CN114380360B - 用于降解污水的三维电极电催化氧化反应器及其使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及污水处理技术领域，具体涉及一种用于降解污水的三维电极电催化氧化反应器及其使用方法；本发明包括一组串联的处理组件，处理组件的数量至少为一组，处理组件包括处理箱以及设置在处理箱上电催化组件、分散组件和循环组件，电催化组件包括阳极板、阴极板和沸石，分散组件包括定位板和超声波发生器，阳极板和阴极板的内部均设有电磁铁，所述电磁铁的表面电绝缘，所述电磁铁产生的磁场方向均沿横向，所述沸石内部均设有磁导体制成的内芯，循环组件包括循环管和特斯拉阀管；本发明能够有效地解决现有技术存在效率不佳和维护成本较高等问题。

Description

用于降解污水的三维电极电催化氧化反应器及其使用方法

技术领域

本发明涉及污水处理技术领域，具体涉及一种用于降解污水的三维电极电催化氧化反应器及其使用方法。

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。

在申请号为：CN201010563370.8的专利文件中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。

但是，其在实际应用的过程中仍存在以下不足：

第一，效率不佳，虽然其采用循环泵连接循环管的方式将容器底部的水抽至顶部并向下冲，并通过液体下冲的方式充分循环搅拌容器内的液体来使三维电极粒子均匀悬浮于液体，但是这种方式的实现效果并不理想，因为液体下冲会使得三维电极粒子在容器内容易出现一块多且一块少的严重不均，从而影响污水的电催化处理效率和效果。

第二，维护成本较高，因为电极板和三维电极粒子对污水进行电催化处理时，其表面也会形成化学沉垢，而上述对比文件中的装置就需要用户频繁的对电极板和三维电极粒子表面进行繁杂的清洗。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术中存在的缺点，解决上述背景技术中提出的问题。

为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：一种用于降解污水的三维电极电催化氧化反应器，包括一组串联的处理组件，所述处理组件的数量至少为一组，所述处理组件包括处理箱以及设置在处理箱上电催化组件、分散组件和循环组件。

更进一步地，所述处理箱的外观整体上呈方形，所述处理箱底部对称地设有一组支撑脚，所述处理箱的顶部可拆卸且密封式地固定有与之匹配的箱盖，所述处理箱靠近其底部的前端侧壁上对称地开设有一组进水孔，所述处理箱靠近其底部的后端侧壁上对称地开设有一组进气孔，所述进水孔上均连接有进水管，所述进水管，所述进气孔中均可拆卸且密封式地穿接有曝气管，所述曝气管均通过导气管连接至曝气泵的输出端。

更进一步地，所述处理箱和箱盖的内壁均设有电绝缘层，所述电绝缘层的表面设有防腐蚀层；所述曝气泵的输入端还依次连接有分子筛制氧机和高效空气过滤装置；所述进水管上均设有流量阀，所述曝气管上均设有单向阀。

更进一步地，所述箱盖的中部贯穿有出水孔，上一级所述处理箱上的箱盖上的出水孔与下一级所述处理箱上的进水管之间通过转运管连接，所述转运管上还设有转运泵；所述箱盖的顶部还对称地设有一组排气管。

更进一步地，所述电催化组件包括阳极板、阴极板和沸石，所述阳极板和阴极板在处理箱内部呈等间距且交错式的分布，所述阳极板和阴极板的端部分别安装在处理箱内壁上与之对应的安装座上，所述沸石投放在处理箱内部。

更进一步地，所述分散组件包括定位板和超声波发生器，所述处理箱内部沿着横向均匀地分布有一组定位板，所述定位板的数量加一等于阴极板和阳极板的数量之和，所述定位板上端的板面上密布有超声波发生器，并且同一所述定位板上所有超声波发生器发出的声波在空间上进行叠加后产生沿着垂直方向均匀分布的驻波波节，并且所述驻波波节在定位板长边方向也是均匀分布，所述驻波波节均处于相邻的阳极板和阴极板之间夹持的空间区域，并且每对相邻所述阳极板和阴极板之间的驻波波节的数量相同。

更进一步地，所述阳极板和阴极板的内部均设有电磁铁，所述电磁铁的表面电绝缘，所述电磁铁产生的磁场方向均沿横向，所述沸石内部均设有磁导体制成的内芯。

更进一步地，所述循环组件包括循环管和特斯拉阀管，所述处理箱横向两端的侧壁上均对称地设有一组循环管，所述循环管上端的管口高于安装座的上端，并且所述循环管下端的管口低于安装座的下端，所述循环管上均设有特斯拉阀管，所述特斯拉阀管的导通方向为从上至下。

更进一步地，所述处理箱的内部还设有一对缓流板，在垂直方向上所述循环管下端的管口和定位板的下端之间设有一个缓流板，另一个所述缓流板在垂直方向上设置在循环管上端的管口和箱盖之间，所述缓流板上均密布有栅孔。

一种用于降解污水的三维电极电催化氧化反应器的使用方法，包括以下步骤：

S1，在处理箱内部投放适量的沸石，并盖上箱盖；

S2，紧接上述S1，通过进水管将污水缓慢的注入处理箱中；

S3，紧接上述S2，通过曝气泵向处理箱中的污水进行曝气，从而提升处理箱中污水的含氧量；

S4，紧接上述S3，启动阳极板、阴极板和超声波发生器，从而让相邻的阴极板和阳极板之间形成单向的匀强电场，同时让超声波发生器在污水处理箱内部的空间中产生均匀分布的驻波波节；

S5，紧接上述S4，曝气管释放的气泡和污水向上流动时产生的合力将沸石向上托起，当沸石运动至驻波波节处时，沸石会被困在驻波波节上，从而实现沸石在处理箱内部的空间中均匀地分布，然后沸石在阳极板和阴极板之间的电场作用下带电而成为第三电极；

S6，紧接上述S5，污水在富氧、电场和沸石的共同作用下被充分反应，从而提升污水中有机物的降解效果；

S7，紧接上述S6，污水在反应降解的过程中产生的气体以及曝气管释放的气泡会从排气管排出，同时位于电催化组件上方的污水会经过循环管在处理箱中进行循环流动；

S8，紧接上述S6，处理箱中经过净化的污水经箱盖上的转运管被转运至下一级的处理箱，下一级的处理箱对污水的处理过程与上述S1~S7相同；

S9，紧接上述S8，当污水完成净化后，将处理箱之间分离，并将进水管连接至收集池，并将转运管连接至清水池；

S10，紧接上述S9，通过转运管向处理箱中注入清水，然后启动电磁铁，从而在处理箱内部产生变化的磁场，从而让沸石在变化磁场的作用下对缓流板、阳极板和阴极板的表面进行碰撞，从而将缓流板、阳极板、阴极板和沸石表面的化学沉垢砸除，并使化学沉垢破碎成尺寸小于栅孔的微小颗粒；

S11，紧接上述S10，通过进水管将污水和化学沉垢排出至收集池。

与现有技术相比，本发明的优点和积极效果在于:

1、本发明通过在处理箱内部设置电催化组件和分散组件，理箱靠近其底部的前端侧壁上对称地开设有一组进水孔，处理箱靠近其底部的后端侧壁上对称地开设有一组进气孔，进水孔上均连接有进水管，进水管，进气孔中均可拆卸且密封式地穿接有曝气管，曝气管均通过导气管连接至曝气泵的输出端，电催化组件包括阳极板、阴极板和沸石，阳极板和阴极板在处理箱内部呈等间距且交错式的分布，阳极板和阴极板的端部分别安装在处理箱内壁上与之对应的安装座上，沸石投放在处理箱内部，分散组件包括定位板和超声波发生器，定位板上端的板面上密布有超声波发生器，并且同一定位板上所有超声波发生器发出的声波在空间上进行叠加后产生沿着垂直方向均匀分布的驻波波节，并且驻波波节在定位板长边方向也是均匀分布，驻波波节均处于相邻的阳极板和阴极板之间夹持的空间区域，并且每对相邻阳极板和阴极板之间的驻波波节的数量相同的设计。

这样可以通过超声波发生器在处理箱内部的空间中形成均匀分布的驻波波节，曝气管释放的气泡和污水向上流动时产生的合力将沸石向上托起，当沸石运动至驻波波节处时，沸石会被困在驻波波节上，从而实现沸石在处理箱内部的空间中均匀地分布。

达到有效地提升本发明产品实际应用时处理污水效率的效果。

2、本发明通过在阳极板和阴极板的内部均设有电磁铁，电磁铁的表面电绝缘，电磁铁产生的磁场方向均沿横向，沸石内部均设有磁导体制成的内芯的设计。

这样当污水处理完毕后，通过转运管向处理箱中注入清水，然后启动电磁铁，从而在处理箱内部产生变化的磁场，从而让沸石在变化磁场的作用下对缓流板、阳极板和阴极板的表面进行碰撞，从而将缓流板、阳极板、阴极板和沸石表面的化学沉垢砸除，并使化学沉垢破碎成尺寸小于栅孔的微小颗粒，然后通过进水管将污水和化学沉垢排出至收集池，达到有效地降低本发明产品实际应用时维护成本的效果。

附图说明

图1为本发明第一视角下三个处理组件串联时的直观图。

图2为本发明第二视角下阳极板经过部分剖视后的直观图。

图3为本发明第三视角下单个处理组件的直观图。

图4为本发明第四视角下箱盖的直观图。

图5为本发明第五视角下单个处理组件的爆炸视图。

图6为本发明第六视角下阳极板和阴极板的分布图。

图7为本发明的处理箱的部分剖视截面图。

图8为本发明的沸石的剖视截面图。

图9为图5中A区域的放大图。

图10为图5中B区域的放大图。

图中的标号分别代表：1-处理箱；2-支撑脚；3-箱盖；4-进水管；5-曝气管；6-导气管；7-曝气泵；8-电绝缘层；9-防腐蚀层；10-分子筛制氧机；11-高效空气过滤装置；12-流量阀；13-单向阀；14-转运管；15-转运泵；16-排气管；17-阳极板；18-阴极板；19-沸石；20-安装座；21-定位板；22-超声波发生器；23-电磁铁；24-内芯；25-循环管；26-特斯拉阀管；27-缓流板；28-栅孔。

具体实施方式

为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和实施例对本发明做进一步说明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本发明并不限于下面公开说明书的具体实施例的限制。

本实施例的一种用于降解污水的三维电极电催化氧化反应器，参照图1-10：包括一组串联的处理组件，处理组件的数量至少为一组，在本实施例中为了叙述的方便以三组处理组件为例，处理组件包括处理箱1以及设置在处理箱1上电催化组件、分散组件和循环组件。

（一）

处理箱1的外观整体上呈方形，处理箱1底部对称地设有一组支撑脚2，处理箱1的顶部可拆卸且密封式地固定有与之匹配的箱盖3，处理箱1靠近其底部的前端侧壁上对称地开设有一组进水孔，处理箱1靠近其底部的后端侧壁上对称地开设有一组进气孔，进水孔上均连接有进水管4，进水管4，进气孔中均可拆卸且密封式地穿接有曝气管5，曝气管5均通过导气管6连接至曝气泵7的输出端。

其中，曝气泵7和曝气管5用于对处理箱1内部的污水进行充氧，从而提升污水的含氧量，从而提升污水中有机物的降解效率。

处理箱1和箱盖3的内壁均设有电绝缘层8，这样可以避免处理箱1带电，电绝缘层8的表面设有防腐蚀层9，这样可以避免电绝缘层8被污水腐蚀而丧失电绝缘性能。

曝气泵7的输入端还依次连接有分子筛制氧机10（用于进一步提升曝气泵7向污水中输出的气体含氧量）和高效空气过滤装置11（这样可以避免空气中的灰尘和气溶胶等杂质污染分子筛制氧机10）。

进水管4上均设有流量阀12；曝气管5上均设有单向阀13，这样可以避免处理箱1中的污水倒流进曝气泵7中而发生泄漏。

箱盖3的中部贯穿有出水孔，上一级处理箱1上的箱盖3上的出水孔与下一级处理箱1上的进水管4之间通过转运管14连接，转运管14上还设有转运泵15。

箱盖3的顶部还对称地设有一组排气管16，用于释放处理箱1内部多余的气体，从而维持处理箱1内部的气压稳定。

（二）

电催化组件包括阳极板17、阴极板18和沸石19，阳极板17和阴极板18在处理箱1内部呈等间距且交错式的分布，阳极板17和阴极板18的端部分别安装在处理箱1内壁上与之对应的安装座20上，沸石19投放在处理箱1内部。

其中，安装座20采用电绝缘材料制成，并且阳极板17和阴极板18均通过安装座20与外界的电源电连接。

（三）

分散组件包括定位板21和超声波发生器22，处理箱1内部沿着横向均匀地分布有一组定位板21，定位板21的数量加一等于阴极板18和阳极板17的数量之和，定位板21上端的板面上密布有超声波发生器22，并且同一定位板21上所有超声波发生器22发出的声波在空间上进行叠加后产生沿着垂直方向均匀分布的驻波波节，并且驻波波节在定位板21长边方向也是均匀分布，驻波波节均处于相邻的阳极板17和阴极板18之间夹持的空间区域，并且每对相邻阳极板17和阴极板18之间的驻波波节的数量相同。

阳极板17和阴极板18的内部均设有电磁铁23，电磁铁23的表面电绝缘，电磁铁23产生的磁场方向均沿横向，沸石19内部均设有磁导体制成的内芯24。

值得注意的是：超声波发生器22同样采用了电绝缘和防水的设计。

（四）

循环组件包括循环管25和特斯拉阀管26，处理箱1横向两端的侧壁上均对称地设有一组循环管25，循环管25上端的管口高于安装座20的上端，并且循环管25下端的管口低于安装座20的下端，循环管25上均设有特斯拉阀管26，特斯拉阀管26的导通方向为从上至下，这样可以通过循环组件将电催化组件上端污水循环至处理箱1的底部，从而在一定程度上实现污水重复净化。

（五）

处理箱1的内部还设有一对缓流板27，在垂直方向上循环管25下端的管口和定位板21的下端之间设有一个缓流板27，另一个缓流板27在垂直方向上设置在循环管25上端的管口和箱盖3之间，缓流板27上均密布有栅孔28；其中栅孔28的尺寸小于沸石19的尺寸。

值得注意的是：缓流板27同样采用电绝缘材料制成，并且沸石19均处于两个缓流板27之间。

一种用于降解污水的三维电极电催化氧化反应器的使用方法，包括以下步骤：

S1，在处理箱1内部投放适量的沸石19，并盖上箱盖3。

S2，紧接上述S1，通过进水管4将污水缓慢的注入处理箱1中。

值得注意的是：注入污水箱中的污水是经过预先过滤的，即将污水中的固体杂质过滤掉。

值得注意的是：处理箱1中还可以加入NACL溶液，从而提升电催化净化的效果。

S3，紧接上述S2，通过曝气泵7向处理箱1中的污水进行曝气，从而提升处理箱1中污水的含氧量。

S4，紧接上述S3，启动阳极板17、阴极板18和超声波发生器22，从而让相邻的阴极板18和阳极板17之间形成单向的匀强电场，同时让超声波发生器22在污水处理箱1内部的空间中产生均匀分布的驻波波节。

S5，紧接上述S4，曝气管5释放的气泡和污水向上流动时产生的合力将沸石19向上托起，当沸石19运动至驻波波节处时，沸石19会被困在驻波波节上，从而实现沸石19在处理箱1内部的空间中均匀地分布，然后沸石19在阳极板17和阴极板18之间的电场作用下带电而成为第三电极。

S6，紧接上述S5，污水在富氧、电场和沸石19的共同作用下被充分反应，从而提升污水中有机物的降解效果。

S7，紧接上述S6，污水在反应降解的过程中产生的气体以及曝气管5释放的气泡会从排气管16排出，同时位于电催化组件上方的污水会经过循环管25在处理箱1中进行循环流动。

S8，紧接上述S6，处理箱1中经过净化的污水经箱盖3上的转运管14被转运至下一级的处理箱1，下一级的处理箱1对污水的处理过程与上述S1~S7相同。

S9，紧接上述S8，当污水完成净化后，将处理箱1之间分离，并将进水管4连接至收集池，并将转运管14连接至清水池。

S10，紧接上述S9，通过转运管14向处理箱1中注入清水，然后启动电磁铁23，从而在处理箱1内部产生变化的磁场，从而让沸石19在变化磁场的作用下对缓流板27、阳极板17和阴极板18的表面进行碰撞，从而将缓流板27、阳极板17、阴极板18和沸石19表面的化学沉垢砸除，并使化学沉垢破碎成尺寸小于栅孔28的微小颗粒。

值得注意的是：在S10中，用户还可以通过启动部分超声波发生器22来在清水中产生空化气泡，从而通过空化气泡来对缓流板27、阳极板17、阴极板18和沸石19表面的化学沉垢进行去除。

S11，紧接上述S10，通过进水管4将污水和化学沉垢排出至收集池。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例应用于其它领域，但是凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (5)

1.一种用于降解污水的三维电极电催化氧化反应器，其特征在于：包括一组串联的处理组件，所述处理组件包括处理箱（1）以及设置在处理箱（1）上的电催化组件、分散组件和循环组件；

所述处理箱（1）的外观整体上呈方形，所述处理箱（1）底部对称地设有一组支撑脚（2），所述处理箱（1）的顶部可拆卸且密封式地固定有与之匹配的箱盖（3），所述处理箱（1）靠近其底部的前端侧壁上对称地开设有一组进水孔，所述处理箱（1）靠近其底部的后端侧壁上对称地开设有一组进气孔，所述进水孔上均连接有进水管（4），所述进气孔中均可拆卸且密封式地穿接有曝气管（5），所述曝气管（5）均通过导气管（6）连接至曝气泵（7）的输出端；

所述电催化组件包括阳极板（17）、阴极板（18）和沸石（19），所述阳极板（17）和阴极板（18）在处理箱（1）内部呈等间距且交错式的分布，所述阳极板（17）和阴极板（18）的端部分别安装在处理箱（1）内壁上与之对应的安装座（20）上，所述沸石（19）投放在处理箱（1）内部；

所述分散组件包括定位板（21）和超声波发生器（22），所述处理箱（1）内部沿着横向均匀地分布有一组定位板（21），所述定位板（21）的数量加一等于阴极板（18）和阳极板（17）的数量之和，所述定位板（21）上端的板面上密布有超声波发生器（22），并且同一所述定位板（21）上所有超声波发生器（22）发出的声波在空间上进行叠加后产生沿着垂直方向均匀分布的驻波波节，并且所述驻波波节在定位板（21）长边方向也是均匀分布，所述驻波波节均处于相邻的阳极板（17）和阴极板（18）之间夹持的空间区域，并且每对相邻所述阳极板（17）和阴极板（18）之间的驻波波节的数量相同；

所述阳极板（17）和阴极板（18）的内部均设有电磁铁（23），所述电磁铁（23）的表面电绝缘，所述电磁铁（23）产生的磁场方向均沿横向，所述沸石（19）内部均设有磁导体制成的内芯（24）；

所述循环组件包括循环管（25）和特斯拉阀管（26），所述处理箱（1）横向两端的侧壁上均对称地设有一组循环管（25），所述循环管（25）上端的管口高于安装座（20）的上端，并且所述循环管（25）下端的管口低于安装座（20）的下端，所述循环管（25）上均设有特斯拉阀管（26），所述特斯拉阀管（26）的导通方向为从上至下。

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，所述处理箱（1）和箱盖（3）的内壁均设有电绝缘层（8），所述电绝缘层（8）的表面设有防腐蚀层（9）；所述曝气泵（7）的输入端还依次连接有分子筛制氧机（10）和高效空气过滤装置（11）；所述进水管（4）上均设有流量阀（12），所述曝气管（5）上均设有单向阀（13）。

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，所述箱盖（3）的中部贯穿有出水孔，上一级所述处理箱（1）上的箱盖（3）上的出水孔与下一级所述处理箱（1）上的进水管（4）之间通过转运管（14）连接，所述转运管（14）上还设有转运泵（15）；所述箱盖（3）的顶部还对称地设有一组排气管（16）。

4.根据权利要求3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，所述处理箱（1）的内部还设有一对缓流板（27），在垂直方向上所述循环管（25）下端的管口和定位板（21）的下端之间设有一个缓流板（27），另一个所述缓流板（27）在垂直方向上设置在循环管（25）上端的管口和箱盖（3）之间，所述缓流板（27）上均密布有栅孔（28）。

5.根据权利要求4所述的用于降解污水的三维电极电催化氧化反应器的使用方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1，在处理箱（1）内部投放适量的沸石（19），并盖上箱盖（3）；

S2，紧接上述S1，通过进水管（4）将污水缓慢的注入处理箱（1）中；

S3，紧接上述S2，通过曝气泵（7）向处理箱（1）中的污水进行曝气，从而提升处理箱（1）中污水的含氧量；

S4，紧接上述S3，启动阳极板（17）、阴极板（18）和超声波发生器（22），从而让相邻的阴极板（18）和阳极板（17）之间形成单向的匀强电场，同时让超声波发生器（22）在污水处理箱（1）内部的空间中产生均匀分布的驻波波节；

S5，紧接上述S4，曝气管（5）释放的气泡和污水向上流动时产生的合力将沸石（19）向上托起，当沸石（19）运动至驻波波节处时，沸石（19）会被困在驻波波节上，从而实现沸石（19）在处理箱（1）内部的空间中均匀地分布，然后沸石（19）在阳极板（17）和阴极板（18）之间的电场作用下带电而成为第三电极；

S6，紧接上述S5，污水在富氧、电场和沸石（19）的共同作用下被充分反应，从而提升污水中有机物的降解效果；

S7，紧接上述S6，污水在反应降解的过程中产生的气体以及曝气管（5）释放的气泡会从排气管（16）排出，同时位于电催化组件上方的污水会经过循环管（25）在处理箱（1）中进行循环流动；

S8，紧接上述S6，处理箱（1）中经过净化的污水经箱盖（3）上的转运管（14）被转运至下一级的处理箱（1），下一级的处理箱（1）对污水的处理过程与上述S1~S7相同；

S9，紧接上述S8，当污水完成净化后，将处理箱（1）之间分离，并将进水管（4）连接至收集池，并将转运管（14）连接至清水池；

S10，紧接上述S9，通过转运管（14）向处理箱（1）中注入清水，然后启动电磁铁（23），从而在处理箱（1）内部产生变化的磁场，从而让沸石（19）在变化磁场的作用下对缓流板（27）、阳极板（17）和阴极板（18）的表面进行碰撞，从而将缓流板（27）、阳极板（17）、阴极板（18）和沸石（19）表面的化学沉垢砸除，并使化学沉垢破碎成尺寸小于栅孔（28）的微小颗粒；

S11，紧接上述S10，通过进水管（4）将污水和化学沉垢排出至收集池。