CN108367947A - 用于电化学处理水的电化学反应器、水处理装置以及所述电化学反应器的使用 - Google Patents
用于电化学处理水的电化学反应器、水处理装置以及所述电化学反应器的使用 Download PDFInfo
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Abstract
一种用于电化学处理水的电化学反应器(1)，包括壳体结构(3)，该壳体结构(3)限定了内部空间。所述壳体结构还包括：进口部分(4)，该进口部分(4)有进口，用于引导水流通向内部空间；以及反应室(6)，该反应室(6)与进口部分(4)流动连接，并优选地具有出口部分(5)。进口布置成使得通向内部空间的水流被引导离开反应室(6)，以便通过迫使水流在进入反应室(6)之前改变方向而使得水流混合。还公开了一种具有该反应器的水处理装置以及该反应器的使用。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于电化学处理水的电化学反应器。更特别是，本发明涉及加强在电化学反应器内的水流。本发明另外涉及一种水处理装置以及电化学反应器在用于电化学处理水的装置或方法中的使用。
背景技术
电化学反应器在例如文献US2013/0233703A1中提出，该文献公开了电凝反应器结构。该反应器有用于将水流导向反应器的进口，其中，水流通过充电电极板，该充电电极板通过电化学方式处理水。该水流随后被引导至出口，用于将水流导出反应器外。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于电化学处理水的电化学反应器，其中，提高了电化学反应器的水流特征，因此有助于产生多个优点。另一目的是提供一种水处理装置以及电化学反应器在用于电化学处理水的装置或方法中的使用。
根据本发明的电化学反应器通过在独立权利要求1中所述的内容来实现。相应地，本发明的优选实施例在从属权利要求中公开。根据本发明的水处理装置和电化学反应器在根据本发明的、用于电化学处理水的装置或方法中的使用分别通过在独立权利要求12和13中所述的内容来实现。
本发明基于这样的思想：将水流以下列方式引入反应器，即，水的方向随后发散，以便流向反应室，并进一步流向出口。这通过提供进口部分来实现，水流被引入该进口部分中，从而能够在水流到达反应室之前控制流动。
如上所述，有以下多个优点。首先，经过反应室中的多个电极板的水流将更均匀地分布在电极板上，因为水不能直接从进口流向反应室。因此，电极板彼此相对更均匀地磨损。
水流的发散将在进口部分处产生旋涡，即湍流，该湍流使得颗粒在流体内均匀分布。这也促进了电极板的均匀磨损，因为通过电极板的颗粒均匀地分布在通过该电极板的流体流中。另外，在反应器内的固体沉积物最少，因为在水流内的颗粒均匀分布，因此不易于积聚在反应器的表面上。
通常，电极板在它磨损超过特定程度时必须更换。因此，当电极板彼此相对更均匀地磨损时，能够同时更换大部分或全部电极板，而不需要丢弃由于不均匀磨损而仍然处于操作状态中的电极板。
当电极作为电极模块时，电极板的均匀磨损特别有利，因为当电极模块中的任何电极板磨损超过特定程度时都必须更换整个模块。因此，当电极板均匀磨损时，电极模块的使用寿命更长。当使用多个电极模块时，均匀磨损使得大多数或全部电极模块能够同时更换，而不需要丢弃由于不均匀磨损而仍然处于工作状态中的电极模块。
通常优选是一次更换多个电极板或电极模块，因为由于维护时间而需要的停机时间更短。
附图说明
下面将参考附图通过优选实施例来更详细地介绍本发明，附图中：
图1表示了电化学反应器的透视图；
图2表示了根据本发明一个方面的电化学反应器的剖视正视图；以及
图3表示了引导水流至进口部分内的总体实例的剖视侧视图。
具体实施方式
图1表示了电化学反应器1的透视图。反应器包括壳体结构3，该壳体结构3被支承在单独的支承结构2上。壳体结构形成进口部分4、在该进口4上方的反应室6以及从反应室6的上部部分侧向延伸的出口部分5。
图2表示了图1的电化学反应器的剖视正视图。特别是，能够更清楚地看见壳体结构3的内部结构。进口部分4位于反应室6的下面，电极板7容纳在该反应室中。侧部导管在反应室6的两侧从反应室6的顶部延伸至出口部分5。出口部分从连接出口部分5和反应室6的导管的高度向下延伸。因此，从进口部分至反应室(在该反应室中，流体流通过电极板7)提供了流动通路，并进一步至出口部分。
进口部分4装备有：进口4a，用于将水流引导至进口部分4；以及***出口4b，用于使得电化学反应器1能够***，例如在维护过程中。进口部分4还包括偏转表面4c，该偏转表面4c由在进口部分4的底部部分上的弯曲内表面形成。
图3表示了图1的电化学反应器的剖视侧视图。特别是能够看出，电极板7布置为在反应室内的多个电极模块。而且，进口部分4内的流动情况通过箭头来示意表示。水流被引导至进口4a，它从该进口4a被引导离开反应室中的电极板7，即朝向偏转表面4c。偏转表面4c使得朝向它的水流偏转，即分散，从而使得水流在进口部分4中扩散和混合，并进一步朝向反应室6中的电极板7而引导它。
根据本发明的第一方面，提供了一种用于电化学处理水的电化学反应器1。电化学反应器包括壳体结构3，该壳体结构3限定了内部空间。优选是但不必须，壳体结构3可以由单独的支承结构2来支承。
壳体结构还包括：进口部分4，该进口部分4有用于将水流引导至内部空间的进口4a；以及反应室6，该反应室6与进口部分4流动连接。优选是但不必须，壳体结构3还包括出口部分5，该出口部分5与反应室6流动连接，用于将水流导出电化学反应器1外。
反应室还布置得用于接收至少一个电极板7的板部分，以便引导水流经过至少一个电极板，特别是引导来自进口部分4的水流。
进口4a布置成使得通向内部空间的水流被引导离开反应室6，从而通过迫使水流在进入反应室6之前改变方向而使得水流混合。当水流方向发散时，在水流内产生涡旋。这使得水流在进口部分4中扩散，从而导致流体流在反应室6处均匀分布。因此，由水流承载的颗粒也混合，从而导致颗粒在水流内均匀分布。
根据本发明的第二方面，进口部分4包括偏转表面4c。因此，进口4a布置得使得通向内部空间的水流被引向偏转表面4c，以便当水流遇到偏转表面时使得该水流发散。优选是，偏转表面4c布置成与在进口部分4和反应室6之间的流动连接部分相对。这迫使水流发散成与它从进口4a引入的方向相反的方向，从而导致颗粒在水流中高效混合。
根据本发明的第三方面，偏转表面4c是一个非平面形表面。
根据本发明的第四方面，偏转表面4c是弯曲表面。使用弯曲表面加强了在水流中的涡旋的产生。优选是但并不必须，弯曲表面朝进口4a、反应室6或朝向两者成凹形。提供这样的凹形表面使得水流能够沿整个表面流动，从而防止形成盲区(在盲区中，水流的局部流动速度非常慢，从而导致固体沉积)。
根据第五方面，如结合任何上述方面所述的那样，偏转表面4c可以合适地设置为壳体结构3的内表面。更优选是，偏转表面4c可以设置为壳体结构在进口部分4处的内表面。最优选是，偏转表面4c可以设置为壳体结构3的内表面，当使用时该偏转表面4c在进口部分4的底部处。
根据本发明的第六方面，进口4a布置得用于在希望的保持时间下在进口4a内提供湍流。例如，电化学反应器1可以设计成在所希望的保持时间下操作，以使得电化学反应器1内的流体容积在给定时间间隔内更换。作为纯粹的示例实例，具有100升液体容积的电化学反应器可能希望在0.5小时保持时间的情况下操作，以使得流体每小时更换两次，从而导致200升/小时的流速。因此，进口4a可以布置成这样，在所希望的保持时间的情况下，在进口4a内产生湍流。特别是，横截面有效流动面积(例如管的内径)或内表面粗糙度可以布置得用于提供具有所希望的保持时间的湍流。在进口4a内产生湍流的可选方式是向进口4a提供供给喷嘴结构。例如，一个或多个孔口或其它流动障碍物可以设置在进口4a内。
根据本发明的第七方面，进口4a布置成在进口4a内提供湍流，并有优选是1-40m3/h的流速，更优选是5-20m3/h，最优选10-15m3/h。特别是，横截面有效流动面积(例如，管的内径)或内表面粗糙度可以布置成用于提供具有所希望的操作流量的湍流。在进口4a内产生湍流的可选方式是向进口4a提供供给喷嘴结构。例如，一个或多个孔口或其它流动障碍物可以设置在进口4a内。
根据本发明的第八方面，进口4a位于离偏转表面4c的距离在50至500mm之间。更优选是，进口4a位于离偏转表面4c的距离在75mm至350mm之间。最优选是，进口4a位于离偏转表面4c的距离在100mm至200mm之间。已经发现，在进口4a和偏转表面4c之间的特别合适距离是大约140-150mm。在其它因素中，在进口4a和偏转表面4c之间的距离限定了所产生的涡旋的数量和强度，即在进口部分4a处有多大湍流。通常，希望在进口部分4内提供局部湍流，从而使得由水流承载的颗粒混合和均匀分布，并使得水流最终平静，从而导致在反应室6处实现层流。
根据本发明的第九方面，进口4a位于离所述至少一个电极板7的距离在50至500mm之间。更优选是，进口4a位于离该至少一个电极板7的距离在75mm至350mm之间。最优选是，进口4a位于离该至少一个电极板7的距离在100mm至200mm之间。已经发现，在进口4a和所述至少一个电极板7之间的特别合适距离是大约140-150mm。在其它因素中，在进口4a和至少一个电极板7之间的距离限定了所产生的涡旋的数量和强度，即在进口部分4a处有多大湍流。通常，希望在进口部分4内提供局部湍流，从而使得由水流承载的颗粒混合和均匀分布，并使得水流最终平静，从而导致在反应室6处实现层流。
根据本发明的第十方面，通过使进口4a装备有背离反应室6的弯曲部分而引导水流离开反应室6。优选是，进口4a设置有90度的弯曲部分，该弯曲部分布置成背离反应室6，优选是朝向偏转表面4c。弯曲部分可以通过例如成角度的配件(如弯头配件)来提供。进口4a的弯曲部分的横截面流动面积可以朝向进口4a的远端而增加(即扩散器结构)，用于方便水流在进口部分4内扩张。
根据本发明的第十一方面，通过使得进口4a具有背离反应室的一个或多个开口而引导水流离开反应室6。优选是，进口4a作为具有封闭的远端的管形部分，该管形部分在进口部分4内基本水平地延伸，同时制备有背离反应室6的一个或多个开口(优选是朝向偏转表面4c)。
根据本发明的第十二方面，提供了一种水处理装置，该水处理装置有根据上述任何方面的电化学反应器1。
根据本发明的第十三方面，提供了根据上述任何方面的电化学反应器1在用于处理水的装置或方法中的使用。电化学反应器1特别适用于处理无机废水和有机废水中的至少一种，该无机废水例如采矿和金属废水、电子元件废水、化学废水、汽车工业废水，该有机废水例如食品和饮料废水、纺织和服装废水、纸浆和造纸废水、生活废水和农业废水。
电化学反应器1例如可以用于处理来自纸浆和造纸、化学工业，电子和汽车工业以及纺织和服装工业的水。
电化学反应器1例如能够用于家庭废水处理、城市废水处理和/或市政饮用水处理。
应当注意，上述方面可以组合，以便获得所希望的结果，而并不脱离本发明的范围。
本领域技术人员显然知道，当技术进步时，本发明的基本思想能够以多种方式实施。因此，本发明及其实施例并不局限于上述实例，而是可以在权利要求的范围内变化。
Claims (9)
1.一种用于电化学处理水的电化学反应器(1)，包括壳体结构(3)，该壳体结构(3)限定了内部空间，所述壳体结构还包括：
-进口部分(4)，该进口部分(4)包括进口(4a)，用于引导水流通向内部空间；
-反应室(6)，该反应室(6)与进口部分(4)流动连接，并优选地具有出口部分(5)，该反应室布置得用于接收至少一个电极板(7)的板部分，以便引导水流通过该至少一个电极板(7)，
其中，进口(4a)布置成使得通向内部空间的水流被引导离开反应室(6)，以便通过迫使水流在进入反应室(6)之前改变方向而使得水流混合，
进口部分(4)包括偏转表面(4c)，该偏转表面优选地与在进口部分(4)和反应室(6)之间的流动连接部分相对，该进口(4a)布置成使得通向内部空间的水流被引导朝向该偏转表面(4c)，
其特征在于，该偏转表面(4c)是弯曲表面，优选是朝向进口(4a)成凹形，并设置为壳体结构(3)的内表面。
2.根据权利要求1所述的电化学反应器(1)，其特征在于：进口(4a)布置成用于在所希望的保持时间的情况下在进口(4a)内提供湍流。
3.根据前述任意一项权利要求所述的电化学反应器(1)，其特征在于：进口(4a)布置成在进口(4a)内提供流速优选为1-40m3/h的湍流，更优选为5-20m3/h，最优选为10-15m3/h。
4.根据前述任意一项权利要求所述的电化学反应器(1)，其特征在于：进口(4a)的位置离偏转表面(4c)的距离优选是在50-500mm之间，更优选是在75-350mm之间，最优选是在100-200mm之间。
5.根据前述任意一项权利要求所述的电化学反应器(1)，其特征在于：进口(4a)的位置离该至少一个电极板(7)的距离优选是在50-500mm之间，更优选是在75-350mm之间，最优选是在100-200mm之间。
6.根据前述任意一项权利要求所述的电化学反应器(1)，其特征在于：进口(4a)装备有弯曲部分，该弯曲部分背离反应室(6)，用于引导水流离开反应室(6)。
7.根据前述任意一项权利要求所述的电化学反应器(1)，其特征在于：进口(4a)装备有一个或多个开口，该开口背离反应室(6)，用于引导水流离开反应室(6)。
8.一种水处理装置，其特征在于：该装置包括根据前述任意一项权利要求所述的电化学反应器(1)。
9.根据权利要求1-8中任意一项所述的电化学反应器(1)的使用，其在用于处理无机废水和有机废水中的至少一种的装置或方法中使用。
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