CN104944534B - 一种采用中空电极板的废水电氧化装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种采用中空电极板的废水电氧化装置，其包括槽体(1)、位于所述槽体(1)内部的彼此并排布置的多对中空电极板(2)，每对中空电极板(2)彼此隔开一定距离且分别连接电源的正极和负极，每个中空电极板(2)上端具有与其内部空腔连通的开口(3)，每个中空电极板(2)的每个侧壁上均具有若干个壁孔(4)。本发明的废水电氧化装置可以通过依次经由所述开口(3)、所述内部空腔和所述壁孔(4)向废水中喷射流体来有效消除极板钝化并减缓浓差极化现象，使得电氧化效率得到大幅提升。

Description

一种采用中空电极板的废水电氧化装置

技术领域

本发明属于工业废水处理设备领域。

背景技术

废水处理技术多种多样，包括化学沉淀法、氧化还原处理(包括化学还原法和电解法等)、生物处理技术和离子交换法等。

其中所述电解法中包括电化学氧化法，其指的是采用电极材料产生的强氧化性物质去氧化废水中的有机物，进而对其进行矿化或无害化处理的技术。电化学氧化法的作用机理主要是通过电极材料的作用产生超氧自由基(·O2)、H₂O₂、羟基自由基(·OH)等活性基团来氧化水体中的有机物。该方法只发生在水中,且不需另加催化剂,避免了二次污染。由于其可控制性强,无选择性,条件温和等优点,所以对于难生化降解的有机物有比较好的处理效果。但是，电氧化反应器在实际应用中常常遭遇两个问题：一个是极板钝化问题，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。另一个是浓差极化的问题，即，电极板产生的超氧自由基(·O2)、H₂O₂、羟基自由基(·OH)等活性基团，通常只能在距离电极板表面数毫米范围内起作用，而此距离范围之外废水主体中含有的有机物其实是无法接触到这些活性基团的，因此也难以被氧化，除非它们通过扩散作用迁移到电极板附近数毫米范围之内。极板钝化问题和浓差极化问题都导致电氧化效率下降。

针对极板钝化问题，现有技术中大多采用通常采用机械法和超声法对淤积在电极板表面的污垢进行清理，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。针对浓差极化问题，现有技术中多采用缩短电极板之间距离的方法，但这种方法会导致有限的电氧化装置内的空间被大量的电极板所占据，导致废水流通量下降。还有人采用从电氧化装置底部通入空气进行曝气的方法，试图来解决极板钝化和浓差极化问题，但实践表明，通入的空气仍然主要在废水主体中鼓泡，并不能控制它们着重作用到电极板表面上，因此改进效果有限。

因此，废水处理领域迫切需要解决电氧化反应器中的极板钝化问题和浓差极化问题，以提高电氧化的效率。

发明内容

本发明的目的在于提供一种采用中空电极板的废水电氧化装置，其可有效地解决极板钝化问题和浓差极化问题。

本发明的采用中空电极板的废水电氧化装置，包括槽体(1)、位于所述槽体(1)内部的彼此并排布置的多对中空电极板(2)，每对中空电极板(2)彼此隔开一定距离且分别连接电源的正极和负极，每个中空电极板(2)上端具有与其内部空腔连通的开口(3)，每个中空电极板(2)的每个侧壁上均具有若干个壁孔(4)。

在本发明的具体实施方案中，所述开口(3)与外部流体源连通，用于将外部流体经由所述中空电极板内部的空腔和所述壁孔引入到所述中空电极板外部的废水主体中。其中所述外部流体源可以是空气、氧气、二氧化碳、烟道气等气体，也可以是与待处理的废水相同或不同的第二种废水。

在本发明的具体实施方案中，所述壁孔(4)为水平孔或倾斜孔。其中倾斜孔可以是向上倾斜或向下倾斜的孔，优选向下倾斜的孔。

在本发明的具体实施方案中，所述壁孔4的直径可以由技术人员根据需要进行调整，例如可以为0.05mm-0.5mm，优选地为0.05mm-0.2mm，更优选地为0.1mm。

在本发明的优选实施方案中，相邻中空电极板的侧壁上的壁孔(4)彼此相错布置。这种相错布置可以是水平位置相错、竖直位置相错，或二者兼有。

在本发明的具体实施方案中，所述中空电极板(2)为惰性电极或可溶性电极。其中所述惰性电极选自石墨电极、钛电极或不锈钢电极；所述可溶性电极选自铁电极、铝电极或铁铝合金电极。当其为惰性电极时，则本发明的采用中空电极板的废水电氧化装置仅作为电氧化反应器来使用；当其为可溶性电极时，例如铁电极、铝电极或铁铝合金电极。则本发明的采用中空电极板的废水电氧化装置既能作为电氧化反应器来使用，又能作为电絮凝反应器来使用，因为与电源正极连接的那些可溶性电极能够在直流电压作用下溶解出Fe²⁺和/或Al³⁺，Fe²⁺又很容易被氧化成Fe³⁺，它们均可在废水中发生水解产生胶体物质甚至絮凝物并将废水中的悬浮杂质等通过絮凝沉淀作用沉降到反应器底部，实现了废水的净化。

本发明的有益效果如下：由于采用了中空电极板，外部流体可以依次经由所述开口、所述中空电极板的内部空腔和所述壁孔进入到待处理的废水中。当外部流体为高压流体时，由于彼此相对的两块中空电极板的相对的两侧面上的壁孔相错设置，因此从壁孔中高速喷出的流体冲刷对侧的电极板，清除对侧电极板表面上的污泥等粘附物，防止极板钝化以及由于极板钝化造成的电流效率下降；这种高速射流作用还对相邻电极板之间的废水起到搅拌作用，促进废水主体与电极板壁表面的废水的交换，由此减缓浓差极化问题。当外部流体为低压流体时，从壁孔4中逸出的流体可能不足以射流到对侧电极板上，但逸出的流体沿自身电极板壁的上浮可以冲刷该电极板自身的污泥，通过这种自体冲刷的方式防止极板钝化。无论是高压流体还是低压流体，因有一定的压力存在，均可以防止待处理的废水从所述壁孔进入所述中空电极板的内部空腔内，避免污染物在中空电极板内部空腔中的沉积。

附图说明

图1是本发明的采用中空电极板的废水电氧化装置中的中空电极板的结构示意图。

图2是图1中所示的中空多孔极板沿M-M线剖开后并沿箭头所示方向看去的视图。

图3是图1中所示的中空多孔极板沿N-N线剖开后并沿箭头所示方向看去的视图。

图4是图1中所示的中空多孔极板沿K-K线剖开后并沿箭头所示方向看去的视图，其中分别示出了水平壁孔和倾斜壁孔两种各自独立的壁孔布置方式。

图5为本发明的采用中空电极板的废水电氧化装置的示意图，其中示意性地示出了8个中空多孔极板并排放置，其中相邻的壁孔之间相错设置。

图中附图标记含义如下：

1-槽体；2-中空电极板；3-开口；4-壁孔。

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

采用图5所示的采用中空电极板的废水电氧化装置对废水进行电氧化处理，极板材质为钛。待处理的废水为制药企业生物处理后出水，其处理前的指标如下：COD＝326mg/L，pH＝6.69。以1吨每小时的流量流过该废水电氧化装置，相邻中空电极板之间的电压为5.4V，从中空电极板的开口3处通入压缩空气，该空气压力为0.2MPa。实验发现，处理后的废水COD变为78mg/L，COD去除率为76％。该废水电氧化装置连续运行3个月后，COD去除率仅略微下降至75％，并观察到电极板表面几乎没有有机物淤积现象。

对比例1

将实施例1中的废水电氧化装置中的中空电极板替换为普通的实心钛电极板，并且不向废水中通入空气，其余不变，并在与实施例1相同的工艺条件下处理相同的废水。实验发现，处理后的废水COD变为162mg/L，COD去除率为50.3％。该废水电氧化装置连续运行3个月后，COD去除率下降至41％，并观察到电极板表面有明显的有机物淤积现象。说明极板钝化严重，电极的电效率下降。

对比例2

将实施例1中的废水电氧化装置中的中空电极板替换为普通的实心钛电极板，并从该电氧化装置的底部通入空气，其余不变，并在与实施例1相同的工艺条件下处理相同的废水。实验发现，处理后的废水COD变为112mg/L，COD去除率为65.6％。该废水电氧化装置连续运行3个月后，COD去除率下降至48％，并观察到电极板表面有可见的有机物淤积现象。说明极板存在一定的钝化，电极的电效率下降。

从上述实验对比可见，本发明的废水电氧化装置因采用了中空电极板，有效地消除了极板钝化现象，并大大缓解了浓差极化现象，因此，电氧化效率得到大大提升。

Claims (4)

1.一种采用中空电极板的废水电氧化装置，其特征在于，其包括槽体(1)、位于所述槽体(1)内部的彼此并排布置的多对中空电极板(2)，每对中空电极板(2)彼此隔开一定距离且分别连接电源的正极和负极，每个中空电极板(2)上端具有与其内部空腔连通的开口(3)，每个中空电极板(2)的每个侧壁上均具有若干个壁孔(4)；其中相邻中空电极板的侧壁上的壁孔(4)彼此相错地布置。

2.根据权利要求1所述的废水电氧化装置，其特征在于，其中所述壁孔(4)为水平孔或倾斜孔。

3.根据权利要求1所述的废水电氧化装置，其特征在于，所述中空电极板(2)为惰性电极或可溶性电极。

4.根据权利要求3所述的废水电氧化装置，其特征在于，其中所述惰性电极选自石墨电极、钛电极或不锈钢电极；所述可溶性电极选自铁电极、铝电极或铁铝合金电极。