CN104030412B - 一种深度处理含氟废水的三维电凝聚装置 - Google Patents
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Abstract
一种深度处理含氟废水的三维电凝聚装置，包括设在电解槽里的阳极、阴极和中间电极；所述阴极和阳极分别与直流电源的负极和正极连接，所述阴极和阳极均为圆柱形且同心安装在圆柱形电解槽的外壁和中心；所述中间电极为颗粒型可溶性金属并装填在阳极与阴极之间；在阳极与中间电极之间及中间电极与阴极之间设有隔膜。本发明大大增加了电解槽的面体比，使具有一定流速的含氟废水在电场作用下的迁移动力和效率得到提高，具有极高的电化学性能；其电流效率达到92%；单位时空产率比原有提高60%；平均除氟率≥95%。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于处理废水的电化学反应器，特别是涉及一种深度处理含氟废水的三维电凝聚装置。
背景技术
区域水源含氟量大于1.0mg/L就能造成地方性氟中毒。我国有将近1.2亿人生活在高氟地区，目前在我国氟受害者多达几千万人。除少数地区自然因素外，造成高氟污染的主要原因是大量高氟工业废水的排放。因此，国家对含氟废水的排放已制定了严格的排放标准（国家一级排放标准：含氟量< 10mg/L）。目前含氟废水的处理主要采用化学沉淀法和吸附法。化学沉淀法一般用于处理高浓度的含氟废水；吸附法主要用于水量较小的饮用水的深度处理。但是采用这两种方法进行水处理很难达到现行的国家标准，而且运行费用非常高，除氟效率低，技术上有很多问题难以突破。采用电化学设备进行水处理已有悠久的历史。传统的电化学设备通常为二维电凝聚水处理装置，是采用二维平板电极在直流电场的作用下，利用可溶性阳极向溶液中溶出金属离子，金属离子经过水解、聚合形成一系列多核羟基络合物和氢氧化物，这些产物吸附能力很强，起到凝聚、吸附等作用，以去除水中有害物质。但是传统的二维平板电极面体比较小，单位槽体处理量小，电流效率低（尤其是在电导率低时），因而在实际使用中难以有突破性地进展。CN 101514040A提供了一种三维电极反应器及其在难降解有机废水处理中的应用，其中三维电极反应器由槽体、电阴极、电阳极、粒子中间电极、隔膜板和直流电源构成；电阴极和电阳极均由高纯石墨制成，分别置于槽体两边，并分别与直流电源的负极和正极连接；隔膜板位于槽体内靠近电阴极一侧；粒子电极填充于槽体内电阴极和隔膜板之间；电阳极下方有进水口，电阴极上方有出水口，隔膜板上布满1mm的微孔；粒子电极为活性炭颗粒。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，克服现有技术的上述不足，提供一种深度处理废水的三维电凝聚装置，以增加电解槽的面体比，增大物质的传质速度，提高电流效率和单位时空产率。
本发明解决其技术问题采用的技术方案是：包括设在电解槽里的阳极、阴极和中间电极；所述阴极和阳极分别与直流电源的负极和正极连接，其特征在于，所述阴极和阳极均为圆柱形且同心安装在圆柱形电解槽的外圆和中心；所述中间电极为颗粒型可溶性金属并装填在阳极与阴极之间；在阳极与中间电极之间及中间电极与阴极之间设有隔膜。
所述阴极与中间电极之间装有自动转动的清洗刷；以去除阴极上的污垢，确保电解槽的导电性能。
所述自动转动的清洗刷是通过安装在圆柱形阴极桶上端盖的电机和减速机及与之连接的转动轴和连接横杆驱动清洗刷慢速旋转。
进一步，所述颗粒型可溶性金属是粒度为4～6毫米的铁和铝的混合颗粒；铁和铝的重量比为1：（1～5）。优选1:3。所述铁和铝的颗粒；它们在电场的作用下溶出金属离子并形成氢氧化物，在直流电场的作用下以紧密吸附氟离子。
进一步，所述隔膜为PTF网孔隔膜，具有较高的流体通过率和耐腐蚀的特点。
进一步，所述阳极为不溶性钛铱阳极，所述阴极为Cr1Ni18Ti9不锈钢阴极。
进一步，所述阴极通过设在圆柱形阴极桶下端一侧的阴极输入栓与电源负极连接。
进一步，所述阳极通过设在圆柱形阳极下端的阳极输入栓与电源正极连接。
本发明的阴极桶呈圆柱形，阴极桶内的水流方向与电子流方向垂直，具有极高的电化学性能。根据废水中的氟离子具有半径小、电负性强、极易被吸附的特点，在直流电场作用下，氟离子迅速向阳极迁移；而中间电极由阳极和阴极供给电流流到其粒子表面，引起电化学反应，使中间电极溶出金属离子并形成氢氧化物，紧密吸附氟离子，以达到去除的目的。
本发明与现有技术相比具有的有益效果：
（1）阳极与阴极之间装填有颗粒型可溶性金属材料作为中间电极，这种带有颗粒型可溶性中间电极作为扩展阳极的电解槽为三维单极性电凝聚槽，大大增加了电解槽的面体比，使得单位槽体的处理量增大；且粒子间距小，进而增大了物质的传质速度，提高电流效率；其电流效率由原为80%提高到92%；也提高了单位时空产率；使同槽体积比处理量增大了60%。
（2）阳极、中间电极、阴极的极间装有PTF网孔隔膜，形成电势梯度电场，极间距离小，导电率高； 且PTF网孔隔膜具有微孔径和耐腐蚀的特点，使电解槽内形成梯度电场；
（3）中间电极与阴极之间装有自动旋转的清洗刷，能够及时去除阴极上的污垢，确保电解槽的导电性能。
（4）阴极桶为圆柱形，易于阴极桶内的水流方向与电流方向垂直，使具有一定流速的含氟废水在电场作用下的迁移动力和效率得到提高，具有极高的电化学性能；电流效率达到92%，单位时空产率比原有提高60%；平均除氟率≥95%。
附图说明
附图为本发明一实施例的结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图及实施例对本发明作进一步说明。
实施例：参照图1:
本实施例的电阴极是安装在圆柱形电解槽外圆的圆柱形阴极桶3。阴极桶3的下端一侧设有用于连接电源负极的阴极接线耳31。在阴极桶3的中心同心安装有圆柱形阳极4；阳极4的下端设有用于连接电源正极的阳极输入栓41。
在阳极4与阴极3之间装填有颗粒型可溶性金属作为中间电极5；本实施例的可溶性金属是粒度为4～6毫米的铁和铝的混合颗粒；其铁和铝的重量比为1:3。它们在电场的作用下溶出金属离子并形成氢氧化物，在直流电场的作用下以紧密吸附氟离子。
阳极4与中间电极5之间设有阳极PTF网孔隔膜51，在中间电极5与阴极3之间设有阴极PTF网孔隔膜52。
在阴极桶3的上、下端分别设有上端盖1和下端盖2；用于吊装的吊钩7通过电焊固定在阴极桶3上端盖1上，吊钩7与上端盖1之间设有密封垫11，在阴极桶3的上端盖1上方装有电机8，电机8的下端安装有与电机8配套的摆线双极减速机9；电机8和减速机9通过穿过上端盖1的转动轴81和横杆82驱动清洗刷6旋转，用于去除阴极桶内壁上的污垢，确保电解槽的导电性能。
当直流电源接通后，阳极、阳极PTF网孔隔膜、中间电极、阴极和阴极PTF网孔隔膜形成电势梯度电场，中间电极为颗粒状态，可提高导电率，尤其能提高电导率低的废水的电解效率；PTF网孔隔膜具有微孔径和耐腐蚀的特点，使电解槽内形成梯度电场。阴极桶为圆柱形Cr1Ni18Ti9·Ni不锈钢材料，耐腐蚀性强；将阴极桶做成圆柱形，易于使阴极桶3内的水流方向与电流方向精确垂直，使具有一定流速的含氟废水在电场作用下，氟离子加速向阳极迁移，使迁移动力和效率得到提高，极大地提高电解槽的电化学性能。
本实施例的工作过程为：将待处理的含氟废水从电解槽的入水口输送至阴极桶；阴极桶通过阴极接线耳连接直流电源的负极，阳极通过阳极输入栓连接直流电源的正极；调整阳极和阴极之间的电压至8V，电流至600A。直流电源接通后，阳极、阳极PTF网孔隔膜、中间电极、阴极和阴极PTF网孔隔膜形成电势梯度电场，在电场的电势梯度作用下，含氟废水中的氟离子发生向极板方向的横向运动，氟离子迅速向阳极迁移，而中间电极由于阳极和阴极供给电流流到其粒子表面，引起电化学反应，使得中间电极迅速溶出金属离子并形成氢氧化物，紧密吸附氟离子，达到去除氟离子的目的；工作过程中，可开启电机，并配合摆线双极减速机调至合适的的速度，使得清洗刷桶不断旋转，去除阴极桶内壁上的污垢，确保电解槽的导电性能。
采用本实施例进行含氟废水的深度处理，克服了传统平板电极的缺陷，增加了电解槽的面体比，使得单位槽体的处理量增大，充填或流动化的电极粒子容易交换；粒子间距小，传质速度进而改善，电流效率可达92%以上，单位时空产率同槽体积比处理量增大60%，平均除氟率可达95%以上，达到深度去除氟离子的目的。处理后的废水符合《污水综合排放标准》（GB8789-88）。
Claims (9)
1.一种深度处理含氟废水的三维电凝聚装置，包括设在电解槽里的阳极、阴极和中间电极；所述阴极和阳极分别与直流电源的负极和正极连接，其特征在于，所述阴极和阳极均为圆柱形且同心安装在圆柱形电解槽的外圆和中心；所述中间电极为颗粒型可溶性金属并装填在阳极与阴极之间；在阳极与中间电极之间及中间电极与阴极之间设有隔膜。
2.根据权利要求1所述深度处理含氟废水的三维电凝聚装置，其特征在于，所述阴极与中间电极之间装有自动转动的清洗刷。
3.根据权利要求2所述深度处理含氟废水的三维电凝聚装置，其特征在于，所述自动转动的清洗刷是通过安装在圆柱形阴极桶上端盖的电机和减速机及与之连接的转动轴和连接横杆驱动清洗刷慢速旋转。
4.根据权利要求1或2或3所述深度处理含氟废水的三维电凝聚装置，其特征在于，所述颗粒型可溶性金属是粒度为4～6毫米的铁和铝的混合颗粒；铁和铝的重量比为1∶（1～5）；它们在电场的作用下溶出金属离子并形成氢氧化物，在直流电场的作用下吸附氟离子。
5.根据权利要求1或2或3所述深度处理含氟废水的三维电凝聚装置，其特征在于，所述隔膜为PTF网孔隔膜。
6.根据权利要求1或2或3所述深度处理含氟废水的三维电凝聚装置，其特征在于，所述阳极为不溶性钛铱阳极，阴极为Cr1Ni18Ti9不锈钢阴极。
7.根据权利要求1或2或3所述深度处理含氟废水的三维电凝聚装置，其特征在于，所述阴极通过设在圆柱形阴极桶下端一侧的阴极输入栓与电源负极连接。
8.根据权利要求1或2或3所述深度处理含氟废水的三维电凝聚装置，其特征在于，所述阳极通过设在圆柱形阳极下端的阳极输入栓与电源正极连接。
9.根据权利要求4所述深度处理含氟废水的三维电凝聚装置，其特征在于，所述铁和铝的重量比为1:3。
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