CN102936072A

CN102936072A - 一种纳米催化电解絮凝气浮装置

Info

Publication number: CN102936072A
Application number: CN2012101159961A
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: 2013-02-20
Anticipated expiration: 2032-04-19
Also published as: CN102936072B; WO2013156002A1

Abstract

一种纳米催化电解絮凝气浮装置，在其壳体内设有混凝沉淀池、一级气浮池、电解气浮池、排渣池，混凝沉淀池顶部设有进水口和搅拌器，混凝沉淀池底部与一级气浮池相通，边部排污口与排污管连接；在一级气浮池边部设有溶气释放管，排污口与排污管连接，一级气浮池内侧上部与电解气浮池相通；电解气浮池由上下层隔板分为上下二层，上层气液分离室设有刮渣装置，上下层之间装有电解槽，电解槽的底部固定在壳体内底部，电解槽的顶部敞开并与上下层隔板顶部水平，电解槽内安装有电极，其阳极和阴极之间的间距为过水通道。本发明集电解、絮凝沉淀、气浮等多种功能为一体，自动化程度高，除污效率高，运行成本低，操作和维护方便。

Description

一种纳米催化电解絮凝气浮装置

技术领域

本发明涉及一种纳米催化电解絮凝气浮装置，特别是涉及一种集物理处理法、物化处理法、生化处理法于一体，以表面覆盖有纳米级的具有良好催化特性贵金属化合物涂层材料的钛电极为阳极的纳米催化电解絮凝气浮装置。

背景技术

目前，治理湖泊富营养化及废水的技术可分为物理处理法、物化处理法和生化处理法三大类。物理处理法主要是采用沉淀、过滤、浮选、蒸发等方法去除较大颗粒的杂质等，其中浮选也叫气浮法，是最简便的一种废水处理法之一，其原理是设法使水中产生大量的微气泡，以形成水、气及被去除物质的三相混合体，在界面张力、气泡上升浮力和静水压力差等多种力的共同作用下，促进微细气泡粘附在被去除的微小油滴及其它污染物上后，因粘合体密度小于水而上浮到水面，从而使水中油粒及其它污染物被分离去除。物化处理法主要是采用氧化还原、萃取、吸附、离子交换、混凝沉淀、中和、电渗析等方法去除细小悬浮物、胶体和水溶解物质，或者将有毒物质改性成为无毒物质。生化处理法主要是通过生物作用将废水中胶体的和溶解的有机物质分解破坏而分离去除，主要有厌氧法、好氧法、兼氧发酵法等。

近年来，电气浮法是物化处理技术中发展较为活跃的废水处理技术，该法在水中设置正负电极，当通上直流电后，一个电极（阴极）上即产生微小气泡，同时，还产生电解混凝等效应。当前，有各种类型的电气浮法装置，已应用于生活污水、工业有机废水、电镀废水、油田废水等的处理中。但是，现有的电气浮法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，产生的初生态的强氧化性物质与微小气泡的数量有限，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，处理工艺流程长。

中国专利：201010202356.5公开了一种电絮凝-电气浮净化洗浴及洗衣废水的分级回用装置，其特征是设置集水槽的出水通过三通一路作为前端出水直接输出，另一路串接文丘里管，文丘里管的出水口接电解槽，文丘里管的喉管与带有滤罩的进气管连通；设置电解槽为铁促双阳极氧化单元，是以Ti/SnO₂阳极和Fe阳极分处在阴极的两侧构成组合阳极，阴极采用空气扩散电极；在电解槽的出水口串联设置两级过滤单元，在两级过滤单元的一级过滤室上设置一级出水阀；在两级过滤单元的二级过滤室上设置二级出水阀；能有效减少或去除洗浴/洗衣废水中的表面活性剂及其他有机污染物，使得洗浴/洗衣废水得到分级回用。

中国专利CN02248009.9公开一种电气浮法处理污水的装置，该电气浮反应器由若干管式反应单元构成，单元管式反应由阴极棒、短管、绝缘管套、阳极外管和绝缘销构成，阳极外管和阴极棒同轴安装，两极之间的环形间隙构成污水通道，阴极棒另一端附有的短管与阴极棒共同构成阴极，数个反应单元相互串联并水平安装在装置本体内，单元之间通过金属导电条相连，解决了现有污水处理设备集水比小、传质条件差、电流分布不均、单位体积处理能力低等问题，具有结构简单、有利于增强传质，缩短处理时间，提高污水处理效率等优点，广泛适合于工业废水处理、工业循环冷却水处理及生活用水处理。

发明内容

本发明是针对现有的电气浮装置存在的不足，提供一种集气浮技术、絮凝沉淀技术、纳米技术、电催化技术和电化学技术于一体，以表面覆盖有纳米级的具有良好催化特性贵金属化合物涂层材料的钛电极为阳极，集电解、固液分离和气液分离功能为一体的纳米催化电解絮凝气浮装置。本发明采用二级气浮处理，第一级采用物理气浮，使污染物粘附在气泡上，使其密度小于水，从而实现悬浮分离；第二级是在物理气浮基础上采用集纳米技术、催化技术相结合的电化学方法进行二次气浮处理。与传统的电解装置相比，本发明具有工作电压极低、电流密度大、能耗小、电效率较高、没有电极消耗等特征，并集电解、絮凝沉淀、气浮等多种功能为一体。

本发明设有壳体，壳体内用隔板分隔成混凝沉淀池、一级气浮池、电解气浮池、排渣池等四个功能池。所述混凝搅拌池顶部设有进水口和安装有搅拌器，所述进水口通过管道与废水进水管道连接，在混凝沉淀池底部设有废水出口，所述废水出水口与一级气浮池连通。所述一级气浮池底部设有溶气释放器、溶气释放管，溶气释放管与溶气释放器、空压机管道连接，一级气浮池顶部与电解气浮池相通。所述电解气浮池底部与上部之间由挡板隔开，分为上下二层，上层为气液分离室，设有刮渣装置，出渣口与排渣池相通，下层为排水沉淀室，上下层之间有电解槽，设有至少一个电解槽，电解槽的底部固定在壳体内底部，电解槽的顶部敞开并与上下层隔板顶部水平，电解槽内安装有电极，电极包括阳极和阴极，阳极和阴极之间的间距为过水通道。所述阳极与直流电源的阳极联接，所述阴极与直流电源的阴极联接；排污口设置在排水沉淀室底部，集水出水管设置在排水沉淀室中间偏上位置，与电解出水管道连接。排渣池设有排渣口，排渣口与排渣管连接。

所述壳体设有内层和外层，内层采用环氧沥青漆处理，外层采用钢板外层。

所述电解气浮池分为排水沉淀室与气液分离室。

所述电解槽为长方体电解槽或正方体电解槽。

电解槽内安装有电极，电极包括阳极和阴极，阳极和阴极之间的间距为2mm ~ 4mm，阳极和阴极之间的空隙做为水流通道。

所述电解槽内阳极与阴极顶部与电解槽顶部之间留有150mm～200mm高度的间隙。

所述阳极采用表面覆盖有晶粒为10～35nm的金属氧化物涂层的钛基板阳极，所述阳极为平板状、圆弧状、圆筒状、网状中的一种形状；所述阴极是以钛、铁、铝、不锈钢、锌、铜、镍、铅或石墨为材料的阴极，所述阴极为平板状、圆弧状、圆筒状、网状中的一种形状。

所述阳极与阴极间的工作电压为2~8V，电流密度为10～250mA/cm²，阳极与阴极间的工作电压最好为3～5V，最佳电流密度为100～150mA/cm²。

所述的混凝沉淀池中加入的絮凝剂为铝盐、铁盐、聚铝、聚铁中的一种或多种的组合，加入量为2～500g/m³；所述的助凝剂为聚丙烯酰胺，加入量为2～300g/m³。

在对淡水、海水和苦咸水、废水、市政污水进行处理时，首先通过装置内的混凝沉淀池，在搅拌作用下加入适量的絮凝剂和助凝剂，加快水中固体颗粒物质（如化学沉淀物、混凝处理所形成的絮体和生物处理的污泥等）相互凝聚，形成粒径和质量较大的颗粒固体物，并快速沉淀下来而从水中去除，同时通过沉淀作用去除水中的砂粒；然后，进入一级气浮池，溶气释放器产生的微小气泡粘附水中大量的轻质悬浮物（如细小固体颗粒、油、苯等）上浮，达到固液分离或液液分离的效果，从而降低水中的COD、氨氮、色度、浊度等；一级气浮池的出水进入电解气浮池，电解产生的强氧化性物质杀灭水中的微生物、细菌、藻类和浮游生物，并氧化分解水中的有机物，使得水中的COD、色度、浊度、氨氮、臭味等污染指标大幅度降低；最后通过排渣池收集沉淀物和浮渣，使得水体获得净化。

所述的电解气浮池在对淡水进行消毒净化时，通过覆盖于阳极表层的纳米涂层的电催化作用，降低电解的过电位，从而使淡水在较低的电压条件下电解产生游离基，如初生态的氧、初生态的氯、羟基和氢，并发生以下四个作用：

1、电解产生的游离基如初生态的氧、初生态的氯、羟基等强氧化物质可以杀灭水中的微生物、细菌、藻类和浮游生物，产生的尸体可以与阴极产生的大量微小气泡结合上浮去除，消除微生物、藻类和浮游生物的污染并降低浊度；

2、电解产生的强氧化物质可以氧化分解水中的有机物，降低水中的COD、色度、臭味等污染指标；

3、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；

4、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COD、色度、浊度等。

所述的电解气浮池在对海水和苦咸水净化消毒时，是通过覆盖于阳极表层的涂层的电催化作用，降低电解的过电位，从而使一级气浮后的海水、苦咸水在较低的电压条件下电解，产生初生态的氯[Cl]和初生态的氢[H]，并发生以下四个作用：

1、电解产生的初生态的氯[Cl]具有强氧化性，可以杀灭水中的微生物、藻类和浮游生物，产生的尸体可以与阴极产生的大量微小气泡结合上浮去除，彻底消除微生物、藻类和浮游生物的污染并降低浊度；

2、电解产生的初生态的氯[Cl]能氧化分解水中的有机物，降低水中的COD、色度、臭味等污染指标；

所述的电解气浮池在对废水、市政污水进行处理时，是通过覆盖于阳极表层的涂层的电催化作用，降低电解的过电位，从而使一级气浮后废水、市政污水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]，并发生以下七个作用：

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、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有机物，使得大分子物质分解为小分子物质，降低废水中的COD，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；

4、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；

5、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；

6、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；

7、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COD、色度、浊度等。

综上所述，本发明是集气浮技术、絮凝沉淀技术、纳米技术、催化技术和电化学技术的新型水处理装置，集电解、絮凝沉淀、气浮等多种功能为一体，能快速、有效地降低水中的COD、氨氮、色度、臭味、浊度、SS等，并杀灭水中的微生物、细菌、藻类和浮游生物，使得水体获得净化。

采用纳米催化电解絮凝气浮装置对水进行净化处理，具有如下显著优点：

1、它集电解、絮凝沉淀、气浮等多种功能为一体，自动化程度高，除污效率高，运行成本低，操作和维护方便；

2、加入絮凝剂和气浮剂等化学物质只有传统工艺的五分之一，不仅大幅度降低化学物质消耗，节省水处理成本，而且减少了二次污染；

3、产生的污泥量只有传统技术的五分之一，大幅度降低污泥排放，并减少固体废物处理成本；

4、装置运行稳定，能快速、有效地处理水中的细菌、藻类、微生物、浮游动物、COD、氨氮、色度、臭味、浊度、SS等，出水水质良好。

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的俯视图。

图3为图1的侧视图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步的说明：

如图1～3所示，本发明实施例设有壳体1、混凝沉淀池2、一级气浮池3、电解气浮池4、排渣池5、进水口6、搅拌器7、溶气释放管8、电解槽9、电极10、刮渣装置11、排渣口12、排污口13、上下层隔板14、集水管15、排污口16、排水沉淀室17、气液分离室18、集水出水口19、溶气释放器20、阳极接线柱21和阴极接线柱22。

在壳体1用隔板分隔成混凝沉淀池2、一级气浮池3、电解气浮池4、排渣池5四个池，混凝沉淀池2顶部设有进水口6和搅拌器7，进水口6通过管道与废水进水管道连接，混凝沉淀池底部与一级气浮池3相通，边部排污口16与排污管连接；一级气浮池3边部设有溶气释放管8，溶气释放管8与溶气释放器20、外部气源连接，排污口16与排污管连接，在一级气浮池3内侧上部与电解气浮池4相通；电解气浮池4被隔板14分为上下二层，上层为气液分离室18，设有浮渣刮板、出渣口，上下层之间装有电解槽，设有至少一个电解槽9，电解槽9的底部固定在壳体1内底部，电解槽9的顶部敞开并与上下层隔板14顶部水平，电解槽9内安装有电极10，电极10包括阳极和阴极，阳极和阴极之间的间隙为过水通道，所述阳极通过阳极接线柱21与直流电源的阳极联接，所述阴极通过阴极接线柱22与直流电源的阴极联接，排污口16设置在排水沉淀室17底部，集水管15设置在排水沉淀室17中间偏上位置，与电解出水管道连接；排渣池5设有排渣口12，排渣口12与排渣管连接。

所述壳体1由内、外两层构成，内层采用环氧沥青漆处理，外层为钢板。

所述电解槽9内安装有电极10，电极10包括阳极和阴极，阳极和阴极之间的间距为2mm ~ 4mm。

所述电解槽9内阳极与阴极顶部与电解槽9顶部之间留有150mm～200mm高度的间隙。

所述阳极是以钛为基板，表面覆盖有晶粒为10～35nm的金属氧化物涂层的惰性阳极，阳极为平板状、圆弧状、圆筒状、网状中的一种形状；所述阴极是以钛、铁、铝、不锈钢、锌、铜、镍、铅或石墨为材料的阴极，阴极为圆弧状、圆筒状、网状中的一种形状。

所述纳米催化电解絮凝气浮装置工作时电解槽9中阳极与阴极间的工作电压为2~8V，电流密度为10～250mA/cm²；两极间的最佳工作电压为3～5V，最佳电流密度为100～150mA/cm²。

在对淡水、海水、苦咸水、废水和市政污水进行处理时，首先通过装置内的混凝沉淀池，在搅拌作用下加入2～500g/m³的絮凝剂和2～300g/m³助凝剂，加快水中固体颗粒物质（如化学沉淀物、混凝处理所形成的絮体和生物处理的污泥等）相互凝聚，形成粒径和质量较大的颗粒固体物，并快速沉淀下来而从水中去除，同时通过沉淀作用去除水中的砂粒；然后，进入一级气浮池，溶气释放器产生的微小气泡粘附水中大量的轻质悬浮物（如细小固体颗粒、油、苯等）上浮，达到固液分离或液液分离的效果，从而降低水中的COD、氨氮、色度、浊度等；一级气浮池的出水进入电解气浮池，电解产生的强氧化性物质杀灭水中的微生物、细菌、藻类和浮游生物，并氧化分解水中的有机物，使得水中的COD、色度、浊度、氨氮、臭味等污染指标大幅度降低；最后通过排渣池收集沉淀物和浮渣，使得水体获得净化。

以下给出所述纳米催化电解絮凝气浮装置的具体实施例。

实施例1

对富营养化湖水的处理效果

将湖水泵入纳米催化电解絮凝气浮装置，在混凝沉淀池2中按20～500g/m³加入絮凝剂PAC，利用搅拌器7进行搅拌，加速沉淀；同时开通一级气浮池3中的溶气释放器20，并调节适当的气体流量；电解气浮池4中电解槽9两极间的电压为3～8V，电流密度为10～150mA/cm²的状态，保持湖水在一级气浮池3中的停留时间为1~2分钟，且在电解槽9极板之间停留时间为0.3~1分钟，处理前后的效果见表1。

表1 对富营养化湖水净化的处理效果

实施例2

对海水的处理效果

将海水泵入纳米催化电解絮凝气浮装置，在混凝沉淀池2中按加入2～100g/m³絮凝剂PAC，利用搅拌器7进行搅拌，加速沉淀；同时开通一级气浮池3中的溶气释放器20，并调节适当的气体流量；电解气浮池4中电解槽9两极间的电压为3～5V，电流密度为10～200mA/cm²的状态，保持海水在一级气浮池3中的停留时间为1~2分钟，且在电解槽9极板之间停留时间为0.3~1分钟，处理前后的效果见表2。

表2 对海水净化的处理效果

实施例3

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泵入纳米催化电解絮凝气浮装置，在混凝沉淀池2中加入絮凝剂PAC，每吨废水加入800g的PAC，利用搅拌器7进行搅拌，加速沉淀；同时开通一级气浮池3中的溶气释放器20，并调节适当的气体流量；电解气浮池4中电解槽9两极间的电压为3～5V，电流密度为10～250mA/cm²的状态，保持废水在一级气浮池3中的停留时间为5~10分钟，且在电解槽9极板之间停留时间为2~5分钟，处理前后的效果见表3。

表3 对印染深度处理废水的处理效果

实施例4

对制革废水的处理效果

制革废水进入粗格栅过滤机过滤除去大颗粒固体物后流入调节池混合，再将调节池的废水泵入水力筛过滤脱毛发等杂质后流入脱硫反应池，脱硫废水流入纳米催化电解絮凝气浮，在混凝沉淀池2中加入絮凝剂FeSO₄，每吨废水加入800g的FeSO₄，利用搅拌器7进行搅拌，加速沉淀；同时开通一级气浮池3中的溶气释放器20，并调节适当的气体流量；电解气浮池4中电解槽9两极间的电压为3～5V，电流密度为10～250mA/cm²的状态，保持废水在一级气浮池3中的停留时间为5~15，且在电解槽9极板之间停留时间为2~5钟，处理前后的效果见表3。

表4 对制革废水的处理效果

Claims

1.1．一种纳米催化电解絮凝气浮装置，其特征在于设有壳体，在壳体内设有混凝沉淀池、一级气浮池、电解气浮池、排渣池四个池，混凝沉淀池顶部设有进水口和搅拌器，进水口通过管道与废水进水管道连接，混凝沉淀池底部与一级气浮池相通，边部排污口与排污管连接；在一级气浮池边部设有溶气释放管，溶气释放管与溶气释放器、外部气源连接，排污口与排污管连接，一级气浮池内侧上部与电解气浮池相通；电解气浮池由上下层隔板分为上下二层，上层气液分离室设有刮渣装置，上下层之间装有电解槽，设有至少一个电解槽，电解槽的底部固定在壳体内底部，电解槽的顶部敞开并与上下层隔板顶部水平，电解槽内安装有电极，电极包括阳极和阴极，阳极和阴极之间的间距为过水通道，所述阳极通过阳极接线柱与直流电源的阳极联接，所述阴极通过阴极接线柱与直流电源的阴极联接，排污口设置在排水沉淀室底部，集水管设置在排水沉淀室中间偏上位置，与电解出水管道连接；排渣池设有排渣口，排渣口与排渣管连接。

2.如权利要求1所述的一种纳米催化电解絮凝气浮装置，其特征在于所述壳体由内、外两层构成，内层采用环氧沥青漆处理，外层为钢板。

3.如权利要求1所述的一种纳米催化电解絮凝气浮装置，其特征在于所述电解槽内安装有电极，电极包括阳极和阴极，阳极和阴极之间的间距为2mm ~ 4mm，电解槽内阳极与阴极顶部与电解槽顶部之间留有150mm～200mm高度的间隙。

4.如权利要求1所述的一种纳米催化电解絮凝气浮装置，其特征在于所述阳极是以钛为基板，表面覆盖有晶粒为10～35nm的金属氧化物涂层的形稳阳极，阳极为平板状、圆弧状、圆筒状、网状中的一种形状；所述阴极是以钛、铁、铝、不锈钢、锌、铜、镍、铅或石墨为材料的阴极，阴极为平板状、圆弧状、圆筒状、网状中的一种形状。

5.如权利要求1所述的一种纳米催化电解絮凝气浮装置，其特征在于所述纳米催化电解絮凝气浮装置工作时电解槽中阳极与阴极间的工作电压为2~8V，电流密度为10～250mA/cm²。

6.如权利要求1所述的一种纳米催化电解絮凝气浮装置，其特征在于所述纳米催化电解絮凝气浮装置工作时电解槽中两极间的最佳工作电压为3～5V，最佳电流密度为100～150mA/cm²。