CN106044958B - 一种多级串联球形粒子活性电极反应装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种多级串联球形粒子活性电极反应装置，该反应装置包括绝缘的反应器装置外壳，反应装置外壳顶部设置有排气管和出水管；底部设置有集泥斗，集泥斗底部设置进水管和排泥管；所述反应装置内部通过定位销固定有一套多级串联球形粒子活性电极反应***，其包含A行B列C层球形粒子活性电极，球形粒子活性电极载体为球形钛金属球，外层涂复合贵金属氧化物涂层，中间有三条过球心且相互垂直的孔道，每条孔道中分别穿有定位绝缘塑料棒，将A×B×C个粒子电极固定成等距离的A行B列C层，其中第一个球形粒子活性电极连接外加直流电源正极，第A×B×C个球形粒子活性电极连接外加直流电源负极，保证电流流经所有的球形粒子活性电极。

Description

一种多级串联球形粒子活性电极反应装置

技术领域

本发明为一种多级串联球形粒子活性电极反应装置，适用于处理工业难降解有机废水，属于环境工程专业领域。

背景技术

近年来，随着国家工业和经济的发展，许多含有难以生物降解的有毒有害物质的废水不断进入环境，给工农业生产、人民生活和人体健康带了了很大的危害，在这种背景下，国家要求废水排放的标准越来越严格，许多难降解废水的达标处理成为环保领域内的难点问题。

而另一方面，电催化氧化技术作为一种全新的高级氧化技术已经成功应用在高盐废水处理行业中，电催化技术是一种依靠外加直流电在活性催化阳极上产生强氧化剂的一种新型深度氧化技术，主要原理是通过在工作电极上施加偏电压，从而在电极和活性催化涂层之间形成一个电势梯度，能够促进活性催化涂层上的电子和空穴向相反的方向移动，抑制它们的复合，从而能够直接氧化附着在阳极上的有机物，或者通过生成ClO^-、OH·等强氧化剂间接达到氧化有机物，去除水体中的COD。

目前电催化氧化技术根据所采用电极的形式主要分为二维平板电极反应器和三维粒子电极反应器，其中三维粒子电极反应器是通过在二维平板电极中间添加粒子电极，构成三维体系，通过在反应器两侧二维平板电极间施加直流电压，粒子电极会在电场中感生出若干微小原电池来降解水体中COD。三维粒子电极多选择颗粒活性炭或者粒子DSA阳极和绝缘陶瓷按照一定比例混合，绝缘陶瓷的作用是保持颗粒活性炭或者粒子DSA阳极尽量少接触。其弊端在于粒子电极极容易结垢板结，并且由于粒子电极间不可避免的存在相互接触现象，因此总有一部分电流通过相互接触的粒子电极流失，俗称短路电流，从而降低了电流利用效率。另外不论是二维平板电极反应器还是三维粒子电极反应器，其和外部直流电源连接的均是最外侧的平板电极，由于平板电极面积较大，且电极间距较小，因此在保持一定电流密度的同时就必须使用大电流小电压模式，其运行电压一般会在5-380V之间。而电流越大，其造成的热损也就越大，这也进一步降低了反应过程中的电流利用效率。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服现有技术存在的问题，设计一种多级串联球形粒子活性电极反应装置，用以解决传统二维平板电极反应器和三维粒子电极反应器处理效率低、能耗大、易板结等难题。

本发明提供了一种多级串联球形粒子活性电极反应装置，该反应装置包括绝缘的反应器装置外壳，反应装置外壳顶部设置有排气管和出水管；所述反应装置外壳的底部设置有集泥斗，集泥斗底部设置进水管和排泥管；所述反应装置内部通过定位销固定有一套多级串联球形粒子活性电极反应***，该多级串联球形粒子活性电极反应***包含A行B列C层球形粒子活性电极；所述球形粒子活性电极载体为球形钛金属球，外层涂覆IrO₂、RuO₂复合贵金属氧化物涂层，中间有三条过球心且相互垂直的孔道，每条孔道中分别穿有定位绝缘塑料棒，通过定位绝缘塑料棒，将A×B×C个粒子电极固定成等距离的A行B列C层，定位绝缘塑料棒作用是使任何一个粒子电极与其上下左右四个相邻电极间保持相同距离并保证互不接触，其中第一个球形粒子活性电极连接外加直流电源的正极，第A×B×C个球形粒子活性电极连接外加直流电源的负极，保证电流能够流经所有的球形粒子活性电极。

本发明所述的一种多级串联球形粒子活性电极反应装置为长方体形，外壳材质为PPR或PVDF等材料，使反应器具备良好绝缘、耐高温、耐腐蚀性能。

本发明所述的一种多级串联球形粒子活性电极反应装置，所述的球形粒子活性电极球径为1-5cm之间，相邻两个球形粒子活性电极间距离为0.1-5cm，且通过其球心有三条相互垂直的孔道，孔道直径为球形粒子活性电极球径的1/5-1/2；所述的所用的定位绝缘塑料棒材质为PVDF，且其直径为球形粒子活性电极中间孔道直径的1/3。

本发明所述的一种多级串联球形粒子活性电极反应装置，该多级串联球形粒子活性电极反应***包含A行B列C层球形粒子活性电极，其中A≥10，B≥10，C≥10。

本发明所述的一种多级串联球形粒子活性电极反应装置在难降解废水的深度处理的应用，在正常运行时外加电压≥2000V。

本发明涉及的一种多级串联球形粒子活性电极反应装置和传统二维平板电极反应器以及三维粒子电极反应器相比较，具有以下有益效果：

1、运行电压大，运行电流小，在保证总功率不便的前提下，大大降低了由于电流造成的热损功率，从而降低了吨水处理能耗。

2、任何一个粒子电极与其相邻的粒子电极间的距离均相同且不会接触，避免了由于粒子电极间相互接触所造成的短路电流，从而提高了电流利用效率，降低了吨水处理能耗。

3、由于任何一个粒子电极均不接触，因此装置长时间运行时不会造成传统三维电极反应器经常遇到的填料板结。效率下降等问题，有助于装置的长时间稳定运行。

4、由于任何两个相邻球形粒子活性电极间距离一样，因此每一个电极上流过的电流相同，所有电极的使用寿命基本一致，避免了传统三维粒子电极反应器由于粒子电极承受电流密度的不同而造成的使用寿命有长有短的弊端。

5、和传统二维、三维电催化氧化反应器相比较，由于本装置运行电流小，因此无需使用型号过大的电缆连接电源与装置，节省装置的造价。

附图说明

图1为一种多级串联球形粒子活性电极反应装置外形结构示意图；

图2为一种多级串联球形粒子活性电极反应装置内部结构示意图；

图3为图2所示的装置内部多级串联球形粒子活性电极反应***结构示意图；

图4为球形粒子活性电极剖面结构示意图。

图中，

1为反应装置外壳 10为第1个球形活性粒子电极

2为排气管 11为球形活性粒子电极

3为出水管 12为PVDF定位绝缘塑料棒

4为电极接线柱 13为定位销

5为支架 14为第A×B×C个球形粒子活性电极

6为集泥斗

7为进水管 15为球形粒子活性电极涂层

8为多级串联球形粒子活性电 16为孔道

极反应*** 17为球形活性粒子电极载体

9为排泥管

具体实施方式

下面结合附图及具体应用实施例对本发明作进一步描述，具体实施例不对本发明的技术方案构成限定。

如图1-4所示，本发明多级串联球形粒子活性电极反应装置依靠支架5支撑，反应装置外壳1采用PPR或PVDF等绝缘性好、耐腐蚀、耐高温材质，装置底部为集泥斗6，集泥斗6底部有进水管7和排泥管9，其中进水管7和进水管道相连接，排泥管9和排泥管道相连接，反应装置顶部设置有排气管2和出水管3，排气管2直接与大气相连通，出水管3与出水管道相连接。装置内部包含一套多级串联球形粒子活性电极反应***8，依靠定位销13固定在反应装置内部，该多级串联球形粒子活性电极反应***8包含A行B列C层球形粒子活性电极11，球形粒子活性电极球径为1-5cm之间，球形粒子活性电极载体17为球形钛金属球，球形粒子活性电极涂层15为IrO₂、RuO₂等复合贵金属氧化物涂层，中间有三条相互垂直的过球心的孔道16，孔道16直径为球形粒子活性电极球径的1/5，每条孔道16中分别穿有1根PVDF定位绝缘塑料棒12，其直径为球形粒子活性电极中间孔道16直径的1/3，通过PVDF定位绝缘塑料棒12，将A×B×C个球形粒子活性电极11穿成等距离的A行B列C层，其中A≥10，B≥10，C≥10，PVDF定位绝缘塑料棒12作用是使任何一个粒子电极与其上下左右四个相邻电极间保持相同距离并保证互不短路，相邻两个电极间距离为0.1-5cm，其中第一个球形粒子活性电极10通过电极接线柱4连接电源的正极，第A×B×C个球形粒子活性电极14通过电极接线柱4连接电源的负极，保证电流能够流经所有的球形粒子活性电极11，装置正常运行时外加电压≥2000V。

具体实例一：

河北省某石化公司由于所炼制的油品复杂，导致生产废水中含有大量难生物降解物质，该废水经过生化处理后COD为80mg/L左右，无法达到相关出水排放标准。采用多级串联球形粒子活性电极反应装置对该公司生化出水的深度处理进行了工程应用研究，结果显示当运行电压为36000V，运行电流为10mA，水力停留时间为30min，出水COD≤60mg/L，出水满足了达标排放水质要求，此时电流效率为55％，与传统二维电解设备相比较，在处理效果不变的条件下吨水电耗约减少0.9kw.h电能。

具体实例二：

天津某厂药剂废水经生化处理后，为实现废水近零排放，采用超滤-反渗透双膜***回用部分生化出水，经双膜***处理后会产生一定量浓缩液，该浓缩液COD约为90mg/L，电导率约为1000-5000μs/cm，Cl^-含量约为700-900mg/L，该浓缩液因为排量小、所含物质难以生化降解等特点，不宜再次采用生化法处理。采用多级串联球形粒子活性电极反应装置处理后，当运行电压为50000V，运行电流为10-15mA，反应器内水力停留时间为30min，出水COD≤50mg/L，满足了达标排放水质要求，此时电流效率为67％，与传统三维电解设备相比较，处理吨水节约0.5kw.h电能。

Claims (5)

1.一种多级串联球形粒子活性电极反应装置，其特征在于，所述的反应装置包括绝缘的反应器装置外壳，反应装置外壳顶部设置有排气管和出水管；所述反应装置外壳的底部设置有集泥斗，集泥斗底部设置进水管和排泥管；所述反应装置内部通过定位销固定有一套多级串联球形粒子活性电极反应***，该多级串联球形粒子活性电极反应***包含A行B列C层球形粒子活性电极；所述球形粒子活性电极载体为球形钛金属球，外层涂覆IrO₂、RuO₂复合贵金属氧化物涂层，中间有三条过球心且相互垂直的孔道，每条孔道中分别穿有定位绝缘塑料棒，通过定位绝缘塑料棒，将A×B×C个粒子电极固定成在每行、每列、以及每层上均为等距离的A行B列C层，且通过定位绝缘塑料棒使任何一个粒子电极与其上下左右四个相邻电极间保持相同距离并保证互不接触，其中第一个球形粒子活性电极连接外加直流电源的正极，第A×B×C个球形粒子活性电极连接外加直流电源的负极，保证电流能够流经所有的球形粒子活性电极。

2.根据权利要求1所述的一种多级串联球形粒子活性电极反应装置，其特征在于，所述反应装置外壳为长方体形，材质为PPR或PVDF。

3.根据权利要求1所述的一种多级串联球形粒子活性电极反应装置，其特征在于，所述的球形粒子活性电极球径为1-5cm，相邻两个球形粒子活性电极间距离为0.1-5cm，且通过其球心有三条相互垂直的孔道，孔道直径为球形粒子活性电极球径的1/5-1/2；所述的定位绝缘塑料棒材质为PVDF，且其直径为球形粒子活性电极中间孔道直径的1/3。

4.根据权利要求1所述的一种多级串联球形粒子活性电极反应装置，其特征在于，所述多级串联球形粒子活性电极反应***包含A行B列C层球形粒子活性电极，其中A≥10，B≥10，C≥10。

5.一种权利要求1所述的多级串联球形粒子活性电极反应装置在难降解废水的深度处理的应用，其特征在于，所述的多级串联球形粒子活性电极反应装置在正常运行时外加电压≥2000V。