CN106430454B - 一种基于电化学原理的废水处理装置及方法 - Google Patents

Abstract

一种基于电化学原理的废水处理装置，包括反应槽、电极A、电极B、电极固定条、电极支撑柱、搅拌桨、转动轴，反应槽为筒形，反应槽的上下两端设有法兰和法兰盖，转动轴通过轴承安装在法兰盖的中心位置处，电极支撑柱固定在反应槽的下部法兰盖上，电极A和电极B交替叠放在电极支撑柱的上端，在电极A和电极B之间放置搅拌桨，电极A和电极B的中心孔大于转动轴的直径，搅拌桨的中心孔与转动轴的外径相配合，电极固定条的一侧固定在反应槽的内壁上，另一侧卡在电极A和电极B圆周上的凹槽中。本发明极板间距自适应调节，保持极板间距保持不变，采用双向脉冲电源，防止电极钝化，搅拌桨加速极板上离子和气泡的迁移，并刮除极板上粘附物。

Description

一种基于电化学原理的废水处理装置及方法

技术领域

本发明涉及环境工程领域，尤其涉及一种基于电化学原理的废水处理装置及方法。

背景技术

电化学技术因具有多功能性、高度灵活性、无污染或少污染性、易控制性，逐步应用于电镀，化工、制药、印染和造纸等多种化工废水及水净化方面。目前，主要有以下几种电化学技术与设备：(1)微电解，主要是铁屑和活性炭在酸性条件下构成无数的原电池，利用微电解反应去除废水中的污染物。该技术存在反应速度慢，反应器容易堵塞，铁屑和酸碱量投加量大等缺点；(2)电催化氧化，采用具有高电位和催化活性的阳极直接氧化废水中的污染物，该技术电极消耗大且电极昂贵，成本较高；(3)电渗析，是在电场中添加选择性透过膜，将污染物进行分离，它的缺点是运行过程中容易产生浓度极差化造成设备结垢，降低处理效率同时增加能耗；(4)电絮凝，是在通电条件下，金属阳极产生阳离子并形成絮凝剂，对污染物产生絮凝去除，同时电极之间发生氧化还原分解污染及气浮作用分离污染物。电絮凝因具有设备简单被广泛应用于废水处理领域，但是也存在电耗大，极板钝化的问题，在应用受到一定的限制。

随着电极材料的开发、反应设备的研制及对传统电化学工艺的改进，电絮凝设备在能耗和极板钝化问题有所改善，但是，随着反应的进行，电极板的消耗，极板间距不能自适应的自动调整，导致极板间距越来越大。反应生成的金属氧化物(CaO、MgO等)和较强粘附性的物质包裹电极不易去除，导致电化学设备处理效率降低，能耗骤然上升，只能清洗或更换电极，设备维护频率高。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于电化学原理的废水处理装置及方法，随着电化学反应的进行，极板间距自适应自动调节，保持极板间距和处理效果；通过加速极板上离子和气泡的迁移，同时除去极板上粘附物质，延长设备的使用寿命，降低运行能耗。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案实现：

一种基于电化学原理的废水处理装置，包括反应槽、电极A、电极B、电极固定条、电极支撑柱、搅拌桨、转动轴，反应槽为筒形，反应槽的上下两端设有法兰和法兰盖，在法兰盖的中心位置处安装有轴承，转动轴通过轴承安装在反应槽上下法兰盖的中心位置处，电极支撑柱固定在反应槽的下部法兰盖上，电极A和电极B交替叠放在电极支撑柱的上端，在电极A和电极B之间放置搅拌桨，电极A和电极B的中心孔大于转动轴的直径，搅拌桨的中心孔与转动轴的外径相配合，电极A、电极B和搅拌桨沿转动轴方向可自由滑动，电极固定条的一侧固定在反应槽的内壁上，另一侧卡在电极A和电极B圆周上的凹槽中。

在所述反应槽的上端设置有出水口，在反应槽的下端设置有进水口和排污口；在反应槽的上下两端分别设置有上、下电源接线柱，上、下电源接线柱分别与最上端的电极和最下端的电极连接。

所述电极A上设有一个大中心孔，电极A的圆周上对称设置有两个凹槽。

所述电极B上设有一个大中心孔，大中心孔的周边均匀分布若干个小孔，电极B的圆周上对称设置有两个凹槽。

在所述搅拌桨桨叶的端部设置有滑动滚珠，滑动滚珠与上下两端的电极滚动连接。

一种采用基于电化学原理的废水处理装置的废水处理方法，首先废水由进水口进入反应槽内，如果电极A设置在最底端，则废水从电极A的大中心孔向上流动，再通过相邻电极B的四周小孔向上流出，再由上端的电极A的大中心孔向上流动，如此反复，使水流形成折流自下而上流动；如果电极B设置在最底端，则废水从电极B的四周小孔向上流出，再通过相邻电极A的大中心孔向上流动，再由上端的电极B的四周小孔向上流出，如此反复，水流仍然可以形成折流自下而上流动；

废水充满反应槽后，通过上下电源接线柱连接220V或380V、50Hz的双向脉冲电源，输出电流密度为1A/m²-100A/m²，输出频率为100Hz-5000Hz，占空比10％-90％；同时转动转动轴带动搅拌桨旋转，转速为10r/min-100r/min；

废水在反应槽中的停留时间为5min-60min，最后经过处理后的废水和生成的絮凝物经出水口排出。

与现有的技术相比，本发明的有益效果是：

一种基于电化学原理的废水处理装置及方法，极板间距自适应调节，保持极板间距保持不变，设备处于最佳的处理状态，同时采用双向脉冲电源，防止电极钝化，正、负电极均匀损耗，延长设备寿命，降低设备能耗。极板间搅拌桨的转动提高水的湍流加速极板上离子和气泡的迁移，同时刮除极板上粘附物质，保持极板不被污染。是一种低能耗、高效率的高浓度难降解废水处理装置。

附图说明

图1是本发明一种基于电化学原理的废水处理装置的结构示意图；

图2是电极A的俯视图；

图3是电极B的俯视图；

图4是搅拌桨的俯视图。

图中：1-进水口、2-反应槽、3-电极固定条、4-法兰盖、5-法兰、6-电极支撑柱、7-排污口、8-下电源接线柱、9-电极A、9-1大中心孔、10-电极B、10-1小孔、10-2大中心孔、11-搅拌桨、11-1中心孔、12-滑动滚珠、13-出水口、14-轴承、15-转动轴、16-上电源接线柱。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施方式进一步说明：

如图1-图4所示，一种基于电化学原理的废水处理装置，包括反应槽2、电极A9、电极B10、电极固定条3、电极支撑柱6、搅拌桨11、转动轴15，反应槽2为筒形，反应槽2的上下两端设有法兰5和法兰盖4，在法兰盖4中心位置处安装有轴承14，转动轴15通过轴承14安装在反应槽2上下法兰盖4的中心位置处，电极支撑柱6固定在反应槽2的下部法兰盖4上，电极A9和电极B10交替叠放在电极支撑柱6的上端，在电极A9和电极B10之间放置搅拌桨11，电极A9和电极B10的中心孔大于转动轴15的直径，搅拌桨11的中心孔11-1与转动轴15的外径相配合，电极A9、电极B10和搅拌桨11沿转动轴15方向可自由滑动，电极固定条3的一侧固定在反应槽2的内壁上，另一侧卡在电极A9和电极B10圆周上的凹槽中。

为了能够带动搅拌桨11旋转，转动轴15设置在反应槽2内部的部分的截面为正方形，搅拌桨11的中心孔11-1与之相配合也为正方形。

电极固定条3的设置是为了将电极A9和电极B10定位，防止电极A9和电极B10随着搅拌桨11转动。

法兰盖4通过螺栓与法兰5连接，起到绝缘和密封的作用。

在所述反应槽2的上端设置有出水口13，在反应槽2的下端设置有进水口1和排污口7；排污口7设置在反应槽2底部的法兰盖4上。在反应槽2的上下两端分别设置有上、下电源接线柱16、8，上、下电源接线柱16、8分别与最上端的电极和最下端的电极连接。

见图2，所述电极A9上设有一个大中心孔9-1，电极A9的圆周上对称设置有两个凹槽。

见图3，所述电极B10上设有一个大中心孔10-2，大中心孔10-2的周边均匀分布若干个小孔10-1，电极B的圆周上对称设置有两个凹槽。

见图4，在所述搅拌桨11桨叶的端部设置有滑动滚珠12，滑动滚珠12与上下两端的电极滚动连接。滑动滚珠12的设置可以相对减小搅拌桨11与上下两端电极之间的摩擦力，防止搅拌桨11因被阻滞而损坏。

搅拌桨11的总厚度为3mm-20mm。由于电极A9与电极B10之间的间距既是设置在两个电极之间的搅拌桨11的总厚度，故两个电极之间的间距也为3mm-20mm。

本发明中的电极A9、电极B10和搅拌桨11套接在转动轴15上，与转动轴15滑动连接；同时电极A9和电极B10与设置在两侧的电极固定条3之间也是滑动连接，故而当电极长期使用损耗变薄后，可以自动调节上下位置，使两电极之间的间距永远保持不变，即永远是搅拌桨11的总厚度。

搅拌桨11的转动提高水的湍流，加速极板上离子和气泡的迁移，同时刮除极板上的粘附物质。

反应槽2、法兰5、法兰盖4、搅拌桨11、滑动滚珠12和电极支撑柱6均为绝缘材料。同时转动轴15设置在反应槽2内部的部分镀有一层绝缘材料。

电极A9和电极B10材质为铝、铁或合金材料。可以将电极A9作为阳极，将电极B10作为阴极；也可以将电极B10作为阳极，将电极A9作为阴极。

一种采用基于电化学原理的废水处理装置的废水处理方法，首先废水由进水口1进入反应槽2内，如果电极A9设置在最底端，则废水从电极A9的大中心孔9-1向上流动，再通过相邻电极B10的四周小孔10-1向上流出，再由上端的电极A9的大中心孔9-1向上流动，如此反复，使水流形成折流自下而上流动；如果电极B10设置在最底端，则废水从电极B10的四周小孔10-1向上流出，再通过相邻电极A9的大中心孔9-1向上流动，再由上端的电极B10的四周小孔10-1向上流出，如此反复，水流仍然可以形成折流自下而上流动；

废水充满反应槽2后，通过上下电源接线柱16、8连接220V或380V、50Hz的双向脉冲电源，输出电流密度为1A/m²-100A/m²，输出频率为100Hz-5000Hz，电源占空比为10％-90％；同时转动转动轴15带动搅拌桨11旋转，转速为10r/min-100r/min；

废水在反应槽2中的停留时间为5min-60min，最后经过处理后的废水和生成的絮凝物经出水口13排出。大颗粒的沉淀从排污口7排出。

实施例1：

处理焦化废水，所用焦化废水是生化后二沉池出水。极板间距8mm，阳极和阴极采用铝电极，脉冲电源输入电压220V，输入频率50Hz，电源空占比60％，输出频率3000Hz，输出电流1A/m²，处理时间10min。静置分离去除絮凝物，出水符合炼焦化学污染物排放标准(GB16171-2012)。处理前后水质指标如表1所示。

表1：焦化废水处理后水质指标变化

实施例2：

处理含有多种重金属废水。极板间距10mm，阳极和阴极采用铝电极，脉冲电源输入电压220V，输入频率50Hz，电源空占比70％，输出频率500Hz，输出电流6A/m²，处理时间45min。处理前后水中重金属浓度如表2所示。

表2：重金属废水处理后浓度变化

Claims (4)

1.一种基于电化学原理的废水处理装置，其特征在于，包括反应槽、电极A、电极B、电极固定条、电极支撑柱、搅拌桨、转动轴，反应槽为筒形，反应槽的上下两端设有法兰和法兰盖，在法兰盖的中心位置处安装有轴承，转动轴通过轴承安装在反应槽上下法兰盖的中心位置处，电极支撑柱固定在反应槽的下部法兰盖上，电极A和电极B交替叠放在电极支撑柱的上端，在电极A和电极B之间放置搅拌桨，电极A和电极B的中心孔大于转动轴的直径，搅拌桨的中心孔与转动轴的外径相配合，电极A、电极B和搅拌桨沿转动轴方向自由滑动，电极固定条的一侧固定在反应槽的内壁上，另一侧卡在电极A和电极B圆周上的凹槽中；所述电极A上设有一个大中心孔，电极A的圆周上对称设置有两个凹槽；所述电极B上设有一个大中心孔，大中心孔的周边均匀分布若干个小孔，电极B的圆周上对称设置有两个凹槽。

2.根据权利要求1所述的一种基于电化学原理的废水处理装置，其特征在于，在所述反应槽的上端设置有出水口，在反应槽的下端设置有进水口和排污口；在反应槽的上下两端分别设置有上、下电源接线柱，上、下电源接线柱分别与最上端的电极和最下端的电极连接。

3.根据权利要求1所述的一种基于电化学原理的废水处理装置，其特征在于，在所述搅拌桨桨叶的端部设置有滑动滚珠，滑动滚珠与上下两端的电极滚动连接。

4.一种采用如权利要求1所述的基于电化学原理的废水处理装置的废水处理方法，其特征在于，首先废水由进水口进入反应槽内，如果电极A设置在最底端，则废水从电极A的大中心孔向上流动，再通过相邻电极B的四周小孔向上流出，再由上端的电极A的大中心孔向上流动，如此反复，使水流形成折流自下而上流动；如果电极B设置在最底端，则废水从电极B的四周小孔向上流出，再通过相邻电极A的大中心孔向上流动，再由上端的电极B的四周小孔向上流出，如此反复，水流仍然形成折流自下而上流动；

废水充满反应槽后，通过上下电源接线柱连接220V或380V、50Hz的双向脉冲电源，输出电流密度为1A/m²-100A/m²，输出频率为100Hz-5000Hz，占空比10％-90％；同时转动转动轴带动搅拌桨旋转，转速为10r/min-100r/min；

废水在反应槽中的停留时间为5min-60min，最后经过处理后的废水和生成的絮凝物经出水口排出。