CN104803455B - 一种处理废水用的电絮凝设备和电絮凝方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种处理废水用的电絮凝设备，其包括上下连通的圆柱形外筒(1)和锥形筒(6)，以及将二者分隔开的水平布置的旋转圆盘(10)；其中所述电絮凝设备外筒(1)的轴线处设有阴极棒(4)，在该阴极棒(4)外围同心布置有第一筒状阳极(2)和第二筒状阳极(3)，在第一筒状阳极(2)和第二筒状阳极(3)之间的环形空间内堆积有多个铁铝合金块(8)。本发明还公开了使用上述设备的电絮凝方法。本发明的设备和方法，具有废水与阳极接触面积大、阳极损耗小、阳极不易结垢和“二维卷扫”提高絮凝效率的优点。
Description
技术领域
本发明属于工业废水处理设备和处理方法领域。
背景技术
絮凝法是处理工业废水的常见方法。常规的化学絮凝法是向废水中加入各种絮凝剂，例如聚合氯化铝、聚合氯化铁、聚合硫酸氯化铝铁等，这些絮凝剂中的铁离子或铝离子均容易水解生成氢氧化铁或氢氧化铝，并且随着其量的增多而发生絮凝沉淀，在絮凝沉淀过程中，通过吸附和卷扫作用，将废水中的颗粒状物质和一些可吸附物质转移到絮凝物中，起到净化废水的作用。但化学絮凝法往往向废水中引入其它阴离子，例如氯离子或硫酸根离子，这些额外引入的离子，最后也需要除去，带来了后续处理的麻烦。
近年来，为了避免化学絮凝法的上述缺陷，开发了电絮凝法。其原理是将铁、铝或铁铝合金作为电解池的阳极并浸没在废水中，通过阳极氧化作用释放铁离子和/或铝离子,进而水解成氢氧化铁和/或氢氧化铝,发生絮凝沉淀。其除了铁离子或铝离子的来源不同外，基本原理和过程与化学絮凝法相同。
电絮凝法处理废水时，常面临具体操作上的困难。一个困难是，废水中的胶体物质或有机粘稠物质容易作为淤泥沉积在阴极和阳极上，糊住了阴极和阳极，如果不定期清理，会严重影响阴阳极与废水的接触，降低电极效率。通常采用机械法和超声法进行清理，但这样的清理很费时费力，且要么对电极表面造成伤害，要么需要安装额外的超声设备，增加成本。另一个困难是阳极逐步消耗后的更换问题，在工业化的大型电絮凝设备中，常常使用上百个并排安装的具有特定几何形状的阳极板，废水在其中多次折返穿过，因阳极板个数多且具有特定几何形状以及与其它零部件的特定空间安装关系，其消耗后的更换是一件工作量巨大的事情。
因此，废水处理领域迫切需要一种新型的电絮凝设备处理系统和处理方法，能够避免或消除上述缺陷。
发明内容
本发明的第一方面提供了一种处理废水用的电絮凝设备，其包括上下连通的圆柱形外筒1和锥形筒6，以及将二者分隔开的水平布置的旋转圆盘10；其中所述电絮凝设备外筒1的轴线处设有阴极棒4，在该阴极棒4外围同心布置有第一筒状阳极2和第二筒状阳极3，在第一筒状阳极2和第二筒状阳极3之间的环形空间内堆积有多个铁铝合金块8。
在本发明的第一方面的优选实施方案中，在所述锥形筒6内通过支腿14支撑有水平的固定圆盘12，其中心处设有电机5，该电机5通过旋转轴11驱动所述旋转圆盘10的旋转，进而带动第一筒状阳极2和第二筒状阳极3旋转。
在本发明的第一方面的优选实施方案中，所述固定圆盘12外缘与所述锥形筒6之间留有环隙。
在本发明的第一方面的优选实施方案中，所述阴极棒4、第一筒状阳极2和第二筒状阳极3各自独立地安装在位于旋转圆盘10上的多组电极安装槽101内。
在本发明的第一方面的优选实施方案中，所述第一筒状阳极2和第二筒状阳极3都具有壁孔7，所述旋转圆盘10和所述固定圆盘12都具有底孔102。这些壁孔和底孔的作用是使废水保持流通。
在本发明的第一方面的优选实施方案中，所述第一筒状阳极2和第二筒状阳极3在材质上各自独立地为能够在电解作用下溶解并产生铝离子或铁离子的材料，例如铁块、铝块、铁铝合金、Fe-Si合金，Fe-Sn合金等等，优选铁铝合金，更优选铁。
在本发明的第一方面的优选实施方案中，所述铁铝合金块8无序堆积并与所述第一筒状阳极2和第二筒状阳极3均接触。所述铁铝合金块可以作为牺牲阳极使用，减缓或者避免了第一筒状阳极2和第二筒状阳极3的溶解消耗，从而延长了阳极使用时间，也避免了频繁更换电极板。
本发明的第二方面提供了一种电絮凝的方法，其包括以下步骤：
使废水流入电絮凝设备，所述电絮凝设备包括上下连通的圆柱形外筒1和锥形筒6，以及将二者分隔开的旋转圆盘10；其中所述电絮凝设备外筒1的轴线处设有阴极棒4，在该阴极棒4外围同心布置有第一筒状阳极2和第二筒状阳极3，在第一筒状阳极2和第二筒状阳极3之间的环形空间内堆积有多个铁铝合金块8；在所述锥形筒6内水平地设有固定圆盘12，其中心处设有电机5，其通过旋转轴11驱动所述旋转圆盘10的旋转，进而带动第一筒状阳极2和第二筒状阳极3旋转；所述第一筒状阳极2、第二筒状阳极3和所述铁铝合金块8均在外加直流电源作用下释放出铁离子和铝离子，并水解生成氢氧化铁和氢氧化铝胶体，并使得废水中的固体颗粒物质随所述胶体絮凝沉淀。
在本发明的第二方面的优选方案中，所述铁铝合金块8作为牺牲阳极使用，并且在其消耗过程中可随时由外界予以补充。这种补充可以通过简单地加入铁铝合金块来实现，其操作简单易行。
在本发明的第二方面的优选方案中，所述旋转圆盘10带动所述第一筒状阳极2和第二筒状阳极3旋转，对待处理的废水进行搅拌。这种搅拌作用使得废水中的胶体物质和有机粘稠物不容易沉积在电极表面上，有利于保持电极表面的干净，维持电极效率不至于过快下降。此外，旋转搅拌还提高了絮凝剂的絮凝效率，原本絮凝物只是在下落过程中吸附和絮凝其它杂质，没有径向运动过程；搅拌后，絮凝物除了上下方向外，还能在径向方向上进行絮凝，相当于“二维卷扫”，提高了絮凝效率。此外，旋转搅拌还产生一定的离心力，能促使絮凝物被甩向电絮凝设备外筒内壁处，并顺着第二筒状阳极3与电絮凝设备外筒1之间的间隙下滑，并在进入锥形筒6后，絮凝物继续沿着固定圆盘12与锥形筒6之间的环隙下滑到锥形筒底部，积攒到一定量后从底部的絮凝物出口13排出。
对待处理的废水进行搅拌也是逆本领域技术人员常规思路而行的，因为通常为了促进絮凝物沉淀，技术人员更希望废水是静止的或者缓慢流动的，并不希望对废水进行搅拌处理。而本发明恰恰提供这种搅拌，并取得了上述有益效果。
本发明的优点如下：
1.阳极采用第一筒状阳极和第二筒状阳极这种筒形设置，增大了废水与阳极的接触面积。此外，以无序堆积的铁铝金属块作为牺牲阳极，进一步增大了废水与阳极的接触面积，提高电流效率。
2.以旋转圆盘带动第一筒状阳极和第二筒状阳极旋转，进而带动废水旋转，冲刷电极表面，使其不易被污垢所污染。且废水旋转促使絮凝物从单一的向下沉降卷扫能力变为向下和径向都具有卷扫能力，相当于变成二维卷扫，既提高了絮凝效率，又相当于提供了离心分离的作用，促进卷扫后絮凝物与废水的及时分离。
3.以铁铝合金块作为牺牲阳极，大大减缓或避免了筒状阳极的消耗，延长了筒状阳极的使用寿命，避免频繁更换的麻烦。该铁铝合金块可以方便地随时从外界补充。
附图说明
图1是本发明的电絮凝设备的示意图。
图中附图标记含义如下：
1-圆柱形外筒；2-第一筒状阳极；3-第二筒状阳极；4-阴极棒；5-电机；6-锥形筒；7-壁孔；8-铁铝合金块；9-出水口；10-旋转圆盘；101-电极安装槽；102-底孔；11-旋转轴；12-固定圆盘；13-絮凝物出口；14-支腿。
具体实施方式
以下结合实施例和附图对本发明做进一步详细说明，实施例仅限于说明本发明，而非对本发明的限定。
实施例1：
将CODcr为3321.17mg/L的医药废水从上方通入如图1所示的电絮凝设备中进行电絮凝处理。其中所述CODcr是指采用重铬酸钾(K2Cr2O7)作为氧化剂测定出的化学耗氧量，即重铬酸盐指数。所述电絮凝设备中，阴极棒材质为铁，第一筒状阳极和第二筒状阳极的材质均为铁，各种形状不规则的铁铝合金块8无序堆积在第一筒状阳极和第二筒状阳极之间的环形间隙内。阴极和阳极之间施加110V的直流电压。启动电机并带动旋转圆盘以30rpm的速度旋转。废水在该电絮凝设备中的停留时间约为7分钟，从出水口流出的经处理后的废水，其CODcr降低至1371.64mg/L。出水清澈，说明絮凝物与废水之间得到了有效分离。
本发明的电絮凝设备在连续运行1个月后，取出第一筒状阳极和第二筒状阳极，发现其表面很清洁，只有很少的污垢附着于其上。对第一筒状阳极和第二筒状阳极称重，发现其重量损失仅为初始重量的1.73％。铁铝合金块表面也很清洁，其消耗量为初始重量的39.47％，说明铁铝合金块有效地作为牺牲阳极。此后，可根据需要从外界补充该铁铝合金块。
对比例1
其余工艺条件相同，只是不使用所述铁铝合金块作为牺牲阳极，则在同样工艺条件下连续运行1个月后，所述第一筒状阳极和第二筒状阳极的重量损失为其初始重量的约47.33％左右，以至于废水与阳极的接触面积大大减小，电极效率下降很快，同样的废水停留时间下，出水的CODcr为2346.65mg/L，说明电絮凝效果变差，不得不更换第一筒状阳极和第二筒状阳极。
对比例2
其余工艺条件相同，只是筒状阳极不旋转，那么在同样工艺条件下连续运行1个月后，筒状阳极和铁铝合金块表面附着有大量的污垢，致使电极效率急剧下降，不得不停工进行除垢。此外，出水浊度与实施例1的出水相比有很大增加，说明很多絮凝物未来得及完全沉降就随出水流出了，这给后续处理带来了麻烦。
Claims (8)
1.一种处理废水用的电絮凝设备，其特征在于，其包括上下连通的圆柱形外筒(1)和锥形筒(6)，以及将二者分隔开的水平布置的旋转圆盘(10)；其中所述圆柱形外筒(1)的轴线处设有阴极棒(4)，在该阴极棒(4)外围同心布置有第一筒状阳极(2)和第二筒状阳极(3)，在第一筒状阳极(2)和第二筒状阳极(3)之间的环形空间内堆积有多个铁铝合金块(8)；在所述锥形筒(6)内通过支腿(14)支撑有水平的固定圆盘(12)，在其中心处设有电机(5)，该电机(5)通过旋转轴(11)驱动所述旋转圆盘(10)的旋转，进而带动第一筒状阳极(2)和第二筒状阳极(3)旋转；其中所述第一筒状阳极(2)和第二筒状阳极(3)都具有壁孔(7)，所述旋转圆盘(10)和所述固定圆盘(12)都具有底孔(102)。
2.根据权利要求1所述的电絮凝设备，其特征在于，所述阴极棒(4)、第一筒状阳极(2)和第二筒状阳极(3)各自独立地安装在位于旋转圆盘(10)上的多组电极安装槽(101)内。
3.根据权利要求1所述的电絮凝设备，其特征在于，所述铁铝合金块(8)无序堆积并与所述第一筒状阳极(2)和第二筒状阳极(3)均接触。
4.根据权利要求1所述的电絮凝设备，其特征在于，所述第一筒状阳极(2)和第二筒状阳极(3)各自独立地为铁、铝、铁铝合金、铁硅合金或铁锡合金。
5.根据权利要求1所述的电絮凝设备，其特征在于，所述固定圆盘(12)外缘与所述锥形筒(6)之间留有环隙。
6.一种电絮凝方法，其特征在于，包括以下步骤：
使废水流入电絮凝设备，所述电絮凝设备包括上下连通的圆柱形外筒(1)和锥形筒(6)，以及将二者分隔开的旋转圆盘(10)；其中所述圆柱形外筒(1)的轴线处设有阴极棒(4)，在该阴极棒(4)外围同心布置有第一筒状阳极(2)和第二筒状阳极(3)，在第一筒状阳极(2)和第二筒状阳极(3)之间的环形空间内堆积有多个铁铝合金块(8)；在所述锥形筒(6)内水平地设有固定圆盘(12)，其中心处设有电机(5)，其通过旋转轴(11)驱动所述旋转圆盘(10)的旋转，进而带动第一筒状阳极(2)和第二筒状阳极(3)旋转；所述第一筒状阳极(2)、第二筒状阳极(3)和所述铁铝合金块(8)均在外加直流电源作用下释放出铁离子和铝离子，并水解生成氢氧化铁和氢氧化铝胶体，并使得废水中的固体颗粒物质随所述胶体絮凝沉淀。
7.根据权利要求6所述的电絮凝方法，其特征在于，所述铁铝合金块(8)作为牺牲阳极使用，并且在其消耗将尽时随时由外界予以补充。
8.根据权利要求6所述的电絮凝方法，其中所述旋转圆盘(10)带动所述第一筒状阳极(2)和第二筒状阳极(3)旋转，对待处理的废水进行搅拌。
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