CN112272656A - 具有均匀阳极消耗的集成机构的电凝池 - Google Patents

具有均匀阳极消耗的集成机构的电凝池 Download PDF

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Abstract

本发明描述了一种圆筒形电化学电解池(图1)，其设计用于利用电凝法处理各种成分的废水。电解池采用机械旋转间隔件(图1)(5)，以确保阳极板(图1)(3)的均匀消耗，并防止阳极和阴极沉积。间隔件位于阳极(图1)(3)和阴极(图1)(9)之间，阳极位于电解池的底板上(图1)(6)。间隔件的缓慢旋转运动由穿过电解池的底板中心的轴(图1)(9)提供，其形状允许间隔件和阴极两者竖向下落(图1)(4)。该装置具有在稳定电压和恒定功耗条件下工作的优点。此外，电凝池能够在1至10巴的压力下运行。

Description

具有均匀阳极消耗的集成机构的电凝池
本发明涉及一种设计用于处理废水的电解池装置(图1)。电解池被封装在圆筒形外壳(16)、可移除的上盖(15)和底部基板(6)内。本专利的目的是描述能够现场生产凝结剂的电解池的组件，同时利用集成机构，确保牺牲阳极的均匀消耗。因此，电解池能够在相对较高的压力(1至10巴)条件下运行，并且维护频率低且可预测。
电化学现场生产凝结剂的方法(通过通常由铝或铁制成的合适阳极的电溶解)是众所周知且广泛使用的。然而，它们中的大多数遇到的问题源于不溶性化合物(主要是钙和镁)在阴极表面的沉积以及凝结剂本身在阳极表面的沉淀。结果，阳极的电溶解/消耗速率变得不可预测，电解池效率逐渐降低。此外，阳极的电溶解导致功耗增加，这需要频繁的过程停止来执行适当的补救措施。根据迄今为止的国际经验，建议采取的补救措施包括频繁维护和/或更换电极和/或使用柠檬酸等酸性溶液进行机械或化学清洗。电极的更换频率不仅很大程度上取决于施加的电流密度，还取决于被处理流体的物理化学特性。上述两个参数的影响导致电极有效工作寿命预测的不确定性增加。因此，操作人员必须考虑到阳极更换和酸洗化学品的成本是可变的，无法安全估算。在上述内容中，还应添加由于维护和废水处理效率降低而导致的电凝装置的任何突然关闭。
在美国专利8945357B2中，描述了一种设备，包括用于废水处理的圆筒形电化学电解池，其类似于本发明，基于现场电化学生产凝结剂。此外，在前述专利中提出的电解池中，电化学氧化作用也在非消耗性阳极的表面上进行。此外，该装置包括位于两个固定阳极之间的旋转非消耗性阴极板，其中只有底部的一个用于凝结剂生产(消耗性)。关于本发明的主要区别涉及电极的数量和进行电化学氧化反应的非消耗性阳极的存在。如美国专利所要求的，阴极的旋转防止了化合物在阳极表面的沉积，而没有保持电极之间距离稳定的措施。由于这一遗漏，操作人员应经常观察阴极的高度，以便在自耗电极厚度减小时进行必要的调整，保持稳定的电极距离。此外，发明人没有考虑阴极沉积物的影响(其影响在钙和镁离子含量高的含水废水中尤其明显)。由于阴极电位的逐渐增加，这些沉积物对电解池的功耗有严重的影响。
下面详细介绍的本发明能够成功地解决上述问题，为用户提供在宽范围的废水成分和流量下的可靠和不间断的操作。特别是，由于它只包括两个非旋转电极，所以设计更简单，维护更容易。最重要的是，它们之间的距离增加(由于阳极消耗)已经通过结合机械旋转间隔件而被考虑在内。该间隔件与支撑阴极重量的阳极顶部接触，并保持它们之间的距离稳定。同时，它的旋转和与两个电极的连续接触防止了固体在阳极和阴极两者表面的沉积。该电解池也已经过测试，并证明在高压和高浓度污染物的条件下有效运作。
图1给出了本发明部件的精确布置。上面最重要的是图2中显示的阳极，图3中显示的阴极和图4中显示的阴极支撑板。图5、5.1和5.2指的是间隔件和由塑料制成的轴提供的其旋转方式(图5)(9)。本发明的装置(图1)能够有效地处理各种污染负荷的液体，它由圆筒形单极电解池构成，该电解池具有可消耗的阳极(3)和不可消耗的阴极(4)。该电解池被封装在顶盖、底板和圆筒形中间壳体内，具有底部入口(1)和上部出口(2)。两个电极之间具有特定的距离，等于旋转间隔件的厚度(5)，形成处理废水的区域。间隔件的旋转由电动马达提供，该电动马达未在本专利的附图中示出。液体的方向是从底部入口到处理区，在两个电极之间流动，通过阴极的周边后，从顶盖的出口流出电凝池。阳极板(图2)(3)通过指定数量的两(2)到四(4)个用作集电器的螺栓(图2)(12)永久固定到电化学电解池的底部基板(图1)(6)。电流通过相应数量的电缆提供给阳极板，电缆牢固地连接到集电器。阳极板的构成材料可以是铝或铁，它是圆筒形的。其总体尺寸如直径和厚度可以变化，因为这些尺寸取决于本发明将被使用的应用以及阳极的工作寿命和所需消耗率。阴极板(图3)位于阳极板上方预定距离(3至10毫米)处，等于间隔件的厚度(图1)(5)，由于施加的总作用力，只能竖向移动。这个力是它的重量和浮力的结果，因为它总是完全浸没在流经电解池的液体中。
阴极向阳极的竖向运动是由于阳极的逐渐消耗。阴极板的构成材料可以是不锈钢或钛，呈圆筒形，中心有圆柱形开口(图3)。阴极板具有完全光滑的表面，没有孔、腔或其他瑕疵。在电解池的工作过程中，阴极将只向下移动到阳极的方向，直到预定的工作周期过去，此时阳极的厚度已经减小到需要更换的程度。阴极的上表面将牢固地固定在由塑料制成的相同尺寸的圆盘(图4)(图1)(7)上。在塑料圆盘的上部，安装了圆柱形杆(图1)(8)，以防止阴极旋转(通过与旋转间隔件接触)。同时，这些杆只允许阴极竖向移动。所述杆穿过在扁平棒状件(图1)(18)上制成的两个圆孔，扁平棒状件嵌入电解池的顶盖中。阴极的电源由适用于此类应用的柔性电缆(图1)(17)提供，因为它们将总是嵌入电解液中。电缆将连接到阴极板上表面的集电器(图1)(11)。在阴极塑料支撑板的中心，塑料盖(图1)(14)将牢固地安装，防止液体流过支撑板的中心。该塑料盖的长度等于阴极的预期压降，其直径至少比间隔件的旋转轴直径大40毫米。
位于两个电极(图1)(3)和(4)之间的间隔件(图5)可以有四(4)、六(6)或八(8)个臂(图5、5–1、5–2)。间隔件的厚度可以在3到10毫米之间，其将由塑料材料制成。每个臂的长度应等于或大于外电极直径。由于施加在阴极上的总力，该间隔件将自由竖向移动。间隔件缓慢而稳定的旋转(10转/分)将保证阳极的均匀电溶解，同时，该间隔件将允许液体在两个电极之间自由流动。间隔件的旋转由轴(图1)(9)提供，该轴将穿过电解池的底板的中心，并牢固地连接到齿轮马达(本文件中未显示)。前述轴的形状将允许间隔件由于阳极消耗而向下移动。轴的构成材料将是塑料/金属组合，使得塑料部分(图5)(9α)将与液体接触，而金属部分(图5)(9β)将是非润湿的。该轴在电解池的底板上具有机械密封件(图1)(10)。
电凝池的外壳由非导电材料制成，可耐受高压和高温条件以及高腐蚀性环境。合适的构成材料可以是涂有环氧树脂的钢、塑料或它们的组合。在电解池的顶盖上具有用于阴极供电电缆的密封构造(图1)(13)，以保持电解池水密封。

Claims (15)

1.一种用于现场生产凝结剂的圆筒形电化学电解池(图1)，所述电解池设置有位于两个电极之间的机械旋转间隔件(图1)(5)，自耗电极(阳极板)(图1)(3)牢固地附接到电解池的底板(图1)(6)，电源电缆连接到所述底板(图1)(12)，阳极的厚度取决于其使用寿命，并由其消耗率决定，可以选择铝或铁作为合适的构成材料，并且所述阳极具有圆筒形形状，在其中心具有圆柱形开口，废水从该开口通过(图2)(3)，所述机械旋转间隔件(图5)(5)位于阳极的上活性表面，由四(4)个臂组成，厚度为3毫米至10毫米，所述机械旋转间隔件允许处理过的液体仅流动通过所述机械旋转间隔件在阴极和阳极之间产生的间隙，同时由于所述机械旋转间隔件与两个电极的连续接触和所述机械旋转间隔件的旋转运动，所述机械旋转间隔件确保阳极的均匀电溶解，防止沉积物的形成，所述机械旋转间隔件的缓慢旋转通过轴(图5)(9)实现，所述轴穿过所述电化学电解池的底板的中心，由于施加在阴极上的力和阳极的厚度的逐渐减小，允许所述机械旋转间隔件沿竖向向下移动，在所述机械旋转间隔件的上表面，设置有阴极的完全光滑的活性表面(图3)(4)，所述阴极可以由不锈钢或钛构成，所述阴极的形状是圆筒形的，所述阴极的中心具有圆柱形的开口，在所述阴极的非活性表面上，安装有相同直径的塑料圆盘(图4)(7)，一组杆(图4)(8)被牢固地固定在所述塑料圆盘中，当所述阳极的厚度减小时，所述一组杆只允许所述阴极的竖向移动，并防止所述阴极由于所述机械旋转间隔件的旋转而旋转，所述一组杆穿过扁平的棒状件，所述棒状件的开口的数量与所述一组杆(图4)(8)的数量相同，所述棒状件(图1)(18)嵌入电解池的顶盖中。
2.根据权利要求1所述的电解池，其中，所述机械旋转间隔件(图5.1)具有六(6)个臂，厚度为3毫米至10毫米。
3.根据权利要求1所述的电解池，其中，所述机械旋转间隔件(图5.2)具有八(8)个臂，厚度为3毫米至10毫米。
4.根据权利要求1所述的电解池，其中，所述电解池设置的机械旋转间隔件(图1)(5)用于保持所述阳极(图1)(3)和所述阴极(图1)(4)之间的稳定距离，所述阳极和所述阴极之间的距离对应于所述机械旋转间隔件的厚度，该厚度可以是3毫米至10毫米，由所述机械旋转间隔件产生的间隙允许液体在两个电极之间自由流动。
5.根据权利要求2所述的电解池，其中，所述机械旋转间隔件(图1)(5)由不导电且在高温的高腐蚀性环境中耐用的材料构成。
6.根据权利要求2和3所述的电解池，其中，所述机械旋转间隔件(图1)(5)能够在其操作过程中保持其厚度(限定为3毫米至10毫米)不变，在始终与两个电极的活性表面接触的同时，表现出优异的摩擦阻力。
7.根据权利要求2所述的电解池，其中，所述机械旋转间隔件(图1)(5)的旋转确保了阳极(图1)(3)的均匀电渗析，由于所述机械旋转间隔件与两个电极的连续接触及所述机械旋转间隔件的旋转运动，防止了沉积物的形成。
8.根据权利要求2至7所述的电解池，其中，所述机械旋转间隔件(图1)(5)通过保持阳极和阴极之间的恒定距离(3毫米至10毫米)，使得本发明具有在稳定电势条件下操作的能力。
9.根据权利要求2所述的电解池，其中，所述机械旋转间隔件(图1)(5)被允许相对于使其旋转运动的轴自由地竖向移动，所述机械旋转间隔件的竖向移动是施加在阴极组件(图1)(4)上的总力的结果，该阴极组件位于所述机械旋转间隔件的顶表面。
10.根据权利要求1和9所述的电解池，其中，所述机械旋转间隔件(图1)(5)的旋转轴(图1)(9)具有与所述机械旋转间隔件的中心处的相应开口(图5)(19)相匹配的形状，从而允许所述机械旋转间隔件旋转并竖向移动。
11.根据权利要求10所述的电解池，其中，所述机械旋转间隔件(图1)(5)的旋转轴(图1)(9)由两部分组成，一部分完全浸没在液体中(图5)(9α)，另一部分位于电解池的外侧(图5)(9β)，并连接到齿轮马达。
12.根据权利要求11所述的电解池，其中，旋转轴(图1)(9)由塑料材料构成。
13.根据权利要求11所述的电解池，其中，所述旋转轴的下部(图1)(9β)通过机械密封件(图1)(10)密封。
14.根据权利要求6所述的电解池，其中，所述机械旋转间隔件(图1)(5)的旋转运动确保阳极和阴极之间的稳定距离为3毫米至10毫米，以这种方式，实现了恒定的电解质电压降和运行期间恒定的功率消耗，这不同于消耗逐渐增加的传统电解池。
15.根据权利要求1所述的电解池，其中，装置(图1)由对1巴至10巴的压力具有高抵抗力的材料构成，因此，可以是具有不导电涂层的材料，适合在高腐蚀性环境中操作，其他构成材料可以是塑料，如玻璃纤维增强塑料。
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