CN102015547A - 用于电絮凝电池的阳极装置 - Google Patents

Abstract

一种用于电絮凝电池的阳极装置，包括金属颗粒(1c)床，原水通过该床从底部流向顶部，该床松散地设置在由绝缘材料构成的电池盒(3)中，该电池盒(3)位于电导电极(1)板上，该电极(1)板设置有绝缘材料的喷嘴(Da1-Dc1)并用作对金属颗粒(1c)的电流馈送装置，还包括从绝缘材料的喷嘴(Da1-Dc1)到用于原水的管状歧管(7)的输出插口设置的非导电性液压管连接件(6a-6c)，以及用于供应驱动气体的至少两个气体注入器(9)，其伸入管状歧管(7)中且被连接到气体供应装置(8)，其中从管状歧管(7)的输出插口(7a1-7c1)通到非导电性管连接件以及从绝缘材料的喷嘴到设置在电池盒中(3)的金属颗粒(1c)设置有用于驱动气体和原水的流体连接件。

Description

用于电絮凝电池的阳极装置

技术领域

本发明涉及用于电絮凝电池的阳极装置。

背景技术

WO 2007/140802描述了一种电絮凝电池，其具有松散非液态的金属颗粒床形式的电极，该床利用脉冲式气体注入来保持周期性运动。金属颗粒由合适的金属板支撑，该金属板设置有喷口，该金属板还可以用作电流馈送装置。此外，电絮凝电池包含第二电极，该第二电极包括金属筛或金属网。第二电极可移动地被支撑在金属颗粒之上但在电池的流体层之下。如果直流发电机的正极端连接到金属颗粒的支撑板(该板还用作电流馈送装置)，则该电极作为阳极。以金属筛或金属网的形式的电极连接到直流发电机的负极端，从而用作电絮凝电池的阴极。

根据WO 2007/140802，电絮凝电池在大约20至36伏特的电池电压下工作。如2007年在具有200m³/天的产量的试验工厂进行的实验显示，在这种配置中，电絮凝电池只能用于分离废水中的污染物和有害物质，具体地用于在废水处理后从水中去除药物残余物。

如WO 2007/140802中所示，金属颗粒用作阳极的配置在电压高于大约38V时表现出了技术缺陷。金属支撑板具有比较短的寿命，这是因为其遭到电解液的严重侵蚀。利用在稍微倾斜的支撑板上的驱动气体，阳极床的流通(circulation)效果很大程度上取决于用作金属颗粒的铸铁碎屑的品质。一般来说，所谓的铸铁板条碎屑用作电絮凝电池中的铁颗粒。这些铸铁板条碎屑是金属制造工业的废弃物且可以很大程度地改变其外表和纯度。

发明内容

本发明的一个目的是提供一种用于电絮凝电池的阳极装置，该阳极装置具有简单结构，且随着电池电压上升也能够实现无中断的无故障稳定操作，特别地是该操作不受使用的铸铁碎屑品质的影响。

为了实现上述目的，根据本发明的阳极装置特征在于金属颗粒的床(通过该床原水从底部流到顶部)被松散地设置在绝缘材料的电池盒中，该电池盒位于电导电极板上，该电极板设置有绝缘材料的喷嘴并用作金属颗粒的电流馈送装置，从绝缘材料的喷嘴到用于原水的管状歧管的输出插口设置有非导电性液压管连接件，以及用于供应驱动气体的至少两个气体注入器，其伸入到管状歧管中并被连接到气体供应装置，由此从管状歧管的输出插口到非导电性管连接件以及从绝缘材料的喷嘴到位于电池盒中的金属颗粒设置有用于驱动气体和原水的流体连接件。

尽管这种设置简单，但是可以以有利的方式获得在高直流电压以及不同金属颗粒品质下的阳极装置的高可靠性、无故障的操作。阳极颗粒缓慢均匀地流通。此外，在使用本发明时还可以获得金属颗粒的金属支撑板的长的寿命。由于阳极装置中的紧凑结构和连续电流，无效操作和维护工作非常少。

根据WO 2007/140802的具有可移动电极的电絮凝电池的特性操作指数(characteristic operational figure)是在固定温度下能够净化的原水量(立方米/小时)和电池表面每平方米的污染量。实验证实根据本发明的阳极装置允许电池的表面负载提高50-70％，由此可以达到增加50-70％的特性操作指数。

根据本发明的有利的实施方式，可移动阳极颗粒由铸铁碎屑组成，其为非常低价的原材料。

根据本发明的有利的实施方式，可移动阳极颗粒由镁颗粒或铝颗粒或颗粒状铝镁合金组成，由此可以以有利的方式得到不锈絮凝物。

根据本发明的有利的实施方式，电极板包括支撑板和金属层，该金属层形成与金属颗粒的接触面。由此，可以获得支撑板的良好稳定性，且另一方面，以有利的方式实现与阳极颗粒的良好接触。

根据本发明的有利的实施方式，金属层由贵金属组成，优选地由银或铂或银铂合金组成，由此，可以获得支撑板的进一步保护，从而以有利的方式实现装置的更长寿命。贵金属制成的金属层在装置的成本-效益比方面尤其有利，因为虽然在一方面这种金属确实较贵，但在另一方面，可以使寿命长。

根据本发明的有利的实施方式，用于金属颗粒的支撑板被水平放置，并形成电池盒的底部，由此可以以有利的方式保持较少的构建工作。

根据本发明的有利的实施方式，用于金属颗粒的支撑板由紫铜或黄铜或铁构成，由此，以有利的方式以低成本而获得好的稳定性。

根据本发明的有利的实施方式，插入到支撑板中的绝缘材料的喷嘴由聚丙烯或陶瓷材料制成，由此以有利的方式以低成本获得好的绝缘性。

根据本发明的有利的实施方式，插入到金属颗粒的支撑板中的绝缘材料的喷嘴被排列为几行，且水平管状歧管包括相应数量和行的从管连接件到绝缘材料的喷嘴的连接插口，其中，排列在上侧的一行连接插口可选择地连接到位于支撑板的一侧或另一侧和区域的绝缘材料的喷嘴。从绝缘材料的喷嘴到管状歧管的输出插口的管连接件的连接系统以及将驱动气体脉冲式注入到歧管产生的结果是使可移动阳极颗粒缓慢流通。因此，与根据WO2007/140802的驱动气体喷嘴的排列相比，阳极颗粒的混合更均匀，且使用更少的驱动气体就能实现。

根据本发明的有利的实施方式，从绝缘材料的喷嘴到用于原水的水平管状歧管的输出插口的非导电性液压管连接件由聚乙烯或三元乙丙橡胶(EPDM)树脂或软化聚氯乙烯制成，由此以有利的方式使用较短的管连接件获得绝缘材料的喷嘴与管状歧管之间的良好绝缘性。

根据本发明的有利的实施方式，从绝缘材料的喷嘴到用于原水的管状歧管的非导电性液压管连接件的长度每根至少0.5米-2米，优选为1米-3米。通过管状歧管与金属颗粒的阳极电势之间的较为有利的高绝缘性，可以绝对抑制漏电流的产生，由此利用根据本发明的阳极装置电池具有高电流使用。

根据本发明的有利的实施方式，水平液压管状歧管的内径是非导电性液压管连接件的内径的4-10倍，由此以有利的方式在管状歧管中实现原水和驱动气体的良好分配。

根据本发明的有利的实施方式，气体供应装置被提供用于脉冲式供应驱动气体，并且该气体供应装置具有径向的插口，通过该插口驱动气体以脉冲的方式被注入到管状歧管中，由此插口优选地不被设置在管状歧管的同轴部分上。

根据本发明的有利的实施方式，用于阳极颗粒的支撑板通过绝缘法兰从电池盒以下被固定，该电池盒由绝缘材料构成，其顶部开口，由此再次减少构建工作和电池盒的良好稳定性。根据本发明的有利的实施方式，电池盒朝顶部变宽。因此，以有利的方式来便于补充阳极颗粒。

根据本发明的有利的实施方式，在电池盒中水位线以下阳极颗粒以上，以网格或金属筛形式的金属阴极被固定且可以向上或向下移动。因此，阴极的位置可以以有利的方式适应阳极颗粒的填充高度。

根据本发明的有利的实施方式，直流源优选为直流发电机，其被连接到具有正极端的支撑板以及具有负极端的金属阴极，发电机给支撑板和金属阴极提供大约40-400V的电压。发现如果电池电压在40V直流电压以上，则清洁效果得到改善。在水中存在的某些污染物例如所谓的全氟表面活性剂(perfluorine tensides)，通过大约120-400V的电池电压，可以在填充有作为阳极材料的铁颗粒的电絮凝电池中被沉淀为无害的铁盐，并可以从水中过滤出来。该实施方式的阳极装置尤其适合在电絮凝电池的高直流电压下的操作，由此，适用于上述应用。

附图说明

参照附图解释本发明的实施方式，其中：

图1示意性示出了根据本发明的阳极装置的流程图；

图2示出了歧管的立体图；以及

图3示出了管状歧管与绝缘材料的喷嘴之间的连接方式。

具体实施方式

从图1中可以看出，金属阳极颗粒1c被设置在电池盒3中，该电池盒3向顶部方向稍微扩大。电池盒具有一个或几个用于干净的水流RE的输出口3b，且在电池盒3中被注入水直到液位4d。在阳极颗粒1c之上且在液位4d之下通过固定装置4a固定一个或几个金属网。固定装置4a同时还用作金属网4的电流供应的固定装置。通过机械振荡器4b给金属网提供周期振荡。电流供应电缆4c连接到直流发电机5的负极端。

阳极颗粒堆靠在贵金属层1a上，该贵金属层1a覆盖支撑板1。支撑板1通过法兰3a以液密方式被固定到电池盒3。如果支撑板1由金属制成，则该支撑板1通过导电电缆1b被连接到直流发电机5的正极端。如果支撑板1不是由金属制成的，则金属层通过导电电缆1b被连接到直流发电机5的正极端。

在图3中，支撑板1包括三行孔2a1、2a2、2a3；2b1、2b2、2b3；2c1、2c2、2c3。三行绝缘材料的喷嘴以液密方式被插入到这些孔中。在根据图1的电絮凝电池的截面图中，显示了第一行喷嘴中的喷嘴Da1、Db1、Dc1，其被设置在支撑板1中的孔2a1、2b1、2c1中。

绝缘材料的喷嘴Da1、Da2、Da3和孔2a2、2a3；2b2、2b3；2c2、2c3中的绝缘材料的喷嘴(未示出)包含开口或裂缝，原水从该开口或裂缝进入到阳极颗粒的区域。绝缘材料的喷嘴被插入到支撑板1中，由此提供贵金属制成的足够的金属接触面1a以确保与阳极颗粒1c的可靠的电连接。

每个绝缘材料的喷嘴被连接到非导电性的液压管连接件，只显示了分别到第一绝缘材料的喷嘴Da1、Db1、Dc1的管连接件6a、6b和6c。非导电性的液压管连接件6a、6b和6c优选为塑料管，该塑料管由对水呈惰性的材料制成，例如聚乙烯、EPDM树脂或软化的聚氯乙烯。

非导电性的液压管连接件6a、6b和6c优选地长度为1-3米。通过实验确定，非导电性的液压管连接件6a、6b和6c的长度取决于原水的导电性。原水的导电性越高，非导电性的液压管连接件6a、6b和6c的长度应该越长，以保证根据本发明的阳极装置的最优无故障操作。

阳极装置的还一个部件是如图1中所示的液压管状歧管7。管状歧管7用于分配原水流RO，从而等部分量的原水RO通过每个绝缘材料的喷嘴进入到移动的阳极床1c。

为了实现这个目的，管状歧管7具有几行输出插口7a1、7a2、7a3；7b1、7b2、7b3；7c1、7c2、c73。管状歧管7的几行中的输出插口7a1、7a2、7a3；7b1、7b2、7b3；7c1、7c2、c73的数目对应于支撑板1中几行中的绝缘材料的喷嘴的数目。

在图1中的管状歧管的截面图中，示出了在管状歧管7上的第一行输出插口7a1、7a2、7a3的第一个输出插口7a1。还示出了在管状歧管7上的第二行输出插口7b1、7b2、7b3中的第一个输出插口7b1。还示出了在管状歧管7上的第三行输出插口7c1、7c2、7c3的第一个输出插口7c1。这种排列也可以从图2的立体图中看出。液压管状歧管7在水平位置被支撑。

从图2中可以看出，管状歧管包括用于原水流RO的输入插口7d。此外，管状歧管7包括至少两个气体注入器7，该气体注入器延伸到管状歧管中并被设置用于通过高压导管8a和气阀8b以脉冲方式提供驱动气体。压缩的空气或压缩的氢气优选地用作驱动气体。

气体供应装置8包括脉冲控制器8c、气阀8b和高压管线8a。脉冲控制器8c被配置成在气阀连接到用于驱动气体的高压导管8a的短时间段期间打开气阀。因此，明确限定的量的驱动气体通过输入插口7e1进入充有原水的管状歧管7，并由于歧管中的液压状况在水平放置的管状歧管7的上部积聚。因此，以脉冲方式注入的一部分量的驱动气体主要通过被设置在输入插口7e1旁边的输出插口7b1、7b2、7b3出去。以同样的方式，一定量的驱动气体通过输入插口7e2进入到充有原水的管状歧管7中，并在水平放置的管状歧管7的上部积聚，由此以脉冲方式注入的一部分量的驱动气体主要通过位于输入插口7e2旁边的第二行的输出插口出去。以同样的方式，一定量的驱动气体通过输入插口7e3到达充有原水的管状歧管7，并在水平放置的管状歧管7的上部积聚，由此以脉冲方式注入的一部分量的驱动气体主要通过位于输出插口7e3旁边的第二行的输出插口出去。

管状歧管7的输出插口7b1、7b2、7b3通过非导电性的液压管连接件7d可选择地与支撑板1中的第一行和第三行绝缘材料的喷嘴中的绝缘材料的喷嘴连接。

如图1所示，原水RO的一部分水流从输入插口7a1流入管状导管6a并通过绝缘材料的喷嘴Da1流入可移动的阳极颗粒1c的区域。原水RO的另一部分水流从输出插口7b1流入管状导管6b并进一步通过绝缘材料的喷嘴Dc1流入可移动的阳极颗粒1c的区域。原水RO的还一部分水流从输出插口7c1流入管状导管6c进一步并通过绝缘材料的喷嘴Db1流入可移动的阳极颗粒1c的区域。

当输入插口7e1和气体注入器9之间的气阀8b通过脉冲控制器8c而间歇开启时，一定量的气体通过气体注入器9从压力导管8a进入管状歧管7，并主要从设置在管状歧管7的顶部的第二行的输出插口7b1、7b2、7b3出去。因此，一部分量的驱动气体通过输出插口7b1和管状导管6b进入绝缘材料的喷嘴Dc1，且引起在由松散支撑的金属颗粒制成的阳极床右手侧的短期局部流通。

图3解释了绝缘材料的喷嘴(未示出)和该连接方式中的输出插口，所述喷嘴被设置在孔2a1、2a2、2a3；2b1、2b2、2b3；2c1、2c2、2c3中。

以参照图1的上述方式，管状导管6a、6b、6c被设置在孔2a1、2b1、2c1中的绝缘材料的喷嘴Da1、Db1、Dc1与输出插口7a1、7b1、7b2之间。

管状导管6a、6b、6c被连接在孔2a2、2b2、2c2中的绝缘材料的喷嘴与输出插口7a2、7b2、7c2之间，由此孔2a2中的绝缘材料的喷嘴被连接到输出插口7b2，孔2b2中的绝缘材料的喷嘴被连接到输出插口7a2，以及孔2c2中的绝缘材料的喷嘴被连接到输出喷嘴7c2。

此外，管状导管被连接在孔中的下述绝缘材料的喷嘴与输出插口之间，即如上所述在孔2a1、2a2、2a3中的绝缘材料的喷嘴与输出插口7a1、7a2、7a3之间，在孔2b1、2b2、2b3中的绝缘材料的喷嘴与输出插口7b1、7b2、7b3之间，在孔2c1、2c2、2c3中的绝缘材料的喷嘴与输出插口7c1、7c2、7c3之间(见图3)。

如果气阀8b短时间打开，则气量从压力导管8a通过气体注入器9进入到管状歧管7并只从第二行的输出插口7b1、7b2、7b3出去。因此，一部分量的驱动气体通过输出插口7b2到达绝缘材料的喷嘴Da2，并影响左手侧的由松散支撑的金属颗粒制成的阳极床的短期局部流通。

本发明的装置的管状歧管7和绝缘材料的喷嘴Da1、Da2、Da3；Db1、Db2、Db3；Dc1、Dc2、Dc3可选择地移动电池盒左手侧和右手侧的金属阳极颗粒，由此，实际上，所有阳极颗粒发生缓慢流通，且该操作与金属颗粒的品质无关。

Claims (17)

1.一种用于电絮凝电池的阳极装置，其特征在于，

金属颗粒床，原水通过该金属颗粒床从底部流向顶部，该金属颗粒床被松散地设置在由绝缘材料构成的电池盒中，该电池盒位于电导电极板上，该电极板被提供有绝缘材料的喷嘴并用作金属颗粒的电流馈送装置，

从所述绝缘材料的喷嘴到用于原水的管状歧管的输出插口设置有非导电性液压管连接件，以及用于供应驱动气体的至少两个气体注入器伸入到所述管状歧管中，且被连接到气体供应装置，

由此，从所述管状歧管的输出插口通到非导电性管连接件以及从所述绝缘材料的喷嘴到设置在所述电池盒中的金属颗粒设置有用于所述驱动气体和原水的流体连接件。

2.根据权利要求1所述的阳极装置，其中，可移动的阳极颗粒由铸铁碎屑组成，该铸铁碎屑尤其是低价格的原材料。

3.根据权利要求1所述的阳极装置，其中，可移动的阳极颗粒由镁颗粒或铝颗粒组成或由颗粒状铝镁合金组成。

4.根据权利要求1所述的阳极装置，其中，所述电极板包括支撑板和金属层，该金属层与所述金属颗粒形成接触面。

5.根据权利要求1所述的阳极装置，其中，所述金属层由贵金属组成，优选地由银或铂或银铂合金组成。

6.根据权利要求1所述的阳极装置，其中，用于所述金属颗粒的所述支撑板被水平放置并形成所述电池盒的底部。

7.根据权利要求1所述的阳极装置，其中，用于所述金属颗粒的所述支撑板由紫铜或黄铜或铁组成。

8.根据权利要求1所述的阳极装置，其中，插入到所述支撑板中的所述绝缘材料的喷嘴由聚丙烯或陶瓷材料组成。

9.根据权利要求1所述的阳极装置，其中，插入到用于所述金属颗粒的支撑板中的绝缘材料的喷嘴被排列成多行，且水平的管状歧管包括相应数量和成行的用于到所述绝缘材料的喷嘴的管连接件的连接插口，其中排列在上侧的一行连接插口可选择地连接到位于所述支撑板的一侧或另一侧和区域的所述绝缘材料的喷嘴。

10.根据权利要求1所述的阳极装置，其中，从所述绝缘材料的喷嘴到用于原水的所述水平的管状歧管的输出插口的非导电性液压管连接件由聚乙烯或三元乙丙橡胶(EPDM)树脂组成或由软化聚氯乙烯组成。

11.根据权利要求1所述的阳极装置，其中，从所述绝缘材料的喷嘴到用于原水的管状歧管的每个所述非导电性液压管连接件的长度至少为0.5-2米，优选长度为1-3米。

12.根据权利要求1所述的阳极装置，其中，水平的液压管状歧管的内径是所述非导电性液压管连接件的内径的4-10倍。

13.根据权利要求1所述的阳极装置，其中，气体供应装置被提供用于以脉冲方式提供驱动气体，且该气体供应装置具有径向插口，驱动气体通过该插口被脉冲式注入到所述管状歧管中，其中该插口优选地不被设置在所述管状歧管的同轴部分上。

14.根据权利要求1所述的阳极装置，其中，用于阳极颗粒的金属支撑板被贵金属层覆盖，且该金属支撑板通过绝缘法兰从电池盒的下面被固定，该电池盒由绝缘材料构成且顶部开口。

15.根据权利要求1所述的阳极装置，其中，所述电池盒朝该电池盒的顶部变宽。

16.根据权利要求1所述的阳极装置，其中，在所述电池盒中水位线以下阳极颗粒以上，网格或金属筛形式的金属阴极被固定，且能够向上和向下移动。

17.根据权利要求1所述的阳极装置，其中，直流源，优选为直流发电机，被连接到具有正极端的所述支撑板和具有负极端的所述金属阴极，所述发电机给所述支撑板和金属阴极提供大约40-400V的直流电压。

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