CN109824125A

CN109824125A - 电化学强化牺牲阳极水质净化工艺及装置

Info

Publication number: CN109824125A
Application number: CN201910195764.3A
Authority: CN
Inventors: 张刚; 周小燕; 于建永
Original assignee: University of Jinan
Current assignee: University of Jinan
Priority date: 2019-03-15
Filing date: 2019-03-15
Publication date: 2019-05-31

Abstract

本发明公开了一种电化学强化牺牲阳极水质净化工艺及装置。该工艺优选电极电位相差较大的金属作为电极板材料，置于牺牲阳极反应器中并以导线相连，在原电池电势差作用下阳极金属离子析出，并与水中磷酸根、硫离子等污染物反应形成难溶性沉淀从而达到去除的目的，工艺中通过外加直流电源提高反应速率。原水由原水布水区进入牺牲阳极反应区进行电化学反应，实现了高效稳定的污染物去除效果，同时，该工艺占地面积小，运行成本低，又能保持较长工作周期，操作运行方便，易于实现自控，应用范围广。

Description

电化学强化牺牲阳极水质净化工艺及装置

技术领域

本发明涉及一种水质净化装置，用于去除水中正磷酸盐、硫离子等污染物质，尤其涉及以牺牲阳极金属电解为核心，通过外加电源强化反应速率，实现高效稳定净化效果的水质净化工艺，可广泛应用于地表水、市政污水、工业废水特征污染物的净化处理。

背景技术

正磷酸盐、硫离子等污染物的传统去除工艺多采用药剂法，即通过投加聚合氯化铝、三氯化铁等与正磷酸盐、硫离子反应的药剂使之生成沉淀，再然后通过过滤工艺将其去除。此种方式存在以下缺陷：首先，药剂的大量使用会使处理成本增加；其次，药剂处理后产生的残余物会增加后续处理难度，某些药剂会对处理设施本身造成一定影响，如腐蚀、沉积结垢等；再次，加药处理会增加额外的处理设费用，如加药泵等。

在此种背景下，针对化学加药处理的上述缺陷，申请人提出了牺牲阳极水质净化的技术思路，也即在特定的反应器内装配电极电位相差较大的金属材料，并以导线相连形成原电池，在电极电势差作用下阳极板金属离子析出，通过一系列的物理化学过程，与水中正磷酸盐、硫离子等污染物形成难溶性沉淀，从而达到去除废水污染物或回收有用物质的目的。技术研发中通过外加电场提高反应速率，并通过实验室试验及全规模试验对工艺运行效果进行了验证，取得了良好的效果，该技术具有目标污染物针对性强、无须化学药剂添加、运行管理方便、污泥产量少等特点。

近年来出现的电解技术应用于处理纺织、食品、印染等污废水，如电凝聚气浮法处理河水中的磷；电化学氧化法去除微污染水中的氨，但是这种技术主要应用去除特定元素，能耗较高，并未广泛应用于市政污水、工业废水中。

综上所述，对于电解处理工艺，迄今为止还没有既能达到满意处理效果，又能保持较长工作周期，且能去除多种元素、占地面积小、操作运行方便、成本低廉的处理方法。

发明内容

本发明旨在提供一种电化学强化牺牲阳极水质净化装置及工艺，该工艺充分利用不同电极材料间的电极电位，使阳极金属以离子形态析出并与水中正磷酸盐、硫离子等污染物结合，生成沉淀，从而达到去除目的，可广泛应用于不同水质原水净化处理，具备高效稳定特征污染物去除效果。

为了实现上述目的，本发明采取如下的技术解决方案：电化学强化牺牲阳极水质净化工艺及装置，包括主体设备、原水进水系统、出水管路系统。

其中主体设备为一牺牲阳极电化学反应器。装置内设置有原水布水区、电化学强化牺牲阳极反应区及沉积物收集排放区。电化学强化牺牲阳极反应区位于原水布水区和沉积物收集排放区之间，原水布水区、牺牲阳极反应区以及沉积物收集排放区以隔板隔开，其中，原水布水区顶部以孔口、栅条等与电化学强化牺牲阳极反应区相连；电化学强化牺牲阳极反应区由交错布置、电极电位相差较大的不同材质的电极板组成，同时，电化学强化牺牲阳极反应区左右两侧用固定板固定住电极板材料，以接线柱伸出装置分别与电源相连；牺牲阳极反应区顶部以溢流堰等形式出水。

优选的，主体设备的大小可根据所需电极板材料而定，主体设备内可安装多个电极固定板及多个电极板材料，同时，电极板材料大小可根据污染物的去除程度对电极板材料进行自行设计。

优选的，主体设备内的原水布水区和电极反应区之间的隔板上开有小孔。

优选的，主体设备内的电极反应区顶部以溢流堰等形式出水至沉积物收集排放区。

由以上方案可见，本发明是一种以牺牲阳极金属电解为核心的水质净化工艺，可广泛应用于各种水质原水的净化处理。与传统电化学工艺相比，具有如下优势：

1、通过充分利用了不同材料间的电极电位差，对电势差进行外加电源强化，可在保持去除率的同时节省运程成本；

2、可安装在一体化设备上，并且支持多种电源方式，因此扩大了该装置的应用范围；

3、通过外加电源增大极板间的电势差，从而提高化学反应速率；

4、阳极材料电解产物水解后对水中其它污染物具有絮凝作用。

附图说明

图1为牺牲阳极电化学水质净化工艺及装置

图2为水质净化工艺及装置的俯视图

图3为电极反应区示意图

图4为水质净化工艺及装置的左视图

图5为原水进水系统示意图

图6为原水出水系统示意图

以下结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细地说明。

具体实施方式

参阅图1，本发明包括主体设备、原水进水管路系统及出水管路系统。本发明外围结构由外围体（16）及挂耳（17）围成。

参阅图2、图3和图4，对水质净化过程进行说明。

原水经由进水管（1）进入主体设备原水布水区（2），原水进入布水区（2）后，通过原水布水区（2）顶部的孔口（3）进入电极反应区（7），电极板材料（6）被电极固定板（8）固定住，同时，接线柱（14）伸出分别与电源（15）、电极板材料上（6）的凸起（9）相连，在电化学的作用下，原水在电极反应区（7）与水中具有还原性的物质反应生成沉淀，反应后的水通过电极反应区（7）顶部的溢流堰（13）进入沉积物排放区（11）出水。

参阅图4和图5，对水质净化过程进行说明。

原水进水系统主要由进水管（1）以及原水管的附属结构。主体设备原水布水区（2）顶部开有孔口（3），原水布水区（2）的出水可通过顶部孔口（3）进入电极反应区（7），原水布水区（2）和电极反应区（7）以隔板（5）隔开，并且由外围体（4）围成。

参阅图4和图5，对水质净化过程进行说明。

原水出水系统包括与主体设备相连的管路（12），主体设备沉积物排放区（11）顶部开有溢流堰（13），电极反应区（7）的出水可通过顶部溢流堰（13）进入沉积物排放区（11），电极反应区（7）和沉积物排放区（11）以隔板（10）隔开，并且由外围体（4）组成。

本发明通过优选电位相差较大的金属作为电极板材料，置于牺牲阳极反应器中并以导线相连，在原电池电势差作用下阳极金属离子析出，并与水中的正磷酸盐、硫离子等污染物反应形成难溶性沉淀从而达到去除的目的，工艺中通过外加直流电源提高反应速率。原水由原水布水区进入牺牲阳极反应区进行电化学反应，实现了高效稳定的污染物去除效果，同时，该工艺占地面积小，运行成本低，又能保持较长工作周期，操作运行方便，易于实现自控，应用范围广。

当然，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解，依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求范围中。

Claims

1.一种电化学强化牺牲阳极水质净化工艺及装置，包括主体设备、原水进水管路系统、出水管路系统，本水质净化工艺装置特征在于：

所述主体设备为一敞开式反应器，装置内设置有原水布水区、电化学强化牺牲阳极反应区及沉积物收集排放区；电化学强化牺牲阳极反应区位于原水布水区和沉积物收集排放区之间，原水布水区、电化学强化牺牲阳极反应区以及沉积物收集排放区以隔板隔开，其中，原水布水区顶部以孔口、栅条等与电化学强化牺牲阳极反应区相连；电化学强化牺牲阳极反应区由交错布置的不同材质的电极板组成，同时，电化学强化牺牲阳极反应区左右两侧用固定板固定住电极板材料，以接线柱伸出装置分别与电源相连；电化学强化牺牲阳极反应区顶部以溢流堰等形式出水；所述原水进出水系统包括原水管及设于原水管上的附属设备,同时，原水管与主体设备原水布水区连通；所述出水管路系统包括与主体设备相通的管路。

2.根据权利要求1所述的一种电化学强化牺牲阳极水质净化工艺及装置，其特征在于，在不同材料间的电极电位作用下，阳极金属离子析出，与水中正磷酸盐、硫离子等污染物发生化学反应，生成难溶性化合物沉淀，从而达到去除上述污染物的目的。

3.根据权利要求1所述的一种电化学强化牺牲阳极水质净化工艺及装置，其特征在于，通过充分利用了不同材料间的电极电位差，可节省运行成本，对电势差进行外加电源强化，从而提高工艺反应速率。

4.根据权利要求1中所述的一种电化学强化牺牲阳极水质净化工艺及装置，其特征在于，该装置可支持的多种电源方式，如直流电源、光伏（太阳能就是光伏）电源、风力发电电源、核能电源、干电池等。

5.根据权利要求1中所述的一种电化学强化牺牲阳极水质净化工艺及装置，其特征在于，铝、铁等阳极材料电解后可以对水中其他污染物具有絮凝作用。