CN108046378A - 电还原污水处理设备及工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种电还原污水处理设备及工艺，设备包括有机架、槽体、固定框架、均相膜、阴极板以及阳极板；该固定框架设置于槽体内，固定框架的底部两外侧分别形成有阴水进水槽和阳水进水槽，固定框架的顶部两外侧分别形成有阴水出水槽和阳水出水槽；本设备为电容式电化学系统，在均相膜的两侧分别形成有阴水反应槽和阳水反应槽，阴极板和阳极板分别置于阴水反应槽和阳水反应槽中，在直流电场的作用下，以电位差为推动力，阴水在阴极反应槽中完成还原反应，阳水在阳水反应槽中完成氧化反应，有效解决了目前传统电化学设备处理效率低、电流密度小、极板钝化等制约电化学发展的问题。

Description

电还原污水处理设备及工艺
技术领域
本发明涉及污水处理设备领域技术，尤其是指一种电还原污水处理设备及工艺。
背景技术
随着时代的发展，人们的生活水平不断地提高，目前用于污水处理的电化学方法一般是通过阴阳两电极对污水进行电解处理，在外加电流作用下：方法1、牺牲阳极法：如电解法使阳极(阳极采用Fe、Al)在电解时产生大量的阳离子(如Fe离子、Al离子等)，与氢氧根离子结合生成的Fe(OH)2具有絮凝、吸附和沉淀的作用，能够对被处理水中的众多杂物进行絮凝、吸附、沉淀去除；方法2、电化学阴极保护法：阳极采用贵金属涂层，阻止阳极牺牲，通过电解产生的化学反应，使被处理的水中需要去除的物质在专用阴极吸附、结垢析出(比如碳酸盐、重金属)，通过刮垢作用使其从阴极脱落，再通过反冲洗方法把需要去除的物质排出运行系统，目前常用的电化学法去除结垢物质和含重金属水中的重金属离子的处理设备，由于电极与被处理水接触面积较小，处理效率低，并且电流密度小、极板钝化，从而制约电化学发展。
发明内容
有鉴于此，本发明针对现有技术存在之缺失，其主要目的是提供一种电还原污水处理设备及工艺，其能有效解决现有之电化学设备存在处理效率低并且电流密度小、极板钝化的问题。
为实现上述目的，本发明采用如下之技术方案：
一种电还原污水处理设备，包括有机架、槽体、固定框架、均相膜、阴极板以及阳极板；
该槽体设置于机架上；该固定框架设置于槽体内，固定框架的底部两外侧分别形成有阴水进水槽和阳水进水槽，该阴水进水槽和阳水进水槽分别连接有阴水进水管和阳水进水管，固定框架的顶部两外侧分别形成有阴水出水槽和阳水出水槽，该阴水出水槽和阳水出水槽分别连接有阴水出水管和阳水出水管；
该均相膜设置于固定框架内，均相膜的两侧分别形成有阴水反应槽和阳水反应槽，阴水反应槽的底部连通阴水进水槽，阴水反应槽的顶部连通阴水出水槽，阳水反应槽的底部连通阳水进水槽，阳水反应槽的顶部连通阳水出水槽；
该阴极板和阳极板分别设置于阴水反应槽和阳水反应槽中。
作为一种优选方案，所述阴水进水管上沿进水方向依次设置有第一手动球阀、第一水泵、第二手动球阀、第一单向阀、第一流量计，该阳水进水管上沿进水方向依次设置有第三手动球阀、第二水泵、第四手动球阀、第二单向阀、第二流量计。
作为一种优选方案，所述阴水进水管连接有第一回流管，该第一回流管上设置有第一回流阀，阳水进水管连接有第二回流管，该第二回流管上设置有第二回流阀。
作为一种优选方案，所述阴水出水槽位于阳水进水槽的正上方，该阳水出水槽位于阴水进水槽的正上方。
作为一种优选方案，所述固定框架横向延伸，该均相膜为横向间隔设置的多个，多个均相膜均固定框架的内部分隔形成多个前述阴水反应槽和前述阳水反应槽，多个阴水反应槽和多个阳水反应槽横向交替排布，每一阴水反应槽的底部均连通阴水进水槽，每一阴水反应槽的顶部均连通阴水出水槽，每一阳水反应槽的底部均连通阳水进水槽，每一阳水反应槽的顶部均连通阳水出水槽。
作为一种优选方案，所述固定框架为纵向间隔排布的多个，该阴水进水槽和阳水进水槽均为多个，多个阴水进水槽和多个阳水进水槽纵向交替排布，每一阴水进水槽和每一阳水进水槽分别连接前述阴水进水管和前述阳水进水管，该阴水出水槽和阳水出水槽均为多个，多个阴水出水槽和多个阳水出水槽纵向交替排布，每一阴水出水槽和每一阳水出水槽分别连接前述阴水出水管和前述阳水出水管。
作为一种优选方案，所述槽体为上下设置的两个，每一槽体内均设置有前述固定框架，每一固定框架内具设置有前述均相膜、阴极板和阳极板，并且连接上方之槽体的阴水出水管和阳水出水管分别与连接下方之槽体的阴水进水管和阳水进水管对应连通。
作为一种优选方案，所述阴极板为钛基材镀钌铼，该阳极板为钛基材镀二氧化锡。
一种电还原污水处理工艺，采用前述电还原污水处理设备，包括有以下步骤：
（1）将阴极板和阳极板分别接通直流电源；
（2）将阴水进水管和阳水进水管分别接通阴水和阳水，阴水为待处理污水，阳水为阴极处理后水；
（3）阴水和阳水分别进入阴水进水槽和阳水进水槽，然后阴水和阳水再分别流入阴水反应槽和阳水反应槽，阴水在阴水反应槽中钙离子和镁离子及氨氮在还原作用下，分别以γ相Ca（OH）2和Mg（OH）2沉淀形式析出，析出物可通过陶瓷膜过滤系统集中收集；阴水中的氯离子在电场电位差的驱动下，通过均相膜后，进入阳水反应槽，在阳极板作用下，产生活性氯、二氧化氯和盐酸，生物毒性大分子物质在阳极被氧化，氨氮在阴极被还原；
（4）处理后的阴水和阳水分别从阴水反应槽和阳水反应槽的顶部溢出流入阴水出水槽和阳水出水槽中，然后在分别由阴水出水管和阳水出水管输出。
作为一种优选方案，所述阴极板与阳极板之间的电压为15V，阴极板与阳极板之间的工作电流为420A/m2。
本发明与现有技术相比具有明显的优点和有益效果，具体而言，由上述技术方案可知：
本设备为电容式电化学系统，在均相膜的两侧分别形成有阴水反应槽和阳水反应槽，以均相膜和电极层间形成束搏层、吸附层、扩散层三电层效应，能自动卸载，防止极化和钝化；阴极板和阳极板分别置于阴水反应槽和阳水反应槽中，在直流电场的作用下，以电位差为推动力，阴水在阴极反应槽中完成还原反应，阳水在阳水反应槽中完成氧化反应，有效解决了目前传统电化学设备处理效率低、电流密度小、极板钝化等制约电化学发展的问题。
为更清楚地阐述本发明的结构特征和功效，下面结合附图与具体实施例来对本发明进行详细说明。
附图说明
图1是本发明之第一较佳实施例的主视图；
图2是本发明之第一较佳实施例的侧视图；
图3是本发明之第一较佳实施例的俯视图；
图4是本发明之第一较佳实施例的纵向截面图；
图5是本发明之第一较佳实施例的横向截面图；
图6是本发明之第二较佳实施例的立体图。
附图标识说明：
10、机架 20、槽体
21、阴水进水槽 22、阳水进水槽
23、阴水出水槽 24、阳水出水槽
30、固定框架 31、阴水反应槽
32、阳水反应槽 40、均相膜
50、阴极板 60、阳极板
71、阴水进水管 72、阳水进水管
73、阴水出水管 74、阳水出水管
75、第一回流管 76、第一回流阀
77、第二回流管 78、第二回流阀
81、第一手动球阀 82、第一水泵
83、第二手动球阀 84、第一单向阀
85、第一流量计 91、第三手动球阀
92、第二水泵 93、第四手动球阀
94、第二单向阀 95、第二流量计。
具体实施方式
请参照图1至图5所示，其显示出了本发明一种电还原污水处理设备之第一较佳实施例的具体结构，包括有机架10、槽体20、固定框架30、均相膜40、阴极板50以及阳极板60。
该槽体20设置于机架10上；该固定框架30设置于槽体20内，固定框架30的底部两外侧分别形成有阴水进水槽21和阳水进水槽22，该阴水进水槽21和阳水进水槽22分别连接有阴水进水管71和阳水进水管72，固定框架30的顶部两外侧分别形成有阴水出水槽23和阳水出水槽24，该阴水出水槽23和阳水出水槽24分别连接有阴水出水管73和阳水出水管74；在本实施例中，所述阴水进水管71上沿进水方向依次设置有第一手动球阀81、第一水泵82、第二手动球阀83、第一单向阀84、第一流量计85，该阳水进水管72上沿进水方向依次设置有第三手动球阀91、第二水泵92、第四手动球阀93、第二单向阀94、第二流量计95。并且，所述阴水进水管71连接有第一回流管75，该第一回流管75上设置有第一回流阀76，阳水进水管72连接有第二回流管77，该第二回流管77上设置有第二回流阀78。以及，所述阴水出水槽23位于阳水进水槽22的正上方，该阳水出水槽24位于阴水进水槽21的正上方。
该均相膜40设置于固定框架30内，均相膜40的两侧分别形成有阴水反应槽31和阳水反应槽32，阴水反应槽31的底部连通阴水进水槽21，阴水反应槽31的顶部连通阴水出水槽23，阳水反应槽32的底部连通阳水进水槽22，阳水反应槽32的顶部连通阳水出水槽24；该阴极板50和阳极板60分别设置于阴水反应槽31和阳水反应槽32中。并且，所述阴极板50为钛基材镀钌铼，该阳极板60为钛基材镀二氧化锡。
以及，所述固定框架30横向延伸，该均相膜40为横向间隔设置的多个，多个均相膜40均固定框架30的内部分隔形成多个前述阴水反应槽31和前述阳水反应槽32，多个阴水反应槽31和多个阳水反应槽32横向交替排布，每一阴水反应槽31的底部均连通阴水进水槽21，每一阴水反应槽31的顶部均连通阴水出水槽23，每一阳水反应槽32的底部均连通阳水进水槽22，每一阳水反应槽32的顶部均连通阳水出水槽24。并且，所述固定框架30为纵向间隔排布的多个，该阴水进水槽21和阳水进水槽22均为多个，多个阴水进水槽21和多个阳水进水槽22纵向交替排布，每一阴水进水槽21和每一阳水进水槽22分别连接前述阴水进水管71和前述阳水进水管72，该阴水出水槽23和阳水出水槽24均为多个，多个阴水出水槽23和多个阳水出水槽24纵向交替排布，每一阴水出水槽23和每一阳水出水槽24分别连接前述阴水出水管73和前述阳水出水管74。
本发明还揭示了一种电还原污水处理工艺，采用前述电还原污水处理设备，包括有以下步骤：
（1）将阴极板50和阳极板60分别接通直流电源；所述阴极板50与阳极板60之间的电压为15V，阴极板50与阳极板60之间的工作电流为420A/m2。
（2）将阴水进水管71和阳水进水管72分别接通阴水和阳水，阴水为待处理污水，阳水为阴极处理后水。
（3）阴水和阳水分别进入阴水进水槽21和阳水进水槽22，然后阴水和阳水再分别流入阴水反应槽31和阳水反应槽32，阴水在阴水反应槽31中钙离子和镁离子及氨氮在还原作用下，分别以γ相Ca（OH）2和Mg（OH）2沉淀形式析出，析出物可通过陶瓷膜过滤系统（图中未示）集中收集；阴水中的氯离子在电场电位差的驱动下，通过均相膜40后，进入阳水反应槽32，在阳极板60作用下，产生活性氯、二氧化氯和盐酸，生物毒性大分子物质在阳极被氧化，氨氮在阴极被还原。
（4）处理后的阴水和阳水分别从阴水反应槽31和阳水反应槽32的顶部溢出流入阴水出水槽23和阳水出水槽24中，然后在分别由阴水出水管73和阳水出水管74输出。
本设备可分别以γ相Ca（OH）2和Mg（OH）2形式收集和去除海水中的钙离子和镁离子；γ相Ca（OH）2和Mg（OH）2析出顺序具有明显的界限，控制析出时间，可获得高纯度γ相Mg（OH）2，此产品附加值高，可作为阻燃剂、香体等，具有广阔的市场前景，资源化回收利用后，可抵消海水整体处理成本。并且，经过本设备和工艺处理后，阴水电导下降较大，海水中的其它污染因子也得到去除，净化后的海水进入海水淡化系统和制盐系统，所制得的盐纯度高，海水淡化系统无需添加阻垢剂，产水率可大幅提高，即降低了运行成本。
请参照图6所示，其显示出了本发明一种电还原污水处理设备之第二较佳实施例的具体结构，本实施例的具体结构与前述第一较佳实施例的具体基本相同，其所不同不是的是：
在本实施例中，所述槽体20为上下设置的两个，每一槽体20内均设置有前述固定框架30，每一固定框架30内具设置有前述均相膜40、阴极板50和阳极板60，并且连接上方之槽体20的阴水出水管73和阳水出水管74分别与连接下方之槽体20的阴水进水管71和阳水进水管72对应连通。
使用时，阴水和阳水均分别对应流经两阴水反应槽31和两阳水反应槽32，以实现更有效的污水处理，提高了净化率。
本发明的设计重点在于：本设备为电容式电化学系统，在均相膜的两侧分别形成有阴水反应槽和阳水反应槽，以均相膜和电极层间形成束搏层、吸附层、扩散层三电层效应，能自动卸载，防止极化和钝化；阴极板和阳极板分别置于阴水反应槽和阳水反应槽中，在直流电场的作用下，以电位差为推动力，阴水在阴极反应槽中完成还原反应，阳水在阳水反应槽中完成氧化反应，有效解决了目前传统电化学设备处理效率低、电流密度小、极板钝化等制约电化学发展的问题。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明的技术范围作任何限制，故凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何细微修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (10)

1.一种电还原污水处理设备，其特征在于：包括有机架、槽体、固定框架、均相膜、阴极板以及阳极板；
该槽体设置于机架上；该固定框架设置于槽体内，固定框架的底部两外侧分别形成有阴水进水槽和阳水进水槽，该阴水进水槽和阳水进水槽分别连接有阴水进水管和阳水进水管，固定框架的顶部两外侧分别形成有阴水出水槽和阳水出水槽，该阴水出水槽和阳水出水槽分别连接有阴水出水管和阳水出水管；
该均相膜设置于固定框架内，均相膜的两侧分别形成有阴水反应槽和阳水反应槽，阴水反应槽的底部连通阴水进水槽，阴水反应槽的顶部连通阴水出水槽，阳水反应槽的底部连通阳水进水槽，阳水反应槽的顶部连通阳水出水槽；
该阴极板和阳极板分别设置于阴水反应槽和阳水反应槽中。
2.根据权利要求1所述的电还原污水处理设备，其特征在于：所述阴水进水管上沿进水方向依次设置有第一手动球阀、第一水泵、第二手动球阀、第一单向阀、第一流量计，该阳水进水管上沿进水方向依次设置有第三手动球阀、第二水泵、第四手动球阀、第二单向阀、第二流量计。
3.根据权利要求1所述的电还原污水处理设备，其特征在于：所述阴水进水管连接有第一回流管，该第一回流管上设置有第一回流阀，阳水进水管连接有第二回流管，该第二回流管上设置有第二回流阀。
4.根据权利要求1所述的电还原污水处理设备，其特征在于：所述阴水出水槽位于阳水进水槽的正上方，该阳水出水槽位于阴水进水槽的正上方。
5.根据权利要求1所述的电还原污水处理设备，其特征在于：所述固定框架横向延伸，该均相膜为横向间隔设置的多个，多个均相膜均固定框架的内部分隔形成多个前述阴水反应槽和前述阳水反应槽，多个阴水反应槽和多个阳水反应槽横向交替排布，每一阴水反应槽的底部均连通阴水进水槽，每一阴水反应槽的顶部均连通阴水出水槽，每一阳水反应槽的底部均连通阳水进水槽，每一阳水反应槽的顶部均连通阳水出水槽。
6.根据权利要求1所述的电还原污水处理设备，其特征在于：所述固定框架为纵向间隔排布的多个，该阴水进水槽和阳水进水槽均为多个，多个阴水进水槽和多个阳水进水槽纵向交替排布，每一阴水进水槽和每一阳水进水槽分别连接前述阴水进水管和前述阳水进水管，该阴水出水槽和阳水出水槽均为多个，多个阴水出水槽和多个阳水出水槽纵向交替排布，每一阴水出水槽和每一阳水出水槽分别连接前述阴水出水管和前述阳水出水管。
7.根据权利要求1所述的电还原污水处理设备，其特征在于：所述槽体为上下设置的两个，每一槽体内均设置有前述固定框架，每一固定框架内具设置有前述均相膜、阴极板和阳极板，并且连接上方之槽体的阴水出水管和阳水出水管分别与连接下方之槽体的阴水进水管和阳水进水管对应连通。
8.根据权利要求1所述的电还原污水处理设备，其特征在于：所述阴极板为钛基材镀钌铼，该阳极板为钛基材镀二氧化锡。
9.一种电还原污水处理工艺，其特征在于：采用如权利要求1至8任一项所述的电还原污水处理设备，包括有以下步骤：
（1）将阴极板和阳极板分别接通直流电源；
（2）将阴水进水管和阳水进水管分别接通阴水和阳水，阴水为待处理污水，阳水为阴极处理后水；
（3）阴水和阳水分别进入阴水进水槽和阳水进水槽，然后阴水和阳水再分别流入阴水反应槽和阳水反应槽，阴水在阴水反应槽中钙离子和镁离子及氨氮在还原作用下，分别以γ相Ca（OH）2和Mg（OH）2沉淀形式析出，析出物可通过陶瓷膜过滤系统集中收集；阴水中的氯离子在电场电位差的驱动下，通过均相膜后，进入阳水反应槽，在阳极板作用下，产生活性氯、二氧化氯和盐酸，生物毒性大分子物质在阳极被氧化，氨氮在阴极被还原；
（4）处理后的阴水和阳水分别从阴水反应槽和阳水反应槽的顶部溢出流入阴水出水槽和阳水出水槽中，然后在分别由阴水出水管和阳水出水管输出。
10.根据权利要求9所述的电还原污水处理工艺，其特征在于：所述阴极板与阳极板之间的电压为15V，阴极板与阳极板之间的工作电流为420A/m2。
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