CN110937666A - 一种阳极保护式自动除垢的电解含盐有机废水装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种阳极保护式自动除垢的电解含盐有机废水装置，该装置的特点是电解槽1内设有第一阳极a₁、第二阳极a₂、第一阴极c₁和第二阴极c₂，且第一阴极c₁和第二阴极c₂置于第一阳极a₁和第二阳极a₂之间。电解时，第一阳极a₁和第二阳极a₂并联后与电源10的正极串联连接；第一阴极c₁和第二阴极c₂并联后与电源10的负极串联相连。倒极时，原电解电路中第一阳极a₁和第二阳极a₂电路断开，第一阴极c₁和第二阴极c₂分别与电源10的正负极交替相连，作为倒极电路中的阴阳极，从而实现第一阴极c₁和第二阴极c₂的表面除垢。本发明的电解装置可有效降低阴极表面结垢，避免阳极损耗，电解效率高，降低污水处理能耗。

Description

一种阳极保护式自动除垢的电解含盐有机废水装置

技术领域

本发明涉及含盐有机废水处理与回用领域，特别涉及一种具有倒极功能、可自动去除极板的垢体、同时避免阳极损耗的阳极保护式含盐有机废水电解装置。

背景技术

油气田采出水成分较复杂，不仅含有原油、机械杂质、无机盐(高价金属离子)，而且还溶解了大量的气体及细菌等。油层酸化是目前国内外油田增产增注的主要措施之一，但也会产生大量的铁离子。当水中含Fe²⁺时，能够促进硫酸盐还原菌(SRB)的生长，容易出现含FeS的黑水，同时大量的无机盐会与碳酸根生成碳酸盐垢。利用电化学氧化法处理油气田采出水，在电场作用下能够生成活性极强的自由基，如羟基自由基OH·，杀灭水中细菌，同时能将S^2-、Cl^-等离子氧化成单质S和具有强氧化性的Cl₂、ClO^-等强效杀菌物质，并在较低pH值条件下，能将Fe²⁺氧化成Fe³⁺，并与水相互作用生成具有凝聚作用的Fe(OH)₃。另外，电解时产生的大量气体在水中形成均匀分布的微小气泡，发挥良好气浮除油作用。但是，电解过程中阴极表面会逐渐结垢，难以清除。目前有应用倒转电极法，将原来的工作状态下的电极的极性进行交换，通电后垢层自动脱落，这一方法的清洗效果较好，但是会降低电极的使用寿命，尤其是作为工作阳极的电极板，影响电解效能，增加了运行成本。相比已有公开专利CN203112939 U号中所记载的单阳极、双阴极电解槽，本发明采取双阳极、双阴极工作模式，只对双阴极进行周期性的对换极性，更加有效去除垢体，电解效率更高。专利CN 206188462 U中提到的分别应用直流电源与倒极电源来控制电解与除垢，可避免电路过于复杂的缺陷，但是当多组电极同时工作时，需要使用多组直流电源与倒极电源，在装置运行成本上会有提高。相比于专利CN 203959890 U中提到的每相邻两块阳极之间插入两块阴极的工作模式，本发明专利电解时各个阴极区域电流密度平均，电路简单易控。

发明内容

为避免现有技术不足，本发明提出一种阳极保护式自动除垢的电解含盐有机废水装置，该装置具有倒极功能，可以解决阳极板损耗、阴极板结垢的问题，从而提高电解效率。

本发明所提供的阳极保护式自动除垢的电解含盐有机废水装置由以下部分组成：电解槽1、电源10、气泵8、水泵5、收油罐3、收泥罐6、支架9、注水管4、进气管7以及相关连接电路及开关；其中，电解槽内设有第一阳极a₁、第二阳极a₂、第一阴极c₁和第二阴极c₂，且第一阴极c₁和第二阴极c₂置于第一阳极a₁和第二阳极a₂之间；电解槽1通过支架9支撑而处于倾斜状态；水泵5通过注水管4与电解槽1底部连接；气泵8通过进气管7与电解槽1底部连接；收油罐3位于电解槽1外部上方，收集污水中的含油物质，净化水质；电解槽1内的第一阳极a₁、第二阳极a₂、第一阴极c₁和第二阴极c₂通过连接电路与电源10的正负极相连，其中，第一阳极a₁通过第一开关s₁与电源10的阳极连接，第二阳极a₁通过第四开关s₄与电源10的阳极连接，第一阴极c₁通过第二开关s₂和第六开关s₆与电源10的阴极连接、通过第二开关s₂和第五开关s₅与电源10的阳极连接，第二阴极c₂通过第三开关s₃与电源10的阴极连接、通过第七开关s₇与电源10的阳极连接。

上述的电解槽1处于倾斜状态，倾斜角度为10°～75°，可以减缓污水与气体流出电解槽1的速度，使其充分参与反应，提高电解效率及收油率。

上述的气泵8通过进气管7将气体通入电解槽1内部，一方面加速电解液流动，提高电解效率，另一方面起到气浮除油作用。

上述的第一阳极a₁与第一阴极c₁的间距为5～50mm，第二阳极a₂与第二阴极c₂的间距为5～50mm，第一阴极c₁与第二阴极c₂的间距为5～50mm。

上述的电源10提供的槽压为1～15V，提供的电流密度为10～80A/m²。

电解时，第一开关s₁和第四开关s₄闭合，此时第一阳极a₁和第二阳极a₂并联，并与电源正极串联连接；第二开关s₂、第三开关s₃和第六开关s₆闭合，第五开关s₅和第七开关s₇断开，此时第一阴极c₁及第二阴极c₂串联，并与电源10的负极串联连接。

倒极时分为两种情况，即除垢状态1和除垢状态2。

除垢状态1时，第一开关s₁和第四开关s₄断开，第二开关s₂、第五开关s₅闭合，第一阴极c₁与电源10的正极相连；第六开关s₆、第七开关s₇断开，第三开关s₃闭合，第二阴极c₂与电源10的负极相连。

除垢状态2时，第一开关s₁、第四开关s₄和第五开关s₅断开，第二开关s₂和第六开关s₆闭合，第一阴极c₁与电源10的负极相连；第三开关s₃断开，第七开关s₇闭合，第二阴极c₂与电源10的正极相连。

本发明的优点在于：通过采用双阳极和双阴极电解及周期性地对双阴极进行倒极，可减轻双阴极电极表面垢体的累积，同时避免阳极板因为倒极而损耗，避免涂层脱落，同时整个电解装置处于可调节角度的倾斜状态，能够充分利用气泵注入的气体参与反应，既提高了收油率，又提高了电解效率。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是本发明的装置放置于支架上的侧面结构示意图；

图3是本发明的电解槽内极板连接电源电路示意图；

图中代号含义如下：

1-电解槽

2-出水口

3-收油罐

4-注水管

5-水泵

6-收泥罐

7-进气管

8-气泵

9-支架

10-电源

a₁-第一阳极

a₂-第二阳极

c₁-第一阴极

c₂-第二阴极

s₁-第一开关

s₂-第二开关

s₃-第三开关

s₄-第四开关

s₅-第五开关

s₆-第六开关

s₇-第七开关

具体实施方式

以下结合实施例和附图对本发明做详细地说明

实施例1

本实施例的具体工艺流程请参见图1。

电解槽上设有第一阳极a₁、第一阴极c₁、第二阳极a₂、第二阴极c₂。电解时，第一阳极a₁与第二阳极a₂并联，并与电源10的正极串联连接，第一阴极c₁与第二阴极c₂并联，并与电源10的负极串联连接。第一阴极c₁通过第二开关s₂、第五开关s₅连接，并与电源10的正极相连，第二阴极c₂通过第三开关s₃与电源10的负极相连，从而组成倒极电路1。第一阴极c₁通过第二开关s₂、第六开关s₆与电源10的负极相连，第二阴极c₂通过第三开关s₃、第七开关s₇与电源10的负极相连，从而组成倒极电路2。

第一阳极a₁与第二阳极a₂选用DSA电极，第一阴极c₁与第二阴极c₂选用304电极。第一阴极c₁与第二阴极c₂置于第一阳极a₁与第二阳极a₂之间，第一阳极a₁与第一阴极c₁的间距为5mm，第二阳极a₂与第二阴极c₂的间距为5mm，第一阴极c₁与第二阴极c₂的间距为5mm。

废水通过水泵5经注水管4注入电解槽1的底部，并且经由注水管4上的排水孔流入电解槽1内。

空气通过气泵8经进气管7打进电解槽1的底部，并由进气管7上的排气孔分散至电解槽1内。

首先，电解时，第一阳极a₁与第二阳极a₂并联后串联连接至电源10的正极，第一阴极c₁与第二阴极c₂并联后串联连接至电源10的负极，此时处于电化学氧化废水阶段，倾斜角度为10°，电流密度为10A/m²，槽压为1V。

第二步，槽压升高至10％时，断开第一开关s₁、第四开关s₄、第六开关s₆、第七开关s₇，闭合第二开关s₂、第三开关s₃和第五开关s₅，电解槽1进入除垢状态1，持续时间为20min。

第三步，第一开关s₁、第三开关s₃、第四开关s₄、第五开关s₅断开，第二开关s₂、第六开关s₆和第七开关s₇闭合，进入除垢状态2时，持续时间为30min。

第四步，除垢状态1与除垢状态2交替进行，交替频率为3min，直至垢层被完全去除。

第五步，电解槽1底部，极板之间设有注水管4、进气管7，利用气泡和水流的冲刷作用，加快垢层的脱落。同时，脱落的垢层沉积在收泥罐6中，并最终从其底部排出；电解槽1上方的收油罐3，将收集来自污水中气浮作用下产生的油气，完成水质净化。

实施例2

本实施例的具体工艺流程请参见图1。

电解槽上设有第一阳极a₁、第一阴极c₁、第二阳极a₂、第二阴极c₂。电解时，第一阳极a₁与第二阳极a₂并联，并与电源10的正极串联连接，第一阴极c₁与第二阴极c₂并联，并与电源10的负极串联连接。第一阴极c₁通过第二开关s₂、第五开关s₅连接，并与电源10的正极相连，第二阴极c₂通过第三开关s₃与电源10的负极相连，从而组成倒极电路1。第一阴极c₁通过第二开关s₂、第六开关s₆与电源10的负极相连，第二阴极c₂通过第三开关s₃、第七开关s₇与电源10的负极相连，从而组成倒极电路2。

第一阳极a₁与第二阳极a₂选用DSA电极，第一阴极c₁与第二阴极c₂选用304电极。第一阴极c₁与第二阴极c₂置于第一阳极a₁与第二阳极a₂之间，第一阳极a₁与第一阴极c₁的间距为50mm，第二阳极a₂与第二阴极c₂的间距为50mm，第一阴极c₁与第二阴极c₂的间距为50mm。

废水通过水泵5经注水管4注入电解槽1的底部，并且经由注水管4上的排水孔流入电解槽1内。

空气通过气泵8经进气管7打进电解槽1的底部，并由进气管7上的排气孔分散至电解槽1内。

首先，电解时，第一阳极a₁与第二阳极a₂并联后串联连接至电源10的正极，第一阴极c₁与第二阴极c₂并联后串联连接至电源10的负极，此时处于电化学氧化废水阶段，倾斜角度为75°，电流密度为80A/m²，槽压为15V。

第二步，槽压升高至10％～20％时，断开第一开关s₁、第四开关s₄、第六开关s₆、第七开关s₇，闭合第二开关s₂、第三开关s₃和第五开关s₅，电解槽1进入除垢状态1，持续时间为30min。

第三步，第一开关s₁、第三开关s₃、第四开关s₄、第五开关s₅断开，第二开关s₂、第六开关s₆和第七开关s₇闭合，进入除垢状态2时，持续时间为30min。

第四步，除垢状态1与除垢状态2交替进行，交替频率为5min，直至垢层被完全去除。

第五步，电解槽1底部，极板之间设有注水管4、进气管7，利用气泡和水流的冲刷作用，加快垢层的脱落。同时，脱落的垢层沉积在收泥罐6中，并最终从其底部排出；电解槽1上方的收油罐3，将收集来自污水中气浮作用下产生的油气，完成水质净化。

Claims (3)

1.一种阳极保护式自动除垢的电解含盐有机废水装置，其特征是：该装置包括电解槽(1)、电源(10)、气泵(8)、水泵(5)、收油罐(3)、收泥罐(6)、支架(9)、注水管(4)、进气管(7)以及相关连接电路及开关；其中，电解槽内设有第一阳极(a₁)、第二阳极(a₂)、第一阴极(c₁)和第二阴极(c₂)，且第一阴极(c₁)和第二阴极(c₂)置于第一阳极(a₁)和第二阳极(a₂)之间；电解槽(1)通过支架(9)支撑而处于倾斜状态，倾斜角度为10°～75°；水泵(5)通过注水管(4)与电解槽(1)底部连接；气泵(8)通过进气管(7)与电解槽(1)底部连接；收油罐(3)位于电解槽(1)外部上方，收集污水中的含油物质，净化水质；电解槽(1)内的第一阳极(a₁)、第二阳极(a₂)、第一阴极(c₁)和第二阴极(c₂)通过连接电路与电源(10)的正负极相连，其中，第一阳极(a₁)通过第一开关(s₁)与电源(10)的阳极连接，第二阳极(a₁)通过第四开关(s₄)与电源(10)的阳极连接，第一阴极(c₁)通过第二开关(s₂)和第六开关(s₆)与电源(10)的阴极连接、通过第二开关(s₂)和第五开关(s₅)与电源(10)的阳极连接，第二阴极(c₂)通过第三开关(s₃)与电源(10)的阴极连接、通过第七开关(s₇)与电源(10)的阳极连接；

电解时，第一开关(s₁)和第四开关(s₄)闭合，此时第一阳极(a₁)和第二阳极(a₂)并联，并与电源正极串联连接；第二开关(s₂)、第三开关(s₃)和第六开关(s₆)闭合，第五开关(s₅)和第七开关(s₇)断开，此时第一阴极(c₁)及第二阴极(c₂)串联，并与电源(10)的负极串联连接；

倒极时分为除垢状态1和除垢状态2两种情况；

除垢状态1时，第一开关(s₁)和第四开关(s₄)断开，第二开关(s₂)、第五开关(s₅)闭合，第一阴极(c₁)与电源(10)的正极相连；第六开关(s₆)、第七开关(s₇)断开，第三开关(s₃)闭合，第二阴极(c₂)与电源(10)的负极相连；

除垢状态2时，第一开关(s₁)、第四开关(s₄)和第五开关(s₅)断开，第二开关(s₂)和第六开关(s₆)闭合，第一阴极(c₁)与电源(10)的负极相连；第三开关(s₃)断开，第七开关(s₇)闭合，第二阴极(c₂)与电源(10)的正极相连。

2.根据权利要求1所述的一种阳极保护式自动除垢的电解含盐有机废水装置，其特征是第一阳极(a₁)与第一阴极(c₁)的间距为5～50mm，第二阳极(a₂)与第二阴极(c₂)的间距为5～50mm，第一阴极(c₁)与第二阴极(c₂)的间距为5～50mm。

3.根据权利要求1所述的一种阳极保护式自动除垢的电解含盐有机废水装置，其特征是电源(10)提供的槽压为1～15V，提供的电流密度为10～80A/m²。

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