高及经济性低的技术问题。

本发明采用的技术方案如下：

一种废水分段式三维电催化装置，包括：反应器，反应器内设有沿进流侧至出流侧方向依次间隔设置的多组阴阳极板组，各阴阳极板组包括沿与其布设方向相垂直方向依次间隔且交错布设的阴极板和阳极板，阴极板和阳极板均竖直设置，且与反应器的底板之间具有流通间隙；各组阴阳极板组的阴极板和阳极板的种类相同或不同，且不同组阴阳极板组的阴极板和阳极板的种类相同或不同；各组阴阳极板组中相邻的阴极板和阳极板之间未设置或设置有上下叠放设置的模块化粒子电极，且模块化粒子电极与反应器的底板之间具有流通间隙。

进一步地，各组阴阳极板组连接同一电源供电，或各组阴阳极板组分别连接电源供电；电源供电为直流供电或脉冲供电。

进一步地，各组阴阳极板组分别连接的电源的电压和电流分别相同或不同。

进一步地，反应器封闭设置且用于引导电催化反应产生的氢气与反应产生的其它混合气体自分离；反应器外还设有与其连通的排气循环系统，排气循环系统用于使自分离出的氢气向外排出，同时使自分离出的其它混合气体在反应器和排气循环系统间循环流动用作曝气，以使反应器内的污水分别在阴极板和阳极板的两侧形成分别环绕阴极板和阳极板循环流动的局部环流，进而提升传质效果和电催化效率。

进一步地，反应器包括上端敞口的外壳体、可拆卸式罩设于外壳体敞口端上的上罩体、及设置于上罩体上的观察窗；阴极板、阳极板及模块化粒子电极分别垂直于外壳体的底板方向设置于外壳体内；上罩体由其敞口端至封闭端方向逐渐向内收拢，且上罩体封闭端的顶部形成外凸的集气腔，以用于使反应产生的氢气在上罩体的结构导引下自动汇集至集气腔，进而实现与其它混合气体的自分离。

进一步地，排气循环系统包括与集气腔连通的排气管、设置于反应器外的抽吸风机、与抽吸风机分别连通的抽气管和曝气干管、及与曝气干管分别连通的多根曝气支管；抽气管的进气端穿设上罩体后，延伸至反应器内污水的上方；曝气干管的排气端穿设外壳体后，延伸至外壳体的底板上；多根曝气支管依次间隔设置，且位于阴极板、阳极板及模块化粒子电极的下方。

进一步地，模块化粒子电极包括用于使其在外壳体内横向或竖向叠放的绝缘筐、及用于使粒子体相对分散布设于外壳体内的复合粒子电极；绝缘筐绝缘设置且为中空网状体结构，其一侧外凸形成连接凸起，其相对设置的另一侧内凹形成连接凹口；复合粒子电极分散填充于绝缘筐内。

进一步地，废水分段式三维电催化装置还包括布水系统，布水系统包括：用于将待处理的污水均匀配入外壳体的进水管组、用于将反应后的污水向外排出的排水管组、及用于使外壳体排空的排空管组；进水管组和出水管组分设于阴极板和阳极板的两侧，且进水管组靠近外壳体的底板设置，出水管组位于外壳体的上端，以在进水管组和出水管组之间形成沿阴极板和阳极板长度方向流动的水平推流；排空管组位于出水管组的下方，且靠近外壳体的底板设置。

进一步地，进水管组包括沿外壳体底板的宽度方向延伸的配水管、与配水管连通的进水管、连接于进水管中的第一开关阀，配水管上开设有沿其长度方向依次间隔设置的配水孔，进水管的进水端延伸出外壳体，第一开关阀连接有控制装置；出水管组包括与配水管平行的出水渠、与出水渠连通的出水管、连接于出水管中的第二开关阀，出水渠连接于外壳体上端的侧壁上，出水管的出水端延伸出外壳体，第二开关阀与控制装置相连；排空管组包括排空管、连接于排空管中的第三开关阀，排空管的进水端延伸至外壳体的底板上，第三开关阀与控制装置相连。

进一步地，废水分段式三维电催化装置还包括布设于阴极板和阳极板的出水侧与出水管组之间的排渣系统，排渣系统包括：挡板、成槽板及排渣管；挡板平行出水管组设置，且挡板的两侧分别与外壳体的内侧壁连接，并挡板的下端与外壳体底板间隔设置，以形成供反应后的污水向外排出的排水口；成槽板连接于挡板朝向模块化粒子电极的侧壁的上端，以与挡板形成用于盛装反应后产生的浮渣的浮渣槽，且浮渣槽槽顶高于出水渠渠顶1～5mm；排渣管的一端与浮渣槽连通，其相对设置的另一端穿设外壳体后向外延伸。

本发明具有以下有益效果：

本发明废水分段式三维电催化装置中，多组阴阳极板组沿进流侧至出流侧方向依次间隔设置，各阴阳极板组包括沿与其布设方向相垂直方向依次间隔且交错布设的阴极板和阳极板，从而实现阴极板和阳极板沿进流侧至出流侧方向的分段设置，且各组阴阳极板组的阴极板和阳极板的种类相同或不同，不同组阴阳极板组的阴极板和阳极板的种类相同或不同，从而本发明装置的该种结构设置方式，可灵活选择不同的阴阳极板组组合，以满足不同污染物的去除需要或提高经济性的需要，不同种类的阴极板和阳极板各有其特点，如：钛基镀层电极、金刚石电极对污染物去除效果佳，但成本较高；石墨电极对污染物的去除效果略低于钛基镀层电极，但成本优势巨大，故而分段设置可实现不同种类的极板组合，在满足污染物去除要求的前提下，使用灵活性高、并可有效降低设备运行成本、提高经济性；另外，各组阴阳极板组中相邻的阴极板和阳极板之间未设置或设置有上下叠放设置的模块化粒子电极，该种分段设置粒子电极层、或选择部分区域不设置粒子电极层，可满足污染物去除的不同需求，提高装置的适应性。

除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本发明作进一步详细的说明。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是本发明优选实施例的废水分段式三维电催化装置的俯视结构示意图；

图2是图1的B-B向剖视结构示意图；

图3是图1中上罩体的俯视结构示意图；

图4是图1的A-A向剖视结构示意图；

图5是图1中复合粒子电极实施例一的空间结构示意图；

图6是图1中复合粒子电极实施例二的空间结构示意图；

图7是图1中复合粒子电极实施例三的正面投影示意图；

图8是图7中塑性片的空间结构示意图；

图9是图1中模块化粒子电极的主视结构示意图；

图10是图9中绝缘筐的剖面结构示意图。

图例说明

10、绝缘包材；101、安装通道；20、粒子体；30、反应器；31、外壳体；32、上罩体；320、集气腔；33、观察窗；40、绝缘筐；401、连接凸起；402、连接凹口；50、排气循环系统；51、排气管；52、抽吸风机；53、抽气管；54、曝气干管；55、曝气支管；550、曝气孔；56、消泡网；60、布水系统；61、进水管组；611、配水管；6110、配水孔；612、进水管；62、出水管组；621、出水渠；622、出水管；63、排空管组；631、排空管；70、排渣系统；701、排水口；702、浮渣槽；71、挡板；72、成槽板；73、排渣管；80、阴极板；90、阳极板；110、分隔体。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以由下述所限定和覆盖的多种不同方式实施。

参照图1，本发明的优选实施例提供了一种废水分段式三维电催化装置，包括：反应器30，反应器30内设有沿进流侧至出流侧方向依次间隔设置的多组阴阳极板组，各阴阳极板组包括沿与其布设方向相垂直方向依次间隔且交错布设的阴极板80和阳极板90，阴极板80和阳极板90均竖直设置，且与反应器30的底板之间具有流通间隙。各组阴阳极板组的阴极板80和阳极板90的种类相同或不同，且不同组阴阳极板组的阴极板80和阳极板90的种类相同或不同。各组阴阳极板组中相邻的阴极板80和阳极板90之间未设置或设置有上下叠放设置的模块化粒子电极，且模块化粒子电极与反应器30的底板之间具有流通间隙。

本发明废水分段式三维电催化装置中，多组阴阳极板组沿进流侧至出流侧方向依次间隔设置，各阴阳极板组包括沿与其布设方向相垂直方向依次间隔且交错布设的阴极板80和阳极板90，从而实现阴极板80和阳极板90沿进流侧至出流侧方向的分段设置，且各组阴阳极板组的阴极板80和阳极板90的种类相同或不同，不同组阴阳极板组的阴极板80和阳极板90的种类相同或不同，从而本发明装置的该种结构设置方式，可灵活选择不同的阴阳极板组组合，以满足不同污染物的去除需要或提高经济性的需要，不同种类的阴极板和阳极板各有其特点，如：钛基镀层电极、金刚石电极对污染物去除效果佳，但成本较高；石墨电极对污染物的去除效果略低于钛基镀层电极，但成本优势巨大，故而分段设置可实现不同种类的极板组合，在满足污染物去除要求的前提下，使用灵活性高、并可有效降低设备运行成本、提高经济性；另外，各组阴阳极板组中相邻的阴极板80和阳极板90之间未设置或设置有上下叠放设置的模块化粒子电极，该种分段设置粒子电极层、或选择部分区域不设置粒子电极层，可满足污染物去除的不同需求，提高装置的适应性。

可选地，各组阴阳极板组连接同一电源供电，或各组阴阳极板组分别连接电源供电。电源供电为直流供电或脉冲供电。各组阴阳极板组分别连接电源供电时，可实现分段供电，以提高电流的利用率，降低能耗，实际反应时，在反应器30的进流侧，污染物浓度较高，电流得以有效利用，传质速率为限制性因素，在靠近反应器出流侧，污染物浓度较低，采用与进流侧相同的电流时，电流会富余浪费，从而降低此段供电电流可降低能耗；此外，电源供电为直流供电或脉冲供电，即分段进行直流、脉冲供电可降低能耗，在相同的输出电压下，直流供电较脉冲供电降解速率快、能耗较高，故而可在进口侧污染物浓度较高的区域采用直流供电，出口侧污染物浓度较低的区域采用脉冲供电，以降低整体的能耗。

本可选方案中，各组所述阴阳极板组分别连接的所述电源的电压和电流分别相同或不同。设计设置时，如图1所示，进口侧采用二维直流供电，阴极板80和阳极板90间不设置模块化粒子电极，高污染物浓度区域采用大电流进行电催化反应，快速降解污染物；出口侧采用三维脉冲供电，阴极板80和阳极板90间设置模块化粒子电极，采用小电流以降低电耗。

可选地，如图1、图2和图4所示，反应器30封闭设置且用于引导电催化反应产生的氢气与反应产生的其它混合气体自分离。反应器30外还设有与其连通的排气循环系统50，排气循环系统50用于使自分离出的氢气向外排出，同时使自分离出的其它混合气体在反应器30和排气循环系统50间循环流动用作曝气，以使反应器30内的污水分别在阴极板80和阳极板90的两侧形成分别环绕阴极板80和阳极板90循环流动的局部环流，进而提升传质效果和电催化效率。

本发明的废水分段式三维电催化装置工作时，污水在反应器30内进行三维电催化反应，产生氢气、氯气及其它臭味气体，氢气比重相比于其它混合气体的比重低，且由于反应器30的物理构造将进一步引导氢气上浮并聚集于反应器30的顶部，从而实现氢气和其它混合气体的自分离；氢气在排气循环系统50的作用下，直接由反应器30的顶部向外排出至大气中，或向外排出至氢气收集装置中，避免氢气在反应器30内聚集带来的安全隐患；而比重较大的氯气和其它反应气体，则上浮于污水的上方，然后再在排气循环系统50的作用下，在反应器30和排气循环系统50间循环流动用作曝气，用以使反应器30内的污水分别在阴极板80和阳极板90的两侧形成分别环绕阴极板80和阳极板90循环流动的局部环流，从而提升传质效果、提高电催化效率；另外，曝气产生的气泡上升时，将对模块化粒子电极中的粒子电极产生一定程度的抖动，气泡与粒子电极相互摩擦可有效清洗粒子电极表面，避免电催化过程中产生的固体物质沉积在粒子电极表面，进而进一步提升传质效果、提高电催化效率的同时，还可有效避免模块化粒子电极内的粒子电极堵塞，进而提高反应质量，避免底部布气区域形成死水区。

可选地，如图3和图4所示，反应器30包括上端敞口的外壳体31、可拆卸式罩设于外壳体31敞口端上的上罩体32、及设置于上罩体32上的观察窗33。阴极板80、阳极板90及模块化粒子电极分别垂直于外壳体31的底板方向设置于外壳体31内。本可选方案中，阴极板80和阳极板90的底部开槽，或阴极板80和阳极板90两者底部与外壳体31的底板间隔设置，以使水流可从阴极板80和阳极板90的底部流过，进而便于实现局部环流以提高传质效率；本可选方案的具体实施例中，外壳体31的底板上每隔一定距离设有极板卡槽，阴极板80和阳极板90的底部卡紧于极板卡槽中，相邻阴极板80和阳极板90之间的间距为5～10cm，且模块化粒子电极与阴极板80和阳极板90之间的间距为1～3cm；由于极板间距是影响电催化效果及能耗的重要影响因素之一，本发明的装置内每隔一定距离设置极板卡槽，可以根据需要将阴极板和阳极板插入相应位置，进而灵活调节极板间距。阴极板80和阳极板90分别与电源相连，电源可为直流供电，也可为脉冲供电。

可选地，如图3和图4所示，上罩体32由其敞口端至封闭端方向逐渐向内收拢，且上罩体32封闭端的顶部形成外凸的集气腔320，以用于使反应产生的氢气在上罩体32的结构导引下自动汇集至集气腔320，进而实现与其它混合气体的自分离。本可选方案中，上罩体32的该种结构设置，便于对比重较轻的氢气进行上浮引导和聚拢，使氢气上浮并聚集于集气腔320中，从而实现氢气和其它混合气体的自分离。观察窗33便于对外壳体31内的反应情况进行观察。

可选地，如图4所示，排气循环系统50包括与集气腔320连通的排气管51、设置于反应器30外的抽吸风机52、与抽吸风机52分别连通的抽气管53和曝气干管54、及与曝气干管54分别连通的多根曝气支管55。抽气管53的进气端穿设上罩体32后，延伸至反应器30内污水的上方。曝气干管54的排气端穿设外壳体31后，延伸至外壳体31的底板上。多根曝气支管55依次间隔设置，且位于阴极板80、阳极板90及模块化粒子电极的下方。工作时，反应产生的氢气由于比重轻，经上罩体32的作用最终上浮并聚集于集气腔320中，然后再通过排气管51向外排出至大气中，或向外排出至氢气收集装置中；反应产生的氯气和其它反应气体由于比重较重，上浮于污水的上方，并在抽吸风机52的作用下，首先进入抽气管53，然后再进入曝气干管54，接着由曝气干管54分别进入各曝气支管55中，最后由曝气支管55向外曝出，用以使反应器30内的污水分别在阴极板80和阳极板90的两侧形成分别环绕阴极板80和阳极板90循环流动的局部环流，进而提升传质效果、提高电催化效率。本发明中，通过排气循环系统50使污水在阴极板80和阳极板90两侧分别形成环绕两者循环流动的局部环流，促进传质效果和电催化效率的同时，可有效清洗粒子电极表面，避免电催化过程中产生的固体物质沉积在粒子电极表面，从而进一步提升传质效果和电催化效率，且还有效避免模块化粒子电极内粒子电极的堵塞，并实现气体自分离排出氢气，避免气体直接外排污染环境。

本可选方案中，如图2和图4所示，沿阴极板80和阳极板90的排布方向，将第一块阴极板80和第一块阳极板90组合成第一组阴阳极板90，将第二块阴极板80和第二块阳极板90组合成第二组阴阳极板90，……，以此类推。多根曝气支管55一一对应多组阴阳极板90设置，且沿对应设置的模块化粒子电极的宽度方向延伸布设于模块化粒子电极的正下方，并各曝气支管55的下表面上开设有沿其长度方向均匀间隔设置且出口朝下的曝气孔550。工作时，如图2所示，曝气支管55的曝气孔550曝出的气泡上升经过阴极板80和阳极板90的底部时，在曝气的瞬时会使局部产生一定程度的真空，阴极板80和阳极板90无曝气支管55一侧的水流会通过极板与底板之间的间隙流向有曝气支管55一侧，无曝气支管55一侧的水流随之呈现下向流的流态；气泡上升至阴极板80和阳极板90的顶部时，极板两侧产生一定的高差，有曝气支管55一侧的水流会越过极板流向无曝气支管55的一侧，从而形成局部环流的流态，提升传质效果、提高电催化效率；另外，曝气支管55置于模块化粒子电极的底部，气泡上升时会对模块化粒子电极内的粒子电极产生一定程度的抖动，气泡与粒子电极相互摩擦有清洗粒子电极表面的效果，从而避免电催化过程中产生的固体物质沉积在粒子电极表面，提升传质效果、提高电催化效率。

优选地，各曝气支管55还连接臭氧发生器，可形成三维电催化及臭氧氧化耦合的作用，进一步提高处理效率。优选地，排气循环系统50还包括连接于抽气管53进气口处的消泡网56，用于避免抽气时泡沫随着气体进入排气循环系统50。

可选地，如图2、图9、图10所示，模块化粒子电极包括用于使其在外壳体31内横向或竖向叠放的绝缘筐40、及用于使粒子体20相对分散布设于外壳体31内的复合粒子电极。绝缘筐40绝缘设置且为中空网状体结构，其一侧外凸形成连接凸起401，其相对设置的另一侧内凹形成连接凹口402。复合粒子电极分散填充于绝缘筐40内。使用时，将模块化粒子电极直接装入绝缘筐40中，竖直或水平叠放即可，由于绝缘筐40的设置，不仅使模块化粒子电极堆放稳定，并模块化设置使得装卸、更换复合粒子电极更为便捷，且由于绝缘筐40的阻隔，粒子体20不与阴极板80和阳极板90直接接触，从而减少短路电流，提高电流效率；粒子体的投加量是影响电催化效果及能耗的重要影响因素之一，本发明由于模块化绝缘筐40的分隔，可以通过调整绝缘筐40的尺寸、绝缘筐内复合粒子电极的充满度，来调节模块化粒子电极的投加量，调节操作简单、灵活，适应性强，且由于模块化绝缘筐40的堆叠，粒子体20仍然可在纵向上始终相对均匀分布，从而可减少由于阴阳极板间电流不穿设粒子体20而产生的旁路电流，进而提高电流效率；本发明的模块化粒子电极构造简单，利于大规模生产制造，对于三维电催化系统而言，是理想的粒子体。

本可选方案中，如图10所示，绝缘筐40由绝缘的塑性材料制备形成，塑性材料不限于聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯等，制备过程简单，制备成本低，结构绝缘性好。本可选方案的具体实施例中，绝缘筐40的材质为聚乙烯，且绝缘筐40的开孔面积达80%～90%，绝缘筐40为方型体，其高5～10cm，长5～10cm，宽5～10cm。或者，绝缘筐40包括由金属材料制备形成的筐主体，筐主体上涂覆有绝缘涂层；金属材料不限于不锈钢，绝缘涂层为绝缘漆，制备简单，结构强度高。

可选地，复合粒子电极包括粒子体20、及起支撑作用并使粒子体20分散安装的绝缘包材10。复合粒子电极悬浮填充于绝缘筐40内，或依次有间隙地叠放于绝缘筐40内。工作时，该复合粒子电极中的内嵌粒子体20在绝缘包材10作用下，不会与阴极板80和阳极板90直接接触，粒子体之间相互分散、彼此绝缘，每一颗粒子体均能充分发挥微电池的效能，避免短路电流，提高电流效率；由于复合粒子电极悬浮填充于绝缘筐40内，或依次有间隙地叠放于绝缘筐40内，故而不易粘连堆叠，不仅可避免短路电流，且利于粒子体表面与废水之间的传质，提高处理效率；可以通过控制绝缘包材与内嵌粒子体的比例来调节复合粒子电极的比重，以达到与反应器内不同类型废水比重接近，从而可悬浮在绝缘筐40内，提高传质及处理效率；内嵌粒子体有较大的比表面积，可进行负载金属活性组分或其他催化剂的方式进行改性，提高其催化效能。

可选地，复合粒子电极的第一实施例，如图5所示，复合粒子电极用于悬浮于绝缘筐40内，绝缘包材10为多孔安装体，粒子体20用于负载金属活性组分或催化剂。多孔安装体内具有若干间隔布设的安装孔隙。各粒子体20内嵌于对应设置的安装孔隙中。本发明的复合粒子电极中，由于多孔安装体的设置，使得用于负载金属活性组分或催化剂的粒子体20不会与反应器内的极板直接接触，粒子体之间通过安装孔隙相互分散、彼此绝缘，每一颗粒子体均能复极化，从而充分发挥微电池的效能，避免短路电流，进而提高电流效率；本发明可通过调节多孔安装体与内嵌的粒子体20的比例、多孔安装体的孔隙率、粒子体20直径等参数，进而调节该复合粒子电极电极的比重，以达到与反应器内不同类型的废水比重接近，从而可悬浮在反应器内，提高传质及处理效率；本发明的复合粒子电极的投加量可根据需要灵活调整，所投加的复合粒子电极悬浮在整个反应器电场内，相对均匀分布，接近流化态，进而提高污染物与粒子体的传质效率及污染物的处理效率，也减少旁路电流的产生，提高电流效率，避免比重过大的现有粒子体电极须填满整个电场，从而减小反应器有效空间的缺陷；本发明的复合粒子电极构造简单，有利于大规模生产制造，且性能稳定，对于三维电催化系统而言，是理想的复合粒子电极电极。

本可选方案中，如图5所示，安装孔隙的内径尺寸与粒子体20的外径尺寸相适应，不仅有效防止粒子体20掉出安装孔隙，提高该复合粒子电极电极的稳定性，且使粒子体20与安装孔隙形成一对一的安装配合关系，使粒子体之间相互分散、彼此绝缘，进而使每一颗粒子体均能复极化，充分发挥微电池的效能，避免短路电流，从而提高电流效率。

本可选方案中，多孔安装体的孔径为10～80PPI，与对应的粒子体20的外径尺寸相适应。本可选方案的优选实施例中，多孔安装体的孔径为20～30PPI。多孔安装体的孔隙度不小于85%，有利于提高单个复合粒子电极电极搭载的粒子体20的数量，进而提高污染物与粒子体的传质效率及污染物的处理效率。本可选方案的优选实施例中，多孔安装体的孔隙度为85%～90%。

本可选方案中，如图5所示，多孔安装体的密度为20～50Kg/m³，密度很小，当搭载较多的粒子体20时，仍可悬浮于整个反应器电场内。可选地，复合粒子电极的密度为0.9～0.95g/cm³，小于水的密度，使该复合粒子电极可悬浮于反应器电场内，提高污染物与粒子体的传质效率及污染物的处理效率。

本可选方案中，如图5所示，多孔安装体为聚氨酯海绵、聚醚海绵、乳胶海绵等多孔海绵体中的一种。多孔海绵体具有耐酸碱性强、稳定性好的优点，其支撑作用有助于防止粒子体的流失，并便于回收。

本可选方案的具体实施例中，聚氨酯海绵的边长为15～20mm；聚氨酯海绵的孔径为20～30PPI；聚氨酯海绵的孔隙度为85～90%；聚氨酯海绵的密度为30～50kg/m³，形成的复合粒子电极电极的密度为0.92～0.95g/cm³。

本可选方案中，如图5所示，粒子体20为活性炭基粒子、高岭土粒子、金属粒子、掺杂陶粒的复合粒子中的一种或多种，即同一个多孔安装体内的粒子体20可能是活性炭基粒子、高岭土粒子、金属粒子、掺杂陶粒的复合粒子中的任意一种，也可能是活性炭基粒子、高岭土粒子、金属粒子、掺杂陶粒的复合粒子中的至少两种。

本可选方案中，粒子体20的形状为颗粒状、条状、块状中的一种或多种，且粒子体20的形状与安装孔隙的形状相适应，以防粒子体20掉出安装孔隙。制备时，粒子体以分散的方式嵌入多孔安装体内，可以是多孔安装体制备过程中将粒子体分散嵌于多孔安装体内，也可以是多孔安装体制备完成后再将粒子体20内嵌于多孔安装体的安装孔隙中。

本可选方案中，粒子体20上负载有金属活性组分或催化剂。本发明的粒子体20有较大的比表面积，可进行负载金属活性组分或催化剂进行改性，从而提高其催化效能，进而提高反应效率和反应质量。本可选方案中，金属活性组分为PbO₂、SnO₂、Sb₂O₃等金属氧化物。

可选地，复合粒子电极的第二实施例，如图6所示，绝缘包材10为由塑性材料制备形成的塑性体，塑性体的外表面间隔设有内凹延伸的安装通道101；安装通道101内嵌安装有柱状的粒子体20，以使粒子体20间相互分散，并与塑性体连接形成复合粒子电极。使用时，将该复合粒子电极直接投入绝缘筐内，无需固定，操作简单；本发明的复合粒子电极，立体结构且多安装通道101的塑性体的电阻高、机械强度高、耐磨性好、耐酸碱性强、性能稳定，其支撑作用有助于防止粒子体20因受压摩擦而粉碎；通过塑性体的设置，可有效防止粒子体20与反应器电场内的阴阳极板直接接触，每颗粒子体20卡在单独的安装通道101内，粒子体之间相互分散、彼此绝缘，每一颗粒子体20均能充分发挥微电池的效能，进而避免短路电流，提高电流效率及废水处理效率，且粒子体20卡在安装通道101中，嵌固牢固不易脱落，耐冲击性强，复合粒子电极不易分离，大大减少粒子体的流失，便于回收，且废水处理效果良好；本发明中塑性体的外径、开孔数量、安装通道的孔径等参数可根据实际需要选择，内嵌粒子体的数量也可根据实际需要调整，以适应于不同废水水质、不同处理需求，适用性广；本发明的复合粒子电极构造简单，利于大规模生产制造，对于三维电催化系统而言，是理想的粒子体。

可选地，如图6所示，安装通道101的截面呈多边形，该多边形可以是规则的正多边形，也可以是不规则的任意多边形，且多边形的边可以是直线，也可以是任意曲线，只需围设出的多边形结构能够稳定卡持相应设置的粒子体，且与粒子体之间具有废水进入进行反应的空间即可。安装通道101的最小孔径与对应安装的粒子体20的外径相适应，以使粒子体20稳定内嵌安装于安装通道101中，进而提高复合粒子电极的耐冲击性，使复合粒子电极不易分离；且粒子体20与安装通道101间具有供粒子体20与废水传质的反应间隙，以使废水能够进入安装通道101与粒子体20之间，提高两者之间的传质效率及废水处理效果。

可选地，图未示，相邻两条安装通道101之间的壁面上开设有连通两者的连通缝或连通孔，以连通相邻两条安装通道101。连通缝可以仅开设于相邻两条安装通道101之间的壁面上，连通缝也可以向外延伸至与塑性体的外表面连通；开设连通缝或连通孔时，应在保证塑性体具有足够的支撑强度的前提下进行，防止塑性体强度不够导致受压变形后压碎粒子体，连通缝和连通孔用于增大粒子体20与废水的接触面积，进而提高传质效率及废水处理效果。

可选地，塑性体的第一实施例，图未示，塑性体呈球状。安装通道101沿塑性体的径向延伸贯穿塑性体，安装柱状的粒子体20时，在安装通道101的两端分别嵌入安装一颗粒子体20，且塑性体内所有安装的粒子体20的嵌入端不相互接触，以避免产生短路电流。或者，安装通道101沿塑性体的径向内凹延伸成盲孔，粒子体20嵌入安装至安装通道101时，可有效防止粒子体间相互接触短路。塑性体的该结构设置方式，使其结构简单、容易制备成型，且有效防止粒子体间相互接触，避免短路电流产生。

可选地，塑性体的第二实施例，图未示，塑性体呈多面体状。安装通道101在塑性体的外平面上均匀间隔布设，且各安装通道101内凹延伸贯穿塑性体，安装柱状的粒子体20时，在安装通道101的两端分别嵌入安装一颗粒子体20，且塑性体内所有安装的粒子体20的嵌入端不相互接触，以避免产生短路电流。或者，安装通道101内凹延伸成盲孔，粒子体20嵌入安装至安装通道101时，可有效防止粒子体间相互接触短路。塑性体的该结构设置方式，使其结构简单、容易制备成型，且有效防止粒子体间相互接触，避免短路电流产生。

可选地，塑性体的第三实施例，如图6所示，塑性体呈柱状。安装通道101沿塑性体端面的同心圆线均匀间隔布设，即如图6所示，塑性体的端面具有多层同心环，每层同心环内分隔出沿周向依次间隔设置的多个安装通道101；或者，安装通道101在塑性体的端面上均匀间隔布设，如呈蜂窝煤状布设；或者，安装通道101在塑性体的端面上无规则间隔布设。无论多条安装通道101在塑性体上如何布设，各安装通道101沿塑性体的轴向贯穿塑性体，安装柱状的粒子体20时，在安装通道101的两端分别嵌入安装一颗粒子体20，且塑性体内所有安装的粒子体20的嵌入端不相互接触，以避免产生短路电流；或者，在塑性体的两端分别布设安装通道，且使各安装通道101沿塑性体的轴向内凹延伸成盲孔，粒子体20嵌入安装至安装通道101时，可有效防止粒子体间相互接触短路，也可以使塑性体两端的安装通道彼此错位布设后连通，有效防止粒子体间相互接触短路时，还可增大粒子体20与废水的接触面积，进而提高传质效率及废水处理效果。塑性体的该结构设置方式，使其结构简单、容易制备成型，且有效防止粒子体间相互接触，避免短路电流产生，并可有效增大粒子体20与废水的接触面积，进而提高传质效率及废水处理效果。

可选地，塑性体的第一、第二、第三实施例中，塑性体的最大外径为10～40mm，防止塑性体体积过大，占用较大的反应器空间，进而减少粒子体的数量，且塑性体体积过大时，将使形成的复合粒子电极失去微电池的作用效果，进而弱化废水处理效果。

可选地，塑性体的第一、第二、第三实施例中，塑性体的开孔率为90%以上，使其在保证整体结构稳定性前提下，尽可能搭载更多的粒子体，提高单位体积内，粒子体的数量，进而提高传质效率及废水处理效果。塑性材料为共聚塑料材料，不限于聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯，材料获取简单、制作成本低。且塑性材料的密度为0.9g/cm³，当该塑性体搭载粒子体形成复合粒子电极时，该复合粒子电极的密度将大于废水的密度，故而复合粒子电极可在反应器内堆叠，并填充整个阴阳极板之间的区域，减少旁路电流的产生，提高电流效率，且使粒子体在该整个极板区域间均匀、分散填充，进而提高传质效率及废水处理效率。

可选地，粒子体20负载金属活性组分或催化剂进行改性，进而提高催化效能。本可选方案中，粒子体20为活性炭基粒子、金属基粒子、无机矿物质基粒子等低阻抗、高比表面积粒子的一种或多种，且柱状粒子的粒径为1～5mm。

参照图6，本发明的优选实施例还提供了一种复合粒子电极的制备方法，用于制备出如上述实施例二中任一项的复合粒子电极，包括以下步骤：

将塑性材料、改性助剂置于混合机中充分混合均匀以得到混合料；

将混合料置于挤压成型设备中挤压成型出塑性体；

将粒子体20浸入含金属活性组分或催化剂的涂覆液中，浸渍完成后干燥；

将粒子体20分别插入塑性体的安装通道101中以得到复合粒子电极。

采用本发明的制备方法制备如上述实施例二中任一项的复合粒子电极时操作简单、容易实施；采用塑性材料和改性助剂制备的塑性体结构稳定、机械强度高、耐磨性好、耐酸碱性强，适应于绝大部分的废水处理场合；制备塑性体时，只需根据目标塑性体的结构形式，提前制备出相应的成型模具即可，从而可轻松获取所需结构形式的塑性体，以满足不同结构形态、不同外形尺寸的粒子体20的内嵌安装需求，适应性强；将粒子体20浸入含金属活性组分或催化剂的涂覆液中，涂覆均匀，进而提高粒子体20的改性质量；将粒子体20通过外力方式插入塑性体的安装通道101中，粒子体20嵌固牢固，不易脱落，耐冲击性强，复合粒子电极不易分离，大大减少粒子体的流失，便于回收，且废水处理效果良好。

具体地，首先，将100份聚乙烯、0.5～1份硬脂酸钙、0.5～1份聚乙烯蜡置于混合机中充分混合均匀以得到混合料；然后，将混合料置于双螺杆挤出机中熔融挤出，并通过相应模具按压成相应形状以得到具有安装通道101的塑性体；接着，将粒子体20浸入SnCl₄•5H₂O（0.5mol/L）和SbCl₃（0.05mol/L）的乙醇溶液中，浸渍2～4h后在100～105℃下干燥；最后，将粒子体20分别插入塑性体的安装通道101中以得到复合粒子电极。

本发明具体实施例中，如图6所示，塑性体为立体多孔塑料环，其材质为聚乙烯；立体多孔塑料环的结构为圆柱状，其端面设有内外3层同心环，各同心环内分隔出16～32个通孔，即安装通道101；立体多孔塑料环沿轴向的厚度为8～12mm，外径为10～15mm；立体多孔塑料环的开孔率为90%以上；立体多孔塑料环的比重为0.92～0.95g/cm³；立体多孔塑料环开孔的等效孔径为3～5mm；柱状粒子为活性炭基粒子，柱状活性炭基粒子的粒径为3～5mm；柱状活性炭基粒子以分散方式嵌入立体多孔塑料环的开孔内；柱状活性炭负载PbO₂、SnO₂、Sb₂O₃等金属氧化物。

可选地，复合粒子电极的第三实施例，如图7所示，复合粒子电极用于悬浮于绝缘筐内；绝缘包材为由塑性材料制备形成的塑性片，塑性片为具有空间曲面的空间曲面片；塑性片的表面内嵌有分散布设且呈颗粒状的粒子体20，粒子体20用于与反应器内的废水接触后传质。使用时，直接将该复合粒子电极投入绝缘筐内，复合粒子电极悬浮于绝缘筐内，无需固定，故而使用、操作简单；本发明的复合粒子电极中，塑性片由塑性材料制备形成，其电阻高，与阴阳极板接触后不产生短路电流，且机械强度高、耐磨性好、耐酸碱性强、稳定性好，适应绝大部分废水处理场合，适应性好，且塑性片对粒子体20的支撑作用，有助于防止内嵌颗粒状的粒子体20因受压摩擦而粉碎，粒子体20稳定内嵌于塑性片内，不易脱落，进而大大减少粒子体20的流失，便于回收；内嵌的颗粒状粒子体20不会与极板直接接触，粒子体20之间也相互分散、彼此绝缘，故而每一颗粒子体20均能充分发挥微电池的效能，极大减少短路电流提高电流效率的同时，还提高传质及废水处理效果；本发明的复合粒子电极中，塑性片为具有空间曲面的空间曲面片，由于其空间曲面的存在，当复合粒子电极填充在绝缘筐内时，塑性片之间易形成空隙，不易粘连堆叠，不仅可极大减少短路电流，提高电流效率，且利于粒子体20表面与废水之间的充分接触传质，进而提高废水处理效率；本发明的复合粒子电极中，可通过调节塑性片的厚度、大小，粒子体20的数量、密度、体积等，调节复合粒子电极的比重，以达到与反应器内不同类型废水的比重接近，从而可悬浮于反应器内，提高传质及处理效率；本发明的复合粒子电极的投加量可根据需要灵活调整，所投加的复合粒子电极量可悬浮填充整个反应器电场，从而使粒子体20在整个反应器电场内相对均匀分布，接近流化态，进而提高废水中污染物与粒子的传质效果，也减少阴阳极板间电流不穿设复合粒子电极时产生的旁路电流，进而提高电流效率，避免比重过大的现有复合粒子电极须填满整个电场导致反应器有效空间减小的缺陷；本发明的复合粒子电极的构造简单，利于大规模生产制造，对于三维电催化系统而言，是理想的粒子电极。

可选地，如图7所示，粒子体20的部分结构内嵌于塑性片内，以与塑性片固定连接，从而粒子体20嵌固牢固不易脱落，耐冲击性强，复合粒子电极不易分离，可大大减少粒子电极的流失，便于回收，且废水处理效果良好。粒子体20的其余部分结构外露，以与反应器内的废水接触传质，提高废水处理效率。

可选地，如图8所示，空间曲面片的形状不限于抛物柱面、双曲抛物面、波浪形面，空间曲面片的该些形状特征不仅使其易于制备成型，且使相邻空间曲面片之间的间隙大，空间曲面片之间不易粘连堆叠，进而极大减少短路电流，提高电流效率，并利于粒子体20的表面与废水之间充分接触传质，进而提高传质效率及废水处理效率。其它实施例中，空间曲面片的形状还可以为具有至少一个空间曲面的任意形状，制备简单、容易实现。实际设计时，同一反应器电场内，填充的空间曲面形状的复合粒子电极的形状可以相同，也可以不同，但均需保证相邻复合粒子电极之间具有足够的间隙，以便粒子体20充分与废水接触传质，且相邻复合粒子电极的接触叠加区域少，不大于复合粒子电极面积的10%，以尽可能减少多颗粒子体20接触产生的短路电流（实际反应过程中，当小于5颗的粒子体20接触形成一颗外径小于5mm的粒子球时，该粒子球仍然可以发挥微电池的作用效果，对其作用效果影响很小，且接触产生的短路电流可以忽略不计），进而提高电流效率。

可选地，如图7所示，空间曲面片展平后呈圆形、椭圆形、多边形中的一种，且多边形可以是正多边形，也可以是无规则多边形，空间曲面片的该些形状特征，使其容易加工、制备。

可选地，粒子体20的粒径为0.5～1.2mm；实际设计制备时，粒子体20的粒径使其作用效果为微电池时，粒径应该尽可能大，一方面便于粒子体20的制备，使其制备操作简单，结构功能复杂，以适应绝大部分废水的处理需求，另一方面粒径大有助于粒子体20稳定嵌固连接在塑性片上，粒子体20受冲击性强，不易脱落，进而大大减少粒子体20的流失，便于回收。

可选地，塑性片的厚度为0.3～2.2mm。设计塑性片的厚度时，应参考搭载的粒子体20的粒径大小及制备成本，当塑性片的厚度大于2倍粒子体20的粒径时，塑性片12较厚，材料浪费严重，且不利于形成的复合粒子电极在反应器电场内悬浮，另一方面，鉴于复合粒子电极的制备工艺考虑，当塑性片由塑性材料发泡制备成型时，粒子体20在塑性材料发泡过程中分散嵌入塑性片中，当塑性片的厚度大于2倍粒子体20的粒径时，粒子体20容易包覆于塑性片内，而不外露与废水传质，进而影响复合粒子电极的作用效果。当然，塑性片的厚度也不能太薄，当塑性片的厚度小于粒子体20粒径的一半时，形成的复合粒子电极的结构稳定性差，易受力形变后堆叠紧密，进而影响粒子的作用效果，并产生短路电流，且粒子体20嵌固也不稳定，容易从塑性片上脱落，进而加大粒子体20的流失，不便于回收。

可选地，塑性片的外径为10～50mm，防止塑性片外径过大，占用较大的绝缘筐空间，进而相对减少复合粒子电极的数量，且不便于复合粒子电极在反应器电场内的悬浮堆叠，另外，塑性片的外径还应与制备塑性片的设备相适应。

可选地，塑性片在反应器内的堆积密度为150～200kg/m³，防止反应器内复合粒子电极堆积量较大，进而影响粒子体20与废水的传质效果，也防止反应器内复合粒子电极堆积量较少，浪费反应器空间，减缓废水处理效率。

可选地，复合粒子电极的比重为0.91～0.99g/cm³，使复合粒子电极能够悬浮在绝大部分的废水中，提高传质及处理效率，且使复合粒子电极可悬浮填充整个反应器电场，从而使粒子体20在整个反应器电场内相对均匀分布，接近流化态，进而提高废水中污染物与粒子的传质效果，也减少阴阳极板间电流不穿设复合粒子电极时产生的旁路电流，进而提高电流效率，避免比重过大的现有复合粒子电极须填满整个电场导致反应器有效空间减小的缺陷。

可选地，塑性材料为共聚塑料材料，不限于聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯，材料获取简单、制作成本低。粒子体20为活性炭基粒子、高岭土粒子、金属粒子、掺杂有陶粒的复合粒子中的一种或多种，且粒子体20制备过程中添加有固结材料，使其结构稳定。

可选地，粒子体20负载有金属活性组分或催化剂进行改性，进而提高催化效能；塑性片制备过程中，加入有改性助剂，如硬脂酸钙、碳酸钠、碳酸氢铵等一种或多种，以使塑性材料发泡，便于粒子体20的嵌固。

本发明的具体实施例，如图7和图8所示，本发明的复合粒子电极，包含有多孔的塑性片，塑性片内嵌有颗粒状的粒子体20；多孔的塑性片的材质为聚乙烯；多孔的塑性片展平后的形状为圆形；多孔的塑性片为具有空间曲面结构的双曲抛物面；塑性片的厚度为0.5～2mm；塑性片的外径为25～30mm；复合粒子电极的比重为0.93～0.95g/cm³；塑性片的堆积密度为170～180kg/m³；内嵌的粒子体20为球状活性炭粒子；粒子体20的粒径为1～1.2mm；粒子体20均匀、分散地嵌入塑性片内；粒子体20上也负载有PbO₂、SnO₂、Sb₂O₃等金属氧化物。

参照图7和图8，本发明的优选实施例还提供了一种复合粒子电极制备方法，用于制备出如上述实施例三中任一项的复合粒子电极，包括以下步骤：

将粒子体20浸入含金属活性组分或催化剂的涂覆液中，并浸渍后干燥；

将共聚塑料材料粒子、粒子体20、改性助剂置于混合机中充分混合均匀以得到混合料。

将混合料置于挤出机中挤出为内嵌有粒子体20的塑性条。

将塑性条切割成型为复合粒子电极，或者，首先将塑性条切割成内嵌有粒子体20的薄片，然后将薄片弯折成型为复合粒子电极。

采用本发明的制备方法制备如上述实施例三中任一项的复合粒子电极时，操作简单、容易实施；采用塑性材料和改性助剂制备的复合粒子电极中的塑性片的结构稳定、机械强度高、耐磨性好、耐酸碱性强，适应于绝大部分的废水处理场合，且通过改性助剂使共聚塑料材料发泡，进而便于粒子体20均匀、分散且稳固地嵌入填充；对塑性条进行切割时，可以采用专用的切割成型设备将塑性条直接切割成设计厚度、设定空间形态的复合粒子电极，也可首先将塑性条切割成设定厚度的薄片，然后再将薄片弯折成需要空间形态的复合粒子电极，两种方式均操作简单，满足复合粒子电极对厚度及空间形态的需求，且粒子体20制备成型过程中添加有固结材料，粒子被切割后，不会导致其结构松散，故而只需合理控制切割出的薄片的厚度相对粒子体20的厚度，即可使薄片两面均有分散、外露的粒子体20，满足其作用需求，并粒子体20稳定嵌固于塑性片中，粒子体20不易脱落，耐冲击性强，大大减少粒子电极的流失，便于回收，且废水处理效果良好；将粒子体20浸入含金属活性组分或催化剂的涂覆液中，均匀涂覆，进而提高粒子体20的改性质量。

具体地，首先，将粒子体20浸入SnCl₄•5H₂O（0.5mol/L）和SbCl₃（0.05mol/L）的乙醇溶液中，浸渍2～4h后在100～105℃下干燥；然后，将50～100份的共聚塑料材料粒子、10～45份的粒子体20、1～5份的改性助剂置于混合机中充分混合均匀以得到混合料；然后，将混合料置于双螺杆挤出机中熔融挤出成型为内嵌有粒子体20的塑性条；接着，将塑性条切割成型为复合粒子电极，或者，首先将塑性条切割成内嵌有粒子体20的薄片，然后将薄片弯折成型，即可获得所需的复合粒子电极。

在其它实施例中，复合粒子电极的制备方法还可以为：首先，将50～100份的共聚塑料材料粒子、1～5份的改性助剂置于混合机中充分混合均匀以得到混合料；然后，将混合料置于双螺杆挤出机中熔融挤出成型为塑性条；接着，将塑性条切割成型为具有空间曲面的塑性片，或者，先将塑性条切割成薄片，然后再将薄片弯折成具有空间曲面的塑性片；然后，将粒子体20入SnCl₄•5H₂O（0.5mol/L）和SbCl₃（0.05mol/L）的乙醇溶液中，浸渍2～4h后在100～105℃下干燥；再在塑性片的表面涂抹粘结胶，如环氧树脂胶，接着将粒子体20均匀、分散粘接在塑性片两面的由于发泡形成的孔中，即可获得所需的复合粒子电极。

可选地，模块化粒子电极的另一实施例，如图9所示，其包括绝缘筐，绝缘筐40内填充有粒子体20、及用于防止粒子体20堆叠且绝缘设置的分隔体110。使用时，将模块化粒子电极直接装入反应器电场内的阴阳极板之间，竖直或水平叠放即可，由于绝缘筐40的设置，不仅使模块化粒子电极堆放稳定，并模块化设置使得装卸、更换粒子体更为便捷，且由于绝缘筐40的阻隔，粒子体20不与阴阳极板直接接触，从而减少短路电流，提高电流效率；粒子体的投加量是影响电催化效果及能耗的重要影响因素之一，本发明由于模块化绝缘筐40的分隔，可以通过调整绝缘筐40的尺寸、绝缘筐内粒子体20的充满度，来调节模块化粒子电极的投加量，调节操作简单、灵活，适应性强，且由于模块化绝缘筐40的堆叠，粒子体20仍然可在纵向上始终相对均匀分布，从而可减少由于阴阳极板间电流不穿设粒子体20而产生的旁路电流，进而提高电流效率；本发明由于分隔体110的设置，可有效防止粒子体20密实堆叠，减少短路电流，提高电流效率并降低能耗，且利于粒子体20表面与废水之间的传质，进而提高传质效率和废水处理效率；本发明的模块化粒子电极构造简单，利于大规模生产制造，对于三维电催化系统而言，是理想的粒子体。

可选地，粒子体20和分隔体110布设的第一实施例，如图9所示，粒子体20和分隔体110在绝缘筐40内的高度方向上分层交替布设。该种布设方式，可有效防止粒子体20在绝缘筐40内密实堆叠，进而减少短路电流的产生，提高电流效率，且使反应器内的废水能够顺畅进入绝缘筐40内与粒子体20传质，进而提高传质效率及废水处理效率；另一方面，还可有效减少竖直方向上由于阴阳极板间电流不穿设粒子体20而产生的旁路电流，进一步提高电流效率。当模块化粒子电极在水平方向上依次设置连接时，各模块化粒子电极内的粒子体20和分隔体110依然在绝缘筐40的高度方向上分层交替布设，且相邻两个模块化粒子电极内的粒子体20和分隔体110彼此错位布设，有效减少竖直方向上由于阴阳极板间电流不穿设粒子体20而产生的旁路电流，提高电流效率。

可选地，粒子体20和分隔体110布设的第二实施例，图未示，粒子体20和分隔体110在绝缘筐40内均匀混合设置。该种布设方式，粒子体20之间孔隙较大，不易粘连、堆叠，有效避免短路电流的产生，提高电流效率，且使反应器内的废水能够顺畅进入绝缘筐40内与粒子体20传质，进而提高传质效率及废水处理效率；另一方面，还可有效减少竖直方向上由于阴阳极板间电流不穿设粒子体20而产生的旁路电流，进一步提高电流效率。

可选地，粒子体20和分隔体110布设的第三实施例，图未示，粒子体20分散布设于分隔体110内，以与分隔体110形成复合粒子电极。该种布设方式，粒子体20之间相互分散布设，且与分隔体110连接形成复合粒子电极，可有效避免短路电流的产生，提高电流效率，且使反应器内的废水能够顺畅进入绝缘筐40内与粒子体20传质，进而提高传质效率及废水处理效率。

可选地，粒子体20和分隔体110布设的第一、第二及第三实施例中，分隔体110呈球状、条状、块状中的至少一种，且分隔体110内设有若干安装孔隙。特别地，在粒子体20和分隔体110布设的第一和第二实施例中，分隔体110内可不设置安装孔隙，当分隔体110内设有安装孔隙时，该安装孔隙的内径小于粒子体20的外径，避免粒子体20进入分隔体110内；在粒子体20和分隔体110布设的第三实施例中，分隔体110内间隔布设有若干安装孔隙，粒子体20卡装于对应设置的安装孔隙中。

可选地，粒子体20为活性炭基粒子、金属基粒子、无机矿物质基粒子中的一种或多种。

可选地，粒子体20负载有金属活性组分或催化剂。本发明的粒子体20有较大的比表面积，可进行负载金属活性组分或催化剂进行改性，从而提高其催化效能，进而提高反应效率和反应质量。本可选方案中，金属活性组分为PbO₂、SnO₂、Sb₂O₃等金属氧化物。

可选地，如图1所示，阳极板90布设于相邻两块阴极板80之间；位于外壳体31底板宽度方向两端的阴极板80分别与外壳体31对应侧的侧板贴合。该种布设方式中，由于起反应作用的阳极板90位于两块阴极板80之间，故而阳极板90的两侧面均可参与反应，进而提高反应器空间利用率，及传质和处理效率。实际设置时，阴极板80和阳极板90之间的间距，是影响电催化效果及能耗的重要影响因素之一，本发明的反应器侧壁每隔一定距离设有极板卡槽，可以根据实际需要将阴极板80和阳极板90插入相应位置，进而灵活调节极板间距。本可选方案中，阴极板80可为活性炭基电极、钛基电极中的一种或多种，阳极板90可为一种或多种钛基镀层电极等形稳阳极。本可选方案的具体实施例中，如图1所示，阳极板90上具有底部开口，阴极板80上具有顶部开口。

可选地，如图1和图4所示，废水分段式三维电催化装置还包括布水系统60，布水系统60包括：用于将待处理的污水均匀配入外壳体31的进水管组61、用于将反应后的污水向外排出的排水管组、及用于使外壳体31排空的排空管组63。进水管组61和出水管组62分设于阴极板80和阳极板90的两侧，且进水管组61靠近外壳体31的底板设置，出水管组62位于外壳体31的上端，以在进水管组61和出水管组62之间形成沿阴极板80和阳极板90长度方向流动的水平推流。排空管组63位于出水管组62的下方，且靠近外壳体31的底板设置。工作时，污水由进水管组61配水进入阴极板80、阳极板90及模块化粒子电极的第一侧，在底部间隔放置的曝气支管55曝气的作用下，污水在阴极板80和阳极板90间呈整体水平推流耦合局部环流的方式流动至阴极板80、阳极板90及模块化粒子电极的第二侧，然后再由出水管组62向外排出，当排空管组63开启后，外壳体31内的污水直接从排空管组63排出反应器。

本可选方案中，如图1和图4所示，进水管组61包括沿外壳体31底板的宽度方向延伸的配水管611、与配水管611连通的进水管612、连接于进水管612中的第一开关阀，配水管611上开设有沿其长度方向依次间隔设置的配水孔6110，进水管612的进水端延伸出外壳体31，第一开关阀连接有控制装置。出水管组62包括与配水管611平行的出水渠621、与出水渠621连通的出水管622、连接于出水管622中的第二开关阀，出水渠621连接于外壳体31上端的侧壁上，出水管622的出水端延伸出外壳体31，第二开关阀与控制装置相连。排空管组63包括排空管631、连接于排空管631中的第三开关阀，排空管631的进水端延伸至外壳体31的底板上，第三开关阀与控制装置相连。工作时，本发明装置运行方式灵活，可实现序批式或连续式运行模式切换，当需要序批式运行时，关闭第二开关阀，同时打开第一开关阀和第三开关阀，进水管612进水，排空管631出水；当需要连续式运行时，关闭第三开关阀，同时打开第一开关阀和第二开关阀，进水管612进水，出水管622出水。

优选地，如图1所示，进水管612与配水管611的中部垂直连通，配水孔6110沿进水流动方向逐步密集，或配水孔6110沿进水流动方向孔径逐步增大。配水孔6110的该种设置方式，便于沿阴极板80和阳极板90的间隔排布方向均匀布水，避免极板排布方向上的死水区，进而提高粒子电极的利用率。出水渠621的两端分别连接外壳体31的内侧壁，出水管622垂直连通出水渠621。

可选地，如图1和图4所示，废水分段式三维电催化装置还包括布设于阴极板80和阳极板90的出水侧与出水管组62之间的排渣系统70，排渣系统70包括：挡板71、成槽板72及排渣管73。挡板71平行出水管组62设置，且挡板71的两侧分别与外壳体31的内侧壁连接，并挡板71的下端与外壳体31底板间隔设置，以形成供反应后的污水向外排出的排水口701。成槽板72连接于挡板71朝向模块化粒子电极的侧壁的上端，以与挡板71形成用于盛装反应后产生的浮渣的浮渣槽702，且浮渣槽702槽顶高于出水渠621渠顶1～5mm。排渣管73的一端与浮渣槽702连通，其相对设置的另一端穿设外壳体31后向外延伸。工作时，挡板71的阻隔可分离电催化反应过程中的浮渣，使浮渣进入浮渣槽702后排出，出水则从挡板71下端与外壳体31底板之间的间隙进入后侧的出水区，然后再经出水渠621由出水管622排出，从而有效避免因浮渣导致的堵塞、短路现象。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种废水分段式三维电催化装置，其特征在于，包括：

反应器（30），所述反应器（30）内设有沿进流侧至出流侧方向依次间隔设置的多组阴阳极板组，各所述阴阳极板组包括沿与其布设方向相垂直方向依次间隔且交错布设的阴极板（80）和阳极板（90），所述阴极板（80）和所述阳极板（90）均竖直设置，且与所述反应器（30）的底板之间具有流通间隙；

各组所述阴阳极板组的所述阴极板（80）和所述阳极板（90）的种类相同或不同，且不同组所述阴阳极板组的所述阴极板（80）和所述阳极板（90）的种类相同或不同；

各组所述阴阳极板组中相邻的所述阴极板（80）和所述阳极板（90）之间未设置或设置有上下叠放设置的模块化粒子电极，且所述模块化粒子电极与所述反应器（30）的底板之间具有流通间隙；

所述反应器（30）封闭设置且用于引导电催化反应产生的氢气与反应产生的其它混合气体自分离；所述反应器（30）外还设有与其连通的排气循环系统（50），所述排气循环系统（50）用于使自分离出的氢气向外排出，同时使自分离出的其它混合气体在所述反应器（30）和所述排气循环系统（50）间循环流动用作曝气，以使所述反应器（30）内的污水分别在所述阴极板（80）和所述阳极板（90）的两侧形成分别环绕所述阴极板（80）和所述阳极板（90）循环流动的局部环流，进而提升传质效果和电催化效率；

反应器（30）包括上端敞口的外壳体（31）、可拆卸式罩设于外壳体（31）敞口端上的上罩体（32）、及设置于上罩体（32）上的观察窗（33）；上罩体（32）由其敞口端至封闭端方向逐渐向内收拢，且上罩体（32）封闭端的顶部形成外凸的集气腔（320），以用于使反应产生的氢气在上罩体（32）的结构导引下自动汇集至集气腔（320），进而实现与其它混合气体的自分离；

排气循环系统（50）包括与集气腔（320）连通的排气管（51）、设置于反应器（30）外的抽吸风机（52）、与抽吸风机（52）分别连通的抽气管（53）和曝气干管（54）、及与曝气干管（54）分别连通的多根曝气支管（55）；抽气管（53）的进气端穿设上罩体（32）后，延伸至反应器（30）内污水的上方；曝气干管（54）的排气端穿设外壳体（31）后，延伸至外壳体（31）的底板上；多根曝气支管（55）依次间隔设置，且位于阴极板（80）、阳极板（90）及模块化粒子电极的下方；

沿阴极板（80）和阳极板（90）的排布方向，将第一块阴极板（80）和第一块阳极板（90）组合成第一组阴阳极板，将第二块阴极板（80）和第二块阳极板（90）组合成第二组阴阳极板，……，以此类推；多根曝气支管（55）一一对应多组阴阳极板设置，且沿对应设置的模块化粒子电极的宽度方向延伸布设于模块化粒子电极的正下方，并各曝气支管（55）的下表面上开设有沿其长度方向均匀间隔设置且出口朝下的曝气孔（550）；

模块化粒子电极包括用于使其在外壳体31内横向或竖向叠放的绝缘筐40、及用于使粒子体20相对分散布设于外壳体31内的复合粒子电极, 绝缘筐40绝缘设置且为中空网状体结构，其一侧外凸形成连接凸起401，其相对设置的另一侧内凹形成连接凹口402 , 复合粒子电极分散填充于绝缘筐40内；复合粒子电极包括粒子体20、及起支撑作用并使粒子体20分散安装的绝缘包材10 , 复合粒子电极悬浮填充于绝缘筐40内，或依次有间隙地叠放于绝缘筐40内；

复合粒子电极用于悬浮于绝缘筐40内，绝缘包材10为多孔安装体，粒子体20用于负载金属活性组分或催化剂, 多孔安装体内具有若干间隔布设的安装孔隙, 各粒子体20内嵌于对应设置的安装孔隙中；或者

绝缘包材10为由塑性材料制备形成的塑性体，塑性体的外表面间隔设有内凹延伸的安装通道101；安装通道101内嵌安装有柱状的粒子体20，以使粒子体20间相互分散，并与塑性体连接形成复合粒子电极；或者

复合粒子电极用于悬浮于绝缘筐内；绝缘包材为由塑性材料制备形成的塑性片，塑性片为具有空间曲面的空间曲面片；塑性片的表面内嵌有分散布设且呈颗粒状的粒子体20，粒子体20用于与反应器内的废水接触后传质；或者

粒子体20填充于绝缘筐40内，且绝缘筐40内还填充有用于防止粒子体20堆叠且绝缘设置的分隔体110。

2.根据权利要求1所述的废水分段式三维电催化装置，其特征在于，

各组所述阴阳极板组连接同一电源供电，或各组所述阴阳极板组分别连接电源供电；

所述电源供电为直流供电或脉冲供电。

3.根据权利要求2所述的废水分段式三维电催化装置，其特征在于，

各组所述阴阳极板组分别连接的所述电源的电压和电流分别相同或不同。

4.根据权利要求1所述的废水分段式三维电催化装置，其特征在于，

所述阴极板（80）、所述阳极板（90）及所述模块化粒子电极分别垂直于所述外壳体（31）的底板方向设置于所述外壳体（31）内。

5.根据权利要求4所述的废水分段式三维电催化装置，其特征在于，

所述废水分段式三维电催化装置还包括布水系统（60），所述布水系统（60）包括：用于将待处理的污水均匀配入所述外壳体（31）的进水管组（61）、用于将反应后的污水向外排出的排水管组、及用于使所述外壳体（31）排空的排空管组（63）；

所述进水管组（61）和出水管组（62）分设于所述阴极板（80）和所述阳极板（90）的两侧，且所述进水管组（61）靠近所述外壳体（31）的底板设置，所述出水管组（62）位于所述外壳体（31）的上端，以在所述进水管组（61）和所述出水管组（62）之间形成沿所述阴极板（80）和所述阳极板（90）长度方向流动的水平推流；

所述排空管组（63）位于所述出水管组（62）的下方，且靠近所述外壳体（31）的底板设置。

6.根据权利要求5所述的废水分段式三维电催化装置，其特征在于，

所述进水管组（61）包括沿所述外壳体（31）底板的宽度方向延伸的配水管（611）、与所述配水管（611）连通的进水管（612）、连接于所述进水管（612）中的第一开关阀，所述配水管（611）上开设有沿其长度方向依次间隔设置的配水孔（6110），所述进水管（612）的进水端延伸出所述外壳体（31），所述第一开关阀连接有控制装置；

所述出水管组（62）包括与所述配水管（611）平行的出水渠（621）、与所述出水渠（621）连通的出水管（622）、连接于所述出水管（622）中的第二开关阀，所述出水渠（621）连接于所述外壳体（31）上端的侧壁上，所述出水管（622）的出水端延伸出所述外壳体（31），所述第二开关阀与所述控制装置相连；

所述排空管组（63）包括排空管（631）、连接于所述排空管（631）中的第三开关阀，所述排空管（631）的进水端延伸至所述外壳体（31）的底板上，所述第三开关阀与所述控制装置相连。

7.根据权利要求5所述的废水分段式三维电催化装置，其特征在于，

所述废水分段式三维电催化装置还包括布设于所述阴极板（80）和所述阳极板（90）的出水侧与所述出水管组（62）之间的排渣系统（70），所述排渣系统（70）包括：挡板（71）、成槽板（72）及排渣管（73）；

所述挡板（71）平行所述出水管组（62）设置，且所述挡板（71）的两侧分别与所述外壳体（31）的内侧壁连接，并所述挡板（71）的下端与所述外壳体（31）底板间隔设置，以形成供反应后的污水向外排出的排水口（701）；

所述成槽板（72）连接于所述挡板（71）朝向所述模块化粒子电极的侧壁的上端，以与所述挡板（71）形成用于盛装反应后产生的浮渣的浮渣槽（702），且所述浮渣槽（702）槽顶高于出水渠（621）渠顶1～5mm；

所述排渣管（73）的一端与所述浮渣槽（702）连通，其相对设置的另一端穿设所述外壳体（31）后向外延伸。

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