CN104071871B

CN104071871B - 一种极板可滑动的高密度电絮凝装置及其使用方法

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Publication number: CN104071871B
Application number: CN201410276996.9A
Authority: CN
Inventors: 尚建库; 徐正超
Original assignee: ZHANGJIAGANG GREEN TECH ENVIRONMENTAL PROTECTION EQUIPMENT Co Ltd
Current assignee: Jiangyin heyuexin Environmental Protection Technology Co., Ltd
Priority date: 2014-06-20
Filing date: 2014-06-20
Publication date: 2015-07-22
Anticipated expiration: 2034-06-20
Also published as: CN104071871A

Abstract

本发明涉及水净化技术领域，具体为一种极板可滑动、高电极密度的电絮凝装置及其使用方法。该装置不使用固定卡槽，极板可沿其法线方向滑动，极板间用塑料螺帽或塑料条隔开。所有极板装入外壳后，利用平行于极板的扁平气囊将极板固定，同时起到阻止水漏过的作用。相比现有的电絮凝装置，本发明装置的极板间距大大减小，可使电极装填密度增加1～2倍。增加电极装填密度和减小极板间距可增加反应面积，减小系统电阻，有利于减弱极化现象，从而改善电极易钝化的问题。当处理器尺寸和处理能力一定时，本发明可节省电耗30％～60％，延长电极寿命1～2倍。本发明可解决电絮凝方法普遍存在的耗电量大、电极易钝化、电极更换周期短等问题。

Description

一种极板可滑动的高密度电絮凝装置及其使用方法

技术领域

本发明涉及水净化技术领域，具体为一种极板可滑动、高电极密度的电絮凝装置及其使用方法。

背景技术

电絮凝技术用于处理废水，具有处理效果好、废渣量少、水质适应性强等优点，可应用于多个行业的废水处理。例如：处理电镀厂废水、选矿厂废水、冶炼厂废水、造纸厂废水、油田废水、石油化工废水、纺织厂废水、屠宰场废水、食品和饮料厂废水、生活废水、垃圾渗滤液等。

电絮凝技术用于废水处理具有很好的应用前景，但是目前的电絮凝装置普遍存在以下问题：1)电极表面积较小，电流密度较大，阳极极板容易钝化；2)阳极极板寿命较短(一般不大于1000小时)，频繁更换电极会造成不便，降低处理效率，增加维护成本；3)工作电压较高，耗电量较大(处理每吨水耗电量一般不小于1kWh)。

发明内容

本发明的目的在于提供一种极板可滑动的高密度电絮凝装置及其使用方法，用以解决目前的电絮凝装置普遍存在的电极易钝化、耗电量大、阳极寿命短等问题。

本发明的技术方案是：

一种极板可滑动的高密度电絮凝装置，该电絮凝装置由不锈钢外壳和装填在不锈钢外壳内部的电极组组成，电极组由阳极板、阴极板以及阳极板、阴极板之间的双性电极构成，极板间相互平行，不使用用于固定极板的卡槽，电极可沿垂直于极板的方向滑动。

所述的极板可滑动的高密度电絮凝装置，极板竖直放置在固定于不锈钢外壳内部不锈钢台阶的增强型聚四氟垫片上，电极组与不锈钢外壳之间用绝缘隔板隔开。

所述的极板可滑动的高密度电絮凝装置，电极组一侧平行于极板设置扁平气囊，电极组的极板间用塑料螺帽或平行于极板的塑料条隔开；极板装填完后，向平行于极板的扁平气囊充气使电极组胀紧并固定；拆卸电极组时，将扁平气囊中的气体排出，取出电极。

所述的极板可滑动的高密度电絮凝装置，该电絮凝装置包括：阳极板、阴极板、双性电极、不锈钢外壳、出水口、进水口、渣斗、排渣口、不锈钢台阶、增强型聚四氟垫片、扁平气囊、绝缘隔板，具体结构如下：

不锈钢外壳内的下部对称设有不锈钢台阶，不锈钢台阶上设置增强型聚四氟垫片，电极组设置于不锈钢外壳中的增强型聚四氟垫片上，不锈钢外壳中的底部空腔为渣斗，渣斗底面开有排渣口，不锈钢外壳的侧面下部开有进水口，不锈钢外壳的侧面上部开有出水口；电极组中的一个横向侧面与不锈钢外壳之间设置扁平气囊，电极组中的阳极板、阴极板、双性电极以及扁平气囊两端分别搭设于增强型聚四氟垫片上，阳极板、阴极板、双性电极以及扁平气囊的两端与不锈钢外壳之间分别设置绝缘隔板。

所述的极板可滑动的高密度电絮凝装置的使用方法，电絮凝装置工作时，含重金属离子的废水从进水口进入电絮凝装置，然后自下向上从极板之间流过，重金属离子在电化学作用下转化为细小的金属或金属氧化物颗粒，与阳极板形成的高活性氢氧化物结合，并通过沉淀的方式从水中分离，达到去除水中重金属的目的；最后从出水口流出，即完成电化学处理，进入下一步工序。

所述的极板可滑动的高密度电絮凝装置的使用方法，电化学处理过程产生的絮体大部分随水流从出水口流出，少部分在重力的作用下下沉至渣斗，根据需要从排渣口排出。

所述的极板可滑动的高密度电絮凝装置的使用方法，预调工业废水pH值为3～8，采用电流密度0.5～15mA/cm²，极板间距为1～4mm，每小时处理水量为处理器体积的10～30倍，水流速率为3～20mm/s，出水静置时间不少于60min。

所述的极板可滑动的高密度电絮凝装置的使用方法，与传统电絮凝装置相比，工作电压降低50～70％，耗电量降低30～60％，电极寿命提高1～2倍。

所述的极板可滑动的高密度电絮凝装置的使用方法，与传统电絮凝装置相比，电流密度减小40％～60％、水中离子的扩散路径缩短30～80％，同时可使水的相对流速提高一倍以上，改善电极极化和钝化问题。

所述的极板可滑动的高密度电絮凝装置的使用方法，以铁、铝、镁或其合金作为阳极材料，以不锈钢板为阴极材料。

本发明的设计思想是：

本发明的关键在于避免使用用于固定极板的卡槽，采用塑料螺帽或平行于水流方向的塑料条来隔开极板和保持极板间距。极板直接竖直放置在处理器内的增强型聚四氟乙烯台阶上，可沿极板法线(垂直于极板)方向滑动。利用处理器内置的扁平气囊胀紧并固定极板，极板间用塑料螺帽或沿水流方向的塑料条隔开，极板间距与塑料螺帽或塑料条的厚度相当。

传统的电絮凝装置一般用塑料卡槽固定极板，极板间距受卡槽、极板材料力学性能和安装精度限制，一般大于5mm。极板间距大造成极板间电阻大、离子扩散路径长、电极装填密度小、电极总表面积小等缺点，从而导致电絮凝装置出现工作电压高、耗电量大、阳极易钝化、使用寿命短等问题。

本发明基于上述问题进行优化，设计了一种可以改善当前电絮凝装置普遍存在的阳极易钝化、耗电量大、电极使用寿命短等问题的新型电絮凝装置，对于进一步提高电絮凝方法的实用性具有重要意义。

本发明的优点及有益效果如下：

1、本发明省去固定卡槽，采用增强聚四氟乙烯台阶和可充、排气的扁平气囊，极板可活动，安装、拆卸方便。

2、采用本发明可将极板间距减小至1～4mm，使工作电压降低50～70％，耗电量降低30～60％。

3、采用本发明可增加电极的表面积，减小极板表面的电流密度，缩短水中离子的扩散路径，增加水的相对流速，从而改善电极极化和钝化现象。

4、采用本发明可提高电极装填密度1～2倍，从而使电极的使用寿命增加1～2倍，有利于延长极板更换周期，提高设备运行效率，降低维护成本。

总之，本发明提供一种新型电絮凝装置，该装置不使用固定卡槽，极板可沿其法线方向滑动，极板间用塑料螺帽或塑料条隔开。所有极板装入外壳后，利用平行于极板的扁平气囊将极板固定，同时起到阻止水漏过的作用。相比现有的电絮凝装置，本装置的极板间距大大减小，可使电极装填密度增加1～2倍。增加电极装填密度和减小极板间距可增加反应面积，减小系统电阻，有利于减弱极化现象，从而改善电极易钝化的问题。当处理器尺寸和处理能力一定时，本发明可节省电耗30％～60％，延长电极寿命1～2倍。从而，可解决电絮凝方法普遍存在的耗电量大、电极易钝化、电极更换周期短等问题。

附图说明

图1(a)-图1(c)为本发明中电絮凝装置示意图。其中，图1(a)为电极组示意图；图1(b)为主视图；图1(c)为左视图。

图中标记：1—阳极板，2—阴极板，3—双性电极，4—不锈钢外壳，5—出水口，6—进水口，7—渣斗，8—排渣口，9—不锈钢台阶，10—增强型聚四氟垫片，11—扁平气囊，12—绝缘隔板。

图2(a)-图2(b)为本发明所述新型电絮凝装置与传统电絮凝装置采用不同阳极材料，不同工作电流时处理每吨水的耗电量。其中，图2(a)对应传统装置，极板间距为8mm；图2(b)对应新型装置，极板间距为1.2mm。装置均用65×65×600mm的不锈钢方管为外壳制成，处理水量均为30L/小时。

图3(a)-图3(e)为三个实施例中新型电絮凝装置与传统电絮凝装置的技术参数对比(图中新装置指本发明电絮凝装置，传统装置指传统电絮凝装置)。其中，图3(a)为工作电压对比，图3(b)为处理每吨水所消耗的电量对比，图3(c)为极板电流密度对比，图3(d)为水在电絮凝装置中的流速对比，图3(e)为阳极极板使用寿命对比。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步详细描述。

如图1(a)-图1(c)所示，本发明用于处理工业废水的电絮凝装置由不锈钢外壳4和装填在不锈钢外壳4内部的电极组组成，主要包括：阳极板1、阴极板2、双性电极3、不锈钢外壳4、出水口5、进水口6、渣斗7、排渣口8、不锈钢台阶9、增强型聚四氟垫片10、扁平气囊11、绝缘隔板12等，具体结构如下：

电极组由阳极板1、阴极板2以及阳极板1、阴极板2之间的双性电极3构成，所有极板竖直放置在固定于不锈钢台阶9的增强型聚四氟垫片10上，极板间相互平行，电极组与不锈钢外壳4之间用绝缘隔板12隔开。极板装填完后，向平行于极板的扁平气囊11充气以将电极组胀紧并固定，电极组的极板间用塑料螺帽或塑料条隔开。需要拆卸电极组时，将扁平气囊中的气体排出，即可取出电极。不锈钢外壳4内的下部对称设有不锈钢台阶9，不锈钢台阶9上设置增强型聚四氟垫片10(如：碳纤维增强聚四氟乙烯垫片)，电极组设置于不锈钢外壳4中的增强型聚四氟垫片10上，不锈钢外壳4中的底部空腔为渣斗7，渣斗7底面开有排渣口8，不锈钢外壳4的侧面下部开有进水口6，不锈钢外壳4的侧面上部开有出水口5。电极组中的一个横向侧面与不锈钢外壳4之间设置扁平气囊11，电极组中的阳极板1、阴极板2、双性电极3以及扁平气囊11两端分别搭设于增强型聚四氟垫片10上，阳极板1、阴极板2、双性电极3以及扁平气囊11的两端与不锈钢外壳4之间分别设置绝缘隔板12。

本发明不使用用于固定电极组极板的固定卡槽，电极组的极板可沿垂直于极板的方向滑动，极板(阳极板1、阴极板2、双性电极3)竖直放置于装有增强型聚四氟垫片10的不锈钢台阶9上，极板间互相平行。采用平行于极板的扁平气囊11胀紧并固定极板，极板间用塑料螺帽或平行于极板的塑料条隔开，以保持适当的极板间距。极板装填完毕后向扁平气囊中充气可胀紧并固定极板，极板间距可小至1～4mm，电极填装密度可比普通电絮凝装置提高1～2倍。新型电絮凝装置工作时，含重金属离子的废水从进水口6进入电絮凝装置，然后自下向上从极板之间流过，重金属离子在电化学作用下转化为细小的金属或金属氧化物颗粒，与阳极板1形成的高活性氢氧化物结合，并通过沉淀的方式从水中分离，达到去除水中重金属的目的。最后从出水口5流出，即完成电化学处理，进入下一步工序。电化学处理过程产生的絮体大部分随水流从出水口5流出，少部分在重力的作用下下沉至渣斗7，聚集到一定的量时从排渣口8排出。整个处理过程不产生任何有害因素，出水静置澄清检测合格后即可排放。其中，

预调工业废水pH值为3～8(优选为5～7)，采用电流密度0.5～15mA/cm²(优选为1～8mA/cm²)，极板间距为1～4mm(优选为1.2～2mm)，每小时处理水量为处理器体积的10～30倍(优选15～20倍)，水流速率为3～20mm/s(优选为5～15mm/s)，出水静置时间不少于60min(优选为60～120min)。

本发明所述装置在处理过程中阳极钝化不明显，且耗电量小，仅为传统电絮凝装置的40～70％，可使电流密度减小40％～60％、水中离子的扩散路径缩短30～80％，同时可使水的相对流速提高一倍以上，可改善电极极化和钝化问题。与传统电絮凝装置相比，电极使用寿命可延长1～2倍。

本发明中，可选择铁、铝、镁及其合金作为阳极材料，其中铝、镁合金以重金属(铜、镉、锌等)含量低的牌号为好，比如：Mg99.00、Mg99.50、AZ31、1100、1200等。

实施例一

以两个65×65×600mm的不锈钢方管为外壳，2mm厚的碳钢板为阳极和双性电极，2mm厚的不锈钢板为阴极，制作电絮凝装置。未装电极时装置的容积均为2L。用一个外壳制作传统的电絮凝装置(装置1)，极板间距为6mm，可装7片极板。另一个外壳做成本发明所述装置(装置2)，极板间距为1.2mm，可装19片极板。

某选矿厂含砷废水原始砷浓度为22.3mg/L，分别用装置1和装置2对其进行处理。具体步骤为：

用生石灰调节pH值至5后，分别以30L/小时的速率进入装置1和装置2，工作电流均设为4A。此时，装置1的工作电压为5.2V，极板电流密度为3mA/cm²，水流速率为3.1mm/s；装置2的工作电压为3.1V，极板电流密度为1.2mA/cm²，水流速率为6.8mm/s。经装置1和装置2处理后的废水分别排放至澄清池1和澄清池2，经60min静置后，取样检测出水中的砷浓度。检测结果表明，在上述条件下，装置1和装置2均可使含砷废水中的砷含量降至排放标准(0.5mg/L)以下。其中，装置1出水砷含量为0.11mg/L，装置2出水砷含量为0.06mg/L。

由此可见，单位时间处理水量和工作电流相同时，装置2的除砷性能与装置1的除砷性能相当，但装置2的工作电压(3.1V)明显低于装置1的工作电压(5.2V)。相应的，装置2处理每吨水的耗电量(0.42kwh)也仅为装置1的60％。在上述条件下，装置1的阳极使用寿命为529小时，而装置2的阳极使用寿命为1237小时，装置2的极板更换周期为装置1的2.34倍。

实施例二

以两个65×65×600mm的不锈钢方管为外壳，3mm厚的镁合金板(牌号：AZ31)为阳极和双性电极，2mm厚的不锈钢板为阴极，分别制作一个传统的电絮凝装置(装置3)和本发明所述的电絮凝装置(装置4)。未装电极时装置的容积均为2L。装置3极板间距为5mm，可装7片极板。装置4极板间距为1.5mm，可装15片极板。

某冶炼厂废水中锌、镉超标，原始锌浓度为44.7mg/L，镉浓度为16.9mg/L，pH值为3.8，分别用装置3和装置4对其进行处理。具体步骤为：

原水不经调pH值直接进入装置3和装置4，进水速率为30L/小时，工作电流为6A。此时，装置3的工作电压为4.4V，极板电流密度为4.5mA/cm²，水流速率为3.6mm/s；装置4的工作电压为2.9V，极板电流密度为2.2mA/cm²，水流速率为5.9mm/s。经装置3和装置4处理后的废水分别排放至澄清池3和澄清池4，经60min静置后，取样检测出水中的锌、镉浓度。检测结果表明，装置3出水的锌、镉浓度值分别为0.3mg/L和0.08mg/L，装置4出水的锌、镉浓度值分别为0.44mg/L和0.07mg/L，均符合排放标准。

由此可见，单位时间处理水量和工作电流相同时，装置4的除锌、镉性能与装置3的除锌、镉性能相当，但装置4的工作电压(2.9V)低于装置3的工作电压(4.4V)，装置4处理每吨水的耗电量(0.58kwh)仅为装置3的66％。在上述条件下，装置3的阳极使用寿命为385小时，装置4的阳极使用寿命为807小时，装置4的极板更换周期为装置3的2.1倍。

实施例三

以两个110×110×600mm的不锈钢方管为外壳，2mm厚的铝板(牌号：1100)为阳极和双性电极，2mm厚的不锈钢板为阴极，分别制作一个传统的电絮凝装置(装置5)和本发明所述的电絮凝装置(装置6)。未装电极时装置的容积均为6L。装置5极板间距为11mm，可装8片极板。装置6极板间距为1.5mm，可装27片极板。

分别用装置5和装置6处理某含铜23.5mg/L的电镀废水。具体步骤为：

原水用氢氧化钠调节pH值至6后进入装置5和装置6进行处理，进水速率为60L/小时，工作电流为12A。此时，装置5的工作电压为9.8V，极板电流密度为5.1mA/cm²，水流速率为1.9mm/s；装置6的工作电压为4.6V，极板电流密度为1.5mA/cm²，水流速率为3.7mm/s。经处理后的废水排放至澄清池，经60min静置后，取样检测出水中的铜含量。检测结果表明，装置5和装置6出水中铜的浓度值分别为0.45mg/L和0.38mg/L，符合排放标准。

由此可见，单位时间处理水量和工作电流相同时，装置6的除铜性能与装置5相当，但装置6的工作电压(4.6V)明显低于装置5的工作电压(9.8V)，装置6处理每吨水的耗电量(0.92kwh)仅为装置5的42％。在上述条件下，装置5的阳极使用寿命为343小时，而装置6的阳极使用寿命为946小时，装置6的极板更换周期为装置5的2.76倍。

如图2(a)-图2(b)所示，当处理水量一定时，采用铁、铝、镁中的任何一种作为阳极材料，在不同工作电流下，新型电絮凝装置都比传统电絮凝装置更为省电，其处理每吨水的耗电量约为后者的40～70％。

如图3(a)-图3(e)所示，采用铁、铝、镁中的任何一种作为阳极材料，新型电絮凝装置都表现出工作电压低、耗电量少、电流密度小、水流速高、电极寿命长等优点。

实施例结果表明，本发明中的新型电絮凝装置可有效去除工业废水中的锌、镉、铜、砷等重金属离子，去除率可达95％以上。与传统的卡槽固定极板式电絮凝装置相比，新型电絮凝装置具有工作电压低、耗电量少、电极使用寿命长等优点，适用于冶金、采矿、电镀、金属加工等行业的废水处理。

Claims

1.一种极板可滑动的高密度电絮凝装置，其特征在于，该电絮凝装置由不锈钢外壳和装填在不锈钢外壳内部的电极组组成，电极组由阳极板、阴极板以及阳极板、阴极板之间的双性电极构成，极板间相互平行，不使用用于固定极板的卡槽，电极可沿垂直于极板的方向滑动；

该电絮凝装置包括：阳极板、阴极板、双性电极、不锈钢外壳、出水口、进水口、渣斗、排渣口、不锈钢台阶、增强型聚四氟垫片、扁平气囊、绝缘隔板，具体结构如下：

2.按照权利要求1所述的极板可滑动的高密度电絮凝装置，其特征在于，极板竖直放置在固定于不锈钢外壳内部不锈钢台阶的增强型聚四氟垫片上，电极组与不锈钢外壳之间用绝缘隔板隔开。

3.按照权利要求1所述的极板可滑动的高密度电絮凝装置，其特征在于，电极组一侧平行于极板设置扁平气囊，电极组的极板间用塑料螺帽或平行于极板的塑料条隔开；极板装填完后，向平行于极板的扁平气囊充气使电极组胀紧并固定；拆卸电极组时，将扁平气囊中的气体排出，取出电极。

4.一种权利要求1至3之一所述的极板可滑动的高密度电絮凝装置的使用方法，其特征在于，电絮凝装置工作时，含重金属离子的废水从进水口进入电絮凝装置，然后自下向上从极板之间流过，重金属离子在电化学作用下转化为细小的金属或金属氧化物颗粒，与阳极板形成的高活性氢氧化物结合，并通过沉淀的方式从水中分离，达到去除水中重金属的目的；最后从出水口流出，即完成电化学处理，进入下一步工序。

5.按照权利要求4所述的极板可滑动的高密度电絮凝装置的使用方法，其特征在于，电化学处理过程产生的絮体大部分随水流从出水口流出，少部分在重力的作用下下沉至渣斗，根据需要从排渣口排出。

6.按照权利要求4所述的极板可滑动的高密度电絮凝装置的使用方法，其特征在于，预调工业废水pH值为3～8，采用电流密度0.5～15 mA/cm²，极板间距为1～4 mm，每小时处理水量为处理器体积的10～30倍，水流速率为3～20 mm/s，出水静置时间不少于60 min。

7.按照权利要求6所述的极板可滑动的高密度电絮凝装置的使用方法，其特征在于，与传统电絮凝装置相比，工作电压降低50～70%，耗电量降低30～60%，电极寿命提高1～2倍。

8.按照权利要求6所述的极板可滑动的高密度电絮凝装置的使用方法，其特征在于，与传统电絮凝装置相比，电流密度减小40%～60%、水中离子的扩散路径缩短30～80%，同时可使水的相对流速提高一倍以上，改善电极极化和钝化问题。

9.按照权利要求6所述的极板可滑动的高密度电絮凝装置的使用方法，其特征在于，以铁、铝、镁或其合金作为阳极材料，以不锈钢板为阴极材料。