CN102633324A

CN102633324A - 具有膜过滤功能的电解装置

Info

Publication number: CN102633324A
Application number: CN2012101154807A
Authority: CN
Inventors: 张世文; 许雅玲; 郑宣庆
Original assignee: Boying Xiamen Science and Technology Co Ltd
Current assignee: Boying Xiamen Science and Technology Co Ltd
Priority date: 2012-04-19
Filing date: 2012-04-19
Publication date: 2012-08-15
Anticipated expiration: 2032-04-19
Also published as: CN102633324B

Abstract

具有膜过滤功能的电解装置，涉及一种电解装置。设有壳体和电极组，在壳体底部设有进水口和进气口，进水口通过管道与进水管路连接；进气口通过管道与曝气装置连接；壳体上部、下部分别设有溢流口、排污口，溢流口和排污口通过管道均与外部排污管路连接；所述电极组设有支架、阴极、阳极和出水口；电极组通过支架固定在壳体上，阴极为具有过滤分离功能的金属膜组件，阳极为金属阳极、合金阳极、碳阳极、钛阳极等中的一种；阴极的一端设有用于连接电源的连接板，连接板上设有阳极接线柱和阴极接线柱，阴极另一端设有过滤集水管和过滤反洗管，过滤集水管接吸水泵，过滤反洗管依次与反洗泵、加药管连接。集电解和膜过滤功能为一体。

Description

具有膜过滤功能的电解装置

技术领域

本发明涉及一种电解装置，特别是涉及一种具有膜过滤功能的电解装置。

背景技术

近年来，电化学处理是物化处理技术中发展较为活跃的水处理技术之一，它主要是利用原电池原理或电解原理对废水进行处理。当前，有各种类型的电解装置和微电解装置，已应用于生活废水和工业废水等的处理中。但是，现有的电解装置在运行过程中暴露出一些问题，一是电极消耗大，电极材料污染水体；二是电极的电密度小，过电位高，工作电压较高，电能应用效率不高，能耗大；三是电解后，固液分离效果不理想，需要进行二次固液分离，工艺流程长。

金属膜，是一种孔径分布较均匀，孔径为0.01～10μm的微孔过滤膜。在膜的一侧施以适当压力，就能筛出小于孔径的溶质分子，以分离分子量大于1000道尔顿、粒径大于10nm的颗粒。过滤膜是最早开发的高分子分离膜之一，在20世纪60年代，膜过滤装置就实现了工业化。膜过滤的工业应用十分广泛，已成为新型化工工程、生物工程、食品工业单元操作之一，用于分离、浓缩、纯化生物制品、医药制品以及食品工业中；还用于血液处理、废水处理和超纯水制备中的终端处理装置。在我国已成功地利用膜过滤进行了中草药的浓缩提纯。随着技术的进步，过滤膜的筛选、分离、浓缩功能也得到不断地改进和加强，对人类社会的贡献也越来越大。

近年来，膜处理是物化处理技术中发展较为活跃的水处理技术，当前，有各类型膜过滤装置已应用于生活饮用水净化、市政废水、工业有机废水、电镀废水、油田废水等的处理中。但是，现有的膜过滤装置在运行过程中同样暴露出一些问题：一是只具有筛选功能，污染物无法进一步降解；二是产水率较低，浓缩水产生量大，运行成本较高；三是膜组件容易污染堵塞，清洗频率高、用药量大，产生污泥量大、存在对环境造成二次污染；四是产生的淡水水质较差。因此，电解技术和膜过滤分离技术都还有待进一步改进和完善。

中国专利CN102295326A公开一种水电解装置，包括电解单元、水箱、气液混合器、气液分离器、电源，电解单元包括壳体，壳体顶部开设有进水口，其下方设有阳极钛给电孔板、β-PbO2阳极催化板、固体高分子电解质膜、Pt/C阴极催化板、阴极钛给电孔板，水箱底部设有咬合接口，顶部活动设有顶盖，顶盖上设有臭氧排出管、补水口，水箱上设有臭氧水排出口，气液混合器包括混合器容器，其上设有臭氧入口、进水口、臭氧水出口，气液分离器包括分离器容器，其上设有氢气水入口、氢气排放管、排水口，电源正极与电解单元阳极相连接，电源负极与电解单元阴极相连接。

发明内容

本发明的目的是针对现有的电解装置和膜过滤装置存在功能单一、处理效果不佳、处理效率低等不足，提供一种相邻两极工作电压极低、电流密度大、能耗较小、电效率较高、没有电极消耗、能有效分离并降解水中污染物，集电解和膜过滤功能为一体的具有膜过滤功能的电解装置。

本发明设有壳体和电极组，在壳体底部设有进水口和进气口，进水口通过管道与进水管路连接；进气口通过管道与曝气装置连接；壳体上部、下部分别设有溢流口、排污口，溢流口和排污口通过管道均与外部排污管路连接；

所述电极组设有支架、阴极、阳极和出水口；所述电极组通过支架固定在壳体上，所述阴极为具有过滤分离功能的金属膜组件，所述阳极为金属阳极、合金阳极、碳阳极、钛阳极等中的一种；所述阴极的一端设有用于连接电源的连接板，连接板上设有阳极接线柱和阴极接线柱，阴极的另一端设有过滤集水管和过滤反洗管，过滤集水管与吸水泵连接，过滤反洗管依次与反洗泵、加药管连接。

所述壳体可设有内层和外层，内层可采用工程塑料内层，外层可采用钢板外层；所述壳体可为圆形壳体或方形壳体等。

所述金属膜组件中的金属膜可选自微滤膜、超滤膜、纳滤膜等中的一种。所述金属膜中的金属可选自镍、镍合金、不锈钢、钛等中的一种。

所述钛阳极表面可覆盖有纳米级贵金属氧化物涂层，所述贵金属氧化物涂层具有良好催化特性；所述纳米级贵金属氧化物涂层可采用晶粒为10～35nm的金属氧化物涂层。

所述阳极可为平板状阳极、圆弧状阳极、圆柱体阳极或网状阳极等。

所述电极组相邻两极板间的距离可为1～50mm。

所述阳极与阴极间的工作电压可为1～18V，电流密度可为1～300mA/cm²。

本发明是集纳米技术、催化技术、电化学技术、膜过滤分离技术为一体的新型电解装置。在对水进行处理时，在较低的电压条件下电解，产生初生态的强氧化性物质，在有大量氯离子存在时，产生的是初生态的氯[Cl]和初生态的氢[H]；在没有氯离子存在时，产生的是初生态的氧[O]、羟基[OH]和初生态的氢[H]，并发生以下作用：

1)电解产生的初生态的强氧化性物质杀灭水中的微生物、细菌、藻类和浮游生物并与阴极产生的大量微小气泡结合上浮去除，消除微生物、细菌、藻类、浮游生物的污染并降低浊度；

2)在电场和电解产生的初生态的强氧化性物质作用下，水中难于生化的大环化合物和长链化合物发生开环、断链反应，使得难于生化的大分子物质变成为易于生化小分子物质，同时提高B/C值，改善可生化性，为后续处理创造更好的生化条件；

3)电解产生的初生态的强氧化性物质作用下快速氧化分解残留在废水中有机物，降低COD。

4)电解产生的初生态的强氧化性物质快速氧化分解残留在废水中有色物质的发色基团和助色基团，使其发生断链或开环，使废水脱色，并结合阴极产生的大量微小气泡的气浮作用，有效降低废水色度，达到脱色的目的；

5)电解产生的初生态的强氧化性物质快速氧化分解废水中的氨氮，降低水中的氨氮指标；

6)电解产生的多种游离基(强氧化性物质)可以氧化分解废水中的发臭基团，去除废水中的恶臭；

7)在电场作用下，一方面使得水中的悬浮物、胶体、带电微粒等物质脱稳，另一方面水中的阳离子、阴离子分别向阴极和阳极移动，在阴极和阳极发生双电层作用和多电层作用，形成沉淀诱发絮凝作用，促使细小的悬浮物、胶体、带电微粒等物质形成粗大的絮凝体，加速杂质沉降，有效降低SS、浊度等污染指标；

8)电解时阴极产生的大量初生态的氢可形成氢气小气泡，具有气浮效果，随着气泡的上浮，会粘附大量的轻质悬浮物，达到固液分离或液液分离的效果，从而进一步降低水中的SS、COD、色度、浊度等；

9)电解产生的初生态的强氧化性物质杀灭水中的微生物、藻类和浮游生物防止了金属膜的生物污染，同时电解时阴极表面产生的大量初生态的氢形成的氢气小气泡防止了化学物质和悬浮物在金属膜表面聚集，防止膜的污染。

综上所述，本发明既有电解作用，又可以改善进膜时水质条件，从而减少膜组件容易污染堵塞的问题，提高膜的产水率和产水质量，减少浓缩水中污染物含量，减少膜组件的清洗频率及清洗药物的用量；既提高膜的使用寿命，又降低物料消耗并且大幅度降低污泥排放，有效减少污泥排放产生的二次污染，减少运行成本，最终实现污水的理想的净化效果。由此可见，这是一种具有过滤分离功能，对水具有良好净化效果的电解装置。

本发明可广泛应用于水处理领域。

附图说明

图1为本发明实施例的结构组成示意图。

图2为图1的A-A剖视结构组成示意图。

图3为图1的B-B剖视结构组成示意图。

图4为图1的C-C剖视结构组成示意图。

在图1～4中，各标记为：壳体1、电极组2、进水口3、进气口4、溢流口5、支架6、阴极7、阳极8、过滤集水管9、过滤反洗管10、阳极接线柱11、阴极接线柱12、出水口13、排污口14。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步的说明。

参见图1～4，本发明实施例设有壳体1和电极组2，在壳体1底部设有进水口3和进气口4，进水口3通过管道与进水管路连接；进气口4通过管道与曝气装置连接；壳体1上部、下部分别设有溢流口5、排污口14，溢流口5和排污口14通过管道均与外部排污管路连接；

所述电极组2设有支架6、阴极7、阳极8和出水口13；所述电极组2通过支架6固定在壳体1上，所述阴极7为具有过滤分离功能的金属膜组件，所述阳极8为金属阳极、合金阳极、碳阳极、钛阳极等中的一种；所述阴极7的一端设有用于连接电源的连接板，连接板上设有阳极接线柱11和阴极接线柱12，阴极7的另一端设有过滤集水管9和过滤反洗管10，过滤集水管9与吸水泵连接，过滤反洗管10依次与反洗泵、加药管连接。

所述壳体1可设有内层和外层，内层可采用工程塑料内层，外层可采用钢板外层；所述壳体可为圆形壳体或方形壳体等。

所述电极组相邻两极板间的距离可为1～50mm。

壳体1可为圆形壳体或方形壳体，可设有内层和外层，内层可采用工程塑料内层，外层可采用钢板外层。

以下给出具体实施例。

实施例1对印染深度处理废水的处理效果：

将经过生化处理的二沉池印染深度处理废水通过水泵泵入具有膜过滤功能的电解装置电解，两极间的电压为1～18V，电流密度为1～300mA/cm²，保持废水在电解装置中的停留时间为1～5min，废水的电解的用电量控制为0.01～0.2度/m³。处理前后的效果见表1～4。

表1经生化处理后的印染废水的水质情况

序号	项目	测定值	序号	项目	测定值
						1	pH	7.1	5	氨氮(mg/L)	12
2	SS(mg/L)	80	6	BOD₅(mg/L)	15
						3	浊度(NTU)	45	7	S^2-(mg/L)	2.5
4	COD_Cr(mg/L)	650	8	色度(倍)	100

表2经过具有膜过滤功能的电解装置处理后的产水水质情况

序号	项目	测定值	序号	项目	测定值
						1	pH	7.1	5	氨氮(mg/L)	2
2	SS(mg/L)≤	2	6	BOD₅(mg/L)	45
						3	浊度(NTU)≤	3	7	S^2-(mg/L)≤	0.5
4	COD_Cr(mg/L)	142	8	色度(倍)	10

表3经过具有膜过滤功能的电解装置处理后的浓缩水水质情况

序号	项目	测定值	序号	项目	测定值
						1	pH	7.1	5	氨氮(mg/L)	4
2	SS(mg/L)	92	6	BOD₅(mg/L)	60
						3	浊度(NTU)	55	7	S^2-(mg/L)≤	1.0
4	COD_Cr(mg/L)	800	8	色度(倍)	20

表4具有膜过滤功能的电解装置的运行参数

实施例2对制革深度处理废水的处理效果：

将经过生化处理的二沉池制革深度处理废水通过水泵泵入具有膜过滤功能的电解装置电解，两极间的电压为1～18V，电流密度为1～300mA/cm²，保持废水在电解装置中的停留时间为1～5min，废水的电解的用电量控制为0.01～0.2度/m³。处理前后的效果见表5～8。

表5经生化处理后的制革废水的水质情况

序号	项目	测定值	序号	项目	测定值
						1	pH	7.2	5	氨氮(mg/L)	3.2
2	SS(mg/L)	25	6	BOD₅(mg/L)	18
						3	浊度(NTU)	16	7	色度(倍)	120
4	COD_Cr(mg/L)	165

表6经过具有膜过滤功能的电解装置处理后的产水水质情况

序号	项目	测定值	序号	项目	测定值
						1	pH	7.2	5	氨氮(mg/L)	1.0
2	SS(mg/L)≤	2	6	BOD₅(mg/L)	64
						3	浊度(NTU)≤	2	7	色度(倍)	8
4	COD_Cr(mg/L)	42

表7经过具有膜过滤功能的电解装置处理后的浓缩水水质情况

序号	项目	测定值	序号	项目	测定值
						1	pH	7.0	5	氨氮(mg/L)	5.5
2	SS(mg/L)	28	6	BOD₅(mg/L)	80
						3	浊度(NTU)	4	7	色度(倍)	15
4	COD_Cr(mg/L)	212	8

表8具有膜过滤功能的电解装置的运行参数

Claims

1.具有膜过滤功能的电解装置，其特征在于设有壳体和电极组，在壳体底部设有进水口和进气口，进水口通过管道与进水管路连接；进气口通过管道与曝气装置连接；壳体上部、下部分别设有溢流口、排污口，溢流口和排污口通过管道均与外部排污管路连接；

所述电极组设有支架、阴极、阳极和出水口；所述电极组通过支架固定在壳体上，所述阴极为具有过滤分离功能的金属膜组件，所述阳极为金属阳极、合金阳极、碳阳极、钛阳极中的一种；所述阴极的一端设有用于连接电源的连接板，连接板上设有阳极接线柱和阴极接线柱，阴极的另一端设有过滤集水管和过滤反洗管，过滤集水管与吸水泵连接，过滤反洗管依次与反洗泵、加药管连接。

2.如权利要求1所述的具有膜过滤功能的电解装置，其特征在于所述壳体为圆形壳体或方形壳体。

3.如权利要求1或2所述的具有膜过滤功能的电解装置，其特征在于所述壳体设有内层和外层，内层采用工程塑料内层，外层采用钢板外层。

4.如权利要求1所述的具有膜过滤功能的电解装置，其特征在于所述金属膜组件中的金属膜选自微滤膜、超滤膜、纳滤膜中的一种。

5.如权利要求1所述的具有膜过滤功能的电解装置，其特征在于所述金属膜中的金属选自镍、镍合金、不锈钢、钛中的一种。

6.如权利要求1所述的具有膜过滤功能的电解装置，其特征在于所述钛阳极表面覆盖有纳米级贵金属氧化物涂层。

7.如权利要求1所述的具有膜过滤功能的电解装置，其特征在于所述纳米级贵金属氧化物涂层采用晶粒为10～35nm的金属氧化物涂层。

8.如权利要求1所述的具有膜过滤功能的电解装置，其特征在于所述阳极为平板状阳极、圆弧状阳极、圆柱体阳极或网状阳极。

9.如权利要求1所述的具有膜过滤功能的电解装置，其特征在于所述电极组相邻两极板间的距离为1～50mm。

10.如权利要求1所述的具有膜过滤功能的电解装置，其特征在于所述阳极与阴极间的工作电压为1～18V，电流密度为1～300mA/cm²。