一種多級串聯球形粒子活性電極反應裝置的制造方法
【專利摘要】本發明提供了一種多級串聯球形粒子活性電極反應裝置，該反應裝置包括絕緣的反應器裝置外殼，反應裝置外殼頂部設置有排氣管和出水管；底部設置有集泥斗，集泥斗底部設置進水管和排泥管；所述反應裝置內部通過定位銷固定有一套多級串聯球形粒子活性電極反應系統，其包含A行B列C層球形粒子活性電極，球形粒子活性電極載體為球形鈦金屬球，外層涂復合貴金屬氧化物涂層，中間有三條過球心且相互垂直的孔道，每條孔道中分別穿有定位絕緣塑料棒，將A×B×C個粒子電極固定成等距離的A行B列C層，其中第一個球形粒子活性電極連接外加直流電源正極，第A×B×C個球形粒子活性電極連接外加直流電源負極，保證電流流經所有的球形粒子活性電極。
【專利說明】
一種多級串聯球形粒子活性電極反應裝置
技術領域
[0001]本發明為一種多級串聯球形粒子活性電極反應裝置，適用于處理工業難降解有機廢水，屬于環境工程專業領域。
【背景技術】
[0002]近年來，隨著國家工業和經濟的發展，許多含有難以生物降解的有毒有害物質的廢水不斷進入環境，給工農業生產、人民生活和人體健康帶了了很大的危害，在這種背景下，國家要求廢水排放的標準越來越嚴格，許多難降解廢水的達標處理成為環保領域內的難點問題。
[0003]而另一方面，電催化氧化技術作為一種全新的高級氧化技術已經成功應用在高鹽廢水處理行業中，電催化技術是一種依靠外加直流電在活性催化陽極上產生強氧化劑的一種新型深度氧化技術，主要原理是通過在工作電極上施加偏電壓，從而在電極和活性催化涂層之間形成一個電勢梯度，能夠促進活性催化涂層上的電子和空穴向相反的方向移動，抑制它們的復合，從而能夠直接氧化附著在陽極上的有機物，或者通過生成C1—、0H.等強氧化劑間接達到氧化有機物，去除水體中的COD。
[0004]目前電催化氧化技術根據所采用電極的形式主要分為二維平板電極反應器和三維粒子電極反應器，其中三維粒子電極反應器是通過在二維平板電極中間添加粒子電極，構成三維體系，通過在反應器兩側二維平板電極間施加直流電壓，粒子電極會在電場中感生出若干微小原電池來降解水體中C0D。三維粒子電極多選擇顆粒活性炭或者粒子DSA陽極和絕緣陶瓷按照一定比例混合，絕緣陶瓷的作用是保持顆粒活性炭或者粒子DSA陽極盡量少接觸。其弊端在于粒子電極極容易結垢板結，并且由于粒子電極間不可避免的存在相互接觸現象，因此總有一部分電流通過相互接觸的粒子電極流失，俗稱短路電流，從而降低了電流利用效率。另外不論是二維平板電極反應器還是三維粒子電極反應器，其和外部直流電源連接的均是最外側的平板電極，由于平板電極面積較大，且電極間距較小，因此在保持一定電流密度的同時就必須使用大電流小電壓模式，其運行電壓一般會在5-380V之間。而電流越大，其造成的熱損也就越大，這也進一步降低了反應過程中的電流利用效率。
【發明內容】
[0005]本發明所要解決的技術問題是克服現有技術存在的問題，設計一種多級串聯球形粒子活性電極反應裝置，用以解決傳統二維平板電極反應器和三維粒子電極反應器處理效率低、能耗大、易板結等難題。
[0006]本發明提供了一種多級串聯球形粒子活性電極反應裝置，該反應裝置包括絕緣的反應器裝置外殼，反應裝置外殼頂部設置有排氣管和出水管;所述反應裝置外殼的底部設置有集泥斗，集泥斗底部設置進水管和排泥管;所述反應裝置內部通過定位銷固定有一套多級串聯球形粒子活性電極反應系統，該多級串聯球形粒子活性電極反應系統包含A行B列C層球形粒子活性電極;所述球形粒子活性電極載體為球形鈦金屬球，外層涂覆Ir02、Ru02復合貴金屬氧化物涂層，中間有三條過球心且相互垂直的孔道，每條孔道中分別穿有定位絕緣塑料棒，通過定位絕緣塑料棒，將A X B X C個粒子電極固定成等距離的A行B列C層，定位絕緣塑料棒作用是使任何一個粒子電極與其上下左右四個相鄰電極間保持相同距離并保證互不接觸，其中第一個球形粒子活性電極連接外加直流電源的正極，第AXBXC個球形粒子活性電極連接外加直流電源的負極，保證電流能夠流經所有的球形粒子活性電極。
[0007]本發明所述的一種多級串聯球形粒子活性電極反應裝置為長方體形，外殼材質為PPR或PVDF等材料，使反應器具備良好絕緣、耐高溫、耐腐蝕性能。
[0008]本發明所述的一種多級串聯球形粒子活性電極反應裝置，所述的球形粒子活性電極球徑為l-5cm之間，相鄰兩個球形粒子活性電極間距離為0.l-5cm，且通過其球心有三條相互垂直的孔道，孔道直徑為球形粒子活性電極球徑的1/5-1/2;所述的所用的定位絕緣塑料棒材質為PVDF，且其直徑為球形粒子活性電極中間孔道直徑的1/3。
[0009]本發明所述的一種多級串聯球形粒子活性電極反應裝置，該多級串聯球形粒子活性電極反應系統包含A行B列C層球形粒子活性電極，其中A多10，B多10 010。
[0010]本發明所述的一種多級串聯球形粒子活性電極反應裝置在難降解廢水的深度處理的應用，在正常運行時外加電壓彡2000V。
[0011]本發明涉及的一種多級串聯球形粒子活性電極反應裝置和傳統二維平板電極反應器以及三維粒子電極反應器相比較，具有以下有益效果:
[0012]1、運行電壓大，運行電流小，在保證總功率不便的前提下，大大降低了由于電流造成的熱損功率，從而降低了噸水處理能耗。
[0013]2、任何一個粒子電極與其相鄰的粒子電極間的距離均相同且不會接觸，避免了由于粒子電極間相互接觸所造成的短路電流，從而提高了電流利用效率，降低了噸水處理能耗。
[0014]3、由于任何一個粒子電極均不接觸，因此裝置長時間運行時不會造成傳統三維電極反應器經常遇到的填料板結。效率下降等問題，有助于裝置的長時間穩定運行。
[0015]4、由于任何兩個相鄰球形粒子活性電極間距離一樣，因此每一個電極上流過的電流相同，所有電極的使用壽命基本一致，避免了傳統三維粒子電極反應器由于粒子電極承受電流密度的不同而造成的使用壽命有長有短的弊端。
[0016]5、和傳統二維、三維電催化氧化反應器相比較，由于本裝置運行電流小，因此無需使用型號過大的電纜連接電源與裝置，節省裝置的造價。
【附圖說明】
[0017]圖1為一種多級串聯球形粒子活性電極反應裝置外形結構示意圖；
[0018]圖2為一種多級串聯球形粒子活性電極反應裝置內部結構示意圖；
[0019]圖3為圖2所示的裝置內部多級串聯球形粒子活性電極反應系統結構示意圖；
[0020]圖4為球形粒子活性電極剖面結構示意圖。
[0021]圖中，
[0022]I為反應裝置外殼10為第I個球形活性粒子電極
[0023]2為排氣管11為球形活性粒子電極
[0024]3為出水管12為PVDF定位絕緣塑料棒
[0025]4為電極接線柱13為定位銷
[0026]5為支架14為第AXB X C個球形粒子活性電極
[0027]6為集泥斗
[0028]7為進水管15為球形粒子活性電極涂層
[0029]8為多級串聯球形粒子活性電16為孔道
[0030]極反應系統17為球形活性粒子電極載體[0031 ]9為排泥管
【具體實施方式】
[0032]下面結合附圖及具體應用實施例對本發明作進一步描述，具體實施例不對本發明的技術方案構成限定。
[0033]如圖1-4所示，本發明多級串聯球形粒子活性電極反應裝置依靠支架5支撐，反應裝置外殼I采用PPR或PVDF等絕緣性好、耐腐蝕、耐高溫材質，裝置底部為集泥斗6，集泥斗6底部有進水管7和排泥管9，其中進水管7和進水管道相連接，排泥管9和排泥管道相連接，反應裝置頂部設置有排氣管2和出水管3，排氣管2直接與大氣相連通，出水管3與出水管道相連接。裝置內部包含一套多級串聯球形粒子活性電極反應系統8，依靠定位銷13固定在反應裝置內部，該多級串聯球形粒子活性電極反應系統8包含A行B列C層球形粒子活性電極11，球形粒子活性電極球徑為l-5cm之間，球形粒子活性電極載體17為球形鈦金屬球，球形粒子活性電極涂層15為Ir02、Ru02等復合貴金屬氧化物涂層，中間有三條相互垂直的過球心的孔道16，孔道16直徑為球形粒子活性電極球徑的1/5，每條孔道16中分別穿有I根PVDF定位絕緣塑料棒12，其直徑為球形粒子活性電極中間孔道16直徑的1/3，通過P VDF定位絕緣塑料棒12，將AXBX C個球形粒子活性電極11穿成等距離的A行B列C層，其中A彡10，B彡10 010，PVDF定位絕緣塑料棒12作用是使任何一個粒子電極與其上下左右四個相鄰電極間保持相同距離并保證互不短路，相鄰兩個電極間距離為0.l-5cm，其中第一個球形粒子活性電極10通過電極接線柱4連接電源的正極，第A XBX C個球形粒子活性電極14通過電極接線柱4連接電源的負極，保證電流能夠流經所有的球形粒子活性電極U，裝置正常運行時外加電壓彡2000V。
[0034]具體實例一:
[0035]河北省某石化公司由于所煉制的油品復雜，導致生產廢水中含有大量難生物降解物質，該廢水經過生化處理后⑶D為80mg/L左右，無法達到相關出水排放標準。采用多級串聯球形粒子活性電極反應裝置對該公司生化出水的深度處理進行了工程應用研究，結果顯示當運行電壓為36000V，運行電流為10mA，水力停留時間為30min，出水COD彡60mg/L，出水滿足了達標排放水質要求，此時電流效率為55%，與傳統二維電解設備相比較，在處理效果不變的條件下噸水電耗約減少0.9kw.h電能。
[0036]具體實例二:
[0037]天津某廠藥劑廢水經生化處理后，為實現廢水近零排放，采用超濾-反滲透雙膜系統回用部分生化出水，經雙膜系統處理后會產生一定量濃縮液，該濃縮液⑶D約為90mg/L，電導率約為1000-5000yS/cm，Cr含量約為700-900mg/L，該濃縮液因為排量小、所含物質難以生化降解等特點，不宜再次采用生化法處理。采用多級串聯球形粒子活性電極反應裝置處理后，當運行電壓為50000V，運行電流為10-15mA，反應器內水力停留時間為30min，出水COD彡50mg/L，滿足了達標排放水質要求，此時電流效率為67%，與傳統三維電解設備相比較，處理噸水節約0.5kw.h電能。
【主權項】
1.一種多級串聯球形粒子活性電極反應裝置，其特征在于，所述的反應裝置包括絕緣的反應器裝置外殼，反應裝置外殼頂部設置有排氣管和出水管;所述反應裝置外殼的底部設置有集泥斗，集泥斗底部設置進水管和排泥管;所述反應裝置內部通過定位銷固定有一套多級串聯球形粒子活性電極反應系統，該多級串聯球形粒子活性電極反應系統包含A行B列C層球形粒子活性電極;所述球形粒子活性電極載體為球形鈦金屬球，外層涂覆Ir02、Ru02復合貴金屬氧化物涂層，中間有三條過球心且相互垂直的孔道，每條孔道中分別穿有定位絕緣塑料棒，通過定位絕緣塑料棒，將A X B X C個粒子電極固定成等距離的A行B列C層，且通過定位絕緣塑料棒使任何一個粒子電極與其上下左右四個相鄰電極間保持相同距離并保證互不接觸，其中第一個球形粒子活性電極連接外加直流電源的正極，第AXBXC個球形粒子活性電極連接外加直流電源的負極，保證電流能夠流經所有的球形粒子活性電極。2.根據權利要求1所述的一種多級串聯球形粒子活性電極反應裝置，其特征在于，所述反應裝置外殼為長方體形，材質為PPR或PVDF。3.根據權利要求1所述的一種多級串聯球形粒子活性電極反應裝置，其特征在于，所述的球形粒子活性電極球徑為l-5cm之間，相鄰兩個球形粒子活性電極間距離為0.l-5cm，且通過其球心有三條相互垂直的孔道，孔道直徑為球形粒子活性電極球徑的1/5-1/2;所述的所用的定位絕緣塑料棒材質為PVDF，且其直徑為球形粒子活性電極中間孔道直徑的1/3。4.根據權利要求1所述的一種多級串聯球形粒子活性電極反應裝置，其特征在于，所述多級串聯球形粒子活性電極反應系統包含A行B列C層球形粒子活性電極，其中A多10，B多1，d5.—種權利要求1所述的多級串聯球形粒子活性電極反應裝置在難降解廢水的深度處理的應用，其特征在于，所述的多級串聯球形粒子活性電極反應裝置在正常運行時外加電壓彡2000V。
【文檔編號】C02F1/461GK106044958SQ201610451989
【公開日】2016年10月26日
【申請日】2016年6月17日
【發明人】秦微, 謝陳鑫, 趙慧, 李肖琳, 錢光磊, 王震, 滕厚開, 張艷芳
【申請人】中海油天津化工研究設計院有限公司, 中海油能源發展股份有限公司