CN104445530A - 脱硫废水的电化学处理装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种脱硫废水的电化学处理装置，其包括电化学处理池、第一极板及第二极板、电极定时转换器、耦合沉淀池、溢流堰以及刮渣组件。该脱硫废水的电化学处理装置组装快捷，无需额外添加化学药剂，操作简单，大大减少了工作人员的工作量，且采用周期性的电极反转，第一极板与第二极板的使用寿命得以延长，电极钝化的问题得以解决，减少了能耗，节省运行费用。
Description
技术领域
本发明涉及废水处理领域，尤其是涉及一种脱硫废水的电化学处理装置。
背景技术
目前世界上的一次能源构成仍以煤炭为主，其消耗量占总能源的70％左右。火力发电厂以动力煤作为主要燃料，会产生大量的污染物质，如就2010年整年，我国的二氧化硫、氮氧化物排放总量分别为2267.8万吨、2273.6万吨，位居世界第一，烟粉尘排放量为1446.1万吨，均远超出环境承载能力，造成环境污染，如雾霾、硫酸型烟物等一次和二次污染，严重影响人类健康及生厂生活活动，因此需要控制电厂燃煤烟气的排放。石灰石-石膏湿法作为一种高效脱硫技术，在多年的技术累积和改进中已成为一种主流工艺。当使用湿法技术冲刷来自燃煤产生的烟道脏气流时，许多烟气中的有害物质由气相中以溶解性或固体形式进入到液相中形成脱硫(FGD)废水。脱硫废水中包含着Hg、Pb、Cd和As等重金属和类金属，高浓度悬浮物和SO4 2-、F-、Cl-等无机离子，并且其浓度达到有害的地步。如果这些脱硫废水未能有效的处理将会危害环境和人体健康。因此在很多电厂采取不同的方法处理脱硫废水，以期达到污水排放标准或实现循环回用，其中应用最广泛的方法为物理化学法，如絮凝沉淀法。物理化学法主要通过加入石灰或Ca(OH)2调节pH，再加入有机硫TMT-15、PFC、PAM等进行反应絮凝澄清，最后进行中和以达到去除作用。然而由于脱硫废水的水质变化快，使用传统的絮凝沉淀法无法达到去除微量重金属的目的，且大量使用药剂，不仅需要付出高额的处理成本，也可能在水体中引入本不存在的污染物，造成二次污染。
发明内容
基于此，有必要提供一种可节约成本且能够去除多种微凉重金属离子的脱硫废水的电化学处理装置。
一种脱硫废水的电化学处理装置，包括：
电化学处理池，具有底壁以及相对设置的第一侧壁和第二侧壁；所述第一侧壁与所述底壁配合设有多个第一极板安装槽；所述第二侧壁与所述底壁配合设有多个第二极板安装槽；所述电化学处理池从所述底壁的一端至另一端依次为进水端和出水端；
第一极板及第二极板，分别插设在所述第一极板安装槽及所述第二极板安装槽内；所述第一极板与所述第二极板间隔设置；位于所述出水端的极板为所述第一极板，该第一极板与所述第二侧壁紧密接触且该第一极板的下部在靠近所述第二侧壁的位置开设有出水口，上部比相邻的所述第二极板的上部低形成出渣口；其余的所述第一极板与所述第二侧壁之间以及所有的所述第二极板与所述第一侧壁之间均设有间隙，该间隙配合所述第一极板与所述第二极板之间的间隙形成过水通道；
电极定时转换器，两个输出端分别与所述第一极板及所述第二极板电连接，用于定时反转所述第一极板与所述第二极板的电性；
耦合沉淀池，通过所述出水口与所述电化学处理池连通，具有沉淀部、位于所述沉淀部上的絮凝部以及位于所述絮凝部上的澄清部；
溢流堰，设在所述耦合沉淀池内，且堰口位于所述澄清部，所述溢流堰具有用于与外界接通的出水通道；以及
刮渣组件，包括导板、刮渣板以及驱动件，所述导板设在耦合沉淀池上且一端与所述出水端的所述第一极板的上部齐平设置，所述驱动件用于驱动所述刮渣板沿所述导板滑动将从所述出渣口流出的浮渣刮除。
在其中一个实施例中，所述底壁的上表面为台阶结构，且从所述进水端至所述出水端高度依次降低；所述台阶结构的台阶面包括平面部及斜面部，所述平面部在所述过水通道的拐角处靠近相应的所述第一侧壁或所述第二侧壁，所述斜面部为从所述平面部延伸至相应的所述第一侧壁或所述第二侧壁的台阶面部分，且沿着所述过水通道，所述斜面部的高度越来越低。
在其中一个实施例中，所述斜面部倾斜的斜率为5～10°。
在其中一个实施例中，位于所述出水端的所述第一极板为石墨板，其余所述第一极板包括铁极板和铝极板，且所述铁极板与所述铝极板间隔设置；所述第二极板为石墨板。
在其中一个实施例中，所述电化学处理装置还包括设在所述第一侧壁上的第一导电条以及设在所述第二侧壁上的第二导电条，所述第一极板与所述第一导电条电连接，所述第二极板与所述第二导电条电连接，所述第一导电条及所述第二导电条分别与所述电极定时转换器的两个输出端电连接。
在其中一个实施例中，所述电极定时转换器的电极反转时间控制在1～5分钟。
在其中一个实施例中，所述电化学处理池的材质为20～30mm厚度的聚苯乙烯板。
在其中一个实施例中，所述沉淀部为漏斗状结构。
在其中一个实施例中，除位于所述出水端的所述第一极板外，其余的所述第一极板及所有的所述第二极板的上部齐平设置。
在其中一个实施例中，位于所述出水端的所述第一极板的上部比相邻的所述第二极板的上部低1～3cm。
上述脱硫废水的电化学处理装置组装快捷，无需额外添加化学药剂，操作简单，大大减少了工作人员的工作量，且采用周期性的电极反转，第一极板与第二极板的使用寿命得以延长，电极钝化的问题得以解决，减少了能耗，节省运行费用。电化学处理池中通过电絮凝作用释放出Al或Fe与惰性阴极电解产生的OH-反应生成多核络合物，再聚合成絮凝剂，将水中重金属和SO4 2-、F-、Cl-等污染物絮凝沉淀下来，并且通过阳极氧化、阴极还原反应降低COD和阴极产气的作用将一些重金属和悬浮物质气浮到水面上进一步实现污染物的去除。当反转电极后，进行电解作用，阳极产生氧气氧化Fe2+形成Fe3+使絮凝剂有更好的絮凝和沉降效果，阴极可以将Cl-还原为Cl2，实现脱盐。从而，经过以上电化学处理可以实现多变水质中微量重金属的去除。
附图说明
图1为一实施方式的脱硫废水的电化学处理装置的结构示意图；
图2为图1中电化学处理池、第一极板板及第二极板板的分解示意图；
图3为图1中电化学处理池、第一极板板及第二极板板的俯视图。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。
需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
如图1所示，一实施方式的脱硫废水的电化学处理装置10包括电化学处理池100、电极组件200、电极定时转换器300、耦合沉淀池400、溢流堰500以及刮渣组件600。
请结合图1、图2和图3，本实施方式的电化学处理池100呈长方体形状，具有进水端和出水端，优选材质为20～30mm厚度的聚苯乙烯板制作成型。电化学处理池100上部开口，包括底壁110、第一侧壁120、第二侧壁130及第三侧壁140。第一侧壁120与第二侧壁130相对设置。第三侧壁140设在进水端，具有进水通道142，用于与外接抽水泵144等连接。第一侧壁120与底壁110配合设有多个第一极板安装槽102。第二侧壁130与底壁110配合设有多个第二极板安装槽104。
电极组件200包括第一导电条210、第二导电条220、第一极板230以及第二极板240。第一导电条210及第二导电条220分别设在第一侧壁120及第二侧壁130上。第一极板230有多个，与第一极板安装槽102适配，插设在第一极板安装槽102内。第一导电条210与多个第一极板230电连接。第二极板240也有多个，与第二极板安装槽104适配，插设在第二极板安装槽104内。第二导电条220与多个第二极板240电连接。第一极板230与第二极板240间隔且平行设置。位于出水端的极板为第一极板230。该第一极板230与第二侧壁130紧密接触且该第一极板230的下部在靠近第二侧壁130的位置开设有出水口232，如开设高度为3～10cm的缺口形成该出水口232，上部比相邻的第二极板240的上部低形成出渣口234。在本实施方式中，除位于出水端的第一极板230外，其余的第一极板230及所有的第二极板240的上部齐平设置，位于出水端的第一极板230的上部比相邻的第二极板240的上部低1～3cm。其余的第一极板230与第二侧壁130之间以及所有的第二极板240与第一侧壁120之间均设有间隙，该间隙配合第一极板230与第二极板240之间的间隙形成过水通道106。脱硫废水从进水通道142进入，在过水通道106以S形流向推流式前进。
在本实施方式中，底壁110的上表面为台阶结构，且从进水端至出水端高度依次降低。台阶结构的台阶面112包括平面部1122及斜面部1124。平面部1122在过水通道106的拐角处靠近相应的第一侧壁120或第二侧壁130设置。斜面部1124为从平面部1122延伸至相应的第一侧壁120或第二侧壁130的台阶面部分，且沿着过水通道106，斜面部1124的高度越来越低。在优选的实施方式中，斜面部1124倾斜的斜率为5～10°。从进水端至出水端，台阶结构的台阶面112高度依次降低，可以缓解水流压力，避免造成泥沙等沉积造成淤塞。
位于出水端的第一极板230为石墨板，其余第一极板230包括铁极板和铝极板，且铁极板与铝极板交错间隔设置。第二极板240为石墨板。
电极定时转换器300的两个输入端与电源800的两端连接，两个输出端分别与第一导电条210及第二导电条220电连接，用于定时反转第一导电条210与第二导电条220的电性。在本实施方式中，电极定时转换器的电极反转时间控制在1～5分钟。第一导电条210初始设置为阳极，第二导电条220初始设置为阴极，通过设置电极定时转换器300，可以定时转换第一极板230与第二极板240的电性，从而电絮凝和电解过程可以交替进行，便于使脱硫废水中的离子杂质与电极发生充分的电化学反应，并且有利于延长极板的使用寿命，降低成本。
可理解，在其他实施方式中，电极组件200也可以没有第一导电条210与第二导电条220，也可直接将第一极板230及第二极板240分别与电极定时转换器300的两个输出端连接即可。
脱硫污水经进水通道142进入电化学反应池100后，水流在推力作用下，沿过水通道106前进，电絮凝阳极产生亚铁离子、铝离子和氧气，阴极生成氢气和OH-，亚铁离子和铝离子与OH-反应生成多核羟基金属络合物；电解时，阳极产生氯气，阴极继续生成氢气和OH-，使得生成聚合氯化铝(PAC)或聚合氯化铁(PFC)，不仅有絮凝沉淀作用而且有杀菌作用。经这些氧化反应、还原反应、电絮凝和电浮选等电化学处理后的废水经出水口232流入后续的耦合沉淀池400进行进一步的反应和沉淀。
耦合沉淀池400通过出水口232与电化学处理池100连通。耦合沉淀池400具有沉淀部402、位于沉淀部402上的絮凝部404以及位于絮凝部404上的澄清部406。沉淀部402为漏斗状结构，具有排放口，用于收集密度较大的污泥等沉淀物，实现泥、水分离。沉淀部402直接与出水口232连通，用于将出水口232流入的废水进行絮凝反应，产生的沉淀等杂物沉积到沉淀部402。澄清部406位于最上方，污水经絮凝和沉淀后在澄清部406得以澄清。
溢流堰500设在耦合沉淀池400内，且堰口位于澄清部406。溢流堰500具有用于与外界接通的出水通道502，用于与抽水泵504连接，将澄清部406的清水排出。
刮渣组件600包括导板610、刮渣板以620及驱动件630。导板610设在耦合沉淀池400上且一端与出水端的第一极板230的上部齐平设置。驱动件630用于驱动刮渣板620沿导板610滑动将从出渣口234流出的浮渣刮除。
上述脱硫废水的电化学处理装置10组装快捷，无需额外添加化学药剂，操作简单，大大减少了工作人员的工作量，且采用周期性的电极反转，第一极板230与第二极板240的使用寿命得以延长，电极钝化的问题得以解决，减少了能耗，节省运行费用。电化学处理池100中通过电絮凝作用释放出Al3+或Fe2+与惰性阴极电解产生的OH-反应生成多核络合物，再聚合成絮凝剂，将水中重金属和SO4 2-、F-、Cl-等污染物絮凝沉淀下来，并且通过阳极氧化、阴极还原反应降低COD和阴极产气的作用将一些重金属和悬浮物质气浮到水面上进一步实现污染物的去除。当反转电极后，进行电解作用，阳极产生氧气氧化Fe2+形成Fe3+使絮凝剂有更好的絮凝和沉降效果，阴极可以将Cl-还原为Cl2，实现脱盐。从而，经过以上电化学处理可以实现多变水质中微量重金属的去除。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (10)
1.一种脱硫废水的电化学处理装置，其特征在于，包括：
电化学处理池，具有底壁以及相对设置的第一侧壁和第二侧壁；所述第一侧壁与所述底壁配合设有多个第一极板安装槽；所述第二侧壁与所述底壁配合设有多个第二极板安装槽；所述电化学处理池从所述底壁的一端至另一端依次为进水端和出水端；
第一极板及第二极板，分别插设在所述第一极板安装槽及所述第二极板安装槽内；所述第一极板与所述第二极板间隔设置；位于所述出水端的极板为所述第一极板，该第一极板与所述第二侧壁紧密接触且该第一极板的下部在靠近所述第二侧壁的位置开设有出水口，上部比相邻的所述第二极板的上部低形成出渣口；其余的所述第一极板与所述第二侧壁之间以及所有的所述第二极板与所述第一侧壁之间均设有间隙，该间隙配合所述第一极板与所述第二极板之间的间隙形成过水通道；
电极定时转换器，两个输出端分别与所述第一极板及所述第二极板电连接，用于定时反转所述第一极板与所述第二极板的电性；
耦合沉淀池，通过所述出水口与所述电化学处理池连通，具有沉淀部、位于所述沉淀部上的絮凝部以及位于所述絮凝部上的澄清部；
溢流堰，设在所述耦合沉淀池内，且堰口位于所述澄清部，所述溢流堰具有用于与外界接通的出水通道；以及
刮渣组件，包括导板、刮渣板以及驱动件，所述导板设在耦合沉淀池上且一端与所述出水端的所述第一极板的上部齐平设置，所述驱动件用于驱动所述刮渣板沿所述导板滑动将从所述出渣口流出的浮渣刮除。
2.如权利要求1所述的脱硫废水的电化学处理装置，其特征在于，所述底壁的上表面为台阶结构，且从所述进水端至所述出水端高度依次降低；所述台阶结构的台阶面包括平面部及斜面部，所述平面部在所述过水通道的拐角处靠近相应的所述第一侧壁或所述第二侧壁，所述斜面部为从所述平面部延伸至相应的所述第一侧壁或所述第二侧壁的台阶面部分，且沿着所述过水通道，所述斜面部的高度越来越低。
3.如权利要求2所述的脱硫废水的电化学处理装置，其特征在于，所述斜面部倾斜的斜率为5～10°。
4.如权利要求1所述的脱硫废水的电化学处理装置，其特征在于，位于所述出水端的所述第一极板为石墨板，其余所述第一极板包括铁极板和铝极板，且所述铁极板与所述铝极板间隔设置；所述第二极板为石墨板。
5.如权利要求1所述的脱硫废水的电化学处理装置，其特征在于，还包括设在所述第一侧壁上的第一导电条以及设在所述第二侧壁上的第二导电条，所述第一极板与所述第一导电条电连接，所述第二极板与所述第二导电条电连接，所述第一导电条及所述第二导电条分别与所述电极定时转换器的两个输出端电连接。
6.如权利要求1或5所述的脱硫废水的电化学处理装置，其特征在于，所述电极定时转换器的电极反转时间控制在1～5分钟。
7.如权利要求1所述的脱硫废水的电化学处理装置，其特征在于，所述电化学处理池的材质为20～30mm厚度的聚苯乙烯板。
8.如权利要求1所述的脱硫废水的电化学处理装置，其特征在于，所述沉淀部为漏斗状结构。
9.如权利要求1所述的脱硫废水的电化学处理装置，其特征在于，除位于所述出水端的所述第一极板外，其余的所述第一极板及所有的所述第二极板的上部齐平设置。
10.如权利要求9所述的脱硫废水的电化学处理装置，其特征在于，位于所述出水端的所述第一极板的上部比相邻的所述第二极板的上部低1～3cm。
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