膜过滤电极电催化氧化反应器

1051 编辑：中冶有色技术网来源：沈阳工大蓝金环保产业技术研究院有限公司

2024-06-03 15:28:03

权利要求书： 1.一种膜过滤电极电催化氧化反应器，其特征在于：包括电极组、壳体(11)、搅拌装置及电流调节器(22)，其中壳体(11)内部分为多个电极反应区域，每个所述电极反应区域内均设有搅拌装置及电极组，所述搅拌装置位于电极组的下方，每个所述电极反应区域的底部壳体(6)分别通过连接管道(21)与排泥管道(28)相连，并在各所述连接管道(21)上分别设有排泥阀(29)，第一个电极反应区域的底部壳体(6)所连接的连接管道(21)上开设有用于污水进入的进水口(5)，第一个电极反应区域与第二电极反应区域在顶部相连通，其余相邻的电极反应区域的连接管道(21)之间相连通，在最后一个电极反应区域上方的壳体(11)上开设出水口(12)；所述电极组包括阳极(1)及阴极(2)，所述阳极(1)为筒形的膜电极，所述阴极(2)为柱形，所述阴极(2)位于阳极(1)的内部，各所述电极反应区域内的阳极(1)及各所述电极反应区域内的阴极(2)分别与电流调节器(22)的正极、负极连接；每个所述电极反应区域对应的顶端壳体(17)上均设有放气阀(19)。

2.根据权利要求1所述的膜过滤电极电催化氧化反应器，其特征在于：每个所述电极反应区域的内部均由上至下分别安装有污水能够流过的承托组件B(23)、承托组件A(9)及承托组件C(25)，所述电极组的上端与承托组件B(23)连接、下端与承托组件A(9)连接，所述搅拌装置安装于承托组件C(25)上；第一个电极反应区域与第二个电极反应区域相连通的位置位于所述承托组件B(23)的上方。

3.根据权利要求2所述的膜过滤电极电催化氧化反应器，其特征在于：所述承托组件A(9)、承托组件B(23)及承托组件C(25)均为孔板，所述承托组件A(9)的上表面对应每个电极组中阳极(1)和阴极(2)的下端位置设有电极固定槽(10)，每个所述电极组中阳极(1)和阴极(2)的下端均插接在对应的电极固定槽(10)中；每个所述电极组中阳极(1)的上端通过阳极电极夹(16)与电流调节器(22)的正极连接，每个所述电极组中阴极(2)的上端通过阴极电极夹(15)与电流调节器(22)的负极连接，所述阳极电极夹(16)及阴极电极夹(15)均位于承托组件B(23)的上方。

4.根据权利要求1所述的膜过滤电极电催化氧化反应器，其特征在于：每个所述电极组中的阴极(2)的轴向中心线与阳极(1)的轴向中心线共线，且所述阳极(1)与阴极(2)长度相等；各所述电极反应区域中的电极组等距设置。

5.根据权利要求1所述的膜过滤电极电催化氧化反应器，其特征在于：每个所述电极反应区域的底部壳体(6)均为上宽下窄的漏斗状，所述底部壳体(6)的底面与连接管道(21)相连通。

6.根据权利要求1所述的膜过滤电极电催化氧化反应器，其特征在于：所述搅拌装置包括防水电机(26)及搅拌叶(24)，所述防水电机(26)安装底部壳体(6)内，所述搅拌叶(24)连接于防水电机(26)的输出轴上。

7.根据权利要求1所述的膜过滤电极电催化氧化反应器，其特征在于：每个所述电极反应区域上方对应的顶端壳体(17)均可独立拆卸地与壳体(11)密封连接，每个所述顶端壳体(17)上均安装有放气阀(19)和提手(18)。

8.根据权利要求1所述的膜过滤电极电催化氧化反应器，其特征在于：所述进水口(5)处分别设有进水阀(3)及电磁流量计(4)，所述排泥管道(28)的排泥口(7)处设有排泥阀(29)。

9.根据权利要求1所述的膜过滤电极电催化氧化反应器，其特征在于：所述进水口(5)位于反应器整体一侧的下方，所述出水口(12)位于反应器整体另一侧的上方，且位于电极组的上方，所述出水口(12)处设有出水阀门(13)。

10.根据权利要求1所述的膜过滤电极电催化氧化反应器，其特征在于：所述壳体(11)上对应每个电极反应区域均安装有用于监测内部污水的液位计压力表(27)。

说明书：一种膜过滤电极电催化氧化反应器技术领域[0001] 本实用新型涉及污水处理领域的电催化氧化反应器，具体地说是一种膜过滤电极电催化氧化反应器。背景技术[0002] 虽然已有不少基于物理、化学、生物的水污染处理方法用于工业污水处理，但对于一些有毒、有害等难降解有机物(如药品，农药、印染污水等)经过传统的物理、化学、生物方法难以完全降解，仍缺乏一种经济高效的处理方法。[0003] 电催化氧化技术是高级氧化技术的一种，在特定的化学反应器中通过外加电场作用，利用具有催化性能的材料作为阳极材料，产生具有强氧化能力的羟基自由基或其它自由基和基团攻击溶液中的有机污染物，使其完全分解为无害的小分子物质的绿色化学技术。这种氧化途径使有机物降解得更加彻底，不易产生毒害的中间产物。[0004] 目前，诸多电催化氧化反应器采用的电极大多是板式电极，在大多数板式电极反应器中，电催化氧化降解有机物所需要的活性氧化物质(如羟基自由基、硫酸根自由基等等)大多分布在阳极表面附近，难以通过传质界面进入污水，与污水中有机污染物接触不充分，因此板式电极在电催化氧化降解有机污染物过程中往往存在传质效率低缺点。实用新型内容

[0005] 针对现有电催化氧化反应器存在的上述问题，本实用新型的目的在于提供一种膜过滤电极电催化氧化反应器。[0006] 本实用新型的目的是通过以下技术方案来实现的：[0007] 本实用新型包括电极组、壳体、搅拌装置及电流调节器，其中壳体内部分为多个电极反应区域，每个所述电极反应区域内均设有搅拌装置及电极组，所述搅拌装置位于电极组的下方，每个所述电极反应区域的底部壳体分别通过连接管道与排泥管道相连，并在各所述连接管道上分别设有排泥阀，第一个电极反应区域的底部壳体所连接的连接管道上开设有用于污水进入的进水口，第一个电极反应区域与第二电极反应区域在顶部相连通，其余相邻的电极反应区域的连接管道之间相连通，在最后一个电极反应区域上方的壳体上开设出水口；所述电极组包括阳极及阴极，所述阳极为筒形的膜电极，所述阴极为柱形，所述阴极位于阳极的内部，各所述电极反应区域内的阳极及各所述电极反应区域内的阴极分别与电流调节器的正极、负极连接；每个所述电极反应区域对应的顶端壳体上均设有放气阀。[0008] 其中：每个所述电极反应区域的内部均由上至下分别安装有污水能够流过的承托组件B、承托组件A及承托组件C，所述电极组的上端与承托组件B连接、下端与承托组件A连接，所述搅拌装置安装于承托组件C上；第一个电极反应区域与第二个电极反应区域相连通的位置位于所述承托组件B的上方。[0009] 所述承托组件A、承托组件B及承托组件C均为孔板，所述承托组件A的上表面对应每个电极组中阳极和阴极的下端位置设有电极固定槽，每个所述电极组中阳极和阴极的下端均插接在对应的电极固定槽中；每个所述电极组中阳极的上端通过阳极电极夹与电流调节器的正极连接，每个所述电极组中阴极的上端通过阴极电极夹与电流调节器的负极连接，所述阳极电极夹及阴极电极夹均位于承托组件B的上方。[0010] 每个所述电极组中的阴极的轴向中心线与阳极的轴向中心线共线，且所述阳极与阴极长度相等；各所述电极反应区域中的电极组等距设置。[0011] 每个所述电极反应区域的底部壳体均为上宽下窄的漏斗状，所述底部壳体的底面与连接管道相连通。[0012] 所述搅拌装置包括防水电机及搅拌叶，所述防水电机安装底部壳体内，所述搅拌叶连接于防水电机的输出轴上。[0013] 每个所述电极反应区域上方对应的顶端壳体均可独立拆卸地与壳体密封连接，每个所述顶端壳体上均安装有放气阀和提手。[0014] 所述进水口处分别设有进水阀及电磁流量计，所述排泥管道的排泥口处设有排泥阀。[0015] 所述进水口位于反应器整体一侧的下方，所述出水口位于反应器整体另一侧的上方，且位于电极组的上方，所述出水口处设有出水阀门。[0016] 所述壳体上对应每个电极反应区域均安装有用于监测内部污水的液位计压力表。[0017] 本实用新型的优点与积极效果为：[0018] 1.本实用新型的阳极为膜电极，膜电极具有较高比表面积，通过搅拌增强废水流动性使阳极表面水流存在平行于膜电极表面和穿过膜电极两种流态，极大提高了水中污染物于膜电极的接触面积，提高了传质效率；膜电极与总的水流方向平行，减少了水流对膜电极的冲击同时也减少了膜电极的阻塞，提高了电极实用寿命，可通过对进水流量调节处理不同浓度的污废水。[0019] 2.本实用新型具有催化效率高，传质效率高，成本低、能耗低、使用寿命长，操作简单，占地面积小，便于维护，处理效率高等优点，可用于难降解有机物的二次处理以及深度处理。附图说明[0020] 图1为本实用新型的内部结构示意图；[0021] 其中：1为阳极，2为阴极，3为进水阀，4为电磁流量计，5为进水口，6为底部壳体，7为排泥口，8为排泥口阀门，9为承托组件A，10为电极固定槽，11为壳体，12为出水口，13为出水阀门，14为密封胶圈，15为阴极电极夹，16为阳极电极夹，17为顶端壳体，18为提手，19为放气阀，20为导线，21为连接管道，22为电流调节器，23为承托组件B，24为搅拌叶，25为承托组件C，26为防水电机，27为液位计压力表，28为排泥管道，29为排泥阀。具体实施方式[0022] 下面结合附图对本实用新型作进一步详述。[0023] 如图1所示，本实用新型包括电极组、壳体11、搅拌装置及电流调节器22，其中壳体11内部分为多个电极反应区域，每个电极反应区域内均设有搅拌装置及电极组，搅拌装置位于电极组的下方，每个电极反应区域的底部壳体6分别通过连接管道21与排泥管道28相连，并在各连接管道21上分别设有排泥阀29；第一个电极反应区域的底部壳体6所连接的连接管道21上开设有用于污水进入的进水口5，第一个电极反应区域与第二电极反应区域在顶部相连通，其余相邻的电极反应区域的连接管道21之间相连通，在最后一个电极反应区域上方的壳体11上开设出水口12；电极组包括阳极1及阴极2，阳极1为筒形的膜电极，阴极2为柱形，阴极2位于阳极1的内部，各电极反应区域内的阳极1及各所述电极反应区域内的阴极2分别与电流调节器22的正极、负极连接；每个电极反应区域对应的顶端壳体17上均设有放气阀19。

[0024] 本实施例的壳体11内部分为三个电极反应区域，每个电极反应区域的内部均由上至下分别安装有污水能够流过的承托组件B23、承托组件A9及承托组件C25，各电极反应区域中的承托组件B23、承托组件A9及承托组件C25所在的高度相等。本实施例的承托组件A9、承托组件B23及承托组件C25均为绝缘材料制成的孔板，绝缘材料可为PP(聚丙烯)材料，孔隙率为0.45～0.75(优选为0.5)，避免清洗时被污泥堵塞。每个电极反应区域的承托组件B23的上表面分别设有阳极电极夹16、阴极电极夹15，每个电极反应区域的承托组件A9的上表面分别设有两个同心设置的环形电极固定槽10；每个电极反应区域内的电极组中，阳极1的上端及阴极2的上端分别与阳极电极夹16、阴极电极夹15连接，阳极电极夹16通过导线20与电流调节器22的正极连接，阴极电极夹15通过导线20与电流调节器22的负极连接；阳极1的下端与位于外侧的电极固定槽10插接，阴极2的下端与位于内侧的电极固定槽10插接，阳极1与阴极2均可拆卸、更换、清洗。本实施例的阳极1为圆筒形的膜电极，用于深度处理，膜电极可增加阳极1的表面积，增加传质效率；阳极1采用亚氧化钛材料，阳极1的电流密度为2

15mA/cm ，阳极1的膜孔隙率为0.28～0.5。本实施例的阴极为电的良导体，可为圆柱形的金属电极，如铜棒或锌棒。阴极2的轴向中心线与阳极1的轴向中心线共线，且阳极1与阴极2长度相等；各电极反应区域中的电极组等距设置。

[0025] 本实施例采用亚氧化钛为阳极1的材料，具有良好的电化学性质，具有较高催化活性，可产生大量强氧化自由基可直接将难降解有机物矿化为小分子物质，催化效率高且二次污染小，用于处理难降解有机物。亚氧化钛材料主要有二氧化钛改性而来，原料充足且亚氧化钛材料具有理化学性质稳定,耐侵蚀、腐蚀,抗钝化使用寿命长，亚氧化钛材料具有高析氧电位，电流效率高，节约能耗。[0026] 本实施例第一个电极反应区域与第二个电极反应区域顶部连通处位于承托组件B23的上方，三个电极反应区域的底部壳体6均为上宽下窄的漏斗状，便于污泥等固体物质的排除，底部壳体6的底面与连接管道21相连通。各电极反应区域的承托组件C25安装于底部壳体6中，本实施例的搅拌装置包括防水电机26及搅拌叶24，防水电机26安装在承托组件C25上，防水电机26的输出轴上连接有用于搅拌的搅拌叶24。本实施例的防水电机26为现有技术，在此不再赘述。[0027] 本实施例每个电极反应区域上方对应的顶端壳体17均可独立拆卸地与壳体11连接，并通过壳体11顶部设置的密封胶圈14与壳体11实现密封；顶端壳体17可以打开，便于清洗、拆卸、维修、更换，顶端壳体17与壳体11之间可通过固定夹连接固定。每个顶端壳体17上均安装有放气阀19和提手18，电极反应区域中积存气体可通过排气阀19排出，提手18便于开关顶端壳体17。壳体11上设有观察窗，便于观察反应器内部运行状况。[0028] 第一个电极反应区域的底部壳体6所连接的连接管道21上的排泥阀29上方开设进水口5，本实施例的进水口5处分别设有进水阀3及电磁流量计4，污水流量通过电磁流量计4控制，排泥管道28的排泥口7处设有排泥阀29。进水口5位于反应器整体一侧的下方，出水口12位于反应器整体另一侧的上方，且位于承托组件B23的上方(即出水口12的高度高于阳极电极反应区域)，出水口12处设有出水阀门13；污水在进水口5进入，经过三个电极反应区域的上行、下行、上行，最终在出水口12出水。壳体11上对应每个电极反应区域均安装有用于监测内部污水的液位计压力表27。

[0029] 本实施例每个电极反应区域的放气阀19及液位计压力表27均可与控制系统连接，控制系统根据液位计压力表27的数据调节放气阀19的开关，此为现有技术，在此不再赘述。[0030] 本实施例的壳体11下方设有支架，用于支撑反应器。[0031] 本实用新型的工作原理为：[0032] 设备开车流程：关闭排泥阀29、打开进水阀3，将污水由进水口5泵入到反应器内，打开放气阀19，污水在反应器中呈现N字形流动，当反应器中污水流满时，关闭放气阀19，启动电流调节器22和搅拌装置，对污水进行搅拌处理；根据处理效果可调节进水流量改变反应时长，以达到处理效果，也可进行改变电流密度提高处理效果。若污水浓度过高，可将出水口12的出水回流进行循环处理，以达到污水相应标准。当反应器运行设定时间后，阳极1的表面易产生杂质而阻塞或覆盖阳极1的表面，致使传质效率下降、电流利用率降低，可使用冲洗药剂进行冲洗，密度较大的固体颗粒可通过下方排泥口7进行排除。[0033] 停车流程：关闭电流调节器22、关闭搅拌装置、关闭进水阀3、关闭泵，打开放气阀19、打开排泥阀29、打开排泥出口阀门8，将污水排出。

[0034] 冲洗过程：将含有冲洗药剂的水加入到反应器中，打开搅拌装置，设定时间后停止搅拌，打开排泥阀29排出含有污泥的废水。[0035] 本实用新型采用亚氧化钛材料作为阳极材料，良好的电极材料具有以下优点：[0036] (1)物理化学性质稳定,耐侵蚀、腐蚀,抗钝化；[0037] (2)电导率良好；[0038] (3)具有高析氧电位和催化活性；[0039] (4)廉价和使用寿命长。[0040] 亚氧化钛具有优越的电化学性能，具有高导电性、高电化学稳定性及抗腐蚀性等优势使其很适合作为电极材料用于电化学工艺处理难降解废水中有机物，这开拓了电化学氧化技术发展空间,因此本实用新型使用亚氧化钛作为阳极材料。[0041] 本实用新型提供了一个高催化效率、高传质效率的反应器，处理水中难降解有机物(如多环芳烃类化合物、药品、合成染料、合成农药、酚类物质等)，用于医药、化工、印染等企业废水的深度处理。