CN104743642A - 一种电解装置及海上生活污水处理系统 - Google Patents

Abstract

一种电解装置，包括以同心圆方式套设在一起的圆筒状的内电极和外电极；所述内电极和外电极筒壁间隙为水流通道；在内外电极的下端口间隙处的进水端自下而上分别设置有旋流装置和紊流装置，水流经旋流装置和紊流装置后进入内外电极间隙间电解后从所述外电极上端开设的出水口处流出。本电解装置水流均匀，电解效率高，电解装置寿命长。使用该电解装置的海上生活污水处理系统，处理量大，处理效率高。

Description

一种电解装置及海上生活污水处理系统

技术领域

本发明涉及到生活污水处理系统，该生活污水处理系统适应于在海洋上作业的船舶、钻井平台、海洋中的岛屿等。尤其是指海上生活污水处理系统中的电解装置及海上生活污水处理系统。

背景技术

随着人类对保护生态环境，控制污染的日益重视，与远洋航行，海上石油勘探、科研的日渐发达。海上生活污水的处理，显得越发重要。而传统的生化/物化处理模式，又存在着诸多弊端。生化处理法一般采用细菌对生活污水中有机物进行分解，然后再加入次氯酸等杀菌剂进行消毒杀菌。生化法一般采用的流程为污水入口、一级曝气、二级接触氧化、沉淀、消毒、排放。其优点是运营费低，一次性投入少。其存在的缺点是装置体积大，处理污水种类单一，没有细菌无法处理污水，需要专业人员进行细菌培养。装置长久不用或维修时间久会导致细菌死亡，再次重启装置时间漫长。物化法是通过对污水中加入消毒药剂进行消毒杀菌，然后对污水进行固液分离进行处理。该方法缺点是需储存大量消毒药剂，且消毒药剂时间长，药效会失效。

目前一般采用电解法，电解法具有氧化机理和灭菌机理的优势。其氧化机理，包括在电解过程中，某些金属氧化物在电化学过程中被氧化成高价态，然后这些高价态物质去氧化有机物。此时高价态有机物被还原成原价态的物质，这样周而复始达到氧化去除污染物的目的。在电解过程中，还产生具有强氧化性的氯酸盐、次氯酸盐、双氧水和臭氧水等强氧化剂去氧化分解有机物。利用电化学反应产生的短寿命的、强氧化性的中间体，包括溶剂化电子、氢氧根等自由基，它们可以氧化降解污染物。

其杀菌机理，包括在氯离子存在的情况下，电解可得次氯酸钠与CLO^—等强氧化剂。在整个消毒过程中是由次氯酸钠发挥了主要的作用。对于有生命的细菌和病毒而言，次氯酸透过细胞壁，氧化其酶系统，（酶为生物催化剂），使其失去活性，使细菌的生命受到障碍而死亡。电解过程中产生的羟基自由基，氧气，过氧化氢等，也对杀菌有着良好的效果。电场具有杀菌的作用，微生物因电场作用急剧生长，结果导致其繁殖系统出现缺陷，繁殖能力降低。电场增强水分子的渗透力，使水分子极易穿过微生物的细胞膜，微生物或因缺水而渴死或因过量水进入体内而胀死。

目前在陆地的生活污水处理大多都是采用对污水直接进行电解，然后絮凝沉淀、过滤。在中国专利200410026589.9中公开了一种电解处理油田污水的方法。在该专利中，通过电极板的串联或并联对油田污水电解，进行杀菌。其电极板之间采用串联、并联、或组合方式，不论是串并联，每个电极板均需由导线进行连接导电连通。该电解处理油田污水的方式比较好，但是还存在一些问题，各电解极板之间均需导线连接，另外，在处理时间长后，在电解极板上会吸附堆积电解后物质，导致电解极板的电解能力钝化，降低电解效率；同时，由于阴阳电极极板间距离小，会导致阴阳极板间堵塞的情况发生。另外，该专利的处理方式为分阶段处理方式，不能进行在线直接处理。

在中国专利201220676384.5中公开了一种电絮凝污水处理系统，该系统是对污水进行电解处理形成小颗粒悬浮物，然后再由澄清离心器进行沉淀，再经过滤处理。该专利中的电解絮凝器其实也是对污水进行电解处理，其存在的问题和上述专利的问题相同，因为电解过程，在电解极板上会吸附堆积大量的电解产物，覆盖电解极板，降低电解效率，严重时，甚至造成电解极板件堵塞。另外，上述两专利均还存在另一问题，在电接处理污水时，污水中含有的大颗粒杂质会在流经电解极板间时，对电解极板造成损坏。

随着电解装置的大量推广使用，电解装置本身存在的问题也慢慢的显露出来。传统的平板式结构，水流通道狭窄，容易堵塞。每运行一段时间后需定时进行冲洗，且效果较差。经常需要将电解装置拆卸后，手动强力冲洗。电极表面易钝化，导致电损耗增加，电解效率低，极板寿命短。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种电解装置及使用该电解装置的海上生活污水的处理系统，其电解效率高，电解极板使用寿命高，且不会发生电解极板堵塞的现象。另外，该处理系统可实现自动化控制及处理系统检测。

本发明为解决上述技术问题，提供的技术方案是一种电解装置，其特征在于包括以同心圆方式套设在一起的圆筒状的内电极和外电极；所述内电极和外电极筒壁间留有间隙；所述外电极下端与下法兰连接；其上端与上法兰连接；所述内电极的上下端分别通过所述下法兰和所述上法兰固定；所述下法兰下端为进水口，在所述外电极上端设置有出水口；在所述下法兰对应所述内电极和外电极的间隙处，所述下法兰下端进水口上方沿着所述下法兰内缘设置有旋流装置，所述旋流装置为沿所述下法兰内缘径向设置的若干倾斜间隔设置的叶片，所述相邻叶片间留有空隙；水流从所述下法兰下端进水口经过所述旋流装置后均匀进入所述内电极和外电极间隙内电解，然后从所述外电极上端开设的出水口处流出。

在所述内电极下端的外径上设置有一圈可转动的紊流装置，所述紊流装置包括沿所述内电极径向设置的数个倾斜设置的紊流叶片，所述紊流装置位于所述旋流装置的上方。

所述上法兰为变径的转换法兰，其大径端与所述外电极上端连接，其小径端与套设在所述内电极上的挡水法兰连接，一定位板抵紧所述内电极上端，并通过螺栓固定在所述挡水法兰上。

在所述下法兰的中心部位设置有限位柱，所述旋流装置设置在所述下法兰内缘与所述限位柱之间的空隙内，所述旋流装置的叶片一侧与所述限位柱固定连接，另一侧与所述下法兰内缘固定连接；所述内电极的下端套设在所述限位柱上限位。

在所述外电极的外壁上设置有超声装置。

所述内电极和所述外电极分别与电极切换装置连接。

本发明提供的另一利用上述电解装置处理海上生活污水的技术方案是一种海上生活污水处理系统，其特征在于包括与灰水和黑水收集管道连通的贮水池装置，所述贮水池装置通过管道与电解装置连通，所述电解装置通过管道与絮凝沉淀装置连通，所述沉淀絮凝装置的沉淀物排出口通过管道与压滤装置连通，所述絮凝沉淀装置的上清液通过管道与过滤装置连通，所述过滤装置通过排放管道分别与达标排放口和贮水池装置连通；所述电解装置包括以同心圆方式套设在一起的圆筒状的内电极和外电极；所述内电极和外电极筒壁间留有间隙；所述外电极下端与下法兰连接；其上端与上法兰连接；所述内电极的上下端分别通过所述下法兰和所述上法兰固定；所述下法兰下端为进水口，其通过所述管道与所述贮水池装置连通；在所述外电极上端设置有出水口，所述出水口通过所述管道与所述沉淀絮凝池装置连通；在所述下法兰对应所述内电极和外电极的间隙处，所述下法兰下端进水口上方沿着所述下法兰内缘设置有旋流装置，所述旋流装置为沿所述下法兰内缘径向设置的若干倾斜间隔设置的叶片，所述相邻叶片间留有空隙；污水从所述下法兰下端进水口经过所述旋流装置后均匀进入所述内电极和外电极间隙内电解，然后从所述外电极上端开设的出水口处流出。

在所述内电极下端的外径上设置有一圈可转动的紊流装置，所述紊流装置包括沿所述内电极径向设置的数个倾斜设置的紊流叶片。

在所述外电极的外壁上设置有超声装置。

所述絮凝沉淀装置包括絮凝沉淀池和及安装在絮凝池上方并与絮凝池连通的絮凝剂加药桶。所述沉淀絮凝剂为非离子型高分子絮凝剂。非离子型高分子絮凝剂优选为聚丙烯酰胺。通过加入絮凝剂，使通过电解杀菌后的溶液中的悬浮物、颗粒物等固体小颗粒物体絮凝后使其沉淀于絮凝沉淀池底部。絮凝沉淀池下部为圆锥形状，圆锥形装底部设置有阀门与压滤装置连通，上部内部设置有倾斜的若干絮凝导向板，保证在絮凝沉淀时，絮凝沉淀池中的液体沿导向板向上倾斜流动，延长絮凝沉淀时间。

在所述过滤装置与达标排水口之间管道上设置有浊度计，所述浊度计靠近所述过滤装置一端。当浊度计浊度超过排放标准时，过滤后的污水重新回贮水池中重新处理。

本发明的电解装置中的内电极和外电极以同心圆方式套设在一起，其通过PLC定时控制电极转换装置，可以使内电极和外电极互为正反极。即在一段时间内内电极为正极，外电极为负极；在另一段时间内，则内电极为负极，外电极为正极。通过PLC控制，可以有效降低内外电极上的电解沉积物的堆积，保证内外电极的使用寿命和电解效率。在电解装置上增加超声装置，可在电解杀菌的同时，流经的污水经超声波作用，实现进一步杀菌，同时，由于超声装置的存在，在电解极板件产生微振动，使易吸附在电极极板上的物质在超声振动下很难吸附在电解极板上，而是随着污水流出电解装置，超声装置的存在，促进了杀菌作用，更阻止了悬浮物质吸附在电解极板上，保护了电解极板的使用寿命和电解效率，也保证了电解装置中的污水的畅通流动。

使用旋流装置和紊流装置，保证污水经旋流装置的间隔倾斜设置的叶片间隙，沿各个倾斜叶片的间隙中流过进入内外电极之间的间隙内时，起到旋流及平均布水的作用，使水流在间隙内流动均匀；当经旋流平均布水后的水流流经紊流装置时，紊流装置受到水流冲击后，其流场中会产生许多小漩涡，能有效的防止进水端大颗粒污染物的积累，及内外电极筒壁上的污物的积累。

在各个法兰连接端均设置有O型橡胶密封装置进行密封，防止污水外流。通过变径的转化法兰与挡水法兰连接，防止污水从内外电极件的间隙中外流。通过定位板卡紧内电极，防止内电极上下移动。在下法兰的中心位置设置有限位柱，旋流装置为塑料材质制作，通过塑料热熔技术设置在限位柱和下法兰内缘之间。内电极下端套设在限位柱外部进行定位，再通过定位板对内电极上端卡紧，防止了内电极的水平及轴向位移。本发明的海上生活污水处理系统通过在线自动化污水处理，利用超声与电解结合进行污水处理具有诸多优点,包括可以在线直接对污水进行处理并达标排放，不需分阶段分模块进行，提高了处理效率；超声和电解结合能够有效清洗电极的表面，防止和驱除电极表面的气泡及容易被吸附在电极上的悬浮物，保持电流顺利通过电极,提高阳离子至阴极的移动速度。电极表面附近的空化核崩溃促使电极附近溶液的连续运动,减少浓度极化,提高电流密度和电流效率，使得电极表面一直处于活化状态或者增加钝化状态的孔蚀，电极表面钝化层的剥离，加速液相质量传递，加快反应速率等。电解和超声的联合运用，各自的处理优势即得到充分发挥，又弥补了单一技术的不足之处，为高效，安全，稳定的处理生活污水提供了可靠的保障。

本发明相比传统生化处理装置，优点是处理量大，处理时间短，控制简便等优势。同时，也解除了生化系统活菌难以培养，容易死亡，处理能力不稳定的弊端。

相比传统物化处理系统，完全用化学药剂去杀灭活菌的方法。本系统加药量少，运行成本低，避免化学品二次污染的优势。

相比较与其他电解处理装置，本系统增加了超声装置，提高了电解效率及电解槽的使用寿命，同时实现本系统操控的自动化。

附图说明

图1，海上生活污水处理系统的流程结构示意图。

图2，电解装置的外形结构示意图。

图3，电解装置立体结构示意图，包括电解装置的下端，内电极、下法兰和外电极下端连接处的分解结构示意图。

图4，图3中A部分，即电解装置的下端，内电极、下法兰和外电极下端连接处的局部放大结构示意图。

图5，单独极板超声作用十小时的电压走势图。

具体实施方式

   针对本发明的技术方案，现结合图示进行具体说明。本发明的海上电解式生活污水处理系统主要包括贮水池1、电解装置3、絮凝沉淀装置4、压滤装置5、过滤装置6，参看图1至图4，其中。

贮水池装置1，在其中安装搅拌器，用以对贮水池中的容纳物进行搅拌，使其混合均匀不产生沉淀，同时容纳物中一些易碎的物质通过搅拌使其碎化。在贮水池中安装有液位测量装置，检测液位。原始的黑水（来自厕所未经处理的污水）和灰水（来自淋浴、厨房和洗涤槽排处的所有废水）分别通过管道流至贮水箱汇集。贮水箱中的搅拌器，对进入贮水池的污水进行混合搅拌，使污水均匀混合，不产生沉淀。贮水池在海上平台时采取箱式结构，在海岛上可以采取砌筑的固定池结构，可依工作环境不同而有所不同。贮水池装置也可以采用其他结构方式。在贮水池与电解装置之间设置有回流管道（未图示），该回流管道一端与贮水池向电解装置输送污水的管道连通，另一端与贮水池连通。当需调节从贮水池向电解装置输送的污水流量时，可以通过调节回流管道的阀门开度的大小，调节污水输送流量。

电解装置3，通过泵将贮水池中的粉碎混合后的生活污水经管道输送进入电解装置3中。在贮水池中设置有过滤装置，贮水池中粉碎混合后的污水经过滤装置后，由管道将污水送至电解装置3中。电解装置3包括外电极31、内电极32、下法兰33、上法兰34。外电极31为中空圆筒状，在外电极的上下两端分别设置有与上下法兰连接的连接端面；在外电极的上部靠近连接端面处开设有出水口35，出水口35通过管道与絮凝沉淀池连通。在外电极的外部设置有超声装置（未图示），超声装置为超声发生器，其为若干个，可根据需要分布在外电极外部的各个区域。通过超声装置实现杀菌的同时，也通过超声波带来的微小震动，减少内电极和外电极上的沉淀物堆积。内电极32为中空圆筒状，其外径比外电极内径小；其长度比外电极长度长。在内电极32的下端外径上，套设有紊流装置36。在紊流装置上下套设有自润滑轴承，对紊流装置进行定位支承。紊流装置36为沿内电极外径的径向方向依次倾斜设置的数个叶片，每个叶片沿内电极径向方向，都具有一定弧度，相邻两叶片间均留有间隙。因此，紊流装置的外缘表现为凹凸有序的外缘。紊流装置的最大外径大于内电极外径，小于外电极的内径。当污水流经紊流装置时，在冲击紊流装置后，会形成许多个小漩涡，由于旋流冲击力，能够有效的防止进水端大颗粒污染物的堆积，及在内电极和外电极的圆筒壁上的污物的堆积。内电极和外电极以同心圆的方式套设在一起，并通过下法兰、上法兰固定形成圆筒状的电解装置，在内电极和外电极之间留有供污水流过的间隙。下法兰33，其与外电极下端的连接端面连接固定，在其连接面间设置有O型密封圈，防止污水从法兰与外电极连接端面出流出。在下法兰正对内电极的中空部设置有限位柱331，其外径与内电极的内径匹配。内电极的下端套设在限位柱上进行位置限定，防止其前后左右移动。在限位柱331外径与下法兰内缘之间设置有一圈旋流装置37。旋流装置37为沿着下法兰内缘周边，即沿着径向方向依次倾斜间隔设置的若干叶片组成。每个叶片均以一定倾斜角度与限位柱外径和下法兰内缘之间固定连接，相邻两叶片之间留有倾斜的间隙，供污水流过。旋流装置的材质为高强度塑料，通过塑料热熔法固定连接在限位柱和下法兰内缘之间。由若干倾斜叶片组成的旋流装置37正对由内电极和外电极之间形成的间隙。下法兰下端为进水口，其与贮水池连通的给电解装置输送污水的管道连通，因此，旋流装置即处于污水进入电解装置的进水端的上方。由于旋流装置的围绕下法兰的内缘周边设置叶片间具有倾斜间隙，因此，污水从管道处进入旋流装置时，污水流经均匀分布各个叶片间的倾斜间隙流入内电极和外电极之间的间隙中时，其水流经过重新分布，流速和流量变的更均匀，保证污水流在电极装置中的流速不会忽高忽低，提高电解质量。上法兰34为变径的转换法兰，其大径端的内径与外电极的内径相匹配，其小径端的内径与内电极的外径相匹配。上法兰34套设在内电极的外部，其大径端与外电极上端的连接端面连接固定，在其连接端面间设置有O型密封圈。其小径端与套设在内电极外部的挡水法兰38连接固定。在上法兰小径端和挡水法兰之间设置有O型密封圈，该O型密封圈套设在内电极上，通过上法兰小径端与挡水法兰连接固定，该O型密封圈阻止外电极和内电极之间的污水从内电极、上法兰、挡水法兰之间流出。在内电极的上端面处设置有定位板39，该定位板39抵靠住内电极，通过螺栓将定位板固定在挡水法兰和上法兰的小径端上。通过定位板，对内电极的轴向进行定位。在本发明中，内电极和外电极的极性还可以进行转换。内电极和外电极分别与极性转化装置连接。极性转化装置可以通过与电解电源的正负极连接的简单的电路来实现外电极和内电极的极性转换。通过极性转换装置，在设定的一段时间后，极性转换装置通过自动控制，改变外电极和内电极的极性，例如，内电极为正极，其与电解电源的正极连接，外电极为负极，其与电解电源的负极连接；在运行一段时间后，通过极性转换装置电路，使内电极与电解电源负极连接变为负极，是外电极与电解电源的正极连接变为正极。实现电极极性的反转。通过电解装置的极性转化，可以有效去除堆积在电极上的堆积物，提高电解效率，延长电解装置寿命。

内电极和外电极一般采用不溶性钛作为极板基体,用热沉积氧化法或电镀法引入活性层。此类极板具有耐腐蚀、导电性能好、寿命长等优点,对有机污染物氧化具有较好的电催化性能。采用该类电极,电解过程中,只有电气浮和电化学氧化两种效应,运行过程中,不需更换电极,操作方便。另外此电极不仅对有机物降解具有较高的效率,而且还具备良好的导电性和十分稳定的化学、电化学性能。在电解装置上还设置有电流自动调节装置，其可以调节电流使其稳定在某一所需数值。

在电解过程中，某些金属氧化物在电化学过程中被氧化成高价态，然后这些高价态物质去氧化有机物。此时高价态有机物被还原成原价态的物质，这样周而复始达到氧化去除污染物的目的。在电解过程还产生具有强氧化性的氯酸盐、次氯酸盐、双氧水 和臭氧等强氧化剂去氧化分解有机物。还可以利用电化学反应产生的短寿命的、强氧化性的中间体，包括溶剂化电子、氢氧根、超氧化氢、氧自由基等自由基，它们可以氧化降解污染物。在电解过程中又会产生强烈的杀菌作用，其杀菌机理，包括：

a：在氯离子存在的情况下，电解可得次氯酸钠与次氯酸根等强氧化剂。在整个消毒过程中是由次氯酸钠发挥了主要的作用。对于有生命的细菌和病毒而言，次氯酸透过细胞壁，氧化其酶系统，（酶为生物催化剂），使其失去活性，使细菌的生命受到障碍而死亡。

b：电解过程中产生的羟基自由基，氧气，过氧化氢等，也对杀菌有着良好的效果。

c: 电场具有杀菌的作用，微生物因电场作用急剧生长，结果导致其繁殖系统出现缺陷，繁殖能力降低。

d:电场增强水分子的渗透力，使水分子极易穿过微生物的细胞膜，微生物或因缺水而渴死或因过量水进入体内而胀死。

在发生电解的同时，超声装置同样作用于污水。主要有以下五方面处理作用：

a:超声机械效应

超声波在媒质中传播时引起的媒质的振动,使位移速度加快,分子碰撞速度加快,同时空化气泡在崩灭时，促使传声媒质质点产生较大的瞬时速度和加速度，对质点施加较大的冲击力，从而引起剧烈振动，这种剧烈振动在宏观上表现出强大的液体剪切力,会导致分子链断裂，起到降解有机高分子的作用。

b:高温热分解

是通过热分解反应完成的。对于易挥发的有机物和亲水性物质,主要参加此类反应,由于这些有机物和液体分子易进入到空化泡内,高温高压使其发生热裂解断键作用,即类似燃烧化学反应使其彻底降解。

c:自由基反应

在超声空化产生的局部高温、高压环境下,水被分解产生氢和氢氧根自由基,而溶解在溶液中的气体也可以发生自由基裂解反应产生多种自由基如氮离子和氧离子。这些自由基具有未配对电子，拥有很强的氧化性，会进一步引发有机分子的断链、自由基的转移和氧化还原反应。实验发现,在超声降解过程中,会产生一系列复杂的中间化合物,这与溶液中存在着众多的自由基种类有关。对于疏水性物质和难挥发的有机物,主要参与这类反应,如氢氧根自由基的氧化、加成、取代或氯的消除。

d:等离子化学和高级氧化

在空化泡的内表面上,其温度和压力都超过了临界条件(647K，22.1MPa)在空化泡内表面形成临界流体，它具有类似气体的良好的流动性,同时又有远大于气体的密度,因此具有许多独特的理化性质。因此，在空化泡表面层的水分子形成超临界水，它具有低介电常数、高扩散性及高传输能力等特性，是一种理想的反应介质，有利于有机污染物降解速率的增加。在这种临界状态下,废水中所含的有机物有可能被分解成水、二氧化碳等简单无害的小分子。

絮凝沉淀装置4，通过管道与电解装置连通。在与电解装置连接的管道上设置有余氯在线测试仪。絮凝沉淀装置包括絮凝沉淀池和安装与絮凝沉淀池上的絮凝剂加药桶。絮凝沉淀池下部为圆锥形底部。经絮凝沉淀池絮凝沉淀后的沉淀物沉淀在絮凝沉淀池的圆锥形底部，在圆锥形底部下面开设有沉淀物排污口，沉淀物排污口通过管道与压滤装置5连通。絮凝沉淀池经过絮凝沉淀后的上清液通过管道输送至过滤装置6中进行过滤。上清液也可以通过溢流进入过滤装置6中。为了加快絮凝沉淀，通过絮凝剂加药桶向絮凝沉淀池中泵入絮凝剂，促使小颗粒絮凝成大颗粒沉淀。絮凝剂为非离子型高分子絮凝剂，优选为浓度为1%的聚丙烯酰胺作为絮凝剂。

压滤装置5，通过管道与絮凝沉淀池底部连通。絮凝沉淀池沉淀的沉淀物间隔一定时期，打开阀门，将沉淀物排放至压滤装置中进行压滤，压滤后的滤饼进行装袋。压滤后的滤液通过管道回流至贮水池中。

过滤装置6，为袋式过滤器，通过管道与絮凝沉淀池连通。在絮凝沉淀池与过滤装置连通的管道上分别安装有还原剂加药桶和余氯在线测试仪。过滤装置通过排放管道分别与达标排放口和贮水池连通。在靠近过滤装置的排放管道上安装有浊度计。絮凝沉淀池沉淀后的上清液经管道进入过滤装置后。经过管道上的在线余氯检测仪检测，余氯超标时，则加入还原剂，消减余氯。还原剂一般为为浓度为10%的亚硫酸氢钠。待余氯含量在线检测达标后排放，再经浊度计在线检测达标后通过达标排放口排放；当浊度计检测不达标时，则过滤装置中液体通过管道汇流至贮水池中进行再一次电解沉淀循环直至达标排放。

在各管道上安装的阀门为气动电磁阀。本发明的处理系统均为自动化控制。开始使用以后，除停机检修维护，一般无需人工操作。

正常开机以后，污水原水进入贮水池中，此时，搅拌粉碎机启动将污水中的固体进行粉碎，与液体一起经过滤后，泵入管道中并进入电解装置中电解。在贮水池与电解装置之间设置有回流管路，在回流管路上设有手动阀门能调节流量，使进入电解装置中的流量恒定，且处于最佳工况流量。当调节设定结束以后，此手动阀门开度固定，不需进行二次操作。污水经过电解杀菌处理后，进入沉淀絮凝池中进行絮凝沉淀。当系统正常启动后，絮凝沉淀池进行絮凝剂加药促进污水中小颗粒絮凝沉淀。而沉淀絮凝池底部的排污口与压滤装置相关联。在系统累计运行一段时间后，则排污口打开，压滤装置工作，形成的滤饼装袋，滤液回流至贮水池。

沉淀絮凝池中，上清液溢流通过管道进入过滤装置中过滤。当余氯在线测试仪测试余氯超标时，则加入还原剂进行中和。当余氯值低于设定的最低值时，电解杀菌处理过污水流体中有细菌超标的可能。则产生报警信号，将不合格污水泵入贮水箱，重新处理。当余氯值在设定范围内时（达到排放标准），则阀门打开，经过在线浊度测试仪，若浊度合格，则水质达标，排放。若浊度不合格，则打开旁路，让不合格水回到贮水池中重新处理。

海上生活污水处理系统可与使用单位的中控台相关联，将工作信号传输至中控台，相关人员可以在中控台监测到此系统的运作状态。这样就完成了系统的远程的全程自动化控制，一般无须人员到现场操作。

下面就电解装置上增加超声装置的优点及试验进行描述。大多数有机污染物在阳极氧化时可降解为二氧化碳和水。然而，在电解法处理有机废水，有机物在电极上被氧化或还原时，会在电极表面生成一层聚合物膜，从而改变了电极表面性质，导致电极活性下降和电耗增加等。利用超声波的空化效应，可使电极复活，强化反应物从液相主体向电极表面的传质过程，消除浓差极化等。

超声波辐照液体使液相分子间的吸引力在疏松的半周期内被打破，形成空化泡，生成的空化泡在随后声波正压相作用下迅速崩溃，整个过程发生在纳秒至微秒时间内，气泡快速崩溃伴随着气泡内蒸汽相绝热加热，产生瞬时高温高压。空腔崩溃时的最高温度和压力这种极端高压、高温、高射流是以每秒数万次连续作用产生的，超声空化引起了湍动效应、微扰效应、界面效应，聚能效应。其中湍动效应使边界层减薄，增大传质速率；微扰效应强化了微孔扩散；界面效应增大传质表面积；聚能效应扩大了分离物质分子从而从整体上强化了化工分离强化过程的传质速率和效果。

电解处理过程中，一方面电极表面会形成扩散层，产生浓差极化，浓差过电位的产生以及不断增大的趋势将是我们所不愿看到的；另外，由于电极表面传质速度不高，长时间的连续处理将会使电极表面产生钝化膜层，这样就会直接使电絮凝的处理电流急剧降低，直至处理失效。而超声波的加入，使我们以上所提到的两种情况得到很好的改善。空化气泡在形成与湮灭的瞬间会产生局部的高温高压，超声波在电解处理系统中通过超声能量对电极界面的扰动使电极表面得到清洁，并且使电极附近扩散层内的金属离子得到更新，加快电极表面的传质速度，另外也会对抑制电极的钝化起到积极的作用。 同时，超声波还可使有机物在水溶液中充分地分散，从而大幅提高电解设备的处理能力。

因此，超声与电解结合具诸多优点,这些优点包括能够有效清洗电极的表面，防止和驱除电极表面的气泡，保持电流顺利通过电极,提高阳离子至阴极的移动速度。电极表面附近的空化核崩溃促使电极附近溶液的连续运动,减少浓度极化,提高电流密度和电流效率，使得电极表面一直处于活化状态或者增加钝化状态的孔蚀，电极表面钝化层的剥离，加速液相质量传递;加快反应速率等。

电解和超声的联合运用，各自的处理优势即得到充分发挥，又弥补了单一技术的不足之处，为高效，安全，稳定的处理生活污水提供了可靠的保障。

下面为增加超声装置后的部分实验数据，进一步说明超声装置在电解式处理海上生活污水中不可比拟的作用。

为了确定超声对钝化膜的抑制效果，进行了如下实验。实验仪器包括：PH计、型号PHB-5、上海伟业仪器厂，稳压直流电源、型号PS3050、深圳市安泰信电子有限公司，计量泵、型号A152—92T、美国米顿罗公司，万用表、型号MY—60、深圳华谊仪表有限公司，特斯拉计、型号HT20、上海亨通磁电科技有限公司，电子天平、型号JA2003、上海精密科学仪器有限公司，超声波发生器、型号投入式超声波振板BWP-1004、苏州博瑞勒超声波设备有限公司，电导率仪、型号HI98301（DIST1）笔式电导、上海精密仪器仪表有限公司，时间继电器、型号星三角时间继电器、无锡市飞沪电气有限公司，玻璃温度计、常州市新华仪表厂。

极板钝化实验

在不使用超声辐照的情况下，单独使用极板电解十小时，记录电压变化情况。电导率实验前480μs实验后460μs

表一 没有超声处理的单独极板时电压随时间变化关系

由表一数据可见，在不使用超声时，电压一直在升高，这就是电化学中的钝化现象，这种现象大大影响了电解处理效果。具体趋势可以从图5中看出，电压一直在稳步升高，钝化效果一直在加重。其电压与时间关系的一级比例常数为3.767*10^-3。而从能耗方面考虑，就是电耗随时间一直在增加。在使用电化学进行污水处理时，希望减小或者去除这种影响，那样电耗将会有很大降低，处理成本将下降，这样有益于技术的推广和应用。

超声频率的影响

电导率实验前480μs实验后410μs，参看表二，极板加超声处理，超声频率28KHZ，超声功率140W作用。

表二，增加超声处理后电压随时间变化关系

以上实验均采用恒定量的循环水进行试验，水量为14L，流速为40L/h，电流密度稳定在28.57A/m2。由表一和表二的实验数据对比可知，在未加入超声装置前，电压随电解时间慢慢上升。加入超声后电压随时间稳步下降。钝化膜的产生使得电阻的增加，进而导致电压升高。而超声装置的加入电压呈现出了不同趋势，超声对钝化有很好效果。超声除了能很好的减缓甚至去除钝化，防止通道淤塞，其本身还具有极强的杀菌作用。

Claims (9)

1.一种电解装置，其特征在于包括以同心圆方式套设在一起的圆筒状的内电极和外电极；所述内电极和外电极筒壁间留有间隙；所述外电极下端与下法兰连接；其上端与上法兰连接；所述内电极的上下端分别通过所述下法兰和所述上法兰固定；所述下法兰下端为进水口，在所述外电极上端设置有出水口；在所述下法兰对应所述内电极和外电极的间隙处，所述下法兰下端进水口上方沿着所述下法兰内缘设置有旋流装置，所述旋流装置为沿所述下法兰内缘径向设置的若干倾斜间隔设置的叶片，所述相邻叶片间留有空隙；水流从所述下法兰下端进水口经过所述旋流装置后均匀进入所述内电极和外电极间隙内电解，然后从所述外电极上端开设的出水口处流出。

2.根据权利要求1所述的电解装置，其特征在于在所述内电极下端的外径上设置有一圈可转动的紊流装置，所述紊流装置包括沿所述内电极径向设置的数个倾斜设置的紊流叶片,所述紊流装置位于所述旋流装置的上方。

3.根据权利要求1所述的电解装置，其特征在于所述上法兰为变径的转换法兰，其大径端与所述外电极上端连接，其小径端与套设在所述内电极上的挡水法兰连接，一定位板抵紧所述内电极上端，并通过螺栓固定在所述挡水法兰上。

4.根据权利要求1所述的电解装置，其特征在于在所述下法兰的中心部位设置有限位柱，所述旋流装置设置在所述下法兰内缘与所述限位柱之间的空隙内，所述旋流装置的叶片一侧与所述限位柱固定连接，另一侧与所述下法兰内缘固定连接；所述内电极的下端套设在所述限位柱上限位。

5.根据权利要求1所述的电解装置，其特征在于在所述外电极的外壁上设置有超声装置。

6.根据权利要求1所述的电解装置，其特征在于所述内电极和所述外电极分别与电极切换装置连接。

7.一种海上生活污水处理系统，其特征在于包括与灰水和黑水收集管道连通的贮水池装置，所述贮水池装置通过管道与电解装置连通，所述电解装置通过管道与絮凝沉淀装置连通，所述沉淀絮凝装置的沉淀物排出口通过管道与压滤装置连通，所述絮凝沉淀装置的上清液通过管道与过滤装置连通，所述过滤装置通过排放管道分别与达标排放口和贮水池装置连通；所述电解装置包括以同心圆方式套设在一起的圆筒状的内电极和外电极；所述内电极和外电极筒壁间留有间隙；所述外电极下端与下法兰连接；其上端与上法兰连接；所述内电极的上下端分别通过所述下法兰和所述上法兰固定；所述下法兰下端为进水口，其通过所述管道与所述贮水池装置连通；在所述外电极上端设置有出水口，所述出水口通过所述管道与所述沉淀絮凝池装置连通；在所述下法兰对应所述内电极和外电极的间隙处，所述下法兰下端进水口上方沿着所述下法兰内缘设置有旋流装置，所述旋流装置为沿所述下法兰内缘径向设置的若干倾斜间隔设置的叶片，所述相邻叶片间留有空隙；污水从所述下法兰下端进水口经过所述旋流装置后均匀进入所述内电极和外电极间隙内电解，然后从所述外电极上端开设的出水口处流出。

8.根据权利要求7所述的海上生活污水处理系统，其特征在于在所述内电极下端的外径上设置有一圈可转动的紊流装置，所述紊流装置包括沿所述内电极径向设置的数个倾斜设置的紊流叶片。

9.根据权利要求7所述的海上生活污水处理系统，其特征在于在所述外电极的外壁上设置有超声装置。