脉冲电解反应器及工业污水处理系统
技术领域
本发明涉及污水处理技术领域,更具体地说,它涉及一种脉冲电解反应器及工业污水处理系统。
背景技术
面对常规的城市生活污水,现有的技术手段基本能使其达标排放。但化工行业特别是精细化工行业的废水,具有成分复杂、盐分与污染物浓度高、生物毒性大、难降解等特点。在目前的化工领域污水处理领域,电化学原理处理污水的方法目前被公认为高效稳定无二次污染的方法,比如电芬顿、电絮凝等。
例如,中国专利公开号CN107827209A提供了一种电絮凝废水处理装置及电絮凝废水处理工艺。其中,电絮凝废水处理包括废水容纳箱、第一电解件、第二电解件和直流电控制器。废水容纳箱用于容纳废水,第一电解件和第二电解件均设置在废水容纳箱内,第一电解件和第二电解件均可通过电解产生阳离子。直流电控制器分别与第一电解件和第二电解件连接。直流电控制器用于可选择地控制第一电解件作为阳极、第二电解件作为阴极。
然而,上述现有技术存在以下缺陷:电絮凝在使用过程中最大的障碍就是极板钝化问题,在运行过程中阳极表面会形成不导电的钝化层,另外,污水中的一些杂质会附着在电极表面,从而使槽电压上升,电絮凝能耗增加,效率降低。
发明内容
针对现有技术存在的不足,本发明的目的在于提供一种能耗相对较小且效率较高的脉冲电解反应器与工业污水处理系统。
为实现上述目的,本发明提供了如下技术方案:
一种脉冲电解反应器,包括电解槽体、多个电极板与脉冲电源,所述电解槽体内形成有电解空间,所述多个电极板沿污水的流动方向相互间隔地设置于所述电解空间内,以使污水从每个所述电极板的底部向所述电极板的顶部溢流至下游的一个所述电极板处,所述脉冲电源与至少两个所述电极板电性连接,以使每个所述电极板的相对两侧分别具有不同的极性。
通过采用上述技术方案,所述脉冲电解反应器在使用时,污水沿所述多个电极板的排列方向流动,污水从每个所述电极板的底部向所述电极板的顶部溢流至下游的一个所述电极板处,所述多个电极板对污水进行电解,形成金属氢氧化物和多羟基配合物,最终形成氢氧化物絮体,该絮体具有丰富的表面羟基,从而可以与污染物颗粒通过静电吸附、配位络合等作用聚集成团,一部分密度较大的絮团沉降至电极板的底部,另一部分絮团则被阴极所产生的气体气浮到电极板的顶部,从而实现固液分离。同时污水中的大分子链会在电极板表面通过氧化还原反应而被切断。由于其中采用了脉冲电源,而脉冲电解的通电时间相对较小,小于直流电解的处理反应时间,使得铁的溶解量减少,对应产生的污泥也减少。而且可以合理利用占空比以使所述多个电极板之间产生电容效应,即使在脉冲电源断电的情况下,去污反应依然在进行。电极板上的反应随着脉冲时强时弱,既有利于扩散、降低浓差极化,同时也降低了能耗,提高了净化效率。
进一步地,所述脉冲电解反应器还包括所述曝气组件与极板清洗组件,所述曝气组件设置于所述电解空间的底部,用于在所述电解空间内进行曝气作业,所述极板清洗组件设置于所述电解槽体上,用于清洗所述多个电极板。
通过采用上述技术方案,可以利用所述曝气组件于电解过程中每隔1~5小时曝气一次,清除电极表面杂物,再配合所述极板清洗组件对电极板上沉积的杂质进行清洗。
进一步地,所述脉冲电源具有自动换极模块,用于在预设时间段内变换脉冲电流的极性。
通过采用上述技术方案,通过变换脉冲电流的极性,从而可以使得所述多个电极板的极性不断改变,进而使得所述多个电极板上的沉渣受到电斥力而脱落,方便了渣滓的清理。
进一步地,所述预设时间段设置为0.5-24小时。
通过采用上述技术方案,能够及时地将所述多个电极板上的沉积物清除。
进一步地,所述电解槽体的一侧设置有进水管,另一侧设置有出水管,所述进水管与所述出水管均与所述电解空间连通。
通过采用上述技术方案,能够使得水流顺利地进入或者排出所述电解槽体。
进一步地,所述多个电极板均与所述电解空间的底面垂直,所述多个电极板均匀间隔设置。
通过采用上述技术方案,从而形成多个电解区间,实现逐级净化。
进一步地,所述多个电极板均为矩形板,所述多个电极板的高度均相同,所述多个电极板均与所述脉冲电源电性连接。
通过采用上述技术方案,使得每个电极板能够产生不断变换,进而方便将其上的沉积物清理下来。
进一步地,相邻两个所述电极板之间的间距为1-10厘米。
通过采用上述技术方案,从而方便于相邻两个电极板之间产生较强的电容特性,方便沉积物受力脱落。
进一步地,每相邻两个所述电极板之间形成有电解腔,所述电解腔的底部开设有排渣孔,所述多个电极板的顶部位置均低于所述电解槽体的顶面,以于所述多个电极板的上方共同形成溢流空间,所述脉冲电解反应器还包括分水器,所述脉冲电解反应器包括多个所述电解槽体,所述分水器与多个所述电解槽体连通,用于向多个所述电解槽体分配水流。
通过采用上述技术方案,方便将相邻两个电极板之间的沉积物排出所述电解槽体。
一种工业污水处理系统,包括如上任一项所述的脉冲电解反应器。
通过采用上述技术方案,由于其中的脉冲电解反应器采用了脉冲电源,而脉冲电解的通电时间相对较小,小于直流电解的处理反应时间,使得铁的溶解量减少,对应产生的污泥也减少。而且可以合理利用占空比以使所述多个电极板之间产生电容效应,即使在脉冲电源断电的情况下,去污反应依然在进行。电极板上的反应随着脉冲时强时弱,既有利于扩散、降低浓差极化,同时也降低了能耗,提高了净化效率。
综上所述,本发明具有以下有益效果:
1.通过对多个电极板及所述脉冲电源的设置,所述多个电极板对污水进行电解,形成金属氢氧化物和多羟基配合物,最终形成氢氧化物絮体,该絮体具有丰富的表面羟基,从而可以与污染物颗粒通过静电吸附、配位络合等作用聚集成团,一部分密度较大的絮团沉降至电极板的底部,另一部分絮团则被阴极所产生的气体气浮到电极板的顶部,从而实现固液分离。同时污水中的大分子链会在电极板表面通过氧化还原反应而被切断,由于脉冲电解的通电时间相对较小,小于直流电解的处理反应时间,使得铁的溶解量减少,对应产生的污泥也减少。而且可以合理利用占空比以使所述多个电极板之间产生电容效应,即使在脉冲电源断电的情况下,去污反应依然在进行。电极板上的反应随着脉冲时强时弱,既有利于扩散、降低浓差极化,同时也降低了能耗,提高了净化效率;
2.通过对所述曝气组件、极板清洗组件及自动换极模块的设置,可以利用所述曝气组件于电解过程中每隔1-5小时曝气一次,清除电极表面杂物,再配合所述极板清洗组件对电极板上沉积的杂质进行清洗。通过变换脉冲电流的极性,从而可以使得所述多个电极板的极性不断改变,进而使得所述多个电极板上的沉渣受到电斥力而脱落,方便了渣滓的清理。
附图说明
图1为一实施例的脉冲电解反应器的立体示意图。
图2为图1所示脉冲电解反应器的多个电极板及调节机构的立体示意图。
图3为图2所示多个电极板及调节机构的另一视角的立体示意图。
图4为一实施例的工业污水处理系统的模块方框图。
图中,100、脉冲电解反应器;10、电解槽体;11、进水管;12、出水管;15、电解空间;20、电极板;201、第一电极板;202、第二电极板;21、电解腔;22、板体;221、搭接凹陷;222、卡扣体;225、条形槽;23、枢轴;24、柔性片;25、弹簧;26、柔性曝气袋;28、搭接片;30、脉冲电源;41、曝气组件。50、调节机构;51、驱动组件;511、驱动电机;512、传动轴;513、驱动齿轮;514、套设齿带;52、传动组件;521、皮带轮;522、传动杆;523、驱动凸轮;600、工业污水处理系统;61、调节池;62、气浮沉淀箱;63、好氧池;64、二次沉淀池;65、纳米臭氧净化池;66、MBR超滤器;67、压滤机;68、干燥机。
具体实施方式
以下结合附图对本发明作进一步详细说明。
请参阅图1,一种脉冲电解反应器100,包括电解槽体10、多个电极板20与脉冲电源30,所述电解槽体10内形成有电解空间15,所述多个电极板20沿污水的流动方向相互间隔地设置于所述电解空间15内,以使污水从每个所述电极板20的底部向所述电极板20的顶部溢流至下游的一个所述电极板20处,所述脉冲电源30与至少两个所述电极板20电性连接,以使每个所述电极板20的相对两侧分别具有不同的极性。
所述脉冲电解反应器100在使用时,污水沿所述多个电极板20的排列方向流动,污水从每个所述电极板20的底部向所述电极板20的顶部溢流至下游的一个所述电极板20处。所述多个电极板20对污水进行电解,形成金属氢氧化物和多羟基配合物,最终形成氢氧化物絮体,该絮体具有丰富的表面羟基,从而可以与污染物颗粒通过静电吸附、配位络合等作用聚集成团,一部分密度较大的絮团沉降至电极板20的底部,另一部分絮团则被阴极所产生的气体气浮到电极板20的顶部,从而实现固液分离。同时污水中的大分子链会在电极板20表面通过氧化还原反应而被切断。由于本案采用了脉冲电源30,而脉冲电解的通电时间相对较小,小于直流电解的处理反应时间,使得铁的溶解量减少,对应产生的污泥也减少。而且可以合理利用占空比以使所述多个电极板20之间产生电容效应,即使在脉冲电源30断电的情况下,去污反应依然在进行。电极板20上的反应随着脉冲时强时弱,既有利于扩散、降低浓差极化,同时也降低了能耗,提高了净化效率。
所述电解槽体10的一侧设置有进水管11,另一侧设置有出水管12,所述进水管11与所述出水管12均与所述电解空间15连通。所述多个电极板20均与所述电解空间15的底面垂直,所述多个电极板20均匀间隔设置。所述多个电极板20均为矩形板,所述多个电极板20的高度均相同。在一实施例中,所述多个电极板20均与所述脉冲电源30电性连接。相邻两个所述电极板20之间的间距为1-10厘米。每相邻两个所述电极板20之间形成有电解腔21,所述电解腔21的底部开设有排渣孔,用于排出渣泥。所述多个电极板20的顶部位置均低于所述电解槽体10的顶面,以于所述多个电极板20的上方共同形成溢流空间。
所述脉冲电源30具有自动换极模块(图未示),用于在预设时间段内变换脉冲电流的极性。所述预设时间段设置为0.5-24小时。所述脉冲电解反应器100还包括所述曝气组件41与极板清洗组件(图未示),所述曝气组件41设置于所述电解空间15的底部,用于在所述电解空间15内进行曝气作业,所述极板清洗组件设置于所述电解槽体10上,用于清洗所述多个电极板20。本领域普通技术人员可以对所述曝气组件41及所述极板清洗组件进行设计,其具体结构在此不在赘述。
所述脉冲电解反应器100包括多个所述电解槽体10,所述脉冲电解反应器100还包括分水器(图未示),所述分水器与多个所述电解槽体10连通,用于向多个所述电解槽体10分配水流。所述脉冲电解反应器100的工作机理使得其对高浓度有机废水和金属废水都有很好的除去能力。脉冲电解的应用范围包含电镀、印染、垃圾渗滤液、城市污水、化工、制药和制革废水的处理。
在上述脉冲电解反应器100中,其反应器内发生如下化学反应:
阳极: Fe-2e→Fe2+ (1-1)
4OH–+4e→2H2O+2O→2H2O+O2↑ (1-2)
阴极:2H++2e→2H→H2↑ (1-3)
在外加电场作用下,浸没在电解质溶液中的可溶性阳极(通常采用Fe/Al阳极)原位产生金属阳离子,同时溶液中的水在阴极电解产生OH-和H2,金属阳离子与 OH-在溶液中结合,形成金属氢氧化物和多羟基配合物,最终形成氢氧化物絮体。
在上述脉冲电解反应器100中,可以利用所述曝气组件41于电解过程中每隔1~5小时曝气一次,清除电极表面杂物,再配合所述极板清洗组件对电极板20上沉积的杂质进行清洗。通过变换脉冲电流的极性,从而可以使得所述多个电极板20的极性不断改变,进而使得所述多个电极板20上的沉渣受到电斥力而脱落,方便了渣滓的清理。而将所述预设时间段设置为0.5-24小时,能够及时地将所述多个电极板20上的沉积物清除。通过设置所述进水管11及所述出水管12,能够使得水流顺利地进入或者排出所述电解槽体10。而所述多个电极板20的相互间隔设置,则有助于形成多个电解区间,实现逐级净化,每个电极板20能够产生不断变换,进而方便将其上的沉积物清理下来。相邻两个所述电极板20之间的间距为1-10厘米,从而方便于相邻两个电极板20之间产生较强的电容特性,方便沉积物受力脱落。
请一并参阅图2及图3,所述脉冲电解反应器100还包括调节机构50,用于调节多个电极板20之间的间距,从而使得所述多个电极板20之间形成的电容强时弱,这样有利于扩散、降低浓差极化,降低能耗。在一实施例中,每个所述电极板20包括板体22、枢轴23与柔性片24,所述电极板20的相对两侧分别滑动抵持于所述电解槽体10的相对两个内侧壁上,所述电极板20的底部与所述电解空间15的底面之间形成有间隙。所述枢轴23穿设于所述电极板20的中部,所述枢轴23的相对两端分别转动地连接于所述电解槽体10的相对两个内侧壁上。所述柔性片24设置于所述板体22与所述电解空间15的底面之间的间隙中,所述柔性片24顶部边缘连接于所述电极板20的底部边缘,所述柔性片24的底部边缘连接于所述电解空间15的底面上。所述调节机构50用于驱动所述多个电极板20绕所述多个枢轴23旋转,以改变所述多个电极板20的顶部高度,从而调节污水的流量。在所述多个电极板20旋转的过程中,所述电极板20带动其底部的柔性片24发生变形,而所述柔性片24能够挡设所述电极板20底部的污水,防止污水从所述电极板20的底部越过。例如,每相邻两个电极板20之间设置有弹簧25,所述弹簧25用于保证相邻两个电极板20之间的间距。所述弹簧25的中部设置有柔性曝气袋26,所述柔性曝气袋26与所述曝气组件41连接,以收容气体。所述柔性曝气袋26上开设有多个曝气微孔(图未示),所述多个曝气微孔的直径可以通过常规手段设计。所述柔性曝气袋26在受到挤压时能够变形,改变所述多个曝气微孔的孔径,调节所述柔性曝气袋26的曝气量。所述多个电极板20在旋转过程中,也能够对所述柔性曝气袋26进行挤压,以实施曝气作业,驱散所述多个电极板20上的渣滓。
在一实施例中,所述多个电极板20构成第一电极组与第二电极组,所述第一电极组包括多个第一电极板201,所述第二电极组包括多个第二电极板202,所述多个第一电极板201与所述第二电极板202相互间隔设置,即每个所述第一电极板201的相对两侧分别设置有一个所述第二电极板202。所述第一电极板201的板体22上侧形成有搭接凹陷221,所述搭接凹陷221自所述板体22的顶部向所述柔性片24的方向延伸,所述第一电极板201的顶部设置有卡扣体222,所述搭接凹陷221内设置有搭接片28,所述搭接片28的底部边缘转动地连接于所述搭接凹陷221的底部。每个所述第二电极板202的顶部设置有条形槽225,所述条形槽225贯通所述第二电极板202的相对两侧,所述搭接片28的顶部边缘活动卡设于相邻的所述第二电极板202的条形槽225内,从而封闭所述第一电极板201与所述第二电极板202内之间的电解腔21,进而减少所述电解槽体10内的电解腔21的数目。而当需要回复原有的电解腔21的数目时,翻转所述搭接片28,使得所述搭接片28的顶部卡设于所述第一电极板201的卡扣体222上,即可使得所述搭接片28保持竖直,打开对应的电解腔21。
所述调节机构50包括驱动组件51与传动组件52,所述驱动组件51设置于所述电解槽体10的外侧,所述传动组件52设置于所述电解空间15内,所述传动组件52与所述驱动组件51连接,所述传动组件52受所述驱动组件51的驱动,用于驱动所述多个电极板20旋转,进而改变所述多个电极板20相互之间的间距,继而改变所述多个电极板20之间的电容,扩散、降低浓差极化。所述驱动组件51包括驱动电机511、传动轴512、驱动齿轮513与套设齿带514。所述驱动电机511设置于所述电解槽体10的外侧,所述传动轴512连接于所述驱动电机511上,所述驱动齿轮513安装于所述传动轴512的端部,所述套设齿带514的外侧设置有多个啮合齿(图未示),所述多个啮合齿与所述驱动齿轮513相互啮合,所述驱动齿轮513位于所述啮合齿的外侧。
所述传动组件52包括多个皮带轮521、多个传动杆522与多个驱动凸轮523,所述多个皮带轮521设置于所述套设齿带514内,所述套设齿带514用于驱动所述多个皮带轮521旋转。所述多个传动杆522分别与所述多个皮带轮521连接,所述多个传动杆522均穿设于所述电解槽体10的侧壁上,每个所述传动杆522穿设于对应的一个所述第一电极板201与一个所述第二电极板202之间,所述多个驱动凸轮523分别连接于所述多个传动杆522的端部,所述驱动凸轮523的相对两侧分别抵持于一个所述第一电极板201与一个所述第二电极板202之间。所述驱动凸轮523位于所述第一电极板201背离所述搭接凹陷221的一侧,并位于所述弹簧25的上方。所述多个驱动凸轮523用于旋转驱动所述第一电极板201与所述第二电极板202,进而改变所述多个电极板20之间的间距。所述多个驱动凸轮523的数目与所述多个第一电极板201的数目相等。例如,所述搭接片28所处于的空隙内并未设置有驱动凸轮523。
所述调节机构50运行时,所述驱动电机511通过所述传动轴512驱动所述驱动齿轮513旋转,所述驱动齿轮513带动所述套设齿带514旋转,所述套设齿带514带动所述多个皮带轮521旋转,继而带动所述多个驱动凸轮523旋转,最终利用所述多个驱动凸轮523驱动相邻的第一电极板201与所述第二电极板202绕各自的枢轴23旋转,而所述搭接板所处于的空间内未设置有所述驱动凸轮523,因此可以改变所述第一电极板201与所述第二电极板202之间的间距。在所述多个驱动凸轮523的旋转过程中,所述多个弹簧25能够利用自身的回复力拉持或者推持所述第一电极板201及第二电极板202移动,使得所述第一电极板201与所述第二电极板202均能够保持与所述驱动凸轮523的周面保持抵持贴合。
请一并参阅图4,本发明还提供了一种工业污水处理系统600。所述工业污水处理系统600包括上述脉冲电解反应器100。具体地,所述工业污水处理系统600包括依次连接的调节池61、上述脉冲电解反应器100、气浮沉淀箱62、好氧池63、二次沉淀池64、纳米臭氧净化池65与MBR(Membrane Bio-Reactor, 膜生物反应器)超滤器66。所述工业污水处理系统600还包括压滤机67及干燥机68,所述压滤机67用于压滤所述气浮沉淀箱及所述二次沉淀池64排出的渣泥,所述干燥机68用于干燥压滤后的渣泥。
具体步骤流程如下:首先是进水,污水先进入调节池61调节PH5-7,然后经过脉冲电解反应器100除去大部分大分子有机物,这些物质恰恰是难以生化降解的,为后段生化降解缓解压力。气浮去渣后进入高效好氧池63去除剩余的容易生化降解的小分子有机物,为电絮凝节约了处理成本。此后二沉池(二次沉淀池64)出水经纳米臭氧O3脱色杀菌,MBR超滤处理后,即可实现中水回用,即出水。
为说明上述有益效果,现以一印染公司为例,该公司月加工棉布色织等面料染色300余万米,每天产生综合性废水约1600吨。综合性废水主要来源于碱煮退浆废水、水洗废水以及士林染色废水,平均CODcr在4500-5500 mg/L,PH在12-13之间,由于工艺中实用大量的碱和保险粉、元明粉等盐类导致盐度值也很高。原有的6000吨生化好氧池63已经满足不了需求,同时受到场地限制,也没办法进一步扩大好氧池63的规模。原生化需求水池比为1:5,而配合脉冲电解后比目前生化节省土建用地40-50%,污泥量减少50-60%。进水COD在4500-5500范围内波动,脉冲电解的处理能力表现的很稳定,其COD(Chemical OxygenDemand,化学需氧量)去除率一直稳定在70%以上,降至300-1000mg/L。脉冲电解处理后,气浮分离泥水,清水进入高效好氧生化系统进一步处理COD降至120-350mg/L。最终经臭氧脱色与MBR过滤后50%以上的水回用到车间。
本具体实施例仅仅是对本发明的解释,其并不是对本发明的限制,本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改,但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。