公布日：2022.01.07
申请日：2021.11.08
分类号：C02F1/461(2006.01)I;C02F1/78(2006.01)I
摘要
本发明公开了一种废水三维电催化装置，包括：反应器，反应器内设有阴极板和阳极板，及上下叠放设置于阴极板和阳极板之间的模块化粒子电极，且阴极板、阳极板、叠放设置最下方的模块化粒子电极均与反应器底板之间具有流通间隙。反应器外还设有排气循环系统，排气循环系统用于使自分离出的氢气向外排出，同时使其它混合气体在反应器和排气循环系统间循环流动用作曝气，以使反应器内的污水分别在阴极板和阳极板的两侧形成分别环绕阴极板和阳极板循环流动的局部环流，进而提升传质效果和电催化效率。本发明的废水三维电催化装置，可实现氢气和其它混合气体的自分离，避免氢气在反应器内聚集带来的安全隐患，且可有效提升传质效果、提高电催化效率。
权利要求书
1.一种废水三维电催化装置，其特征在于，包括：封闭设置且用于引导电催化反应产生的氢气与反应产生的其它混合气体自分离的反应器(30)，所述反应器(30)内设有竖直且沿其宽度方向依次间隔且交错布设的阴极板(80)和阳极板(90)，及上下叠放设置于所述阴极板(80)和所述阳极板(90)之间的模块化粒子电极，且所述阴极板(80)、所述阳极板(90)、叠放设置最下方的所述模块化粒子电极均与所述反应器(30)底板之间具有流通间隙；所述反应器(30)外还设有与其连通的排气循环系统(50)，所述排气循环系统(50)用于使自分离出的氢气向外排出，同时使自分离出的其它混合气体在所述反应器(30)和所述排气循环系统(50)间循环流动用作曝气，以使所述反应器(30)内的污水分别在所述阴极板(80)和所述阳极板(90)的两侧形成分别环绕所述阴极板(80)和所述阳极板(90)循环流动的局部环流，进而提升传质效果和电催化效率。
2.根据权利要求1所述的废水三维电催化装置，其特征在于，所述反应器(30)包括上端敞口的外壳体(31)、可拆卸式罩设于所述外壳体(31)敞口端上的上罩体(32)、及设置于所述上罩体(32)上的观察窗(33)；所述阴极板(80)、所述阳极板(90)及所述模块化粒子电极分别垂直于所述外壳体(31)的底板方向设置于所述外壳体(31)内；所述上罩体(32)由其敞口端至封闭端方向逐渐向内收拢，且所述上罩体(32)封闭端的顶部形成外凸的集气腔(320)，以用于使反应产生的氢气在所述上罩体(32)的结构导引下自动汇集至所述集气腔(320)，进而实现与其它混合气体的自分离。
3.根据权利要求2所述的废水三维电催化装置，其特征在于，所述排气循环系统(50)包括与所述集气腔(320)连通的排气管(51)、设置于所述反应器(30)外的抽吸风机(52)、与所述抽吸风机(52)分别连通的抽气管(53)和曝气干管(54)、及与所述曝气干管(54)分别连通的多根曝气支管(55)；所述抽气管(53)的进气端穿设所述上罩体(32)后，延伸至所述反应器(30)内污水的上方；所述曝气干管(54)的排气端穿设所述外壳体(31)后，延伸至所述外壳体(31)的底板上；多根所述曝气支管(55)依次间隔设置，且位于所述阴极板(80)、所述阳极板(90)及所述模块化粒子电极的下方。
4.根据权利要求3所述的废水三维电催化装置，其特征在于，沿所述阴极板(80)和所述阳极板(90)的排布方向，将第一块所述阴极板(80)和第一块所述阳极板(90)组合成第一组阴阳极板，将第二块所述阴极板(80)和第二块所述阳极板(90)组合成第二组阴阳极板，……，以此类推；多根所述曝气支管(55)一一对应多组所述阴阳极板设置，且沿对应设置的所述模块化粒子电极的宽度方向延伸布设于所述模块化粒子电极的正下方，并各所述曝气支管(55)上开设有间隔设置的曝气孔(550)。
5.根据权利要求2所述的废水三维电催化装置，其特征在于，所述模块化粒子电极包括用于使其在所述外壳体(31)内横向或竖向叠放的绝缘筐(40)、及用于使粒子体(20)相对分散布设于所述外壳体(31)内的复合粒子电极；所述绝缘筐(40)绝缘设置且为中空网状体结构，其一侧外凸形成连接凸起(401)，其相对设置的另一侧内凹形成连接凹口(402)；所述复合粒子电极分散填充于所述绝缘筐(40)内。
6.根据权利要求5所述的废水三维电催化装置，其特征在于，所述复合粒子电极包括所述粒子体(20)、及起支撑作用并使所述粒子体(20)分散安装的绝缘包材(10)；所述复合粒子电极悬浮填充于所述绝缘筐(40)内，或依次有间隙地叠放于所述绝缘筐(40)内。
7.根据权利要求2所述的废水三维电催化装置，其特征在于，所述废水三维电催化装置还包括布水系统(60)，所述布水系统(60)包括：用于将待处理的污水均匀配入所述外壳体(31)的进水管组(61)、用于将反应后的污水向外排出的排水管组、及用于使所述外壳体(31)排空的排空管组(63)；所述进水管组(61)和所述出水管组(62)分设于所述阴极板(80)和所述阳极板(90)的两侧，且所述进水管组(61)靠近所述外壳体(31)的底板设置，所述出水管组(62)位于所述外壳体(31)的上端，以在所述进水管组(61)和所述出水管组(62)之间形成沿所述阴极板(80)和所述阳极板(90)长度方向流动的水平推流；所述排空管组(63)位于所述出水管组(62)的下方，且靠近所述外壳体(31)的底板设置。
8.根据权利要求7所述的废水三维电催化装置，其特征在于，所述进水管组(61)包括沿所述外壳体(31)底板的宽度方向延伸的配水管(611)、与所述配水管(611)连通的进水管(612)、连接于所述进水管(612)中的第一开关阀，所述配水管(611)上开设有沿其长度方向依次间隔设置的配水孔(6110)，所述进水管(612)的进水端延伸出所述外壳体(31)，所述第一开关阀连接有控制装置；所述出水管组(62)包括与所述配水管(611)平行的出水渠(621)、与所述出水渠(621)连通的出水管(622)、连接于所述出水管(622)中的第二开关阀，所述出水渠(621)连接于所述外壳体(31)上端的侧壁上，所述出水管(622)的出水端延伸出所述外壳体(31)，所述第二开关阀与所述控制装置相连；所述排空管组(63)包括排空管(631)、连接于所述排空管(631)中的第三开关阀，所述排空管(631)的进水端延伸至所述外壳体(31)的底板上，所述第三开关阀与所述控制装置相连。
9.根据权利要求8所述的废水三维电催化装置，其特征在于，所述进水管(612)与所述配水管(611)的中部垂直连通，所述配水孔(6110)沿进水流动方向逐步密集，或所述配水孔(6110)沿进水流动方向孔径逐步增大；所述出水渠(621)的两端分别连接所述外壳体(31)的内侧壁，所述出水管(622)垂直连通所述出水渠(621)。
10.根据权利要求7所述的废水三维电催化装置，其特征在于，所述废水三维电催化装置还包括布设于所述阴极板(80)和所述阳极板(90)的出水侧与所述出水管组(62)之间的排渣系统(70)，所述排渣系统(70)包括：挡板(71)、成槽板(72)及排渣管(73)；所述挡板(71)平行所述出水管组(62)设置，且所述挡板(71)的两侧分别与所述外壳体(31)的内侧壁连接，并所述挡板(71)的下端与所述外壳体(31)底板间隔设置，以形成供反应后的污水向外排出的排水口(701)；所述成槽板(72)连接于所述挡板(71)朝向所述模块化粒子电极的侧壁的上端，以与所述挡板(71)形成用于盛装反应后产生的浮渣的浮渣槽(702)，且所述浮渣槽(702)槽顶高于所述出水渠(621)渠顶1～5mm；所述排渣管(73)的一端与所述浮渣槽(702)连通，其相对设置的另一端穿设所述外壳体(31)后向外延伸。
发明内容
本发明提供了一种废水三维电催化装置，以解决现有的电催化反应装置存在的气体直接扩散在环境中污染环境、传质效果差、电催化效率低、底部布气沉渣区域易形成死水区的技术问题。
本发明采用的技术方案如下：
一种废水三维电催化装置，包括：封闭设置且用于引导电催化反应产生的氢气与反应产生的其它混合气体自分离的反应器，反应器内设有竖直且沿其宽度方向依次间隔且交错布设的阴极板和阳极板，及上下叠放设置于阴极板和阳极板之间的模块化粒子电极，且阴极板、阳极板、叠放设置最下方的模块化粒子电极均与反应器底板之间具有流通间隙；反应器外还设有与其连通的排气循环系统，排气循环系统用于使自分离出的氢气向外排出，同时使自分离出的其它混合气体在反应器和排气循环系统间循环流动用作曝气，以使反应器内的污水分别在阴极板和阳极板的两侧形成分别环绕阴极板和阳极板循环流动的局部环流，进而提升传质效果和电催化效率。
进一步地，反应器包括上端敞口的外壳体、可拆卸式罩设于外壳体敞口端上的上罩体、及设置于上罩体上的观察窗；阴极板、阳极板及模块化粒子电极分别垂直于外壳体的底板方向设置于外壳体内；上罩体由其敞口端至封闭端方向逐渐向内收拢，且上罩体封闭端的顶部形成外凸的集气腔，以用于使反应产生的氢气在上罩体的结构导引下自动汇集至集气腔，进而实现与其它混合气体的自分离。
进一步地，排气循环系统包括与集气腔连通的排气管、设置于反应器外的抽吸风机、与抽吸风机分别连通的抽气管和曝气干管、及与曝气干管分别连通的多根曝气支管；抽气管的进气端穿设上罩体后，延伸至反应器内污水的上方；曝气干管的排气端穿设外壳体后，延伸至外壳体的底板上；多根曝气支管依次间隔设置，且位于阴极板、阳极板及模块化粒子电极的下方。
进一步地，沿阴极板和阳极板的排布方向，将第一块阴极板和第一块阳极板组合成第一组阴阳极板，将第二块阴极板和第二块阳极板组合成第二组阴阳极板，……，以此类推；多根曝气支管一一对应多组阴阳极板设置，且沿对应设置的模块化粒子电极的宽度方向延伸布设于模块化粒子电极的正下方，并各曝气支管上开设有间隔设置的曝气孔。
进一步地，模块化粒子电极包括用于使其在外壳体内横向或竖向叠放的绝缘筐、及用于使粒子体相对分散布设于外壳体内的复合粒子电极；绝缘筐绝缘设置且为中空网状体结构，其一侧外凸形成连接凸起，其相对设置的另一侧内凹形成连接凹口；复合粒子电极分散填充于绝缘筐内。
进一步地，复合粒子电极包括粒子体、及起支撑作用并使粒子体分散安装的绝缘包材；复合粒子电极悬浮填充于绝缘筐内，或依次有间隙地叠放于绝缘筐内。
进一步地，废水三维电催化装置还包括布水系统，布水系统包括：用于将待处理的污水均匀配入外壳体的进水管组、用于将反应后的污水向外排出的排水管组、及用于使外壳体排空的排空管组；进水管组和出水管组分设于阴极板和阳极板的两侧，且进水管组靠近外壳体的底板设置，出水管组位于外壳体的上端，以在进水管组和出水管组之间形成沿阴极板和阳极板长度方向流动的水平推流；排空管组位于出水管组的下方，且靠近外壳体的底板设置。
进一步地，进水管组包括沿外壳体底板的宽度方向延伸的配水管、与配水管连通的进水管、连接于进水管中的第一开关阀，配水管上开设有沿其长度方向依次间隔设置的配水孔，进水管的进水端延伸出外壳体，第一开关阀连接有控制装置；出水管组包括与配水管平行的出水渠、与出水渠连通的出水管、连接于出水管中的第二开关阀，出水渠连接于外壳体上端的侧壁上，出水管的出水端延伸出外壳体，第二开关阀与控制装置相连；排空管组包括排空管、连接于排空管中的第三开关阀，排空管的进水端延伸至外壳体的底板上，第三开关阀与控制装置相连。
进一步地，进水管与配水管的中部垂直连通，配水孔沿进水流动方向逐步密集，或配水孔沿进水流动方向孔径逐步增大；出水渠的两端分别连接外壳体的内侧壁，出水管垂直连通出水渠。
进一步地，废水三维电催化装置还包括布设于阴极板和阳极板的出水侧与出水管组之间的排渣系统，排渣系统包括：挡板、成槽板及排渣管；挡板平行出水管组设置，且挡板的两侧分别与外壳体的内侧壁连接，并挡板的下端与外壳体底板间隔设置，以形成供反应后的污水向外排出的排水口；成槽板连接于挡板朝向模块化粒子电极的侧壁的上端，以与挡板形成用于盛装反应后产生的浮渣的浮渣槽，且浮渣槽槽顶高于出水渠渠顶1～5mm；排渣管的一端与浮渣槽连通，其相对设置的另一端穿设外壳体后向外延伸。
本发明具有以下有益效果：
本发明的废水三维电催化装置工作时，污水在反应器内进行三维电催化反应，产生氢气、氯气及其它臭味气体，氢气比重相比于其它混合气体的比重低，且由于反应器的物理构造将进一步引导氢气上浮并聚集于反应器的顶部，从而实现氢气和其它混合气体的自分离；氢气直接由反应器的顶部向外排出至大气中，或向外排出至氢气收集装置中，避免氢气在反应器内聚集带来的安全隐患；而比重较大的氯气和其它反应气体，则上浮于污水的上方，然后再在排气循环系统的作用下，在反应器和排气循环系统间循环流动用作曝气，用以使反应器内的污水分别在阴极板和阳极板的两侧形成分别环绕阴极板和阳极板循环流动的局部环流，从而提升传质效果、提高电催化效率；另外，曝气产生的气泡上升时，将对模块化粒子电极中的粒子电极产生一定程度的抖动，气泡与粒子电极相互摩擦可有效清洗粒子电极表面，避免电催化过程中产生的固体物质沉积在粒子电极表面，进而进一步提升传质效果、提高电催化效率的同时，还可有效避免模块化粒子电极内的粒子电极堵塞，进而提高反应质量，避免底部布气区域形成死水区。
（发明人：蒋剑虹;陶霞;唐清畅）