CN103739041B - 一种电极结构及电解反应槽 - Google Patents
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Abstract
本发明属于电化学废水处理设备领域，具体涉及一种电极结构及电解反应槽。该电极结构包括颗粒电极（3），所述电极结构还包括支持杆（1）、连接杆（4）以及至少一根串线（2）；所述颗粒电极（3）上设有对穿的孔（10）；所述串线（2）穿过若干所述颗粒电极（3）上的孔（10），并且串线（2）的一端与所述支持杆（1）连接，该串线（2）的另一端与所述连接杆（4）连接。电解反应槽包括该电极结构。本发明将平板电极与三维颗粒电极进行优势集成，电极的比表面积大大增加，与废水接触面积增加，设备处理效率得到增强，且解决了常规三维颗粒电极存在的各种缺陷。
Description
技术领域
本发明属于电化学废水处理设备领域，具体涉及一种电极结构及电解反应槽。
背景技术
电化学废水处理过程是包括电解絮凝、电解氧化、电解还原及电解气浮等多种物理化学共同作用的结果，主要利用电极与电能的相互作用对废水进行处理。电极是电化学处理设备的核心部分，电极材料及结构形式对电化学处理设备的性能具有十分重要的作用。
目前常用的电化学电极结构大致可以分为两类：一类为平板电极，另一类为三维粒子电极。平板电极结构简单，安装方便且易于控制，但平板电极的比表面积小，极板与废水的接触面小，极板的利用率相对较低，处理效率相对不高。特别是在处理难降解有机废水时，利用平板电极处理需要消耗更高的电能才能达到要求。而三维粒子电极相对与平板电极具有较大的比表面积，粒子电极与废水接触面大，处理效率及电流利用率要高，但目前粒子电极在电解反应槽内的流化状态难以很好的控制，粒子电极堆积时易形成短路电流，不利于电化学反应，同时还易造成设备的损坏。
电化学技术处理废水不需要消耗化学药剂，被认为是一种绿色废水处理技术。但由于三维粒子电极在研究及应用过程中存在一些技术问题，使得三维颗粒电极的应用被限制。如专利ZL200820106122.9公开的三维三相电化学反应器。采用升流式电解槽，电解室内两侧安装阳极与阴极；极板之间填充有颗粒电极，颗粒电极下方设置曝气管与进水管，通过曝气与水力作用使颗粒电极保持悬浮状态，通过网状阴阳极板感应给颗粒电极配电。此类结构的电解槽即要保证颗粒电极的悬浮状态，又不能使颗粒电极下沉堵塞进水管及进气管，同时颗粒电极也不能随废水流出电解槽，因此电解槽结构较复杂，检修困难；且依靠曝气搅拌使颗粒电极保持悬浮状态易形成搅拌死角；同时曝气搅拌需要保持一定的强度，能耗较高；另外对颗粒电极要求较高，比重不能太大，对电极材质的使用有较高的限制条件；若颗粒电极悬浮状态控制不佳，形成堆积则易形成短路电流，影响了电流效率，且易造成设备故障。这些缺陷在一定程度上限制了三维电化学技术的应用。
发明内容
本发明针对电化学电极存在的不足与局限，提供一种结构优良，性能优异的电极结构及电解反应槽。该电极结构及电解反应槽将平板电极与三维颗粒电极进行优势集成，电极的比表面积大大增加，与废水接触面积增加，设备处理效率得到增强，且解决了常规三维颗粒电极的各种缺陷。
为实现上述目的，本发明的技术方案是：
一种电极结构，包括颗粒电极，所述电极结构还包括支持杆、连接杆以及至少一根串线；所述颗粒电极上设有对穿的孔；所述串线穿过若干所述颗粒电极上的孔，并且串线的一端与所述支持杆连接，该串线的另一端与所述连接杆连接。
一种颗粒电极，所述颗粒电极上设有对穿的孔。
所述颗粒电极的直径优选为3 mm～5mm。
所述串线之间的距离优选为5 mm -10mm。
所述串线、支持杆和连接杆均优选为绝缘材料。
所述颗粒电极的材质为石墨、铁、铝、陶粒、钛粒、活性炭中一种或几种材料的混合。
一种电解反应槽，包括电解槽体、位于电解槽体内并设置在两侧的两个惰性电极、位于两个惰性电极之间的电解电极、位于电解槽体底部的曝气管、位于曝气管下方的进水管以及位于电解槽体侧壁顶部的出水口，所述电解电极全部或者部分为上述的电极结构，且所述电极结构的支持杆固定在电解槽体的顶部。
所述电极结构之间的间距优选为1 mm～10mm，更优选为3mm。
所述惰性电极板材质优选为石墨极板，固定安装与电解槽的两端。
串联后的颗粒电极通过支撑杆固定安装于电解槽内，下端连接杆未固定，片状颗粒电极在电解槽内处于自然下垂状态。在水力扰动及曝气搅动下可自然摆动，连接杆的主要作用是防止成串的颗粒电极在水力扰动下缠绕到一起。
所述颗粒电极可以是石墨、铁、铝、陶粒、钛粒、活性炭等等，这些颗粒电极还可以进行表面改性以增强处理效果，也可以是这些颗粒的混合，也就是说颗粒电极是可以由多种不同材质的颗粒组成。
与现有技术相比，本发明的有益效果如下：
1、本发明将平板电极与三维颗粒电极进行优势集成，电极的比表面积大大增加，与废水接触面积增加，设备处理效率得到增强；电解槽内水流不仅在极板间呈升流，且废水可穿过极板形成横向流动，增加了极板两侧的水流及物质转移，使得电解槽内水流及传质更加均匀，废水处理效果得到明显提升。
2、本发明的颗粒电极在电解槽内的状态相比传统三维颗粒电极更易控制。传统的三维颗粒电极要控制颗粒电极为流化状态需要高强度的曝气或搅拌维持，且要维持均匀的状态对搅拌装置的要求高，否则易出现搅拌死角部分，导致颗粒电解堆积而影响设备性能；本发明的颗粒电极一直均匀的分布于整个反应槽的立体空间内，只需少量曝气使颗粒电极摆动即可满足颗粒电极的反应状态要求，且完全避免了颗粒电极堆积、曝气死角及短路电流等技术问题。设备稳定性高，故障率小。
3、本发明的电极结构在电解槽内处于自然下垂状态，在水力扰动及曝气作用下可自由摆动，优化改善了电解槽内的水力条件，同时电极之间的相互碰撞摩擦还可以消除电极钝化及极化带来的处理效果下降等问题。
4、本发明的电极结构安装及拆卸简单方便，可用于三维电解槽也可用于平板电解槽，对于电化学设备的升级改造及组合应用使用范围广。本发明电极还可与平板电极进行组合应用，将平板电极与本发明电极进行间隔布置，以适应处理需求的变动。
附图说明
图1 是电极结构正面图；
图2是带局部放大图的电极结构侧面图；
图3是设有穿孔的颗粒电极结构示意图；
图4是电解槽正面剖视图；
图5是电解槽侧面剖视图；
其中，1是支持杆，2是串线，3是颗粒电极，4是连接杆，5是电解槽体 ，6是曝气管，7是进水管 ，8是出水口，9是惰性极板。10是孔。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步的说明。
一种颗粒电极，所述颗粒电极3上设有对穿的孔10。
一种电极结构，包括颗粒电极3，所述电极结构还包括支持杆1、连接杆4以及至少一根串线2；所述颗粒电极3上设有孔10；所述串线2穿过若干所述颗粒电极3上的孔10，并且串线2的一端与所述支持杆1连接，该串线2的另一端与所述连接杆4连接。
所述颗粒电极3的直径为5mm。所述串线2之间的距离为5 mm。
所述串线2、支持杆1和连接杆4均为绝缘材料。所述颗粒电极3为石墨颗粒电极或金属颗粒电极。
一种电解反应槽，包括电解槽体5、位于电解槽体内并设置在两侧的两个惰性电极9、位于两个惰性电极9之间的电解电极、位于电解槽体5底部的曝气管6、位于曝气管6下方的进水管7以及位于电解槽体5侧壁顶部的出水口8，所述电解电极全部或者部分为上述电极结构，且所述电极结构的支持杆3固定在电解槽体5的顶部。所述电极结构之间的间距为3mm。所述惰性电极板材质为石墨极板，固定安装于电解槽的两端。
应用：
用上述电极结构和电解反应槽对某小型皮革加工企业电化学处理设备进行改造。该废水处理设备原设计处理量为600m3/h，主要处理污染物为COD（4000～5000mg/L）总铬（50～60mg/L）及六价铬（10～30mg/L），原有处理设备采用三维电化学处理技术，颗粒电极采用石墨材质，并混有部分铁质颗粒电极。改造前，设备运行不稳定，颗粒电极难以控制（特别是铁质颗粒电极比重大，更难控制），曝气强度大，能耗较高，且处理出水水质不稳定，电极的拆卸更换过程繁琐。通过采用本发明电极对设备进行改造后，处理设备性能得到明显的改善，颗粒电极材质选择为石墨；采用铁极板与本发明的极板进行混合布置。在其他操作条件维持原有状态不改变的情况下，曝气强度大为降低，设备曝气电耗降低90%；处理设备对COD的去除率由原来的50%～85%提升至90%以上；对总铬及六价铬的去除率由原来的80%～90%提升至99%以上。设备运行稳定，极少出现故障。
Claims (6)
1.一种电极结构，包括颗粒电极（3），其特征是，所述电极结构还包括支持杆（1）、连接杆（4）以及至少一根串线（2）；所述颗粒电极（3）上设有对穿的孔（10）；所述串线（2）穿过若干所述颗粒电极（3）上的孔（10），并且串线（2）的一端与所述支持杆（1）连接，该串线（2）的另一端与所述连接杆（4）连接，所述串线（2）、支持杆（1）和连接杆（4）均为绝缘材料；所述颗粒电极（3）材质为石墨、铁、铝、陶粒、钛粒、活性炭中的一种或几种。
2.根据权利要求1所述电极结构，其特征是，所述颗粒电极（3）的直径为3 mm～5mm。
3.根据权利要求1或2所述电极结构，其特征是，所述串线（2）之间的距离为5 mm～10mm。
4.一种电解反应槽，包括电解槽体（5）、位于电解槽体（5）内并设置在两侧的两个惰性电极（9）、位于两个惰性电极（9）之间的电解电极、位于电解槽体（5）底部的曝气管（6）、位于曝气管（6）下方的进水管（7）以及位于电解槽体（5）侧壁顶部的出水口（8），其特征是，所述电解电极全部或者部分为权利要求1-3之一所述的电极结构，且所述电极结构的支持杆固定在电解槽体（5）的顶部，所述电解电极之间的间距为1 mm～10mm。
5.一种颗粒电极，其特征是，所述颗粒电极（3）上设有对穿的孔（10），所述颗粒电极（3）材质为石墨、铁、铝、陶粒、钛粒、活性炭中的一种或几种。
6.根据权利要求5所述颗粒电极，其特征是，所述颗粒电极（3）的直径为3 mm～5mm。
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