CN101058447A - 兼具絮凝与消毒效能的水处理药剂的电化学制备反应器 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种絮凝与消毒作用兼具的水处理药剂的电解制备反应器。该反应器包括电解槽、形稳电极材料的阳极和阴极、电解液的循环系统、阳极电位监控系统，直流电源及电路连接系统，尾气收集系统。向此电解槽内加入三氯化铝或具有低碱化度的聚合铝溶液，打开直流电源，反应一段时间后，制备过程即可完成。本反应器设备紧凑，操作简单，适合现场生产投加。采用本反应器制备的水处理药剂中的有效成份Al₁₃和有效氯含量分别可高达70％和5000mg/L。

Description

兼具絮凝与消毒效能的水处理药剂的电化学制备反应器

技术领域

本发明涉及一种兼具絮凝与消毒作用的水处理药剂电化学制备反应器的发明。该反应器适合现场制备并投加。所制得的水处理药剂中有效成份Al₁₃和有效氯含量高。

技术背景

无机高分子絮凝剂是当今水处理技术领域中使用量大而面广的专用化学药剂。与传统絮凝剂，如硫酸铝、氯化铝、氯化铁等相比，它能显著提高净水效能，且具有用量省、沉降性能好、适应面广等优点。其中，聚合氯化铝(PolyaluminumChloride，PACl)是当今工业生产技术最成熟，效能最高，应用也为最为广泛的无机高分子絮凝剂品种。

PACl实际是在人工控制条件下，铝离子的水解-聚合-沉淀过程的动力学中间产物。科学研究及应用实践表明，聚十三铝(化学式为Al₁₃0₄(OH)24⁷⁺，Al₁₃)是最佳凝聚絮凝形态，其含量的多少可以反映制品的絮凝效能，因而高含量Al₁₃聚合形态往往是PACl絮凝剂生产的主要追求目标。文献表明，Al₁₃形态的单个分子粒度仅为2.5nm，这种纳米级的Al₁₃形态越来越受到人们的重视。目前通过何种制备方法来获得高纯度的纳米Al₁₃聚合物，已成为当前国内外纳米级PACl研制的热点，并且Al₁₃聚合物也是当前国内外众多其它领域研究开发的前沿，如在催化、化妆品、地球化学、土壤化学和材料科学等领域。

氯化消毒是目前在水处理领域应用最广泛的技术，它具有操作简单，价格低廉，适用面广的优点。对于日益恶化的地表水环境，如地表水体富营养化的问题，常规的水处理工艺已不能保证良好的出厂水质。通常，水厂采用预氧化技术，主要的效果：提高混凝效果，起到助凝的作用；抑制水中微生物在水处理构筑物中的生长，除臭除色；去除某些无机污染物，如锰、铁等。氯化消毒剂包括氯气、氯胺、二氧化氯、漂白粉等。

电化学方法已被成功的应用于高品质聚合氯化铝制备工艺中了。电化学方法制备的聚合氯化铝克服了普通制备方法品质低的缺点，电化学产品中Al₁₃含量可高达70％以上。此外，电化学方法也是含氯消毒剂的主要制备方法之一。在氯碱工业中，液氯是主要产品之一。而且，许多含氯消毒剂发生器也利用电化学方法制备氯酸盐和次氯酸盐。本发明利用电化学技术成功将上述两种工艺合并在一个反应器中。

发明内容

本发明的目的：

提供一种采用电化学方法，适合现场制备具有高Al₁₃和有效氯含量水处理药剂的反应器。

本发明的技术方案：

在电化学反应器内，阳极采用形稳阳极(Dimentionally Stable Anode，DSA)，钛作阴极，电极采用单极联结方式。控制阳极电位为1.3～2.0V，电流密度为1.0～2.0A/dm²，依据达到预制聚合氯化铝的碱化度时所需的电量确定电解时间。以三氯化铝或低碱化度的聚合氯化铝为电解液，通过循环泵循环电解液，通直流电，阴极进行析氢反应产生的氢氧根离子与电解液中三价铝离子发生聚合生成聚合铝，阳极析氯而造成氯离子的消耗来促使聚合铝的生成。原理如下：

阳极主反应：2Cl^--2e＝Cl₂↑

阴极主反应：2H₂O+2e＝2OH^-+H₂↑

总化学反应：3nH₂O+(m+n)AlCl₃＝Al_m+n(OH)_3nCl_3m+3/2n H₂↑+3/2n Cl₂↑

电极间配置隔气板，分离阴阳两极产生的气体，既方便回收利用也保证安全无隐患。阴极反应产生的氢氧根离子与电解液中的三价铝离子发生聚合，这是一个铝离子的强化水解-聚合-沉淀过程，控制电解时间使铝形态停留在Al₁₃形态。阳极产生氯气也会对这一过程产生影响，在电解液中的氯离子和氢氧根离子都会与三价铝离子发生配位反应，由于氯离子的消耗，氢氧根离子与三价铝离子的聚合会得到促进。此外阳极产生得氯气还会部分溶解于电解液中，使产品中含有有效氯成份。尾气氢气高空排放，氯气被石灰液吸收转化为漂白粉。

电解结束后，可将产品水处理药剂直接投加需处理的水中，既减少了有效成份Al₁₃与有效氯的损失，又相对的省去了运输和储存的费用。产品为清澈略显黄绿色液体，总铝浓度达到0.1～1.5mol/L时，碱化度为2.0～2.5，有效絮凝成分Al₁₃含量达到60～90％，有效氯含量为500～5000mg/L。

本发明的特点：

1.产品中同时含有较高含量的Al₁₃和有效氯，兼具絮凝和消毒的效能。

2.制备方法易于操作，设备紧凑，适合现场操作。

3.产品适合现场投加，克服了有效成份Al₁₃和有效氯不稳定易于损失的特点。

4.反应过程中产生的氯气可回收，用于消毒氧化。

5.水处理效果大大提高。

附图说明

附图为兼具絮凝与消毒效能的水处理药剂的电化学制备反应器示意图。图中：(1)伏特表；(2)接线柱；(3)参比电极；(4)阴极；(5)阳极；(6)排气管1；(7)排气管2；(8)吸收瓶；(9)真空泵；(10)料口；(11)阀门1；(12)循环泵；(13)阀门2；(14)阀门3；(15)布水板；(16)循环管；(17)电解槽；(18)溢流管；(19)电源。

具体实施方式

操作过程：打开阀门1(11)和阀门3(14)关闭阀门2(13)将电解液经过料口(10)，通过循环泵(12)注入电解槽(17)，待已有少量电解液从溢流管(18)溢出，关闭阀门1(11)，打开阀门2(13)，电解液经循环管(16)开始在电解槽(17)内不断由下向上循环。打开真空泵(9)。打开电源(19)，电流流经接线柱(2)被导入反应器。通过伏特表(1)控制阳极(5)和参比电极(3)之间的电位到1.3～2.0V，电解反应开始发生。阳极(5)发生析氯反应，阴极(4)发生析氢反应。氯气经过排气管1(7)被吸收瓶(8)内的石灰溶液吸收，氢气经过排气管2(6)高空排放。电解液通过循环管(16)，经循环泵(12)和阀门2(13)，再经过布水板(15)不断循环，循环速度通过阀门3(14)调节。电解完成时，切断电源(19)，关闭循环泵(12)，关闭真空泵(9)打开阀门1(11)，制成的水处理药剂经过料口(10)排空。

实施例：

实施例1：

以三氯化铝为电解液，如附图所示，在容积为100L的电解槽内，加入总铝浓度为1.0mol/L的三氯化铝溶液进行电解制备。

电极：钛钌网阳极(800×500mm)；钛钌网阴极(800×500mm)

电极间距：20mm

电流密度：1.20A/dm²

电压：5.6V

循环泵速度：400L/h

阳极电位：1.45V

电解结束后，制得产品基本指标如下：

总铝浓度：1.05mol/L

Al₁₃含量：78.8％

有效氯含量：3215mg/L

碱化度：2.3

pH：4.10

实施例2：

以低碱化度聚合氯化铝为电解液，如附图所示，在容积为100L的电解槽内，加入总铝浓度为2.0mol/L的聚合氯化铝溶液进行电解制备。

电极：钛钌网阳极(800×500mm)；钛钌网阴极(800×500mm)

电极间距：20mm

电流密度：1.50A/dm²

电压：6.8V

循环泵速度：400L/h

阳极电位：1.38V

电解结束后，制得产品基本指标如下：

总铝浓度：2.10mol/L

Al₁₃含量：68.8％

有效氯含量：1245mg/L

碱化度：2.05

pH：3.54

Claims (6)

1、一种兼具絮凝与消毒效能的水处理药剂的电化学制备反应器，其特征在于产品中含有高含量的Al₁₃和有效氯成份，适合现场制备和投加。

2、一种兼具絮凝与消毒效能的水处理药剂的电化学制备反应器，其特征在于：在电解槽(17)内，阴极(4)和阳极(5)均为形稳电极，两组电极，电极采用单极式联接，以三氯化铝或低碱化度聚合氯化铝为电解液，底层加一布水板(15)；在电解槽外，由直流电源(19)供给电流，以循环泵(12)循环电解液。

3、按照权利2要求的反应器，其特征在于电解槽体积可大可小，其范围为1～500L。

4、按照权利2要求的反应器，其特征在于阳极析出氯气，并被吸收瓶(8)中石灰液吸收，转化为漂白粉。

5、按照权利2要求的反应器，其特征在于通过伏特表(1)控制阳极电位，提高电流效率。

6、按照权利2要求的反应器，其特征在于阴阳两极间可以进行倒极，去除电极上的沉积物，达到清扫电极的目的。

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