CN114804305A - 一种三维电极废水处理反应器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种三维电极废水处理反应器。该三维电极废水处理反应器包括电解槽、阳极、阴极、粒子电极、直流电源、曝气装置；电解槽下部设有进液口，上部设有出液口；阳极和阴极排布于电解槽中；阳极与阴极分别与直流电源的正极和负极连接；粒子电极填充在阳极与阴极之间；曝气装置通过微孔曝气管向电解槽中通入空气。本发明采用圆柱形电解槽，相较于矩形电解槽，反应器内部传质效果更好，反应更加均匀。采用以棒状阳极为中心、筒状阴极环绕棒状阳极的形式排布电极，增大了阴极的比表面积，充分利用阳极的催化面积，提高了H2O2、·OH等活性物质的产率，从而提高了废水处理效果。粒子电极用塑料网包裹，减小了短路电流，提高了电流效率，降低了能耗。
Description
技术领域
本发明属于废水处理领域，具体涉及一种三维电极废水处理反应器。
背景技术
随着化工行业的迅速发展，越来越多的有机物被应用于电镀、印染、医药等行业，工业废水排放量日益增大，水资源污染现象越来越严重。废水水量大，成份复杂，可生化性差，含有毒、有害物质，处理难度大，对环境造成严重危害，因此对废水的处理己成为亟需解决的问题。
近年来，电催化氧化技术因其高效、环境相容性好、易操作等优点在废水处理方面取得了很大进展。然而传统二维电催化氧化法存在面体比小、传质效果差、电流效率低的缺点，在实际工程应用中存在明显缺陷。
针对这一缺陷，二十世纪六十年代末期Backhurst提出了三维电极氧化法的概念。本质上来说是对二维电极的升级和改进，是在传统的二维电极主电极板之间加入不同形状、不同材料并且可以导电的电极材料作为粒子电极，从而构成三维电解。粒子电极的加入会在电解反应器中形成许多的微电解池，加快电化学反应的进行。
与二维电极相比，粒子电极增大了电极的反应面积，提高了传质效率，有效地提高了污染物的降解速率。因此，采用三维电极法在处理工业废水污染物的应用中具有广阔的前景。但是三维电极法仍然存在不足，例如电极材料容易钝化腐蚀，寿命短；粒子电极容易堆积造成短路电流，电流效率较低。
发明内容
发明目的：针对现有技术的不足，本发明的目的是提供一种三维电极废水处理反应器，该反应器有效提高了废水处理效果和电流效率，同时，电极不易钝化腐蚀，工作寿命长。
本发明采用如下技术方案：
一种三维电极废水处理反应器，其特征在于，包括电解槽、阳极、阴极、粒子电极、直流电源和曝气装置；所述的电解槽下部设有进液口，上部设有出液口；阳极和阴极排布于电解槽中；阳极与阴极分别与直流电源的正极和负极连接；粒子电极填充在阳极与阴极之间；曝气装置通过微孔曝气管向电解槽中通入空气。
优选地，所述的电解槽为圆柱形电解槽。
优选地，所述的电解槽内部设有固定板，位于靠近电解槽底部一侧，防止粒子电极沉积到电解槽底部。
优选地，所述的固定板上开孔，开孔率为30％～80％，孔径为1～8mm。
优选地，所述的开孔率的最优取值范围是60％～70％，孔径的最优取值范围是3～5mm。
优选地，所述的阳极形状为棒状，阳极材料包括钌铱涂层钛电极、锡锑涂层钛电极、铱钽涂层钛电极。
优选地，所述的阴极形状为筒状，阴极材料包括石墨电极、不锈钢电极、钛电极。
优选地，所述的阳极位于电解槽的中心，阳极和阴极按照阳极为中心，阴极环绕阳极的形式排布于电解槽中。
优选地，所述的粒子电极采用活性炭、活性氧化铝、高岭土中的至少一种。
优选地，所述的粒子电极的堆积密度为0.4～0.8g/cm3。
优选地，所述的粒子电极外部被塑料网包裹，避免粒子电极与阳极和阴极接触。
优选地，所述的微孔曝气管在电解槽的底部，位于所述固定板的下方，微孔曝气管通过流量计与曝气装置相连，通过流量计调节曝气量，流量计的调节范围是0～180L/h。
优选地，所述的曝气量为60～120L/h。
相比现有技术，本发明的有益效果如下：
(1)本发明采用圆柱形电解槽，相较于矩形电解槽，反应器内部传质效果更好，反应更加均匀，提高了降解效率和电流效率。
(2)本发明采用钛基涂层电极作为阳极，其具有较高的析氧电位，降低了析氧副反应的发生，电流效率高，耐腐蚀性强，使用寿命长。
(3)本发明采用棒状阳极、筒状阴极，并且以阳极为中心，阴极环绕阳极的形式排布，增大了阴极的比表面积，充分利用阳极的催化面积，提高了H2O2、·OH等活性物质的产率，进而增强了废水处理效果。
(4)本发明粒子电极用塑料网包裹，避免了粒子电极与阳极和阴极接触，减小了短路电流，提高了电流效率，降低了能耗。
(5)本发明采用曝气装置对电解槽通入空气，一方面提高废水体系中O2的浓度，有利于提高H2O2和·OH的产率，从而提高对废水的处理效果；另一方面在曝气的作用下，三维电极反应器中的粒子电极处于悬浮状态，粒子电极与废水体系接触面积增大能强化传质，有利于提高电流效率。
附图说明
图1为本发明的三维电极废水处理反应器的剖视图；
图2为本发明的三维电极废水处理反应器的俯视图；
图中：(1)电解槽；(2)阳极；(3)阴极；(4)粒子电极；(5)直流电源；(6)曝气装置；(7)流量计；(8)微孔曝气管；(9)固定板；(10)进液口；(11)出液口。
具体实施方式
下面将结合附图和具体实施方式对本发明三维电极废水处理反应器进行清楚、完整地描述。
实施例1：
如图1所示，一种三维电极废水处理反应器，它包括电解槽1、阳极2、阴极3、粒子电极4、直流电源5和曝气装置6。电解槽1的下部设有进液口10，上部设有出液口11，进液口10用于通入待处理的废水，出液口11用于排出处理后的废水；电解槽1内部设有开孔固定板9，位于靠近电解槽1底部一侧，防止粒子电极4沉积到电解槽1的底部；阳极2位于电解槽1的中心，阳极2和阴极3按照阳极2为中心，阴极3环绕阳极2的形式排布于电解槽1中，阳极2和阴极3的轴线与电解槽1的中心轴线重合，阳极2连接直流电源5的正极，阴极3连接直流电源5的负极；粒子电极4由塑料网包裹，填充在阳极2与阴极3之间，避免粒子电极4与阳极2和阴极3接触；微孔曝气管8在电解槽1的底部，位于所述固定板9的下方，微孔曝气管8通过流量计7与曝气装置6相连，通过流量计7调节曝气量。
阳极2采用棒状电极，可以选用钌铱涂层钛电极、锡锑涂层钛电极或者铱钽涂层钛电极。
阴极3采用筒状电极，可以选用石墨电极、不锈钢电极或者钛电极。
粒子电极4采用活性炭、活性氧化铝、高岭土中的至少一种，且粒子电极4的堆积密度在0.4～0.8g/cm3之间。
流量计7可调节的曝气量范围是0～180L/h；其中，曝气量的最优取值范围是60～120L/h。
固定板9的开孔率为30％～80％，孔径为1～8mm；其中，开孔率的最优取值范围是60％～70％，孔径的最优取值范围是3～5mm。
实施例2：
采用图1所示的三维电极废水处理反应器处理某工厂印染废水，其运行条件为：待处理的印染废水由进液口10进入电解槽1，经过处理后的印染废水由出液口11排出；通过曝气装置6向电解槽1内曝气，曝气量为60L/h；阳极2采用筒状锡锑涂层钛电极，与直流电源5的正极相连；阴极3采用棒状石墨电极，与直流电源5的负极相连；粒子电极4采用柱状活性炭，堆积密度为0.55g/cm3，将吸附饱和的柱状活性炭用塑料网包裹，置于阳极2和阴极3之间；固定板9的开孔率为65％，孔径为4mm。三维电极废水处理反应器的运行电流密度为40mA/cm2，反应时间120min，反应pH为6。印染废水进水COD为4950mg/L，经过三维电极反应器处理后，印染废水出水COD降至757mg/L，COD去除率为84.7％，能耗为86kWh/kgCOD。
实施例3：
采用图1所示的三维电极废水处理反应器处理某工厂印染废水，其运行条件为：待处理的印染废水由进液口10进入电解槽1，经过处理后的印染废水由出液口11排出；通过曝气装置6向电解槽1内曝气，曝气量为70L/h；阳极2采用筒状钌铱涂层钛电极，与直流电源5的正极相连；阴极3采用棒状钛电极，与直流电源5的负极相连；粒子电极4采用柱状活性炭，堆积密度为0.55g/cm3，将吸附饱和的柱状活性炭用塑料网包裹，置于阳极2和阴极3之间；固定板9的开孔率为70％，孔径为5mm。三维电极废水处理反应器的运行电流密度为40mA/cm2，反应时间120min，反应pH为6。印染废水进水COD为4620mg/L，经过三维电极反应器处理后，印染废水出水COD降至862mg/L，COD去除率为81.3％，能耗为96kWh/kgCOD。
实施例4：
采用图1所示的三维电极废水处理反应器处理某工厂柠檬酸废水，其运行条件为：待处理的柠檬酸废水由进液口10进入电解槽1，经过处理后的柠檬酸废水由出液口11排出；通过曝气装置6向电解槽1内曝气，曝气量为100L/h；阳极2采用筒状铱钽涂层钛电极，与直流电源5的正极相连；阴极3采用棒状石墨电极，与直流电源5的负极相连；粒子电极4采用活性氧化铝，堆积密度为0.68g/cm3，将吸附饱和的活性氧化铝用塑料网包裹，置于阳极2和阴极3之间；固定板9的开孔率为65％，孔径为3mm。三维电极废水处理反应器的运行电流密度为40mA/cm2，反应时间120min，反应pH为5。柠檬酸废水进水COD为3962mg/L，经过三维电极反应器处理后，柠檬酸废水出水COD降至769mg/L，COD去除率为80.6％，能耗为113kWh/kgCOD。。
实施例5：
采用图1所示的三维电极废水处理反应器处理某工厂柠檬酸废水，其运行条件为：待处理的柠檬酸废水由进液口10进入电解槽1，经过处理后的柠檬酸废水由出液口11排出；通过曝气装置6向电解槽1内曝气，曝气量为100L/h；阳极2采用筒状铱钽涂层钛电极，与直流电源5的正极相连；阴极3采用棒状石墨电极，与直流电源5的负极相连；粒子电极4采用椰壳活性炭，堆积密度为0.45g/cm3，将吸附饱和的椰壳活性炭用塑料网包裹，置于阳极2和阴极3之间；固定板9的开孔率为70％，孔径为3mm。三维电极废水处理反应器的运行电流密度为30mA/cm2，反应时间120min，反应pH为5。柠檬酸废水进水COD为4216mg/L，经过三维电极反应器处理后，柠檬酸废水出水COD降至552mg/L，COD去除率为86.9％，能耗为74kWh/kgCOD。。
应理解的是以上所述仅为本发明的最优选实施例，并不用于限制本发明，凡在本发明的原则范围内所做的任何修改、补充和等同替换等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种三维电极废水处理反应器，其特征在于，包括电解槽、阳极、阴极、粒子电极、直流电源和曝气装置；
所述的电解槽下部设有进液口，上部设有出液口；阳极和阴极排布于电解槽中；阳极与阴极分别与直流电源的正极和负极连接；粒子电极填充在阳极与阴极之间；曝气装置通过微孔曝气管向电解槽中通入空气。
2.根据权利要求1所述的一种三维电极废水处理反应器，其特征在于，所述的电解槽为圆柱形电解槽。
3.根据权利要求1所述的一种三维电极废水处理反应器，其特征在于，所述的电解槽内部设有固定板，位于靠近电解槽底部一侧。
4.根据权利要求3所述的一种三维电极废水处理反应器，其特征在于，所述的固定板上开孔，开孔率为30％～80％，孔径为1～8mm。
5.根据权利要求1所述的一种三维电极废水处理反应器，其特征在于，所述的阳极形状为棒状，阳极材料包括钌铱涂层钛电极、锡锑涂层钛电极、铱钽涂层钛电极。
6.根据权利要求1所述的一种三维电极废水处理反应器，其特征在于，所述的阴极形状为筒状，阴极材料包括石墨电极、不锈钢电极、钛电极。
7.根据权利要求1所述的一种三维电极废水处理反应器，其特征在于，所述的阳极位于电解槽的中心，阳极和阴极按照阳极为中心，阴极环绕阳极的形式排布于电解槽中。
8.根据权利要求1所述的一种三维电极废水处理反应器，其特征在于，所述的粒子电极采用活性炭、活性氧化铝、高岭土中的至少一种。
9.根据权利要求1所述的一种三维电极废水处理反应器，其特征在于，所述的粒子电极外部被塑料网包裹。
10.根据权利要求1所述的一种三维电极废水处理反应器，其特征在于，所述的微孔曝气管在电解槽的底部，位于所述固定板的下方，微孔曝气管通过流量计与曝气装置相连，通过流量计调节曝气量，流量计的调节范围是0～180L/h。
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- 2022-06-16 CN CN202210684099.6A patent/CN114804305A/zh active Pending
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