立式三维电催化反应装置的制作方法

1.本发明涉及废水处理技术领域，特别地，涉及一种立式三维电催化反应装置。


背景技术：

2.高盐分难降解有机废水是当前工业废水处理的热点和难点。电催化技术不产生污泥、无二次污染、反应条件温和、运行操作简单、反应过程易控制，故而极具应用前景，但因催化效率低、传质效率低、运行能耗高等问题限制了应用。三维电催化技术在传统二维电催化反应器内填充粒子电极，粒子电极在通电情况下被极化而带电，形成无数的微电池参与电化学反应，污染物在其表面被降解。由于增大了电极比表面积，大大缩小了阴阳极间距，相比传统的二维电极，提高了电能效率和传质效率，进而提高污染物的降解速率并降低能耗。
3.受设备投资高、运行费用高的限制，目前三维电催化技术的实际工程应用较少，没有形成成熟的设备和工艺，还需要在反应装置结构设计、极板及粒子电极材料选择、运行工艺条件优化等方面开展大量的研究工作和工程实践。
4.现有技术200810234238.5采用的水平极板多维电催化反应装置，反应器为敞开式，在电催化过程中产生的气体如氢气、氯气及一些臭味气体直接扩散在环境中，污染环境；仅通过曝气，难以实现粒子电极均匀分布在阴阳极板之间，粒子沉积在底部极板表面与极板直接接触，形成短路电流和旁路电流，粒子电极难以充分发挥效用，电流效率较低，能耗高；极板网孔与粒子电极直径相当，在使用过程中粒子电极易通过极板网孔漏至底部，脱离电场，无法发挥粒子电极的效能。


技术实现要素：

5.本发明提供了一种立式三维电催化反应装置，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、及底部布气沉渣区域易形成死水区的技术问题。
6.本发明采用的技术方案如下：
7.一种立式三维电催化反应装置，包括：反应器，及设置于反应器内的阴极板、阳极板和模块化粒子电极板，阴极板和阳极板在反应器的高度方向上依次间隔且交错布置，模块化粒子电极板设置于相邻的阴极板和阳极板之间；反应器外设有与反应器连通的排气循环系统，排气循环系统用于使反应产生的氢气由反应器的顶部向外排出，且使反应产生的其它混合气体在反应器和排气循环系统间循环用作曝气，以自下而上穿设各阴极板、阳极板及模块化粒子电极板，进而搅动模块化粒子电极板内盛装的粒子体和/或复合粒子电极。
8.进一步地，排气循环系统包括与反应器的顶部连通的排气管、设置于反应器外的抽吸风机、及与抽吸风机分别连通的抽气管和曝气管组件；排气管的排气端与大气连通，或与氢气收集装置连通；抽气管的进气端穿设反应器后，延伸至反应器内反应液的上方；曝气管组件的排气端穿设反应器后，延伸至最下层的阴极板或阳极板的下方，且曝气管组件的排气端上开设有若干曝气孔。
9.进一步地，曝气管组件包括曝气管，曝气管的进气端与抽吸风机相连，其相对设置的排气端穿设反应器后，延伸至最下层的阴极板或阳极板的下方，且曝气管上开设有若干曝气孔；或者曝气管组件包括曝气干管和若干曝气支管，曝气干管的进气端与抽吸风机相连，其相对设置的排气端穿设反应器后，延伸至最下层的阴极板或阳极板的下方，各曝气支管分别与曝气干管垂直连通，且各曝气支管上开设有若干曝气孔。
10.进一步地，排气循环系统还包括消泡网，消泡网连接于抽气管的进气端口上。
11.进一步地，反应器包括上端敞口的外壳体、及可拆卸式罩设于外壳体敞口端上的上盖体；排气管连通于上盖体的顶部；抽气管的进气端穿设上盖体设置；曝气管组件的排气端穿设外壳体后延伸至其底板上方。
12.进一步地，反应器还包括若干支撑杆；外壳体的内壁上设有若干内凹的插孔，支撑杆的一端可拆卸式插入插孔中，其相对的另一端朝外壳体的中心延伸，以使同一高度上的多根支撑杆配合形成用于支撑阴极板、或阳极板、或模块化粒子电极板的支撑网；或者外壳体的内壁上设有沿周向间隔设置且沿高度方向延伸的安装板，安装板上开设有沿其长度方向依次间隔设置的插孔，支撑杆的一端可拆卸式插入插孔中，其相对的另一端朝外壳体的中心延伸，以使同一高度上的多根支撑杆配合形成用于支撑阴极板、或阳极板、或模块化粒子电极板的支撑网。
13.进一步地，阳极板位于相邻的两块阴极板之间；阴极板和阳极板均为带有网孔的网孔板，或阴极板和阳极板上均开设有若干通孔；立式三维电催化反应装置还包括电源，阴极板分别与电源的负极相连，阳极板分别与电源的阳极相连。
14.进一步地，模块化粒子电极板包括绝缘设置且为中空网状体结构的绝缘筐；绝缘筐内填充有粒子体，及用于防止粒子体堆叠且绝缘设置的分隔体；或者绝缘筐内分散填充有用于使粒子体相对分散布设的复合粒子电极。
15.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。
16.进一步地，立式三维电催化反应装置还包括布水系统，布水系统包括进水管、排空管、三通接头管及出水管；三通接头管连接于外壳体下端的侧壁上，且其第一个接头插入外壳体内，其第二个接头和第三个接头分别连通进水管和排空管；出水管连通于外壳体上端的侧壁上，且位于最上层的阴极板或阳极板的上方。
17.本发明具有以下有益效果：
18.本发明的立式三维电催化反应装置工作时，反应液进入反应器内反应产生氢气、氯气及其它臭味气体，氢气比重低，产生后上浮于反应器的顶部并在顶部聚集，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安全隐患；而比重较大的氯气和其它反应气体等，则上浮于反应液的上方，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，该曝气产生的气泡由下至上穿设各阴极板、各阳极板及各模块化粒子电极板，以搅动模块化粒子电极板内盛装的粒子体和/或复合粒子电极，进而促进传质效果和反应速度的同时，有效避免模块化粒子电极板内粒子体堵塞，提高反应质量，并避免底部布气区域形成死水区。
19.除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本发明作进一步详细的说明。
附图说明
20.构成本技术的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
21.图1是本发明优选实施例的立式三维电催化反应装置的主视结构示意图；
22.图2是图1中去除排气循环系统后的俯视结构示意图；
23.图3是图1中复合粒子电极实施例一的空间结构示意图；
24.图4是图1中复合粒子电极实施例二的空间结构示意图；
25.图5是图1中复合粒子电极实施例三的正面投影示意图；
26.图6是图5中塑性片的空间结构示意图。
27.图例说明
28.10、绝缘包材；101、安装通道；20、粒子体；30、反应器；31、外壳体；32、上盖体；320、观察窗；40、绝缘筐；50、排气循环系统；51、排气管；52、抽吸风机；53、抽气管；54、曝气管组件；540、曝气孔；56、消泡网；60、布水系统；61、进水管；62、排空管；63、三通接头管；64、出水管；70、电源；80、阴极板；90、阳极板；110、分隔体。
具体实施方式
29.以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以由下述所限定和覆盖的多种不同方式实施。
30.参照图1，本发明的优选实施例提供了一种立式三维电催化反应装置，包括：反应器30，及设置于反应器30内的阴极板80、阳极板90和模块化粒子电极板，阴极板80和阳极板90在反应器30的高度方向上依次间隔且交错布置，模块化粒子电极板设置于相邻的阴极板80和阳极板90之间。反应器30外设有与反应器30连通的排气循环系统50，排气循环系统50用于使反应产生的氢气由反应器30的顶部向外排出，且使反应产生的其它混合气体在反应器30和排气循环系统50间循环用作曝气，以自下而上穿设各阴极板80、阳极板90及模块化粒子电极板，进而搅动模块化粒子电极板内盛装的粒子体20和/或复合粒子电极。
31.本发明的立式三维电催化反应装置工作时，反应液进入反应器30内反应产生氢气、氯气及其它臭味气体，氢气比重低，产生后上浮于反应器30的顶部并在顶部聚集，直接由反应器30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30内聚集带来安全隐患；而比重较大的氯气和其它反应气体等，则上浮于反应液的上方，然后再在排气循环系统50的作用下，在反应器30和排气循环系统50间循环流动用作曝气，该曝气产生的气泡由下至上穿设各阴极板80、各阳极板90及各模块化粒子电极板，以搅动模块化粒子电极板内盛装的粒子体20和/或复合粒子电极，进而促进传质效果和反应速度的同时，有效避免模块化粒子电极板内粒子体20堵塞，提高反应质量，并避免底部布气区域形成死水区。
32.可选地，如图1所示，排气循环系统50包括与反应器30的顶部连通的排气管51、设置于反应器30外的抽吸风机52、及与抽吸风机52分别连通的抽气管53和曝气管组件54。排气管51的排气端与大气连通，或与氢气收集装置连通。抽气管53的进气端穿设反应器30后，延伸至反应器30内反应液的上方。曝气管组件54的排气端穿设反应器30后，延伸至最下层的阴极板80或阳极板90的下方，且曝气管组件54的排气端上开设有若干曝气孔540。工作
时，反应产生的氢气由于比重轻，上浮于反应器30的顶部并在顶部聚集，然后再通过排气管51向外排出至大气中，或向外排出至氢气收集装置中；反应产生的氯气和其它反应气体等由于比重较重，上浮于反应液的上方，并在抽吸风机52的作用下，首先进入抽气管53，然后再进入曝气管组件54，接着由曝气管组件54上开设的若干曝气孔540向外喷出形成气泡，该气泡由下至上依次搅动模块化粒子电极板内盛装的粒子体20和/或复合粒子电极。本发明中，通过排气循环系统50对反应器内流态进行扰动，促进传质效果的同时，有效避免模块化粒子电极板内粒子体堵塞，并实现气体自分离排出氢气，避免气体直接外排污染环境。
33.本可选方案中，如图1所示，曝气管组件54包括曝气管，曝气管的进气端与抽吸风机52相连，其相对设置的排气端穿设外壳体31后，延伸至最下层的阴极板80或阳极板90的下方，且曝气管上开设有若干曝气孔540，结构简单、容易制备。或者，曝气管组件54包括曝气干管和若干曝气支管，曝气干管的进气端与抽吸风机52相连，其相对设置的排气端穿设外壳体31后，延伸至最下层的阴极板80或阳极板90的下方，各曝气支管分别与曝气干管垂直连通，且各曝气支管上开设有若干曝气孔540，曝气均匀、搅动效果良好。
34.优选地，各曝气支管还连接臭氧发生器，可形成三维电催化及臭氧氧化耦合的作用，进一步提高处理效率。优选地，排气循环系统50还包括消泡网56，消泡网56连接于抽气管53的进气端口上，用于避免抽气时泡沫随着气体进入排气循环系统50。
35.可选地，如图1所示，反应器30包括上端敞口的外壳体31、及可拆卸式罩设于外壳体31敞口端上的上盖体32。排气管51连通于上盖体32的顶部。抽气管53的进气端穿设上盖体32设置。曝气管组件54的排气端穿设外壳体31后延伸至其底板上方，反应器30整体结构简单，排气循环系统50结构简单，与反应器30的安装、连接简单。
36.本可选方案中，如图1和图2所示，上盖体32为由其敞口端至封闭端方向逐渐内缩的漏斗状，且封闭端的顶部设有外凸的聚气腔，上盖体32的该种结构设置，一方面便于对上升的氢气进行导向和聚拢，以增加氢气和氯气及其它反应气体的分离效果，另一方面使氢气汇集于聚气腔中，便于通过排气管51向外排出。进一步地，上盖体32上还设有观察窗320，便于对外壳体31内的反应情况进行观察。
37.进一步地，反应器30还包括若干支撑杆。外壳体31的内壁上设有若干内凹的插孔，支撑杆的一端可拆卸式插入插孔中，其相对的另一端朝外壳体31的中心延伸，以使同一高度上的多根支撑杆配合形成用于支撑阴极板80、或阳极板90、或模块化粒子电极板的支撑网。或者，外壳体31的内壁上设有沿周向间隔设置且沿高度方向延伸的安装板，安装板上开设有沿其长度方向依次间隔设置的插孔，支撑杆的一端可拆卸式插入插孔中，其相对的另一端朝外壳体31的中心延伸，以使同一高度上的多根支撑杆配合形成用于支撑阴极板80、或阳极板90、或模块化粒子电极板的支撑网。安装时，由下至上依次逐层安装，拆卸时，由上至下依次逐层拆卸，阴极板80、阳极板90及模块化粒子电极板安装、拆卸简单，容易操作，支撑稳定；实际设置时，阴极板80和阳极板90之间的间距，是影响电催化效果及能耗的重要影响因素之一，本发明中，可通过支撑杆与插孔的配合位置，调节阴极板80与模块化粒子电极板之间、阳极板90与模块化粒子电极板之间的间距，调节灵活，适应各种反应需求。
38.可选地，如图1所示，阳极板90位于相邻的两块阴极板80之间。该种布设方式中，由于起反应作用的阳极板90位于两块阴极板80之间，故而阳极板90的两侧面均可参与反应，进而提高反应器空间利用率，及传质和处理效率。可选地，阴极板80和阳极板90均为带有网
孔的网孔板，或阴极板80和阳极板90上均开设有若干通孔，便于气泡通过。本可选方案中，阴极板80可为活性炭基电极、钛基电极中的一种或多种，阳极板90可为一种或多种钛基镀层电极等形稳阳极。可选地，立式三维电催化反应装置还包括电源70，阴极板80分别与电源70的负极相连，阳极板90分别与电源70的阳极相连。
39.可选地，如图1所示，模块化粒子电极板包括绝缘设置且为中空网状体结构的绝缘筐40。绝缘筐40内填充有粒子体20，及用于防止粒子体20堆叠且绝缘设置的分隔体110。或者，绝缘筐40内分散填充有用于使粒子体20相对分散布设的复合粒子电极。由于模块化粒子电极板的模块化设置，不仅使其放置稳定，并更换粒子体20和复合粒子电极更为便捷，且由于绝缘筐40的阻隔，粒子体20不与阴极板80和阳极板90直接接触，从而减少短路电流，提高电流效率；粒子体的投加量是影响电催化效果及能耗的重要影响因素之一，本发明由于模块化绝缘筐40的分隔，可以通过调整绝缘筐40的尺寸、绝缘筐内复合粒子电极或粒子体20的充满度，来调节模块化粒子电极板的投加量，调节操作简单、灵活，适应性强，且由于模块化绝缘筐40的设置，粒子体20仍然可在纵向上始终相对均匀分布，从而可减少由于阴阳极板间电流不穿设粒子体20而产生的旁路电流，进而提高电流效率；本发明的模块化粒子电极板构造简单，利于大规模生产制造，对于三维电催化系统而言，是理想的粒子体。
40.本可选方案中，如图1所示，绝缘筐40由绝缘的塑性材料制备形成，塑性材料不限于聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯等，制备过程简单，制备成本低，结构绝缘性好。本可选方案的具体实施例中，绝缘筐40的材质为聚乙烯，且绝缘筐40的开孔面积达80％～90％，绝缘筐40为方型体，其高5～10cm，长5～10cm，宽5～10cm。或者，绝缘筐40包括由金属材料制备形成的筐主体，筐主体上涂覆有绝缘涂层；金属材料不限于不锈钢，绝缘涂层为绝缘漆，制备简单，结构强度高。
41.可选地，复合粒子电极包括粒子体20、及起支撑作用并使粒子体20分散安装的绝缘包材10。复合粒子电极悬浮填充于绝缘筐40内，或依次有间隙地叠放于绝缘筐40内。工作时，该复合粒子电极中的内嵌粒子体20在绝缘包材10作用下，不会与阴极板80和阳极板90直接接触，粒子体之间相互分散、彼此绝缘，每一颗粒子体均能充分发挥微电池的效能，避免短路电流，提高电流效率；由于复合粒子电极悬浮填充于绝缘筐40内，或依次有间隙地叠放于绝缘筐40内，故而不易粘连堆叠，不仅可避免短路电流，且利于粒子体表面与废水之间的传质，提高处理效率；可以通过控制绝缘包材与内嵌粒子体的比例来调节复合粒子电极的比重，以达到与反应器内不同类型废水比重接近，从而可悬浮在绝缘筐40内，提高传质及处理效率；内嵌粒子体有较大的比表面积，可进行负载金属活性组分或其他催化剂的方式进行改性，提高其催化效能。
42.可选地，复合粒子电极的第一实施例，如图3所示，复合粒子电极用于悬浮于绝缘筐40内，绝缘包材10为多孔安装体，粒子体20用于负载金属活性组分或催化剂。多孔安装体内具有若干间隔布设的安装孔隙。各粒子体20内嵌于对应设置的安装孔隙中。本发明的复合粒子电极中，由于多孔安装体的设置，使得用于负载金属活性组分或催化剂的粒子体20不会与反应器内的极板直接接触，粒子体之间通过安装孔隙相互分散、彼此绝缘，每一颗粒子体均能复极化，从而充分发挥微电池的效能，避免短路电流，进而提高电流效率；本发明可通过调节多孔安装体与内嵌的粒子体20的比例、多孔安装体的孔隙率、粒子体20直径等参数，进而调节该复合粒子电极电极的比重，以达到与反应器内不同类型的废水比重接近，
从而可悬浮在反应器内，提高传质及处理效率；本发明的复合粒子电极的投加量可根据需要灵活调整，所投加的复合粒子电极悬浮在整个反应器电场内，相对均匀分布，接近流化态，进而提高污染物与粒子体的传质效率及污染物的处理效率，也减少旁路电流的产生，提高电流效率，避免比重过大的现有粒子体电极须填满整个电场，从而减小反应器有效空间的缺陷；本发明的复合粒子电极构造简单，有利于大规模生产制造，且性能稳定，对于三维电催化系统而言，是理想的复合粒子电极电极。
43.本可选方案中，如图3所示，安装孔隙的内径尺寸与粒子体20的外径尺寸相适应，不仅有效防止粒子体20掉出安装孔隙，提高该复合粒子电极电极的稳定性，且使粒子体20与安装孔隙形成一对一的安装配合关系，使粒子体之间相互分散、彼此绝缘，进而使每一颗粒子体均能复极化，充分发挥微电池的效能，避免短路电流，从而提高电流效率。
44.本可选方案中，多孔安装体的孔径为10～80ppi，与对应的粒子体20的外径尺寸相适应。本可选方案的优选实施例中，多孔安装体的孔径为20～30ppi。多孔安装体的孔隙度不小于85％，有利于提高单个复合粒子电极电极搭载的粒子体20的数量，进而提高污染物与粒子体的传质效率及污染物的处理效率。本可选方案的优选实施例中，多孔安装体的孔隙度为85％～90％。
45.本可选方案中，如图3所示，多孔安装体的密度为20～50kg/m3，密度很小，当搭载较多的粒子体20时，仍可悬浮于整个反应器电场内。可选地，复合粒子电极的密度为0.9～0.95g/cm3，小于水的密度，使该复合粒子电极可悬浮于反应器电场内，提高污染物与粒子体的传质效率及污染物的处理效率。
46.本可选方案中，如图3所示，多孔安装体为聚氨酯海绵、聚醚海绵、乳胶海绵等多孔海绵体中的一种。多孔海绵体具有耐酸碱性强、稳定性好的优点，其支撑作用有助于防止粒子体的流失，并便于回收。
47.本可选方案的具体实施例中，聚氨酯海绵的边长为15～20mm；聚氨酯海绵的孔径为20～30ppi；聚氨酯海绵的孔隙度为85～90％；聚氨酯海绵的密度为30～50kg/m3，形成的复合粒子电极电极的密度为0.92～0.95g/cm3。
48.本可选方案中，如图3所示，粒子体20为活性炭基粒子、高岭土粒子、金属粒子、掺杂陶粒的复合粒子中的一种或多种，即同一个多孔安装体内的粒子体20可能是活性炭基粒子、高岭土粒子、金属粒子、掺杂陶粒的复合粒子中的任意一种，也可能是活性炭基粒子、高岭土粒子、金属粒子、掺杂陶粒的复合粒子中的至少两种。
49.本可选方案中，粒子体20的形状为颗粒状、条状、块状中的一种或多种，且粒子体20的形状与安装孔隙的形状相适应，以防粒子体20掉出安装孔隙。制备时，粒子体以分散的方式嵌入多孔安装体内，可以是多孔安装体制备过程中将粒子体分散嵌于多孔安装体内，也可以是多孔安装体制备完成后再将粒子体20内嵌于多孔安装体的安装孔隙中。
50.本可选方案中，粒子体20上负载有金属活性组分或催化剂。本发明的粒子体20有较大的比表面积，可进行负载金属活性组分或催化剂进行改性，从而提高其催化效能，进而提高反应效率和反应质量。本可选方案中，金属活性组分为pbo2、sno2、sb2o3等金属氧化物。
51.可选地，复合粒子电极的第二实施例，如图4所示，绝缘包材10为由塑性材料制备形成的塑性体，塑性体的外表面间隔设有内凹延伸的安装通道101；安装通道101内嵌安装有柱状的粒子体20，以使粒子体20间相互分散，并与塑性体连接形成复合粒子电极。使用
时，将该复合粒子电极直接投入绝缘筐内，无需固定，操作简单；本发明的复合粒子电极，立体结构且多安装通道101的塑性体的电阻高、机械强度高、耐磨性好、耐酸碱性强、性能稳定，其支撑作用有助于防止粒子体20因受压摩擦而粉碎；通过塑性体的设置，可有效防止粒子体20与反应器电场内的阴阳极板直接接触，每颗粒子体20卡在单独的安装通道101内，粒子体之间相互分散、彼此绝缘，每一颗粒子体20均能充分发挥微电池的效能，进而避免短路电流，提高电流效率及废水处理效率，且粒子体20卡在安装通道101中，嵌固牢固不易脱落，耐冲击性强，复合粒子电极不易分离，大大减少粒子体的流失，便于回收，且废水处理效果良好；本发明中塑性体的外径、开孔数量、安装通道的孔径等参数可根据实际需要选择，内嵌粒子体的数量也可根据实际需要调整，以适应于不同废水水质、不同处理需求，适用性广；本发明的复合粒子电极构造简单，利于大规模生产制造，对于三维电催化系统而言，是理想的粒子体。
52.可选地，如图4所示，安装通道101的截面呈多边形，该多边形可以是规则的正多边形，也可以是不规则的任意多边形，且多边形的边可以是直线，也可以是任意曲线，只需围设出的多边形结构能够稳定卡持相应设置的粒子体，且与粒子体之间具有废水进入进行反应的空间即可。安装通道101的最小孔径与对应安装的粒子体20的外径相适应，以使粒子体20稳定内嵌安装于安装通道101中，进而提高复合粒子电极的耐冲击性，使复合粒子电极不易分离；且粒子体20与安装通道101间具有供粒子体20与废水传质的反应间隙，以使废水能够进入安装通道101与粒子体20之间，提高两者之间的传质效率及废水处理效果。
53.可选地，图未示，相邻两条安装通道101之间的壁面上开设有连通两者的连通缝或连通孔，以连通相邻两条安装通道101。连通缝可以仅开设于相邻两条安装通道101之间的壁面上，连通缝也可以向外延伸至与塑性体的外表面连通；开设连通缝或连通孔时，应在保证塑性体具有足够的支撑强度的前提下进行，防止塑性体强度不够导致受压变形后压碎粒子体，连通缝和连通孔用于增大粒子体20与废水的接触面积，进而提高传质效率及废水处理效果。
54.可选地，塑性体的第一实施例，图未示，塑性体呈球状。安装通道101沿塑性体的径向延伸贯穿塑性体，安装柱状的粒子体20时，在安装通道101的两端分别嵌入安装一颗粒子体20，且塑性体内所有安装的粒子体20的嵌入端不相互接触，以避免产生短路电流。或者，安装通道101沿塑性体的径向内凹延伸成盲孔，粒子体20嵌入安装至安装通道101时，可有效防止粒子体间相互接触短路。塑性体的该结构设置方式，使其结构简单、容易制备成型，且有效防止粒子体间相互接触，避免短路电流产生。
55.可选地，塑性体的第二实施例，图未示，塑性体呈多面体状。安装通道101在塑性体的外平面上均匀间隔布设，且各安装通道101内凹延伸贯穿塑性体，安装柱状的粒子体20时，在安装通道101的两端分别嵌入安装一颗粒子体20，且塑性体内所有安装的粒子体20的嵌入端不相互接触，以避免产生短路电流。或者，安装通道101内凹延伸成盲孔，粒子体20嵌入安装至安装通道101时，可有效防止粒子体间相互接触短路。塑性体的该结构设置方式，使其结构简单、容易制备成型，且有效防止粒子体间相互接触，避免短路电流产生。
56.可选地，塑性体的第三实施例，如图4所示，塑性体呈柱状。安装通道101沿塑性体端面的同心圆线均匀间隔布设，即如图4所示，塑性体的端面具有多层同心环，每层同心环内分隔出沿周向依次间隔设置的多个安装通道101；或者，安装通道101在塑性体的端面上
均匀间隔布设，如呈蜂窝煤状布设；或者，安装通道101在塑性体的端面上无规则间隔布设。无论多条安装通道101在塑性体上如何布设，各安装通道101沿塑性体的轴向贯穿塑性体，安装柱状的粒子体20时，在安装通道101的两端分别嵌入安装一颗粒子体20，且塑性体内所有安装的粒子体20的嵌入端不相互接触，以避免产生短路电流；或者，在塑性体的两端分别布设安装通道，且使各安装通道101沿塑性体的轴向内凹延伸成盲孔，粒子体20嵌入安装至安装通道101时，可有效防止粒子体间相互接触短路，也可以使塑性体两端的安装通道彼此错位布设后连通，有效防止粒子体间相互接触短路时，还可增大粒子体20与废水的接触面积，进而提高传质效率及废水处理效果。塑性体的该结构设置方式，使其结构简单、容易制备成型，且有效防止粒子体间相互接触，避免短路电流产生，并可有效增大粒子体20与废水的接触面积，进而提高传质效率及废水处理效果。
57.可选地，塑性体的第一、第二、第三实施例中，塑性体的最大外径为10～40mm，防止塑性体体积过大，占用较大的反应器空间，进而减少粒子体的数量，且塑性体体积过大时，将使形成的复合粒子电极失去微电池的作用效果，进而弱化废水处理效果。
58.可选地，塑性体的第一、第二、第三实施例中，塑性体的开孔率为90％以上，使其在保证整体结构稳定性前提下，尽可能搭载更多的粒子体，提高单位体积内，粒子体的数量，进而提高传质效率及废水处理效果。塑性材料为共聚塑料材料，不限于聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯，材料获取简单、制作成本低。且塑性材料的密度为0.9g/cm3，当该塑性体搭载粒子体形成复合粒子电极时，该复合粒子电极的密度将大于废水的密度，故而复合粒子电极可在反应器内堆叠，并填充整个阴阳极板之间的区域，减少旁路电流的产生，提高电流效率，且使粒子体在该整个极板区域间均匀、分散填充，进而提高传质效率及废水处理效率。
59.可选地，粒子体20负载金属活性组分或催化剂进行改性，进而提高催化效能。本可选方案中，粒子体20为活性炭基粒子、金属基粒子、无机矿物质基粒子等低阻抗、高比表面积粒子的一种或多种，且柱状粒子的粒径为1～5mm。
60.参照图4，本发明的优选实施例还提供了一种复合粒子电极的制备方法，用于制备出如上述实施例二中任一项的复合粒子电极，包括以下步骤：
61.将塑性材料、改性助剂置于混合机中充分混合均匀以得到混合料；
62.将混合料置于挤压成型设备中挤压成型出塑性体；
63.将粒子体20浸入含金属活性组分或催化剂的涂覆液中，浸渍完成后干燥；
64.将粒子体20分别插入塑性体的安装通道101中以得到复合粒子电极。
65.采用本发明的制备方法制备如上述实施例二中任一项的复合粒子电极时操作简单、容易实施；采用塑性材料和改性助剂制备的塑性体结构稳定、机械强度高、耐磨性好、耐酸碱性强，适应于绝大部分的废水处理场合；制备塑性体时，只需根据目标塑性体的结构形式，提前制备出相应的成型模具即可，从而可轻松获取所需结构形式的塑性体，以满足不同结构形态、不同外形尺寸的粒子体20的内嵌安装需求，适应性强；将粒子体20浸入含金属活性组分或催化剂的涂覆液中，涂覆均匀，进而提高粒子体20的改性质量；将粒子体20通过外力方式插入塑性体的安装通道101中，粒子体20嵌固牢固，不易脱落，耐冲击性强，复合粒子电极不易分离，大大减少粒子体的流失，便于回收，且废水处理效果良好。
66.具体地，首先，将100份聚乙烯、0.5～1份硬脂酸钙、0.5～1份聚乙烯蜡置于混合机
中充分混合均匀以得到混合料；然后，将混合料置于双螺杆挤出机中熔融挤出，并通过相应模具按压成相应形状以得到具有安装通道101的塑性体；接着，将粒子体20浸入sncl4·
5h2o0.5mol/l和sbcl30.05mol/l的乙醇溶液中，浸渍2～4h后在100～105℃下干燥；最后，将粒子体20分别插入塑性体的安装通道101中以得到复合粒子电极。
67.本发明具体实施例中，如图4所示，塑性体为立体多孔塑料环，其材质为聚乙烯；立体多孔塑料环的结构为圆柱状，其端面设有内外3层同心环，各同心环内分隔出16～32个通孔，即安装通道101；立体多孔塑料环沿轴向的厚度为8～12mm，外径为10～15mm；立体多孔塑料环的开孔率为90％以上；立体多孔塑料环的比重为0.92～0.95g/cm3；立体多孔塑料环开孔的等效孔径为3～5mm；柱状粒子为活性炭基粒子，柱状活性炭基粒子的粒径为3～5mm；柱状活性炭基粒子以分散方式嵌入立体多孔塑料环的开孔内；柱状活性炭负载pbo2、sno2、sb2o3等金属氧化物。
68.可选地，复合粒子电极的第三实施例，如图5所示，复合粒子电极用于悬浮于绝缘筐内；绝缘包材为由塑性材料制备形成的塑性片，塑性片为具有空间曲面的空间曲面片；塑性片的表面内嵌有分散布设且呈颗粒状的粒子体20，粒子体20用于与反应器内的废水接触后传质。使用时，直接将该复合粒子电极投入绝缘筐内，复合粒子电极悬浮于绝缘筐内，无需固定，故而使用、操作简单；本发明的复合粒子电极中，塑性片由塑性材料制备形成，其电阻高，与阴阳极板接触后不产生短路电流，且机械强度高、耐磨性好、耐酸碱性强、稳定性好，适应绝大部分废水处理场合，适应性好，且塑性片对粒子体20的支撑作用，有助于防止内嵌颗粒状的粒子体20因受压摩擦而粉碎，粒子体20稳定内嵌于塑性片内，不易脱落，进而大大减少粒子体20的流失，便于回收；内嵌的颗粒状粒子体20不会与极板直接接触，粒子体20之间也相互分散、彼此绝缘，故而每一颗粒子体20均能充分发挥微电池的效能，极大减少短路电流提高电流效率的同时，还提高传质及废水处理效果；本发明的复合粒子电极中，塑性片为具有空间曲面的空间曲面片，由于其空间曲面的存在，当复合粒子电极填充在绝缘筐内时，塑性片之间易形成空隙，不易粘连堆叠，不仅可极大减少短路电流，提高电流效率，且利于粒子体20表面与废水之间的充分接触传质，进而提高废水处理效率；本发明的复合粒子电极中，可通过调节塑性片的厚度、大小，粒子体20的数量、密度、体积等，调节复合粒子电极的比重，以达到与反应器内不同类型废水的比重接近，从而可悬浮于反应器内，提高传质及处理效率；本发明的复合粒子电极的投加量可根据需要灵活调整，所投加的复合粒子电极量可悬浮填充整个反应器电场，从而使粒子体20在整个反应器电场内相对均匀分布，接近流化态，进而提高废水中污染物与粒子的传质效果，也减少阴阳极板间电流不穿设复合粒子电极时产生的旁路电流，进而提高电流效率，避免比重过大的现有复合粒子电极须填满整个电场导致反应器有效空间减小的缺陷；本发明的复合粒子电极的构造简单，利于大规模生产制造，对于三维电催化系统而言，是理想的粒子电极。
69.可选地，如图5所示，粒子体20的部分结构内嵌于塑性片内，以与塑性片固定连接，从而粒子体20嵌固牢固不易脱落，耐冲击性强，复合粒子电极不易分离，可大大减少粒子电极的流失，便于回收，且废水处理效果良好。粒子体20的其余部分结构外露，以与反应器内的废水接触传质，提高废水处理效率。
70.可选地，如图6所示，空间曲面片的形状不限于抛物柱面、双曲抛物面、波浪形面，空间曲面片的该些形状特征不仅使其易于制备成型，且使相邻空间曲面片之间的间隙大，
空间曲面片之间不易粘连堆叠，进而极大减少短路电流，提高电流效率，并利于粒子体20的表面与废水之间充分接触传质，进而提高传质效率及废水处理效率。其它实施例中，空间曲面片的形状还可以为具有至少一个空间曲面的任意形状，制备简单、容易实现。实际设计时，同一反应器电场内，填充的空间曲面形状的复合粒子电极的形状可以相同，也可以不同，但均需保证相邻复合粒子电极之间具有足够的间隙，以便粒子体20充分与废水接触传质，且相邻复合粒子电极的接触叠加区域少，不大于复合粒子电极面积的10％，以尽可能减少多颗粒子体20接触产生的短路电流实际反应过程中，当小于5颗的粒子体20接触形成一颗外径小于5mm的粒子球时，该粒子球仍然可以发挥微电池的作用效果，对其作用效果影响很小，且接触产生的短路电流可以忽略不计，进而提高电流效率。
71.可选地，如图5所示，空间曲面片展平后呈圆形、椭圆形、多边形中的一种，且多边形可以是正多边形，也可以是无规则多边形，空间曲面片的该些形状特征，使其容易加工、制备。
72.可选地，粒子体20的粒径为0.5～1.2mm；实际设计制备时，粒子体20的粒径使其作用效果为微电池时，粒径应该尽可能大，一方面便于粒子体20的制备，使其制备操作简单，结构功能复杂，以适应绝大部分废水的处理需求，另一方面粒径大有助于粒子体20稳定嵌固连接在塑性片上，粒子体20受冲击性强，不易脱落，进而大大减少粒子体20的流失，便于回收。
73.可选地，塑性片的厚度为0.3～2.2mm。设计塑性片的厚度时，应参考搭载的粒子体20的粒径大小及制备成本，当塑性片的厚度大于2倍粒子体20的粒径时，塑性片12较厚，材料浪费严重，且不利于形成的复合粒子电极在反应器电场内悬浮，另一方面，鉴于复合粒子电极的制备工艺考虑，当塑性片由塑性材料发泡制备成型时，粒子体20在塑性材料发泡过程中分散嵌入塑性片中，当塑性片的厚度大于2倍粒子体20的粒径时，粒子体20容易包覆于塑性片内，而不外露与废水传质，进而影响复合粒子电极的作用效果。当然，塑性片的厚度也不能太薄，当塑性片的厚度小于粒子体20粒径的一半时，形成的复合粒子电极的结构稳定性差，易受力形变后堆叠紧密，进而影响粒子的作用效果，并产生短路电流，且粒子体20嵌固也不稳定，容易从塑性片上脱落，进而加大粒子体20的流失，不便于回收。
74.可选地，塑性片的外径为10～50mm，防止塑性片外径过大，占用较大的绝缘筐空间，进而相对减少复合粒子电极的数量，且不便于复合粒子电极在反应器电场内的悬浮堆叠，另外，塑性片的外径还应与制备塑性片的设备相适应。
75.可选地，塑性片在反应器内的堆积密度为150～200kg/m3，防止反应器内复合粒子电极堆积量较大，进而影响粒子体20与废水的传质效果，也防止反应器内复合粒子电极堆积量较少，浪费反应器空间，减缓废水处理效率。
76.可选地，复合粒子电极的比重为0.91～0.99g/cm3，使复合粒子电极能够悬浮在绝大部分的废水中，提高传质及处理效率，且使复合粒子电极可悬浮填充整个反应器电场，从而使粒子体20在整个反应器电场内相对均匀分布，接近流化态，进而提高废水中污染物与粒子的传质效果，也减少阴阳极板间电流不穿设复合粒子电极时产生的旁路电流，进而提高电流效率，避免比重过大的现有复合粒子电极须填满整个电场导致反应器有效空间减小的缺陷。
77.可选地，塑性材料为共聚塑料材料，不限于聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯，
材料获取简单、制作成本低。粒子体20为活性炭基粒子、高岭土粒子、金属粒子、掺杂有陶粒的复合粒子中的一种或多种，且粒子体20制备过程中添加有固结材料，使其结构稳定。
78.可选地，粒子体20负载有金属活性组分或催化剂进行改性，进而提高催化效能；塑性片制备过程中，加入有改性助剂，如硬脂酸钙、碳酸钠、碳酸氢铵等一种或多种，以使塑性材料发泡，便于粒子体20的嵌固。
79.本发明的具体实施例，如图5和图6所示，本发明的复合粒子电极，包含有多孔的塑性片，塑性片内嵌有颗粒状的粒子体20；多孔的塑性片的材质为聚乙烯；多孔的塑性片展平后的形状为圆形；多孔的塑性片为具有空间曲面结构的双曲抛物面；塑性片的厚度为0.5～2mm；塑性片的外径为25～30mm；复合粒子电极的比重为0.93～0.95g/cm3；塑性片的堆积密度为170～180kg/m3；内嵌的粒子体20为球状活性炭粒子；粒子体20的粒径为1～1.2mm；粒子体20均匀、分散地嵌入塑性片内；粒子体20上也负载有pbo2、sno2、sb2o3等金属氧化物。
80.参照图5和图6，本发明的优选实施例还提供了一种复合粒子电极制备方法，用于制备出如上述实施例三中任一项的复合粒子电极，包括以下步骤：
81.将粒子体20浸入含金属活性组分或催化剂的涂覆液中，并浸渍后干燥。
82.将共聚塑料材料粒子、粒子体20、改性助剂置于混合机中充分混合均匀以得到混合料。
83.将混合料置于挤出机中挤出为内嵌有粒子体20的塑性条。
84.将塑性条切割成型为复合粒子电极，或者，首先将塑性条切割成内嵌有粒子体20的薄片，然后将薄片弯折成型为复合粒子电极。
85.采用本发明的制备方法制备如上述实施例三中任一项的复合粒子电极时，操作简单、容易实施；采用塑性材料和改性助剂制备的复合粒子电极中的塑性片的结构稳定、机械强度高、耐磨性好、耐酸碱性强，适应于绝大部分的废水处理场合，且通过改性助剂使共聚塑料材料发泡，进而便于粒子体20均匀、分散且稳固地嵌入填充；对塑性条进行切割时，可以采用专用的切割成型设备将塑性条直接切割成设计厚度、设定空间形态的复合粒子电极，也可首先将塑性条切割成设定厚度的薄片，然后再将薄片弯折成需要空间形态的复合粒子电极，两种方式均操作简单，满足复合粒子电极对厚度及空间形态的需求，且粒子体20制备成型过程中添加有固结材料，粒子被切割后，不会导致其结构松散，故而只需合理控制切割出的薄片的厚度相对粒子体20的厚度，即可使薄片两面均有分散、外露的粒子体20，满足其作用需求，并粒子体20稳定嵌固于塑性片中，粒子体20不易脱落，耐冲击性强，大大减少粒子电极的流失，便于回收，且废水处理效果良好；将粒子体20浸入含金属活性组分或催化剂的涂覆液中，均匀涂覆，进而提高粒子体20的改性质量。
86.具体地，首先，将粒子体20浸入sncl4·
5h2o0.5mol/l和sbcl30.05mol/l的乙醇溶液中，浸渍2～4h后在100～105℃下干燥；然后，将50～100份的共聚塑料材料粒子、10～45份的粒子体20、1～5份的改性助剂置于混合机中充分混合均匀以得到混合料；然后，将混合料置于双螺杆挤出机中熔融挤出成型为内嵌有粒子体20的塑性条；接着，将塑性条切割成型为复合粒子电极，或者，首先将塑性条切割成内嵌有粒子体20的薄片，然后将薄片弯折成型，即可获得所需的复合粒子电极。
87.在其它实施例中，复合粒子电极的制备方法还可以为：首先，将50～100份的共聚塑料材料粒子、1～5份的改性助剂置于混合机中充分混合均匀以得到混合料；然后，将混合
料置于双螺杆挤出机中熔融挤出成型为塑性条；接着，将塑性条切割成型为具有空间曲面的塑性片，或者，先将塑性条切割成薄片，然后再将薄片弯折成具有空间曲面的塑性片；然后，将粒子体20浸入sncl4·
5h2o0.5mol/l和sbcl30.05mol/l的乙醇溶液中，浸渍2～4h后在100～105℃下干燥；再在塑性片的表面涂抹粘结胶，如环氧树脂胶，接着将粒子体20均匀、分散粘接在塑性片两面的由于发泡形成的孔中，即可获得所需的复合粒子电极。
88.可选地，模块化粒子电极板的另一实施例，如图1所示，其包括绝缘筐，绝缘筐40内填充有粒子体20、及用于防止粒子体20堆叠且绝缘设置的分隔体110。使用时，将模块化粒子电极板直接装入反应器电场内的阴阳极板之间，由于绝缘筐40的阻隔，粒子体20不与阴阳极板直接接触，从而减少短路电流，提高电流效率；粒子体的投加量是影响电催化效果及能耗的重要影响因素之一，本发明由于模块化绝缘筐40的分隔，可以通过调整绝缘筐40的尺寸、绝缘筐内粒子体20的充满度，来调节模块化粒子电极板的投加量，调节操作简单、灵活，适应性强，且由于模块化绝缘筐40的堆叠，粒子体20仍然可在纵向上始终相对均匀分布，从而可减少由于阴阳极板间电流不穿设粒子体20而产生的旁路电流，进而提高电流效率；本发明由于分隔体110的设置，可有效防止粒子体20密实堆叠，减少短路电流，提高电流效率并降低能耗，且利于粒子体20表面与废水之间的传质，进而提高传质效率和废水处理效率；本发明的模块化粒子电极板构造简单，利于大规模生产制造，对于三维电催化系统而言，是理想的粒子体。
89.可选地，粒子体20和分隔体110布设的第一实施例，如图1所示，粒子体20和分隔体110在绝缘筐40内的高度方向上分层交替布设。该种布设方式，可有效防止粒子体20在绝缘筐40内密实堆叠，进而减少短路电流的产生，提高电流效率，且使反应器内的废水能够顺畅进入绝缘筐40内与粒子体20传质，进而提高传质效率及废水处理效率；另一方面，还可有效减少竖直方向上由于阴阳极板间电流不穿设粒子体20而产生的旁路电流，进一步提高电流效率。当模块化粒子电极板在水平方向上依次设置连接时，各模块化粒子电极板内的粒子体20和分隔体110依然在绝缘筐40的高度方向上分层交替布设，且相邻两个模块化粒子电极板内的粒子体20和分隔体110彼此错位布设，有效减少竖直方向上由于阴阳极板间电流不穿设粒子体20而产生的旁路电流，提高电流效率。
90.可选地，粒子体20和分隔体110布设的第二实施例，图未示，粒子体20和分隔体110在绝缘筐40内均匀混合设置。该种布设方式，粒子体20之间孔隙较大，不易粘连、堆叠，有效避免短路电流的产生，提高电流效率，且使反应器内的废水能够顺畅进入绝缘筐40内与粒子体20传质，进而提高传质效率及废水处理效率；另一方面，还可有效减少竖直方向上由于阴阳极板间电流不穿设粒子体20而产生的旁路电流，进一步提高电流效率。
91.可选地，粒子体20和分隔体110布设的第三实施例，图未示，粒子体20分散布设于分隔体110内，以与分隔体110形成复合粒子电极。该种布设方式，粒子体20之间相互分散布设，且与分隔体110连接形成复合粒子电极，可有效避免短路电流的产生，提高电流效率，且使反应器内的废水能够顺畅进入绝缘筐40内与粒子体20传质，进而提高传质效率及废水处理效率。
92.可选地，粒子体20和分隔体110布设的第一、第二及第三实施例中，分隔体110呈球状、条状、块状中的至少一种，且分隔体110内设有若干安装孔隙。特别地，在粒子体20和分隔体110布设的第一和第二实施例中，分隔体110内可不设置安装孔隙，当分隔体110内设有
安装孔隙时，该安装孔隙的内径小于粒子体20的外径，避免粒子体20进入分隔体110内；在粒子体20和分隔体110布设的第三实施例中，分隔体110内间隔布设有若干安装孔隙，粒子体20卡装于对应设置的安装孔隙中。
93.可选地，粒子体20为活性炭基粒子、金属基粒子、无机矿物质基粒子中的一种或多种。
94.可选地，粒子体20负载有金属活性组分或催化剂。本发明的粒子体20有较大的比表面积，可进行负载金属活性组分或催化剂进行改性，从而提高其催化效能，进而提高反应效率和反应质量。本可选方案中，金属活性组分为pbo2、sno2、sb2o3等金属氧化物。
95.可选地，如图1和图2所示，立式三维电催化反应装置还包括布水系统60，布水系统60包括进水管61、排空管62、三通接头管63及出水管64。三通接头管63连接于外壳体31下端的侧壁上，且其第一个接头插入外壳体31内，其第二个接头和第三个接头分别连通进水管61和排空管62。出水管64连通于外壳体31上端的侧壁上，且位于最上层的阴极板80或阳极板90的上方。工作时，反应液首先由进水管61进入三通接头管63，然后再由三通接头管63进入反应器的底部，最后由出水管64向外排出，且电催化反应过程中产生的浮渣也与反应液由出水管64向外排出，排空管62用于使反应器内的反应液迅速向外排空。
96.本发明装置运行方式灵活，可实现序批式/连续式运行模式切换。当需要序批式运行时，关闭出水管64、排空管63，由进水管61进水，反应完成后由排空管63出水；当需要连续式运行时，关闭排空管63，进水管61进水，由出水管64出水。
97.以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。