公布日：2022.01.07

申請(qǐng)日：2021.11.08

分類號(hào)：C02F1/461(2006.01)I;C02F1/78(2006.01)I

摘要

本發(fā)明公開了一種廢水三維電催化裝置，包括：反應(yīng)器，反應(yīng)器內(nèi)設(shè)有陰極板和陽極板，及上下疊放設(shè)置于陰極板和陽極板之間的模塊化粒子電極，且陰極板、陽極板、疊放設(shè)置最下方的模塊化粒子電極均與反應(yīng)器底板之間具有流通間隙。反應(yīng)器外還設(shè)有排氣循環(huán)系統(tǒng)，排氣循環(huán)系統(tǒng)用于使自分離出的氫氣向外排出，同時(shí)使其它混合氣體在反應(yīng)器和排氣循環(huán)系統(tǒng)間循環(huán)流動(dòng)用作曝氣，以使反應(yīng)器內(nèi)的污水分別在陰極板和陽極板的兩側(cè)形成分別環(huán)繞陰極板和陽極板循環(huán)流動(dòng)的局部環(huán)流，進(jìn)而提升傳質(zhì)效果和電催化效率。本發(fā)明的廢水三維電催化裝置，可實(shí)現(xiàn)氫氣和其它混合氣體的自分離，避免氫氣在反應(yīng)器內(nèi)聚集帶來的安全隱患，且可有效提升傳質(zhì)效果、提高電催化效率。

權(quán)利要求書

1.一種廢水三維電催化裝置，其特征在于，包括：封閉設(shè)置且用于引導(dǎo)電催化反應(yīng)產(chǎn)生的氫氣與反應(yīng)產(chǎn)生的其它混合氣體自分離的反應(yīng)器(30)，所述反應(yīng)器(30)內(nèi)設(shè)有豎直且沿其寬度方向依次間隔且交錯(cuò)布設(shè)的陰極板(80)和陽極板(90)，及上下疊放設(shè)置于所述陰極板(80)和所述陽極板(90)之間的模塊化粒子電極，且所述陰極板(80)、所述陽極板(90)、疊放設(shè)置最下方的所述模塊化粒子電極均與所述反應(yīng)器(30)底板之間具有流通間隙；所述反應(yīng)器(30)外還設(shè)有與其連通的排氣循環(huán)系統(tǒng)(50)，所述排氣循環(huán)系統(tǒng)(50)用于使自分離出的氫氣向外排出，同時(shí)使自分離出的其它混合氣體在所述反應(yīng)器(30)和所述排氣循環(huán)系統(tǒng)(50)間循環(huán)流動(dòng)用作曝氣，以使所述反應(yīng)器(30)內(nèi)的污水分別在所述陰極板(80)和所述陽極板(90)的兩側(cè)形成分別環(huán)繞所述陰極板(80)和所述陽極板(90)循環(huán)流動(dòng)的局部環(huán)流，進(jìn)而提升傳質(zhì)效果和電催化效率。 

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的廢水三維電催化裝置，其特征在于，所述反應(yīng)器(30)包括上端敞口的外殼體(31)、可拆卸式罩設(shè)于所述外殼體(31)敞口端上的上罩體(32)、及設(shè)置于所述上罩體(32)上的觀察窗(33)；所述陰極板(80)、所述陽極板(90)及所述模塊化粒子電極分別垂直于所述外殼體(31)的底板方向設(shè)置于所述外殼體(31)內(nèi)；所述上罩體(32)由其敞口端至封閉端方向逐漸向內(nèi)收攏，且所述上罩體(32)封閉端的頂部形成外凸的集氣腔(320)，以用于使反應(yīng)產(chǎn)生的氫氣在所述上罩體(32)的結(jié)構(gòu)導(dǎo)引下自動(dòng)匯集至所述集氣腔(320)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)與其它混合氣體的自分離。 

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的廢水三維電催化裝置，其特征在于，所述排氣循環(huán)系統(tǒng)(50)包括與所述集氣腔(320)連通的排氣管(51)、設(shè)置于所述反應(yīng)器(30)外的抽吸風(fēng)機(jī)(52)、與所述抽吸風(fēng)機(jī)(52)分別連通的抽氣管(53)和曝氣干管(54)、及與所述曝氣干管(54)分別連通的多根曝氣支管(55)；所述抽氣管(53)的進(jìn)氣端穿設(shè)所述上罩體(32)后，延伸至所述反應(yīng)器(30)內(nèi)污水的上方；所述曝氣干管(54)的排氣端穿設(shè)所述外殼體(31)后，延伸至所述外殼體(31)的底板上；多根所述曝氣支管(55)依次間隔設(shè)置，且位于所述陰極板(80)、所述陽極板(90)及所述模塊化粒子電極的下方。 

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的廢水三維電催化裝置，其特征在于，沿所述陰極板(80)和所述陽極板(90)的排布方向，將第一塊所述陰極板(80)和第一塊所述陽極板(90)組合成第一組陰陽極板，將第二塊所述陰極板(80)和第二塊所述陽極板(90)組合成第二組陰陽極板，……，以此類推；多根所述曝氣支管(55)一一對(duì)應(yīng)多組所述陰陽極板設(shè)置，且沿對(duì)應(yīng)設(shè)置的所述模塊化粒子電極的寬度方向延伸布設(shè)于所述模塊化粒子電極的正下方，并各所述曝氣支管(55)上開設(shè)有間隔設(shè)置的曝氣孔(550)。 

5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的廢水三維電催化裝置，其特征在于，所述模塊化粒子電極包括用于使其在所述外殼體(31)內(nèi)橫向或豎向疊放的絕緣筐(40)、及用于使粒子體(20)相對(duì)分散布設(shè)于所述外殼體(31)內(nèi)的復(fù)合粒子電極；所述絕緣筐(40)絕緣設(shè)置且為中空網(wǎng)狀體結(jié)構(gòu)，其一側(cè)外凸形成連接凸起(401)，其相對(duì)設(shè)置的另一側(cè)內(nèi)凹形成連接凹口(402)；所述復(fù)合粒子電極分散填充于所述絕緣筐(40)內(nèi)。 

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的廢水三維電催化裝置，其特征在于，所述復(fù)合粒子電極包括所述粒子體(20)、及起支撐作用并使所述粒子體(20)分散安裝的絕緣包材(10)；所述復(fù)合粒子電極懸浮填充于所述絕緣筐(40)內(nèi)，或依次有間隙地疊放于所述絕緣筐(40)內(nèi)。 

7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的廢水三維電催化裝置，其特征在于，所述廢水三維電催化裝置還包括布水系統(tǒng)(60)，所述布水系統(tǒng)(60)包括：用于將待處理的污水均勻配入所述外殼體(31)的進(jìn)水管組(61)、用于將反應(yīng)后的污水向外排出的排水管組、及用于使所述外殼體(31)排空的排空管組(63)；所述進(jìn)水管組(61)和所述出水管組(62)分設(shè)于所述陰極板(80)和所述陽極板(90)的兩側(cè)，且所述進(jìn)水管組(61)靠近所述外殼體(31)的底板設(shè)置，所述出水管組(62)位于所述外殼體(31)的上端，以在所述進(jìn)水管組(61)和所述出水管組(62)之間形成沿所述陰極板(80)和所述陽極板(90)長(zhǎng)度方向流動(dòng)的水平推流；所述排空管組(63)位于所述出水管組(62)的下方，且靠近所述外殼體(31)的底板設(shè)置。 

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的廢水三維電催化裝置，其特征在于，所述進(jìn)水管組(61)包括沿所述外殼體(31)底板的寬度方向延伸的配水管(611)、與所述配水管(611)連通的進(jìn)水管(612)、連接于所述進(jìn)水管(612)中的第一開關(guān)閥，所述配水管(611)上開設(shè)有沿其長(zhǎng)度方向依次間隔設(shè)置的配水孔(6110)，所述進(jìn)水管(612)的進(jìn)水端延伸出所述外殼體(31)，所述第一開關(guān)閥連接有控制裝置；所述出水管組(62)包括與所述配水管(611)平行的出水渠(621)、與所述出水渠(621)連通的出水管(622)、連接于所述出水管(622)中的第二開關(guān)閥，所述出水渠(621)連接于所述外殼體(31)上端的側(cè)壁上，所述出水管(622)的出水端延伸出所述外殼體(31)，所述第二開關(guān)閥與所述控制裝置相連；所述排空管組(63)包括排空管(631)、連接于所述排空管(631)中的第三開關(guān)閥，所述排空管(631)的進(jìn)水端延伸至所述外殼體(31)的底板上，所述第三開關(guān)閥與所述控制裝置相連。 

9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的廢水三維電催化裝置，其特征在于，所述進(jìn)水管(612)與所述配水管(611)的中部垂直連通，所述配水孔(6110)沿進(jìn)水流動(dòng)方向逐步密集，或所述配水孔(6110)沿進(jìn)水流動(dòng)方向孔徑逐步增大；所述出水渠(621)的兩端分別連接所述外殼體(31)的內(nèi)側(cè)壁，所述出水管(622)垂直連通所述出水渠(621)。 

10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的廢水三維電催化裝置，其特征在于，所述廢水三維電催化裝置還包括布設(shè)于所述陰極板(80)和所述陽極板(90)的出水側(cè)與所述出水管組(62)之間的排渣系統(tǒng)(70)，所述排渣系統(tǒng)(70)包括：擋板(71)、成槽板(72)及排渣管(73)；所述擋板(71)平行所述出水管組(62)設(shè)置，且所述擋板(71)的兩側(cè)分別與所述外殼體(31)的內(nèi)側(cè)壁連接，并所述擋板(71)的下端與所述外殼體(31)底板間隔設(shè)置，以形成供反應(yīng)后的污水向外排出的排水口(701)；所述成槽板(72)連接于所述擋板(71)朝向所述模塊化粒子電極的側(cè)壁的上端，以與所述擋板(71)形成用于盛裝反應(yīng)后產(chǎn)生的浮渣的浮渣槽(702)，且所述浮渣槽(702)槽頂高于所述出水渠(621)渠頂1～5mm；所述排渣管(73)的一端與所述浮渣槽(702)連通，其相對(duì)設(shè)置的另一端穿設(shè)所述外殼體(31)后向外延伸。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提供了一種廢水三維電催化裝置，以解決現(xiàn)有的電催化反應(yīng)裝置存在的氣體直接擴(kuò)散在環(huán)境中污染環(huán)境、傳質(zhì)效果差、電催化效率低、底部布?xì)獬猎鼌^(qū)域易形成死水區(qū)的技術(shù)問題。

本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：

一種廢水三維電催化裝置，包括：封閉設(shè)置且用于引導(dǎo)電催化反應(yīng)產(chǎn)生的氫氣與反應(yīng)產(chǎn)生的其它混合氣體自分離的反應(yīng)器，反應(yīng)器內(nèi)設(shè)有豎直且沿其寬度方向依次間隔且交錯(cuò)布設(shè)的陰極板和陽極板，及上下疊放設(shè)置于陰極板和陽極板之間的模塊化粒子電極，且陰極板、陽極板、疊放設(shè)置最下方的模塊化粒子電極均與反應(yīng)器底板之間具有流通間隙；反應(yīng)器外還設(shè)有與其連通的排氣循環(huán)系統(tǒng)，排氣循環(huán)系統(tǒng)用于使自分離出的氫氣向外排出，同時(shí)使自分離出的其它混合氣體在反應(yīng)器和排氣循環(huán)系統(tǒng)間循環(huán)流動(dòng)用作曝氣，以使反應(yīng)器內(nèi)的污水分別在陰極板和陽極板的兩側(cè)形成分別環(huán)繞陰極板和陽極板循環(huán)流動(dòng)的局部環(huán)流，進(jìn)而提升傳質(zhì)效果和電催化效率。

進(jìn)一步地，反應(yīng)器包括上端敞口的外殼體、可拆卸式罩設(shè)于外殼體敞口端上的上罩體、及設(shè)置于上罩體上的觀察窗；陰極板、陽極板及模塊化粒子電極分別垂直于外殼體的底板方向設(shè)置于外殼體內(nèi)；上罩體由其敞口端至封閉端方向逐漸向內(nèi)收攏，且上罩體封閉端的頂部形成外凸的集氣腔，以用于使反應(yīng)產(chǎn)生的氫氣在上罩體的結(jié)構(gòu)導(dǎo)引下自動(dòng)匯集至集氣腔，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)與其它混合氣體的自分離。

進(jìn)一步地，排氣循環(huán)系統(tǒng)包括與集氣腔連通的排氣管、設(shè)置于反應(yīng)器外的抽吸風(fēng)機(jī)、與抽吸風(fēng)機(jī)分別連通的抽氣管和曝氣干管、及與曝氣干管分別連通的多根曝氣支管；抽氣管的進(jìn)氣端穿設(shè)上罩體后，延伸至反應(yīng)器內(nèi)污水的上方；曝氣干管的排氣端穿設(shè)外殼體后，延伸至外殼體的底板上；多根曝氣支管依次間隔設(shè)置，且位于陰極板、陽極板及模塊化粒子電極的下方。

進(jìn)一步地，沿陰極板和陽極板的排布方向，將第一塊陰極板和第一塊陽極板組合成第一組陰陽極板，將第二塊陰極板和第二塊陽極板組合成第二組陰陽極板，……，以此類推；多根曝氣支管一一對(duì)應(yīng)多組陰陽極板設(shè)置，且沿對(duì)應(yīng)設(shè)置的模塊化粒子電極的寬度方向延伸布設(shè)于模塊化粒子電極的正下方，并各曝氣支管上開設(shè)有間隔設(shè)置的曝氣孔。

進(jìn)一步地，模塊化粒子電極包括用于使其在外殼體內(nèi)橫向或豎向疊放的絕緣筐、及用于使粒子體相對(duì)分散布設(shè)于外殼體內(nèi)的復(fù)合粒子電極；絕緣筐絕緣設(shè)置且為中空網(wǎng)狀體結(jié)構(gòu)，其一側(cè)外凸形成連接凸起，其相對(duì)設(shè)置的另一側(cè)內(nèi)凹形成連接凹口；復(fù)合粒子電極分散填充于絕緣筐內(nèi)。

進(jìn)一步地，復(fù)合粒子電極包括粒子體、及起支撐作用并使粒子體分散安裝的絕緣包材；復(fù)合粒子電極懸浮填充于絕緣筐內(nèi)，或依次有間隙地疊放于絕緣筐內(nèi)。

進(jìn)一步地，廢水三維電催化裝置還包括布水系統(tǒng)，布水系統(tǒng)包括：用于將待處理的污水均勻配入外殼體的進(jìn)水管組、用于將反應(yīng)后的污水向外排出的排水管組、及用于使外殼體排空的排空管組；進(jìn)水管組和出水管組分設(shè)于陰極板和陽極板的兩側(cè)，且進(jìn)水管組靠近外殼體的底板設(shè)置，出水管組位于外殼體的上端，以在進(jìn)水管組和出水管組之間形成沿陰極板和陽極板長(zhǎng)度方向流動(dòng)的水平推流；排空管組位于出水管組的下方，且靠近外殼體的底板設(shè)置。

進(jìn)一步地，進(jìn)水管組包括沿外殼體底板的寬度方向延伸的配水管、與配水管連通的進(jìn)水管、連接于進(jìn)水管中的第一開關(guān)閥，配水管上開設(shè)有沿其長(zhǎng)度方向依次間隔設(shè)置的配水孔，進(jìn)水管的進(jìn)水端延伸出外殼體，第一開關(guān)閥連接有控制裝置；出水管組包括與配水管平行的出水渠、與出水渠連通的出水管、連接于出水管中的第二開關(guān)閥，出水渠連接于外殼體上端的側(cè)壁上，出水管的出水端延伸出外殼體，第二開關(guān)閥與控制裝置相連；排空管組包括排空管、連接于排空管中的第三開關(guān)閥，排空管的進(jìn)水端延伸至外殼體的底板上，第三開關(guān)閥與控制裝置相連。

進(jìn)一步地，進(jìn)水管與配水管的中部垂直連通，配水孔沿進(jìn)水流動(dòng)方向逐步密集，或配水孔沿進(jìn)水流動(dòng)方向孔徑逐步增大；出水渠的兩端分別連接外殼體的內(nèi)側(cè)壁，出水管垂直連通出水渠。

進(jìn)一步地，廢水三維電催化裝置還包括布設(shè)于陰極板和陽極板的出水側(cè)與出水管組之間的排渣系統(tǒng)，排渣系統(tǒng)包括：擋板、成槽板及排渣管；擋板平行出水管組設(shè)置，且擋板的兩側(cè)分別與外殼體的內(nèi)側(cè)壁連接，并擋板的下端與外殼體底板間隔設(shè)置，以形成供反應(yīng)后的污水向外排出的排水口；成槽板連接于擋板朝向模塊化粒子電極的側(cè)壁的上端，以與擋板形成用于盛裝反應(yīng)后產(chǎn)生的浮渣的浮渣槽，且浮渣槽槽頂高于出水渠渠頂1～5mm；排渣管的一端與浮渣槽連通，其相對(duì)設(shè)置的另一端穿設(shè)外殼體后向外延伸。

本發(fā)明具有以下有益效果：

本發(fā)明的廢水三維電催化裝置工作時(shí)，污水在反應(yīng)器內(nèi)進(jìn)行三維電催化反應(yīng)，產(chǎn)生氫氣、氯氣及其它臭味氣體，氫氣比重相比于其它混合氣體的比重低，且由于反應(yīng)器的物理構(gòu)造將進(jìn)一步引導(dǎo)氫氣上浮并聚集于反應(yīng)器的頂部，從而實(shí)現(xiàn)氫氣和其它混合氣體的自分離；氫氣直接由反應(yīng)器的頂部向外排出至大氣中，或向外排出至氫氣收集裝置中，避免氫氣在反應(yīng)器內(nèi)聚集帶來的安全隱患；而比重較大的氯氣和其它反應(yīng)氣體，則上浮于污水的上方，然后再在排氣循環(huán)系統(tǒng)的作用下，在反應(yīng)器和排氣循環(huán)系統(tǒng)間循環(huán)流動(dòng)用作曝氣，用以使反應(yīng)器內(nèi)的污水分別在陰極板和陽極板的兩側(cè)形成分別環(huán)繞陰極板和陽極板循環(huán)流動(dòng)的局部環(huán)流，從而提升傳質(zhì)效果、提高電催化效率；另外，曝氣產(chǎn)生的氣泡上升時(shí)，將對(duì)模塊化粒子電極中的粒子電極產(chǎn)生一定程度的抖動(dòng)，氣泡與粒子電極相互摩擦可有效清洗粒子電極表面，避免電催化過程中產(chǎn)生的固體物質(zhì)沉積在粒子電極表面，進(jìn)而進(jìn)一步提升傳質(zhì)效果、提高電催化效率的同時(shí)，還可有效避免模塊化粒子電極內(nèi)的粒子電極堵塞，進(jìn)而提高反應(yīng)質(zhì)量，避免底部布?xì)鈪^(qū)域形成死水區(qū)。

（發(fā)明人：蔣劍虹;陶霞;唐清暢）