一种循环式-多室三维电极反应器制造技术

本实用新型专利技术专利包括一种循环式

【技术实现步骤摘要】
一种循环式
‑
多室三维电极反应器


[0001]本技术属于油气田废水处理领域，特别涉及一种钻井作业施工过程中不可避免的会产生大量高溶解性有机物(DOM)、高化学需要量(COD)、高溶解性固体(TDS)的钻井废水的处理。

技术介绍

[0002]石油与天然气资源在我国现代化发展进程中发挥着不可替代的作用。油气田开采过程中不可避免会产生大量高含油、高电导率、高COD和高含氯的钻井废水。采用常规的物理、化学、生物法难以实现有机污染物的有效降解，因此，开发经济高效的处理技术是目前的研究热点。电化学氧化法是以特定的电化学反应器为载体，对电极板施加电流后，利用电极板直接电解及其附近产生羟基自由基、H2O2等高氧化活性物质氧化降解废水中有机污染物。
[0003]因其具有易于控制，便于工业化，后续处理简单等特点而受到广泛的关注，是一种环境友好型技术。Shi等利用活性炭三维电极反应器处理阿莫西林废水时，发现三维电极体系处理效果优于二维电极体系与单纯活性炭物理吸附效果的叠加，并认为三维电极体系存在电解与吸附的协同机制，提升了三维电极体系处理效果。张瑞滕等用自制的TiO2‑
NTs/SnO2‑
Sb作为阳极材料，应用于三维电极系统处理钻井废水，经过24h处理后的钻井废水变成无色液体且COD去除率达81.4％。庞凯等对比脉冲电源三维电极反应器和直流电源三维电极反应器处理钻井废水结果后，发现脉冲电源下的反应器COD去除率比直流电源提高了约22％，节能约80％。除了钻井废水，三维电极系统在处理重金属离子废水、苯类废水、酚类废水、印染废水和制药废水等方面均取得不错的效果。值得一提的是，三维电极系统与其他技术的组合联用大大扩展了其应用领域。
[0004]复极三维电极指的是在电场的作用下，填充在传统二维电极反应器中的碎屑状、颗粒状或其他形状的电极材料成为第三位电极，参与电化学催化氧化过程。三维电极反应器是在传统二维电极反应器的基础上发展而来的。本技术也是基于复极性三维电极反应器展开的。在三维电极反应器接通电源的条件下，填充在电极板间的粒子电极在电场感应作用下荷电形成一个个微型“电解槽”，阳极反应和阴极反应分别在粒子电极的两端发生，整个电化学反应器等同于无数个微型电解槽串联。与传统二维电极反应器相比，三维电极反应器有效电解面积更大、传质距离更小、产率更高，因此电解效果也更好。三维电极反应器是实现电化学氧化反应的核心装置，也是电能转化为化学能或者化学能转化为电能的载体。三维电极反应器主要由电极板、粒子电极以及电解质导体所组成。电极材料一般分为金属电极材料、金刚石电极材料、涂层电极材料和石墨电极材料。填充在三维电极体系中的粒子电极不仅能增大反应器有效电解面积，还能缩短污染物的传质距离，显著提高反应器的处理效果。粒子电极材料的选择关乎反应器的处理效果，常规的粒子电极材料包括金属导体、改性高岭土以及活性炭等。
[0005]Modepalli等研究了不同运行方式对反应器性能的影响，发现循环式电化学反应
器在脱色和COD去除率方面均有较好的效果，整体性能优于间歇式和连续流式，能耗仅为9.77kWh(kg COD)
‑1。Zhu等用自制的连续流电化学反应器处理市政废水，处理后出水COD浓度低于60mg/L，吨水能耗约4.12kWh。Ling等使用连续流反应器处理有机废水，发现在连续流条件下运行时，增加电化学反应器电解腔室数量能提高51.9％的电流效率，污染物去除率也显著提高。
[0006]钟锐超通过研究发现，增大粒子电极的平均长度且平行于电场方向排布粒子电极，能够增大粒子电极两端的电位差，从而提高三维电极反应器处理效果。总的来说，减少和避免粒子电极间的直接接触，能够减少短路电流，改善三维电极反应器的电流分布，提高反应电流。
[0007]常规三维电极反应器中，三维电极粒子往往无序地堆积在反应槽内或以悬浮状态存在于流化床中，在处理废水过程中容易出现浓差极化现象，且粒子电极通道易堵塞而导致传质效果降低等问题。
[0008]从过往的研究来看有关三维电极体系的研究工作目前大多集中在电极材料性能的提升、处理不同类型废水以及反应器性能优化等方面，且取得了一定的成果。但针对三维电极反应器本身，尤其有关三维电极反应器内部结构的研究很少，尚未见到报道。

技术实现思路

[0009]为了研究三维电极反应器内部结构性能，本技术利用电解槽、阳极、阴极、粒子电极、直流电源和曝气装置设计了一种循环式
‑
多室三维电极反应器：反应器主体结构为长方体，反应器由有机玻璃制成，规格尺寸为250mm
×
160mm
×
80mm，设计有效容积为2L。阳极和阴极材质均为石墨板，规格尺寸为130mm
×
50mm
×
1.5mm，每个电极板上方有凸起，便于连接导线。反应器边缘设有固定电极板的卡槽，电极板垂直反应器底部放置。反应器底部设有10个规整排布曝气孔，其孔径为1mm。反应器对角设置出水口、进水口；在反应器的电解槽中插入多个电极板使反应槽形成多个腔室，使得其在反应器内发挥折流板的作用，折流长度增加使电解废水接近平推流，从而提高三维电极反应器的处理效果；在各个腔室中将柱状活性炭颗粒电极嵌入带孔塑料平网中防止产生短路电流，形成粒子电极网板，粒子电极网板平行于各个腔室的电极板排布。以SMP作为电解处理对象，采用示踪剂停留时间分布法，通过示踪剂实验获得不同构型条件、电解条件下三维电极反应器的停留时间分布函数，对三维电极反应器的水力特性进行宏观分析和定量研究，并计算不同条件下三维电极反应器的离散度、MDI值和死区容积百分率，对三维电极反应器结构进行优化；并将优化改造后的三维电极反应器应用于SMP模拟废水的电解处理，研究不同构型条件和电解条件下反应器中流体流态对污染物传质和COD去除率、能耗和电流效率等的影响规律。
[0010]本技术研究结论如下：
[0011](1)通过示踪剂实验考察了构型条件(电极板放置方式、粒子电极排布方式)对反应器水力特性的影响，研究表明：以折流板形式放置多个电极板，相邻极板之间形成独立电解腔室，增加电极板数量能形成多电解腔室(多室)结构，同时增大应器内折流通道长度，显著改善流体流型。当电极板数量从2块增加到8块时，流体离散度从0.761减少到0.186，MDI指数从4.2减少到1.83，死区容积百分率从13.41％减少到4.33％，流体流型接近于理想平推流；相比于粒子电极杂乱排布方式和粒子电极网板垂直于电极板排布方式，粒子电极网
板平行于电极板排布方式的流体离散度最低为0.171，MDI指数最低为1.67，死区容积百分率最为4.08％，流体平推流程度最高；
[0012](2)通过示踪剂实验考察了电解条件(进水流量、电流密度、曝气量)对反应器水力特性的影响，研究表明：当进水流量从50mL/min提高到200mL/min时，流体离散度从0.159增加到0.214，MDI指数从1.72增加到2.8本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种循环式
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多室三维电极反应器，其特征包括电解槽、阳极、阴极、粒子电极、直流电源和曝气装置；反应器主体结构为长方体，反应器由有机玻璃制成，规格尺寸为250mm
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160mm
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80mm，设计有效容积为2L；阳极和阴极材质均为石墨板，规格尺寸为130mm
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50mm
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1.5mm，每个电极板上方有凸起，便于连接导线；反应器边缘设有固定电极板的卡槽，电极板垂直反应器底部放置；反应...

【专利技术属性】
技术研发人员：梁宏，何然，羊宥郦，王力，李琋，
申请(专利权)人：西南石油大学，
类型：新型
国别省市：