CN115140809A - 管式膜电极催化反应装置及氧化分解方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种管式膜电极催化反应装置，包括壳体，所述壳体上设置有第一连接口、第二连接口和第三连接口，所述第一连接口和第三连接口均与壳体内部连通；电解组件，所述电解组件间隔分布在壳体内部，所述电解组件包括阴极件、阳极件和绝缘件，所述阴极件和阳极件的一端均与壳体内部顶端连接，所述阴极件和阳极件间隔设置，所述阳极件与第二连接口连通，所述绝缘件设置在阴极件和阳极件与壳体连接端之间。本发明的反应装置扩大了与污水反应的接触面积，提高了催化氧化的效率。本发明公开了一种氧化分解方法，其操作简单，反应调节温和，环境友好，没有其他废弃物的排放，适用场景广泛。
Description
技术领域
本发明属于环保水处理技术领域，具体涉及一种管式膜电极催化反应装置及氧化分解方法。
背景技术
对于有机废水而言，由于其具有难降解的特性，因此传统的水处理工艺不能很好的将其从水环境中彻底去除，从而导致有机废水常常带来严重的环境污染。因此，去除有机废水常常采用电化学氧化法，电化学氧化法的特点是处理的高效性和对环境友好性，其主要利用电解的原理，避免了化学氧化法需要另外添加药剂而引起的二次污染问题，同时反应条件温和，操作可控性强。电化学反应发生在阳极阴极表面，阳极利用自身强氧化作用催化氧化有机污染物；阴极利用原位还原Fe3+和O2，发生电芬顿氧化有机污染物，电极材料开发和电催化反应器设计是提高电化学氧化效率研究的重点。
现有技术中一般采用板式电极，板式电极的表面污染物传质效果差，且电催化效率低，阴极电芬顿需要外加氧气源，氧气利用率低。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种管式膜电极催化反应装置及氧化分解方法，旨在解决现有技术中采用板式电极存在其表面污染物传质效果差，且电催化效率低，阴极电芬顿需要外加氧气源，氧气利用率低的问题。
本发明采取以下技术方案实现：
一种管式膜电极催化反应装置，包括，
壳体，所述壳体上设置有第一连接口、第二连接口和第三连接口，所述第一连接口和第三连接口均与壳体内部连通；
电解组件，所述电解组件间隔分布在壳体内部，所述电解组件包括阴极件、阳极件和绝缘件，所述阴极件和阳极件的一端均与壳体内部顶端连接，所述阴极件和阳极件间隔设置，所述阳极件与第二连接口连通，所述绝缘件设置在阴极件和阳极件与壳体连接端之间。
为优化上述技术方案，采取的具体措施还包括：
进一步地，所述壳体包括筒体和保护罩，所述筒体为中空的圆柱型结构，所述保护罩为半球型结构，所述保护罩与筒体卡扣连接，所述电解组件部分设置于筒体内部，所述电解组件部分设置于保护罩内部，所述第一连接口和第三连接口设置在筒体侧壁上，所述第二连接口设置在保护罩上端。
进一步地，所述第一连接口为入水口，所述第三连接口为循环出水口，所述第二连接口为阳极出水口，所述第一连接口的水平位置低于第三连接口的水平位置。
进一步地，所述保护罩包括第一盖板和第二盖板，所述第一盖板和第二盖板一端铰接，所述第一盖板和第二盖板另一端卡扣连接。
进一步地，还包括直流电源，所述直流电源的正极与阳极件连接，所述直流电源的负极与阴极件连接。
进一步地，所述阳极件为封闭式中空套管结构，所述阴极件为下端开放式中空套管结构，所述阴极件套设在阳极件外部，所述阳极件和阴极件之间留有间隙，所述阴极件侧壁上开设有穿透孔，所述阳极件侧壁上开设有过滤孔，所述过滤孔呈不规则分布，所述阳极件采用Ti-RuO2电极，所述阴极件采用不锈钢材质。
进一步地，所述穿透孔与过滤孔沿水流方向交错分布，所述穿透孔的孔径大于过滤孔的孔径。
进一步地，所述阴极件上端设置有第一法兰，所述阳极件上端设置有第二法兰，所述壳体上设置有第三法兰，所述第一法兰分别与第二法兰、第三法兰连接，所述第一法兰和第三法兰之间、以及第一法兰和第二法兰之间均设置有绝缘件。
进一步地，所述筒体侧壁上端设置有排放气体的排气口。
本发明的一种氧化分解方法，基于本发明中所述的一种管式膜电极催化反应装置，步骤如下：
根据电源的电流大小，调整阴极件和阳极件之间的间距，装配成阳极件在内、阴极件在外的电解组件，形成电解体系；
根据污水中有机物的浓度，设置电解组件之间的间距，将多个电解组件形成环形围绕结构布设在保护罩下端；
将待氧化分解的污水按照一定流速比从第一连接口进入筒体，并在筒体内停留A小时；
利用阴极件表面分布的穿透孔和阳极件表面不规则分布的过滤孔，将污水中的污染物截流存储在阳极件和阴极件之间的间隙内；
启动电源，利用阳极件和阴极件进行电解催化反应B小时，去除污水中的有机物；
将氧化分解后的污水分别从第二连接口和第三连接口分流排出；
将氧化分解后产生的气体从排气口排出；
所述B小时时长小于A小时时长。
本发明的有益效果：
相比现有技术而言，本发明的一种管式膜电极催化反应装置，采用套筒结构的阴极件和阳极件进行配合，扩大了与污水反应的接触面积，利用阳极上不规则分布的过滤孔，一方面极大地增加了污染物在穿过阳极孔道时与孔壁碰撞的概率，从而被高效去除，另一方面可以将电解后较为干净的产生从阳极件上端的第二出水口排出，同时排气口可以将电解过程中产生的气体排出。
本发明的一种氧化分解方法，基于本发明中公开的一种管式模电极催化反应装置，可以最大程度上将污水中的有机物截流在阳极件和阴极件之间，提高了氧化分解的效率，且氧化分解后的产物分流排出，便于后续的收集处理，同时本方明的氧化分解方法操作简单，反应调节温和，环境友好，没有其他废弃物的排放，适用场景广泛。
附图说明
图1是本发明一种管式膜电极催化反应装置的工作状态结构示意图。
图2是图1中电解组件的分布方式结构示意图。
图3是图1中保护罩的打开状态结构示意图。
图4是图1中阳极件和阴极件的局部结构示意图。
图5是本发明一种污水降解方法的工作流程图。
附图标记为：壳体10、筒体11、第一连接口111、第三连接口112、保护罩12、第一盖板121、第二盖板122、第二连接口123、电解组件20、阴极件21、穿透孔211、阳极件22、过滤孔221、绝缘件23、第一法兰24、第二法兰25、直流电源30、排气口40。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合说明书附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。
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其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。
其次，此处所称的“一个实施例”或“实施例”是指可包含于本发明至少一个实现方式中的特定特征、结构或特性。在本说明书中不同地方出现的“在一个实施例中”并非均指同一个实施例，也不是单独的或选择性的与其他实施例互相排斥的实施例。
实施例1
参照图1-图4，本实施例提供了一种管式膜电极催化反应装置，扩大了电解反应的接触面积，可以提高污水的催化氧化效率。
一种管式膜电极催化反应装置，包括，
壳体10，壳体10上设置有第一连接口111、第二连接口123和第三连接口112，第一连接口111和第三连接口112均与壳体10内部连通；
电解组件20，电解组件20间隔分布在壳体10内部，电解组件20包括阴极件21、阳极件22和绝缘件23，阴极件21和阳极件22的一端均与壳体10内部顶端连接，阴极件21和阳极件22间隔设置，阳极件22与第二连接口123连通，绝缘件23设置在阴极件21和阳极件22与壳体10连接端之间。
进一步地，壳体10包括筒体11和保护罩12，筒体11为中空的圆柱型结构，保护罩12为半球型中空结构，保护罩12与筒体11卡扣连接，电解组件20部分设置于筒体11内部，电解组件20部分设置于保护罩12内部并与保护罩12连接，第一连接口111和第三连接口112设置在筒体11侧壁上，第二连接口123设置在保护罩12上端。
其中第二连接口为阳极件的各个支管口汇集的母管口，各个支管口设置在阳极件上部，通过软管汇集至第二连接口，并设置在保护罩内，可以便于检修拆卸。
进一步地，第一连接口111为入水口，第三连接口112为循环出水口，第二连接口123为阳极出水口，第一连接口111的水平位置低于第三连接口112的水平位置。
进一步地，保护罩12包括第一盖板121和第二盖板122，第一盖板121和第二盖板122一端铰接，第一盖板121和第二盖板122另一端卡扣连接。
进一步地，还包括直流电源30，直流电源30的正极与阳极件22连接，直流电源30的负极与阴极件21连接。
近一步地，阳极件22为封闭式中空套管结构，阴极件21为下端开放式中空套管结构，阴极件21套设在阳极件22外部，阳极件22和阴极件21之间留有间隙，阴极件21侧壁上开设有穿透孔211，阳极件22侧壁上开设有过滤孔221，过滤孔221呈不规则分布。
其中阳极件22的材质为不锈钢，阴极件21的材质为钛金属，同时为了确保电解的效果，阳极件22和阴极件21之间的间隙为1-2cm。
进一步地，所述阴极件上端设置有第一法兰，所述阳极件上端设置有第二法兰，所述壳体上设置有第三法兰，所述第一法兰分别与第二法兰、第三法兰连接，所述第一法兰和第三法兰之间、以及第一法兰和第二法兰之间均设置有绝缘件。
其中，为了确保绝缘和耐腐蚀效果，绝缘件23采用四氟垫片。
安装时，先将阳极件22和阴极件21组装好，形成电解组件20，然后打开保护罩12，将电解组件20上端与保护罩12内壁连接，同时将每个电解组件20中阳极件22的端口通过软管与第二连接口123连通，作为阳极出水口，然后盖上保护罩12。
工作时，将污水从第一连接口111通入，然后污水流经电解组件20，首先从阴极件21的穿透孔211穿过进入阴极件21和阳极件22之间的间隙内，然后在阴极件21和阳极件22之间的电解催化氧化反应作用下，将污水中的污染物进行电解氧化，由于阳极件22上的过滤孔221其孔道狭窄、不规则，极大地增加了污染物在穿过阳极件22的过滤孔221时与孔壁碰撞的概率，从而被高效去除，电解氧化后的污水穿过阳极件22表面的过滤孔221聚集在阳极件2内部，然后从阳极件22上端与第二连接口123连通的出水口排出，其余的污水从第三连接口112排出。
实施例2
参照图1-图4，本实施例提供了一种管式膜电极催化反应装置，其可以将电解过程中产生的气体排出节。
本实施例与实施例1的区别在于：一种管式膜电极催化反应装置，筒体11侧壁上端设置有排放气体的排气口40。
实施例3
参照图5，本实施例提供了一种污水氧化分解方法，其可以提高氧化分解的效率，且操作简单。
S1根据电源的电流大小，调整阴极件和阳极件之间的间距，装配成阳极件在内、阴极件在外的电解组件，形成电解体系；
S2根据污水中有机物的浓度，设置电解组件之间的间距，将多个电解组件形成环形围绕结构布设在保护罩下端；
S3将待氧化分解的污水按照一定流速比从第一连接口进入筒体，并在筒体内停留A小时；
S4利用阴极件表面分布的穿透孔和阳极件表面不规则分布的过滤孔，将污水中的污染物截流存储在阳极件和阴极件之间的间隙内；
S5启动电源，利用阳极件和阴极件进行电解催化反应B小时，去除污水中的有机物；
其中B小时时长小于A小时时长。
S6将氧化分解后的污水分别从第二连接口和第三连接口分流排出；
S7将氧化分解后产生的气体从排气口排出；
上面各种方法的步骤划分，只是为了描述清楚，实现时可以合并为一个步骤或者对某些步骤进行拆分，分解为多个步骤，只要包括相同的逻辑关系，都在本专利的保护范围内；对算法中或者流程中添加无关紧要的修改或者引入无关紧要的设计，但不改变其算法和流程的核心设计都在该专利的保护范围内。
以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种管式膜电极催化反应装置，其特征在于：包括，
壳体，所述壳体上设置有第一连接口、第二连接口和第三连接口，所述第一连接口和第三连接口均与壳体内部连通；
电解组件，所述电解组件间隔分布在壳体内部，所述电解组件包括阴极件、阳极件和绝缘件，所述阴极件和阳极件的一端均与壳体内部顶端连接，所述阴极件和阳极件间隔设置，所述阳极件与第二连接口连通，所述绝缘件设置在阴极件和阳极件与壳体连接端之间。
2.根据权利要求1所述的一种管式膜电极催化反应装置，其特征在于：所述壳体包括筒体和保护罩，所述筒体为中空的圆柱型结构，所述保护罩为半球型结构，所述保护罩与筒体卡扣连接，所述电解组件部分设置于筒体内部，所述电解组件部分设置于保护罩内部，所述第一连接口和第三连接口设置在筒体侧壁上，所述第二连接口设置在保护罩上端。
3.根据权利要求2所述的一种管式膜电极催化反应装置，其特征在于：所述第一连接口为入水口，所述第三连接口为循环出水口，所述第二连接口为阳极出水口，所述第一连接口的水平位置低于第三连接口的水平位置。
4.根据权利要求3所述的一种管式膜电极催化反应装置，其特征在于：所述保护罩包括第一盖板和第二盖板，所述第一盖板和第二盖板一端铰接，所述第一盖板和第二盖板另一端卡扣连接。
5.根据权利要求1所述的一种管式膜电极催化反应装置，其特征在于：还包括直流电源，所述直流电源的正极与阳极件连接，所述直流电源的负极与阴极件连接。
6.根据权利要求5所述的一种管式膜电极催化反应装置，其特征在于：所述阳极件为封闭式中空管状结构，所述阴极件为下端开放式中空套管结构，所述阴极件套设在阳极件外部，所述阳极件和阴极件之间留有间隙，所述阴极件侧壁上开设有穿透孔，所述阳极件侧壁上开设有过滤孔，所述过滤孔呈不规则分布，所述阳极件采用Ti-RuO2电极，所述阴极件采用不锈钢材质。
7.根据权利要求6所述的一种管式膜电极催化反应装置，其特征在于：所述穿透孔与过滤孔沿水流方向交错分布，所述穿透孔的孔径大于过滤孔的孔径。
8.根据权利要求6所述的一种管式膜电极催化反应装置，其特征在于：所述阴极件上端设置有第一法兰，所述阳极件上端设置有第二法兰，所述壳体上设置有第三法兰，所述第一法兰分别与第二法兰、第三法兰连接，所述第一法兰和第三法兰之间、以及第一法兰和第二法兰之间均设置有绝缘件。
9.根据权利要求2所述的一种管式膜电极催化反应装置，其特征在于：所述筒体侧壁上端设置有排放气体的排气口，所述排气口上安装有排气阀。
10.一种氧化分解方法，基于权利要求1-9任一项所述的一种管式模电极，其特征在于，包括如下步骤：
根据电源的电流大小，调整阴极件和阳极件之间的间距，装配成阳极件在内、阴极件在外的电解组件，形成电解体系；
根据污水中有机物的浓度，设置电解组件之间的间距，将多个电解组件形成环形围绕结构布设在保护罩下端；
将待氧化分解的污水按照一定流速比从第一连接口进入筒体，并在筒体内停留A小时；
利用阴极件表面分布的穿透孔和阳极件表面不规则分布的过滤孔，将污水中的污染物截流存储在阳极件和阴极件之间的间隙内；
启动电源，利用阳极件和阴极件进行电解催化反应B小时，去除污水中的有机物；
将氧化分解后的污水分别从第二连接口和第三连接口分流排出；
将氧化分解后产生的气体从排气口排出；
所述B小时时长小于A小时时长。
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2022
- 2022-07-28 CN CN202210896766.7A patent/CN115140809A/zh active Pending
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