CN109279685B - 一种碟盘式电催化水处理装置 - Google Patents
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Abstract
一种碟盘式电催化水处理装置，包括带进水口和出水口的壳体，壳体中设置有多个依次间隔叠放的阴极压板和阳极板，阴极压板和阳极板均带有中心孔，中心轴穿过中心孔将阴极压板和阳极板定位压紧形成碟盘式结构且在中心孔位置阻隔将二者阻隔，待处理废水由进水口进入，依次在各阴极压板和阳极板之间折返流动形成通路，并从出水口流出。本发明利用碟盘式设计增加反应传质效率及反应路径，提高电催化氧化的反应效率；电催化电极采用阴极和阳极交错叠压方式，增加了电极放置密度，从而增强反应效率。经处理含盐工业废水的结果表明：该方法有良好的电催化氧化能力，可以显著提高高盐废水中色度、氨氮及COD的去除效率，使出水达到污水综合排放一级标准。
Description
技术领域
本发明属于水处理技术领域，特别涉及一种碟盘式电催化水处理装置。
背景技术
电催化水处理技术是一种快速氧化去除有机污染物的高效水处理技术，具有广泛的应用前景。电催化水处理技术的基本原理是使污染物在电极上发生直接电化学反应或间接电化学转化而从废水中减少或去除。它可分为直接电解和间接电解。直接电解是指污染物在电极上直接被氧化或还原而从废水中去除。间接电解是指利用电化学产生的氧化还原物质(如具有强氧化性的氯酸盐、次氯酸盐、H2O2和O3以及溶剂化电子、·HO、·HO2等自由基)作为反应剂或催化剂，使污染物转化成毒性更小的物质。电催化处理技术具有多功能性、高灵活性、无污染或少污染、易于控制性等特点，同时其设备小、占地少、运行管理简单和处理效果好，目前日益受到人们的重视。但由于其在实际运用中尚存在电能消耗高、效果不稳定等缺点，阻碍了其广泛应用。寻求节能高效的电催化水处理技术与设备已成为电化学应用技术研究的重要方向。
发明内容
为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种碟盘式电催化水处理装置，经处理油田高含盐废水的结果表明：该方法有良好的电催化氧化能力，可以显著提高废水中色度及COD的去除效率，使出水达到污水综合排放一级标准。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种碟盘式电催化水处理装置，包括带进水口12和出水口11的壳体7，壳体7中设置有多个依次间隔叠放的阴极压板8和阳极板9，阴极压板8和阳极板9均带有中心孔，中心轴16穿过中心孔将阴极压板8和阳极板9定位压紧形成碟盘式结构且在中心孔位置阻隔将二者阻隔，待处理废水由进水口12进入，依次在各阴极压板8和阳极板9之间折返流动形成通路，并从出水口11流出。
所述阴极压板8的外径大于阳极板9的外径，阴极压板8上设有流通孔道，待处理废水由进水口12进入，依次经阳极板9的边沿和阴极压板8上的流通孔道折返流动形成通路，并从出水口11流出。
相邻的各个所述阴极压板8的外边沿之间封闭，各个所述的阳极板9分别位于相邻阴极压板8之间的封闭空间内。
或者，所述阴极压板8的外径小于阳极板9的外径，阳极板9上设有流通孔道，待处理废水由进水口12进入，依次经阴极压板8的边沿和阳极板9上的流通孔道折返流动形成通路，并从出水口11流出。
相邻的各个所述阳极板9的外边沿之间封闭，各个所述的阴极压板8分别位于相邻阳极板9之间的封闭空间内。
所述中心轴16为导体，其位于壳体7中的部分套有绝缘垫圈14，阳极板9穿过绝缘垫圈14与中心轴16连接，形成阳极导电回路；阴极压板8位于绝缘垫圈14之外，所述壳体7中位于碟盘式结构的两端设置有带阴极压线螺栓13的端封头5，阴极压板8与阴极压线螺栓13连接，形成阴极导电回路。
所述绝缘垫圈14与中心轴16之间设置有导电垫圈15，所述阳极板9穿过绝缘垫圈14与导电垫圈15，形成阳极导电回路。
所述绝缘垫圈14外对应碟盘式结构的部分设置有密封圈二10，所述端封头5与壳体7内壁之间有密封圈一6，密封圈一6位于壳体7内壁的一圈凸起上，所述密封圈二10材质为PVC、塑料、硅橡胶、四氟，所述绝缘垫圈14材质为PVC、塑料、硅橡胶或四氟；所述导电垫圈15材质为铜、不锈钢、铝或钛，所述密封圈一6材质为PVC、塑料、硅橡胶、四氟。
所述中心轴16的一端安装有封装螺母1，封装螺母1与中心轴16之间设置有阳极压线垫圈2，所述中心轴16位于壳体7外的部分套有绝缘套3和绝缘垫圈4，绝缘垫圈4位于绝缘套3和导电垫圈15之间。
所述阴极压板8为不锈钢、铝或钛，所述阳极板9为氧化铱、氧化钌、铱钌合金氧化物、铂铱钌合金氧化物、氧化铅、锑-锡氧化物或铂涂覆的钛电极，所述阳极板9为无孔板阳极或多孔板阳极。
所述待处理废水从最上层的阴极压板8或阳极板9依次折流向下，所述出水口11位于壳体7的下方。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
(1)利用碟盘式结构增加单位体积内的电极装填面积。
(2)显著降低电极间的排布间距，增加反应传质效率及反应路径，提高电催化氧化的反应效率。
(3)电催化阳极板和阴极压板交错排列于碟盘式电催化水处理装置壳体内部，形成折回流，增加反应时间。电催化电极采用电催化阳极板和阴极压板碟盘排列方式，增加了电极放置密度，从而增强反应效率，利于实现电催化氧化技术在实际水处理工艺中的应用。
附图说明
图1为本发明所述装置结构示意图。
图2为本发明所述装置的阴极压板的俯视图。
图3为本发明所述装置的阴极压板的剖视图。
图4为本发明所述装置的阳极板的俯视图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例详细说明本发明的实施方式。
如图1所示，一种碟盘式电催化水处理装置，包括带进水口12和出水口11的壳体7，壳体7中设置有多个依次间隔叠放的阴极压板8和阳极板9，阴极压板8和阳极板9均带有中心孔，中心轴16穿过中心孔将阴极压板8和阳极板9定位压紧形成碟盘式结构且在中心孔位置阻隔将二者阻隔。
参考图2、图3和图4，阴极压板8的外径大于阳极板9的外径，阴极压板8上在中心孔外设有若干流通孔道，相邻的各个阴极压板8的外边沿之间封闭，各个的阳极板9分别位于相邻阴极压板8之间的封闭空间内。
待处理废水由进水口12进入，依次经最上层的阳极板9的边沿和阴极压板8上的流通孔道折返流动形成通路，并从壳体7的下方的出水口11流出。
或者，阴极压板8的外径小于阳极板9的外径，阳极板9上设有流通孔道，相邻的各个阳极板9的外边沿之间封闭，各个的阴极压板8分别位于相邻阳极板9之间的封闭空间内。
待处理废水由进水口12进入，依次经最上层的阴极压板8的边沿和阳极板9上的流通孔道折返流动形成通路，并从壳体7的下方的出水口11流出。
本发明中，中心轴16为导体，其位于壳体7中的部分套有绝缘垫圈14，绝缘垫圈14外对应碟盘式结构的部分设置有密封圈二10，阳极板9穿过密封圈二10和绝缘垫圈14与中心轴16连接，形成阳极导电回路；阴极压板8位于绝缘垫圈14之外，壳体7中位于碟盘式结构的两端设置有带阴极压线螺栓13的端封头5，端封头5与壳体7内壁之间有密封圈一6，密封圈一6位于壳体7内壁的一圈凸起上，阴极压板8与阴极压线螺栓13连接，形成阴极导电回路。
进一步地，可在绝缘垫圈14与中心轴16之间设置导电垫圈15，由阳极板9穿过绝缘垫圈14与导电垫圈15，形成阳极导电回路。
中心轴16的一端安装有封装螺母1，封装螺母1与中心轴16之间设置有阳极压线垫圈2，中心轴16位于壳体7外的部分套有绝缘套3和绝缘垫圈4，绝缘垫圈4位于绝缘套3和导电垫圈15之间。
本发明中，阴极压板8和阳极板9的位置可以互换，相应的阴阳极配件角色也发生变化。
本发明中，密封圈二10材质为PVC、塑料、硅橡胶、四氟，绝缘垫圈14材质为PVC、塑料、硅橡胶或四氟；导电垫圈15材质为铜、不锈钢、铝或钛，密封圈一6材质为PVC、塑料、硅橡胶、四氟。阴极压板8为不锈钢、铝或钛，阳极板9为氧化铱、氧化钌、铱钌合金氧化物、铂铱钌合金氧化物、氧化铅、锑-锡氧化物或铂涂覆的钛电极，阳极板9为无孔板阳极或多孔板阳极。
本发明整个反应装置由封装螺母1压紧封装，形成密闭系统，具体操作按下列步骤进行：
a、外加电源通过阳极压线垫圈2作用于阳极板9，阴极压线螺栓13作用于阴极压板8；
b、用多级离心泵将含盐工业废水(电催化废水)从进水口12打入，流速为1-5m/s，流体经阴极压板8)中心孔周围的孔道形成折回流；
c、调节外加电场电压为1-10.0V，电流密度为5-60mA/cm2；
d、稳定运行1h后，从出水口11中取样，检测出水色度、氨氮、COD指标。
以下是几个具体的实施例。
实施例1
氧化钌涂覆钛阳极碟盘式电催化反应器处理含盐工业废水：
a、阴极压板8为不锈钢阴极压板，阳极板9为氧化钌涂覆钛阳极板；
b、用多级离心泵将含盐工业废水从进水口12打入，流速为1m/s，流体经阴极压板8中心孔周围孔道形成折回流；
c、调节外加电场电压为2.0V，电流密度为10mA/cm2；
d、稳定运行1h后，从出水口11中取样，检测出水色度、氨氮、COD指标。
入水COD为483mg/L、氨氮232mg/L，可以完全去除水体中的色度，出水COD降到40mg/L，氨氮降到1mg/L，达到污水综合排放一级标准。
实施例2
氧化铅涂覆钛阳极碟盘式电催化反应器处理含盐工业废水：
a、阴极压板8为不锈钢阴极压板，阳极板9为氧化铅涂覆钛阳极板；
b、用多级离心泵将含盐工业废水从进水口12打入，流速为2m/s，流体经阴极压板8中心孔周围孔道形成折回流；
c、调节外加电场电压为3.0V，电流密度为20mA/cm2；
d、稳定运行1h后，从出水口11中取样，检测出水色度、氨氮、COD指标。
入水COD为483mg/L、氨氮232mg/L，可以完全去除水体中的色度，出水COD降到45mg/L，氨氮降到1mg/L，达到污水综合排放一级标准。
实施例3
a、阴极压板8为不锈钢阴极压板，阳极板9为锑-锡氧化物涂覆钛阳极板；
b、用多级离心泵将含盐工业废水从进水口12打入，流速为3m/s，流体经阴极压板8中心孔周围孔道形成折回流；
c、调节外加电场电压为4.0V，电流密度为30mA/cm2；
d、稳定运行1h后，从出水口11中取样，检测出水色度、氨氮、COD指标。
入水COD为483mg/L、氨氮232mg/L，可以完全去除水体中的色度，出水COD降到42mg/L，氨氮降到1.2mg/L，达到污水综合排放一级标准。
实施例4
氧化铱涂覆钛阳极碟盘式电催化反应器处理含盐工业废水：
a、阴极压板8为不锈钢阴极压板，阳极板9为氧化铱涂覆钛阳极板；
b、用多级离心泵将含盐工业废水从进水口12打入，流速为5m/s，流体经阴极压板8中心孔周围孔道形成折回流；
c、调节外加电场电压为4.0V，电流密度为30mA/cm2；
d、稳定运行1h后，从出水口11中取样，检测出水色度、氨氮、COD指标。
入水COD为483mg/L、氨氮232mg/L，可以完全去除水体中的色度，出水COD降到48mg/L，氨氮降到1.2mg/L，达到污水综合排放一级标准。
实施例5
铂涂覆钛阳极碟盘式电催化反应器处理含盐工业废水：
a、阴极压板8为不锈钢阴极压板，阳极板9为铂涂覆钛阳极板；
b、用多级离心泵将含盐工业废水从进水口12打入，流速为5m/s，流体经阴极压板8中心孔周围孔道形成折回流；
c、调节外加电场电压为4.0V，电流密度为30mA/cm2；
d、稳定运行1h后，从出水口11中取样，检测出水色度、氨氮、COD指标。
入水COD为483mg/L、氨氮232mg/L，可以完全去除水体中的色度，出水COD降到46mg/L，氨氮降到1.4mg/L，达到污水综合排放一级标准。
实施例6
铂铱钌复合氧化物涂覆钛阳极碟盘式电催化反应器处理含盐工业废水：
a、阴极压板8为不锈钢阴极压板，阳极板9为铂铱钌复合氧化物涂覆钛阳极板；
b、用多级离心泵将含盐工业废水从进水口12打入，流速为3m/s，流体经阴极压板8中心孔周围孔道形成折回流；
c、调节外加电场电压为4.0V，电流密度为30mA/cm2；
d、稳定运行1h后，从出水口11取样，检测出水色度、氨氮、COD指标。
入水COD为483mg/L、氨氮232mg/L，可以完全去除水体中的色度，出水COD降到40mg/L，氨氮降到1.0mg/L，达到污水综合排放一级标准。
本发明所述的技术方案，存在多种技术启示，其可替换方案的理论依据有：
本发明所给出的实施例中使用的阳极板9为氧化铱、氧化钌、铱钌合金氧化物、铂铱钌合金氧化物、氧化铅、锑-锡氧化物、或铂涂覆的钛电极，阴极压板8的材质为钛、不锈钢、铝，由此推断：当阳极板9采用其他类型电极(如碳布、碳纤维、石墨电极等)，阴极压板8采用其他类型电极(如采用碳布、碳纤维、石墨电极等)，也能实现本发明的技术效果。
本发明所给出的实施例中的碟盘式电极组装方式是一种电极排布的改进方式，本领域技术人员可以根据本发明实施案例所提供的技术方案，得到技术启示，通过改变碟盘式器结构和运行方式，从而实现本发明的技术效果。
本发明所述的方法中，阳极板8和阴极压板9采用的是交错叠压方式，本领域技术人员可以根据本发明所提供的技术方案，得到技术启示，采用不同的排布方法，达到同样的技术效果。
Claims (5)
1.一种碟盘式电催化水处理装置，包括带进水口(12)和出水口(11)的壳体(7)，壳体(7)中设置有多个依次间隔叠放的阴极压板(8)和阳极板(9)，阴极压板(8)和阳极板(9)均带有中心孔，中心轴(16)穿过中心孔将阴极压板(8)和阳极板(9)定位压紧形成碟盘式结构且在中心孔位置阻隔将二者阻隔，待处理废水由进水口(12)进入，依次在各阴极压板(8)和阳极板(9)之间折返流动形成通路，并从出水口(11)流出，其特征在于，所述中心轴(16)为导体，其位于壳体(7)中的部分套有绝缘垫圈(14)，阳极板(9)穿过绝缘垫圈(14)与中心轴(16)连接，形成阳极导电回路；阴极压板(8)位于绝缘垫圈(14)之外，所述壳体(7)中位于碟盘式结构的两端设置有带阴极压线螺栓(13)的端封头(5)，阴极压板(8)与阴极压线螺栓(13)连接，形成阴极导电回路，所述阳极板(9)为氧化铱、氧化钌、铱钌合金氧化物、铂铱钌合金氧化物、氧化铅、锑-锡氧化物或铂涂覆的钛电极；
其中，所述阴极压板(8)的外径大于阳极板(9)的外径，阴极压板(8)上设有流通孔道，待处理废水由进水口(12)进入，依次经阳极板(9)的边沿和阴极压板(8)上的流通孔道折返流动形成通路，并从出水口(11)流出，相邻的各个所述阴极压板(8)的外边沿之间封闭，各个所述的阳极板(9)分别位于相邻阴极压板(8)之间的封闭空间内；
或者，所述阴极压板(8)的外径小于阳极板(9)的外径，阳极板(9)上设有流通孔道，待处理废水由进水口(12)进入，依次经阴极压板(8)的边沿和阳极板(9)上的流通孔道折返流动形成通路，并从出水口(11)流出，相邻的各个所述阳极板(9)的外边沿之间封闭，各个所述的阴极压板(8)分别位于相邻阳极板(9)之间的封闭空间内。
2.根据权利要求1所述碟盘式电催化水处理装置，其特征在于，所述绝缘垫圈(14)与中心轴(16)之间设置有导电垫圈(15)，所述阳极板(9)穿过绝缘垫圈(14)与导电垫圈(15)，形成阳极导电回路。
3.根据权利要求2所述碟盘式电催化水处理装置，其特征在于，所述绝缘垫圈(14)外对应碟盘式结构的部分设置有密封圈二(10)，所述端封头(5)与壳体(7)内壁之间有密封圈一(6)，密封圈一(6)位于壳体(7)内壁的一圈凸起上，所述中心轴(16)的一端安装有封装螺母(1)，封装螺母(1)与中心轴(16)之间设置有阳极压线垫圈(2)，所述中心轴(16)位于壳体(7)外的部分套有绝缘套(3)和绝缘垫圈(4)，绝缘垫圈(4)位于绝缘套(3)和导电垫圈(15)之间。
4.根据权利要求3 所述碟盘式电催化水处理装置，其特征在于，所述密封圈二(10)材质为PVC、塑料、硅橡胶、四氟，所述绝缘垫圈(14)材质为PVC、塑料、硅橡胶或四氟；所述导电垫圈(15)材质为铜、不锈钢、铝或钛，所述密封圈一(6)材质为PVC、塑料、硅橡胶、四氟，所述阴极压板(8)为不锈钢、铝或钛，所述阳极板(9)为无孔板阳极或多孔板阳极。
5.根据权利要求1所述碟盘式电催化水处理装置，其特征在于，所述待处理废水从最上层的阴极压板(8)或阳极板(9)依次折流向下，所述出水口(11)位于壳体(7)的下方。
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