CN107098440A - 一种喷淋式三维电化学装置及废水处理的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种喷淋式三维电解装置，包括储水箱、电解槽、布水系统和布气系统，所述布水系统设置在电解槽上部，所述储水箱中的废水通过管道进入布水系统，所述布气系统设置在电解槽下部。本发明可以有效提高废水中污染物的去除效率，增强了废水处理能力，拓展了废水处理范围，延长了设备使用寿命。

Description

一种喷淋式三维电化学装置及废水处理的方法

技术领域

本发明属于水污染控制技术领域，具体涉及一种电化学技术处理废水装置及方法。

背景技术

三维电极法由于粒子电极可以有效增加电极比表面积,强化传质,进而提高电流效率和时空产率,在废水处理领域得到广泛应用。三维电极法处理废水过程中粒子电极会被极化，粒子两端形成正、负极，可看作是串联的小电解槽，有效槽数越多，电流效率越高，反应效率越高，能耗越低。不过三维电极法的电流效率受到短路电流和旁路电流影响，其中短路电流是指通过粒子接触点而流过的电流，旁路电流是流过电解液的电流。为了减少短路电流，有人采用添加绝缘粒子或在粒子电极上涂覆绝缘物质的办法来减轻粒子聚集程度，增加电阻。然而添加石英砂、玻璃珠等绝缘粒子，由于比重不同导致混合均匀度差，液体流动还造成绝缘粒子与粒子电极摩擦磨损。涂覆绝缘物质这种方法增加了制作工序，绝缘膜也可能会降低粒子电极的比表面积。这两种方法还会减少反应器电解功能区域体积，降低反应器面体比和时空产率。旁路电流在处理高电导率废水时会有很大影响，如高盐废水、电镀线路板行业老化的槽液等，废水电导率越高，旁路电流大，处理过程中大部分电能转化为热能，处理效果差。而关于旁路电流的问题暂时还没有较好的解决方法。

另外，采用三维电极法处理含表面活性剂类废水时，由于通气导致产生大量泡沫，易从反应器溢出，处理效果不佳。而设置泡沫溢流槽或采用负压电解都会增加设备复杂性，因此需要更好的解决方法。

发明内容

为客服现有技术缺陷，本发明公开了一种喷淋式三维电化学装置，通过该装置处理含表面活性剂废水，废水进入设备中即被填料吸附不能形成连续相，从而杜绝泡沫产生，避免泡沫溢散导致设备无法正常使用，提高处理效率。本发明还公开了一种利用喷淋式三维电化学装置处理废水的方法，旨在降低短路电流和旁路电流，解决现有三维电极法处理高电导率废水时存在的电流效率低、能耗大、处理效果差的问题。

本发明公开的喷淋式三维电解装置，包括储水箱、电解槽、布水系统和布气系统，所述布水系统设置在电解槽上部，所述储水箱中的废水通过管道进入布水系统，所述布气系统设置在电解槽下部。

所述电解装置还包括为电解槽提供电源的直流稳压电源，所述电解槽为矩形，在电解槽两端设有平板式正、负集电极，平板式正、负集电极通过导线与直流稳压电源的正、负两极分别相连，在平板式正、负集电极之间填充有粒子电极，粒子电极由多孔支撑板承托。

所述平板式正、负集电极采用石墨、钛板、钛网中的一种，所述粒子电极为颗粒活性炭，粒径在2-5mm，比表面积大于或等于1000㎡/g，中孔率50-70％。所述平板式正、负集电极间距为200-800mm，所述平板式正、负集电极高度为300-1000mm，宽度为60-600mm，厚度为1-30mm。

所述粒子电极填充高度比平板式正、负集电极低10-50mm。

所述布水系统由布水管和喷淋头组成。

在所述储水箱和布水系统之间设有进水泵，通过进水泵将储水箱中的废水泵入布水系统，在进水泵和布水系统之间还设有控制废水流量的液体流量计和流量调节阀。

所述布气系统由布气室、布气主干管、支管、喷头及连接件组成，所述布气室位于电解槽下部，具体是位于多孔支撑板下面，布气室呈矩形，所述布气主干管、支管、喷头及连接件位于布气室内，所述布气主干管通过连接件连接有不少于一个支管，所述喷头设置在支管上。

所述布气系统内的空气是由鼓风机提供空气输送，在鼓风机和布气系统之间设有控制气体流量的气体流量计和流量调节阀。

在电解槽的底板上设置有一斜板，所属斜板和底板之间的夹角为5～8°倾角。

本发明还公开了利用上述喷淋式三维电解装置处理有机废水的方法，包括如下步骤：

(1)通过布气系统对电解槽布气，使空气自下而上均匀穿过粒子电极使粒子电极蓬松，每小时通气量和粒子电极体积比为5：1～100：1；

(2)通过布水系统对电解槽布水，使废水自上而下流过粒状电极，每小时进水量和粒子电极体积比为10：1～1：10；

(3)对电解槽施加直流电压，电压范围为60-100V，使废水在电解槽内发生电化学反应，实现对废水中污染物的处理，处理过的废水从电解槽下部流出。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

(1)本发明通过调节通气量与粒子电极的体积比，使电极粒子保持蓬松填充状态，粒子电极之间接触不紧密，从而减少短路电流；采用喷淋方式进水，使电解槽中废水不形成连续相，从而减少旁路电路，提高电流效率，电耗降低；

(2)由于电解槽内的粒子电极间接触不紧密以及废水在电解槽内不易形成连续相，液相中局外电解质的干扰因素被削弱，使粒子电极形成更多的尖端放电空间，有效提高三维电极法处理高电导率废水中污染物的去除效率，废水处理能力增强；

(3)本发明采用喷淋式进料的方式使废水以微小液滴方式落在粒子填料上，废水在填料上呈现润湿的效果，而不是被废水浸没，因此可以有效控制三维电极法处理表面活性剂类废水时大量泡沫产生，拓展了处理范围；

(4)采用本发明的电解装置，由于电流密度下降，发热现象得到控制，反应器温度可控制在不超过40℃，设备使用寿命长。

附图说明

图1是本发明喷淋式三维电解装置处理有机废水原理图；

图2是图1中布气系统结构示意图。

具体实施方式

下面将通过具体实施例对本发明进行详细说明。

实施例1：喷淋式三维电解装置

本发明的喷淋式三维电解装置结构参考图1，包括储水箱10、布水系统20、电解槽30和布气系统40，所述布水系统20设置在电解槽30上部，所述储水箱10中的废水通过管道进入布水系统20，所述布气系统40设置在电解槽20下部。所述电解装置还包括为电解槽30提供电源的直流稳压电源50，所述电解槽30为矩形，在电解槽30两端设有平板式正、负集电极31、32，平板式正、负集电极31、32通过导线与直流稳压电源50的正、负两极分别相连，在平板式正、负集电极31、32之间填充有粒子电极33，粒子电极33由多孔支撑板34承托。所述平板式正、负集电极31、32采用石墨、钛板、钛网中的一种，所述粒子电极33为颗粒活性炭，粒径在2-5mm之间。所述布水系统20由布水管和喷淋头组成。在所述储水箱10和布水系统20之间设有进水泵60，通过进水泵60将储水箱20中的废水泵入布水系统20，在进水泵60和布水系统20之间还设有控制废水流量的液体流量计70和流量调节阀。所述布气系统40参考图2。布气系统40包括布气室43、布气主干管41、支管42、喷头45、连接件44。鼓风机80为喷淋式三维电解装置提供气源。空气通过鼓风机80、气体流量计、布气主干管41、支管42和喷头45，喷头45流出的高速空气经多孔支撑板34进入粒子电极33层，为粒子电极扰动提供动能，为三维电解反应提供氧气。

本实施例1中的电解槽30由10mm厚度聚丙烯板材加工制成，粒子电极33为柱状椰壳活性炭，碘值：1100-1300mg/g，比重：380-450g/l，强度：＞98％，灰分：＜6％，粒径2-5mm，比表面积大于或等于1000㎡/g，中孔率50-70％。多孔支撑板34为聚丙烯材质，覆盖聚丙烯材质滤网，滤网目数在60-70目。在电解槽的底板上设置有一斜板35，所属斜板35和底板之间的夹角为5～8°，便于排水。进气管直径为20mm，排水管直径为50mm。所述粒子电极33填充层顶部高度与平板式正、负集电极31、32高度差为10mm，平板式正、负集电极31、32上开圆孔，利用铜螺栓与铜缆线相连，并将平板式正、负集电极31、32固定在电解槽30两端。

实施例2：喷淋式电解装置处理有机废水方法

首先启动进水泵，将储水箱内废水喷入电解槽内，将粒子电极层润湿，待电解槽水位上升至粒子电极上，打开排水阀，将水排放回储水箱。开启鼓风机，调节风量，保持粒子电极轻微翻动，开启直流稳压电源，以恒压模式进行电解，根据预实验确定的废水处理时间，调节进水泵流量，实现连续处理。

(1)通过布气系统对电解槽布气，使空气自下而上均匀穿过粒子电极使粒子电极蓬松，每小时通气量和粒子电极体积比为10：1；

(2)通过布水系统对电解槽布水，使废水自上而下流过粒状电极，每小时进水量和粒子电极体积比为1：1；

(3)对电解槽施加直流电压，电压范围为60-100V，使废水在电解槽内发生电化学反应，实现对废水中污染物的处理，处理过的废水从电解槽下部流出。

实施例3：处理线路板厂棕化铜废液

采用实施例1中喷淋式三维电解装置处理线路板厂棕化铜废液，平板式正、负集电极31、32采用负载钌铱氧化物涂层的钛网，以活性炭颗粒为粒子电极，粒子电极填充高度550mm，平板式正、负集电极31、32高600mm，宽60mm，厚度10mm。棕化铜废液COD为10500mg/L，硫酸含量5％，铜离子浓度30g/L，电导率＞100ms/cm。采用喷淋式电解装置处理时，在平板电极间施加100V电压，每小时通气量和粒子电极体积比为5：1，每小时进水量和粒子电极体积比为10：1，电解15min时废水中COD降至1000mg/L，铜离子浓度和硫酸含量变化不大。

实施例4：含表面活性剂的清洗废水

采用实施例1中喷淋式三维电解装置处理含表面活性剂的清洗废水，平板式正、负集电极31、32采用石墨，以活性炭颗粒为粒子电极，粒子电极填充高度980mm，平板式正、负集电极31、32高1000mm，宽100mm，厚度20mm。向电解槽内充入空气，每小时通气量和粒子电极体积比为100：1，每小时进水量和粒子电极体积比为1：10，工作电压为80V，电流为28.6A，电解30min时废水中COD由6000mg/L降至95mg/L。

综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明权利要求范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明权利要求的涵盖范围。

Claims (10)

1.一种喷淋式三维电解装置，其特征在于：包括储水箱、电解槽、布水系统和布气系统，所述布水系统设置在电解槽上部，所述储水箱中的废水通过管道进入布水系统，所述布气系统设置在电解槽下部。

2.如权利要求1所述的喷淋式三维电解装置，其特征在于：所述电解装置还包括为电解槽提供电源的直流稳压电源，在电解槽两端设有平板式正、负集电极，平板式正、负集电极通过导线与直流稳压电源的正、负两极分别相连，在平板式正、负集电极之间填充有粒子电极，粒子电极由多孔支撑板承托。

3.如权利要求2所述的喷淋式三维电解装置，其特征在于：所述平板式正、负集电极采用石墨、钛板、钛网中的任意一种，所述粒子电极为颗粒活性炭，粒径在2-5mm之间。

4.如权利要求2所述的喷淋式三维电解装置，其特征在于：所述粒子电极填充高度比平板式正、负集电极高度低10-50mm。

5.如权利要求1所述的喷淋式三维电解装置，其特征在于：所述布水系统由布水管和喷淋头组成。

6.如权利要求1所述的喷淋式三维电解装置，其特征在于：在所述储水箱和布水系统之间设有进水泵，通过进水泵将储水箱中的废水泵入布水系统，在进水泵和布水系统之间还设有控制废水流量的液体流量计和流量调节阀。

7.如权利要求1所述的喷淋式三维电解装置，其特征在于：所述布气系统由布气室、布气主干管、支管、喷头及连接件组成，所述布气室位于电解槽下部，所述布气主干管、支管、喷头及连接件位于布气室内，所述布气主干管通过连接件连接有不少于一个支管，所述喷头设置在支管上。

8.如权利要求1所述的喷淋式三维电解装置，其特征在于：所述布气系统内的空气是由鼓风机提供空气输送，在鼓风机和布气系统之间设有控制气体流量的气体流量计和流量调节阀。

9.如权利要求1所述的所述的喷淋式三维电解装置，其特征在于：在电解槽的底板上设置有一斜板，所属斜板和底板之间的夹角为5～8°倾角。

10.一种利用权利要求2所述喷淋式三维电解装置处理有机废水的方法，其特征在于包括如下步骤：

(1)通过布气系统对电解槽布气，使空气自下而上均匀穿过粒子电极使粒子电极蓬松，每小时通气量和粒子电极体积比为5：1～100：1；

(2)通过布水系统对电解槽布水，使废水自上而下流过粒状电极，每小时进水量和粒子电极体积比为10：1～1：10；

(3)对电解槽施加直流电压，电压范围为60-100V，使废水在电解槽内发生电化学反应，实现对废水中污染物的处理，处理过的废水从电解槽下部流出。