电化学氧化被认为是一种极具应用前景的废水处理技术。而电化学反应器是发生电化学氧化反应的必不可少的重要场所,因此对电化学氧化反应器的研究是电化学氧化过程强化的重要方向。在电化学反应过程中,尤其是在电流密度较高的操作条件下,反应器的传质性能成为影响电化学氧化处理效果的一项关键因素。并且反应器内析氧反应的发生会使电极表面产生气泡帘附着现象,将削弱和降低反应器电极表面的传质性能和有效反应面积。为此,急需开发一种可以有效强化电化学氧化过程的新型电化学反应器。本论文针对所研发的一种新型多级旋转电极电化学反应器(RMER)的旋转特性及其反应性能规律进行系统实验探究,对其传质强化效果作出定量评价及可视化分析。同时,通过脉冲示踪技术和计算流体力学(CFD)技术对反应器内流体流动特点进行定性和定量评价。并通过耦合臭氧工艺,将该反应器应用于处理罗丹明B模拟废水的实验研究。主要研究结果如下:1、针对电化学反应器内传质性能较差,气泡帘易于附着在电极表面的关键科学问题,所开发一种新型多级旋转电极电化学反应器,通过使用苯酚模拟工作体系对该反应器的降解效率进行评价,100 min内旋转电极最高降解效率为84.3%,相比于静止电极提高1.45倍;300rpm下,旋转电极的传质系数增加110%。另外,根据可视化结果显示旋转电极有利于电极表面气泡脱除,500rpm后电极表面已无明显气泡附着。主要操作条件下反应器的降解效率和模拟废液的COD值变化均进行了实验研究和评估。2、利用脉冲示踪技术对多级旋转电极电化学反应器内电极表面是否存在气泡附着的停留时间分布进行了系统的实验研究,结果显示反应器内的流体随流量的增加混合程度降低,随转速的增加反应器内轴向扩散程度显著改善,混合程度适度增加。同时,通过3D打印扰流件的筛选和使用,显著改善气泡附着时反应器内沟流死区情况,进一步实现了反应器内流体流动过程的强化,反应器内离散度Dz处于0.05-0.25间,达到适度分散的水平。3、利用计算流体力学方法对多级旋转电极电化学反应器内流场特性进行模拟分析,并针对我们所选用的四种不同结构的改善流体流动的扰流件优化方案,借助模拟技术对各个不同扰流件在反应器内产生的流场特点进行比较。模拟结果表明,旋转电极表面具有显著速度梯度分布,可显著促进液体在电极表面更新;扰流件的加入可提升反应器内部的湍动能水平,进而改善反应器内部宏观混合效果,为电化学反应过程提供更有利的反应环境,实现电化学反应过程中的强化思想。同时,针对结构较优的扰流件——四叶直立桨叶在不同操作参数下的流场特征参数的变化情况进行系统研究。通过研究表明,较高的转速,较低的进料配比以及较低的流量对反应器内的流体湍动能提高和宏观混合性能增强有显著的促进作用。4、利用电化学耦合臭氧工艺优化的方式对模拟染料废液-罗丹明B(RhB)溶液进行了应用研究。结果表明,耦合臭氧工艺后RhB的降解速率显著提高,20 min内RhB的降解速率达到99.4%,相比于单独的电化学氧化过程,耦合臭氧的电化学反应过程降解效率提高了 49.3%。通过操作参数的实验研究发现,较高的臭氧浓度,较大的气速,和较低的pH值有利于RhB的降解过程。同时,对降解产物和不同工艺降解效率进行相应分析和对比,其结果表明电化学反应器耦合臭氧工艺能较好的强化电化学降解过程。