CN211971848U

CN211971848U - 一种模块化立式三维电极反应器

Info

Publication number: CN211971848U
Application number: CN201922270206.7U
Authority: CN
Inventors: 蔡楠; 白格; 雷永乾
Original assignee: Guangdong Institute Of Analysis (china National Analytical Center Guangzhou)
Current assignee: Institute Of Testing And Analysis Guangdong Academy Of Sciences Guangzhou Analysis And Testing Center China
Priority date: 2019-12-17
Filing date: 2019-12-17
Publication date: 2020-11-20
Anticipated expiration: 2029-12-17

Abstract

本实用新型公开了一种模块化立式三维电极反应器，包括阳极板、阴极板、粒子电极、立式电解槽和外接电源；立式电解槽下部设有进水口，上部设有出水口；阳极板和阴极板均水平设置在立式电解槽内，阳极板位于进水口上方，阴极板位于出水口上方；粒子电极填充在阳极板和阴极板之间；外接电源的正极与阳极板电连接，负极与阴极板电连接。本实用新型的反应器采用立式设计，利用封闭式电解槽集成所有电化学组件，可在外加电压下灵活适配于各种污水处理系统和流程，有效提高对水体中新兴污染物的处理效果。

Description

一种模块化立式三维电极反应器

技术领域

本实用新型涉及水体净化技术，具体涉及一种模块化立式三维电极反应器。

背景技术

近年来，由于人类生活和生产活动使得越来越多种类的污染物排放到水体中，对人类的健康和水生生物的生存造成潜在威胁，尤其在一些工业发达的国家和发展中国家，水质现状已经发生了很大的改变。除了传统的化学污染物，一些新兴的污染物，如药品和个人护理品(PPCPs)，工业化学品和农药等在水环境中越来越多的被检出。因此，传统的处理工艺已无法满足目前城市水体的处理需求，亟需针对新兴污染物的深度处理工艺。

现有的PPCPs等新兴污染物的处理技术包括生物法、物理法和化学法。其中生物法作为城市污水处理厂(STPs)中一种常规的污水处理方法，具有操作简单、运行成本低等优势，但菌种驯化时间长，且对于具有生物抗性的PPCPs，生物法处理效率较低，绝大多数PPCPs随STPs出水排入受纳水体，带来潜在生态风险。物理法处理效率高，受外界条件影响较小，但设备投资大，导致处置成本较高。化学法降解速度快，处理能力强，但经过处理后的产物可能仍具有生物毒性，对水体造成二次污染。

电催化氧化法是高级氧化法的一种，该方法催化效率稳定、操作简单且运行费用低，在污水处理的过程中发挥了重要的作用。用于电催化氧化法的电极主要包括传统的二维电极和最新的三维电极。相较于传统二维电极，三维电极反应器催化效率更高，处理效果更好，能耗更低，在废水处理的实际应用中受到越来越多的关注。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服常规污水处理工艺对新兴污染物去除率低的问题，提供了一种模块化立式三维电极反应器。

为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是：

一种模块化立式三维电极反应器，包括阳极板、阴极板、粒子电极、立式电解槽和外接电源；立式电解槽下部设有进水口，上部设有出水口；阳极板和阴极板均水平设置在立式电解槽内，阳极板位于进水口上方，阴极板位于出水口上方；粒子电极填充在阳极板和阴极板之间；外接电源的正极与阳极板电连接，负极与阴极板电连接。

作为本实用新型的一种改进，所述的阳极板为炭膜阳极板。以炭膜为阳极，阳极除进行高级氧化外，可同时进行电吸附过滤，对进水进行初级处理，降低粒子电极的污染负荷。

进一步地，所述的炭膜阳极板的炭膜厚度为1～2cm，过滤精度在10微米以下。

作为本实用新型的一种改进，所述的粒子电极为氧化石墨烯包覆的陶粒粒子电极。氧化石墨烯涂层可有效提高粒子电极的导电性和吸附性，从而提升三维电极反应器的高级氧化能力和污染物降解能力。

进一步地，所述的粒子电极的填充量为阴阳极板间体积的60％～70％。

作为本实用新型的一种改进，包括所述的反应器，多个反应器并联连接或串联连接。串联连接实现多级处理，并联连接可提高处理量。

进一步地，所述的反应器串、并联时根据污水水质、目标污染物去除效果灵活选择各反应器的填料类型及填料量。

进一步地，所述的外接电源为可充放电电池组，可进行多路独立控制和电流监测。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

1、采用立式设计，封闭式电解槽集成所有电化学组件，可在外加电压下灵活适配于各种污水处理系统和流程，用于污水的深度处理和效果提升。

2、以炭膜为阳极，阳极除进行高级氧化外，可同时进行电吸附过滤，对进水进行初级处理，从而降低粒子电极的污染负荷。

3、以氧化石墨烯包覆陶粒作为粒子电极，利用石墨烯材料超高的比表面积和卓越的导电性能，有效提高粒子电极的导电性和吸附性，从而提升炭膜三维电极反应器的高级氧化能力和污染物降解能力。

4、粒子电极支撑材料为陶粒，具备多孔、质轻，表面强度高的特征，同时廉价易得，是理想的基底材料。

5、根据污水处理实际需要，可串联连接实现多级处理，也可并联连接，提高处理量。

附图说明

图1为本实用新型的模块化立式三维电极反应器的结构示意图；

图2为实施例一的立式电解槽的俯视图；

图3为实施例二的立式电解槽的俯视图；

图4为实施例三的串联连接示意图；

图5为实施例四的并联连接示意图；

附图标记说明：1-进水口；2-出水口；3-阳极板；4-阴极板；5-粒子电极；6-立式电解槽；7-外接电源；8-铜丝导线。

具体实施方式

为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明。

请参照图1所示，一种模块化立式三维电极反应器，包括阳极板3、阴极板4、粒子电极5、立式电解槽6和外接电源7。

立式电解槽6下部设有进水口1，上部设有出水口2。进水口1与蠕动泵相连，用于泵取污水。进水口1和出水口2上均配套有阀门。阳极板3和阴极板4均水平设置在立式电解槽6内，阳极板3位于进水口1上方，阴极板4位于出水口2上方。粒子电极5填充在阳极板3和阴极板4之间，填充量为阴阳极板间体积的60％～70％。外接电源7位于立式电解槽6，其正极通过铜质导线8与阳极板3电连接，负极则通过铜质导线8与阴极板4电连接。立式电极槽6关闭进水口1和出水口2后为一封闭系统，与外接电源7连接的铜丝导线8在穿过立式电极槽6的部位用螺栓或胶圈等部件进行密封处理。

其中，阳极板3为炭膜阳极板，优选的，炭膜厚度为1～2cm，过滤精度在10微米以下。以炭膜为阳极，阳极除进行高级氧化外，可同时进行电吸附过滤，对进水进行初级处理，从而降低粒子电极的污染负荷。阴极板4采用常规的不锈钢阴极板即可。粒子电极5选用氧化石墨烯包覆的陶粒粒子电极，以柠檬酸为氧化石墨烯前体，后经烧结处理制备而成，方法简单易行。本申请的粒子电极5，利用石墨烯材料超高的比表面积和卓越的导电性能，有效提高粒子电极的导电性和吸附性，从而提升炭膜三维电极反应器的高级氧化能力和污染物降解能力，作为支撑材料的陶粒，具备多孔、质轻，表面强度高的特征，同时廉价易得，是理想的基底材料。

使用时，污水经蠕动泵、进水口进入立式电解槽底部，污水首先经过位于立式电解槽下端的炭膜阳极板进行初级过滤，再通过氧化石墨烯包覆陶粒的粒子电极层，经过其表面吸附和电化学降解，从出水口流出。

下面通过几个具体的实施例对本申请的模块化立式三维电极反应器作进一步说明。

实施例一：

如图2所示，污水或前处理后的污水经蠕动泵、进水口1进入到长方体式的立式电解槽6底部，污水经过炭膜阳极板，在加电作用下进行吸附过滤和阳极氧化作用，污水中的一部分污染物得以吸附去除和初步降解。炭膜阳极板长、宽比为2：1到1.5：1，厚度为1～2cm。污水经过炭膜阳极板后进入到阴、阳极之间填充的粒子电极5中。粒子电极5为4mm～6mm的氧化石墨烯包覆的陶粒粒子。阴极板4为不锈钢板，长、宽比为2：1到1.5：1，厚度为1mm～2mm。污水在立式电解槽6内停留时间为5min～10min，后经出水口2排出到电解槽外部。

实施例二：

如图3所示，污水或前处理后的污水经蠕动泵、进水口1进入到圆柱体式的立式电解槽6底部，污水经过炭膜阳极板，在加电作用下进行吸附过滤和阳极氧化作用，污水中的一部分污染物得以吸附去除和初步降解。炭膜阳极板为圆形，厚度为1～2cm。污水经过炭膜阳极板后进入到阴、阳极之间填充的粒子电极5中。粒子电极5为4mm～6mm的氧化石墨烯包覆的陶粒粒子。阴极4为不锈钢板，为圆形，厚度为1mm～2mm。污水在立式电解槽6内停留时间为5min～10min，后经出水口2排出到电解槽外部。

实施例三：

如图4所示，多个反应器以串联方式连接，前级反应器的出水口2与后级反应器的进水口1以管道快接方式相连。污水或前处理后的污水从第一级反应器的进水口1进入，经过连续的吸附过滤和电化学高级氧化后，经最后一级反应器的出水口2排出处理系统。可按实际污水处理需求，串联多个反应器，此实施方式可用于进水中污染负荷较高的情况。

实施例四：

如图5所示，多个反应器以并联方式连接，各反应器的进水口1以管道快接方式相连在一起，各反应器的出水口2以管道快接方式相连在一起。污水或前处理后的污水进入系统后，经各进水口1分别进入各立式电解槽6，经过吸附过滤和电化学高级氧化后，从各出水口2流出并汇集到统一管路而从处理系统排出。按实际污水处理需求，可并连多个反应器，此实施方式可用于污水处理量较大的情况。

上列详细说明是针对本实用新型可行实施例的具体说明，该实施例并非用以限制本实用新型的专利范围，凡未脱离本实用新型所为的等效实施或变更，均应包含于本案的专利范围中。

Claims

1.一种模块化立式三维电极反应器，其特征在于：包括阳极板、阴极板、粒子电极、立式电解槽和外接电源；立式电解槽下部设有进水口，上部设有出水口；阳极板和阴极板均水平设置在立式电解槽内，阳极板位于进水口上方，阴极板位于出水口上方；粒子电极填充在阳极板和阴极板之间；外接电源的正极与阳极板电连接，负极与阴极板电连接。

2.根据权利要求1所述的一种模块化立式三维电极反应器，其特征在于：所述的阳极板为炭膜阳极板。

3.根据权利要求2所述的一种模块化立式三维电极反应器，其特征在于：所述的炭膜阳极板的炭膜厚度为1～2cm，过滤精度在10微米以下。

4.根据权利要求1所述的一种模块化立式三维电极反应器，其特征在于：所述的粒子电极为氧化石墨烯包覆的陶粒粒子电极。

5.根据权利要求4所述的一种模块化立式三维电极反应器，其特征在于：所述的粒子电极的填充量为阴阳极板间体积的60％～70％。

6.根据权利要求1所述的一种模块化立式三维电极反应器，其特征在于：包括多个权利要求1所述的反应器，多个反应器并联连接或串联连接。

7.根据权利要求6所述的一种模块化立式三维电极反应器，其特征在于：所述的反应器串、并联时根据污水水质、目标污染物去除效果灵活选择各反应器的填料类型及填料量。

8.根据权利要求6所述的一种模块化立式三维电极反应器，其特征在于：所述的外接电源为可充放电电池组，可进行多路独立控制和电流监测。