CN112591945B - 一种深度电化学降解槽及电化学污水处理系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种深度电化学降解槽及电化学污水处理系统，技术方案包括设有至少一个电极单元的槽体，所述电极单元由双层中空筒体结构的电极组成，内层筒体和外层筒体的电极极性相反，其中，阳极筒体以多孔陶瓷为基体，内、外表面涂覆金属氧化物涂层，阴极筒体为碳毡或金属丝状电极制成；所述内层筒体设有进水口，外层筒体与槽体之间的壁面上开有出水口；内层筒体内的污水依次穿过内层筒体壁面、内层筒体与外层筒体的间隙、以及外层筒体壁面流入所述槽体内收集。本发明系统包括上述深度电化学降解槽。本发明结构极为简单、处理效率高、效果好，投资和运行成本低。

Description

一种深度电化学降解槽及电化学污水处理系统

技术领域

本发明涉及污水处理领域，具体的说是一种深度电化学降解槽及电化学污水处理系统。

背景技术

一般来说，化工、制药、印染等行业污水中的污染物一般可以分为四类，①无毒、可生化性好；②无毒，可生化性差，即难降解有机物；③高浓度时有生物毒性，低浓度时可生物降解；④低浓度时即有生物毒性。四大类污染物中，④类污染物一般排放量比较小，且不宜采用生化处理，需要收集后进行单独处理，如放射性废水。③类污染物一般与①类和②类污染物混合后，浓度降低，因此其毒性也随之降低，再辅以一定的预处理手段后使得污水达到生化处理的要求，或者先进入生化系统处理后在经过深度处理手段以符合最终排放标准。电化学污水处理正是此类预处理/深度处理技术。

电化学污水处理技术中，电极分为阴极和阳极。根据阳极材料的差别，不溶性阳极可以产生强氧化能力的羟基自由基并对有机污染物进行降解，溶解性阳极材料可以产生金属阳离子，对水中的有机物进行电絮凝。阴极则以还原方式产生H₂O₂，既可以对有机物进行降解，也可以作为辅助剂强化阳极氧化反应，传统的电化学处理单元通常为阳极板和阳极板交错设置，其反应面积即为极板的面积。一般在对难降解污染物进行深度处理时，需要在高电流下进行操作。而此时，传统电极极板上的电流密度会分布往往不均匀，导致其降解效果和使用效率均受到影响。因此，这种仅适用于低浓度污水初步处理，而不适用于进行深度处理；而CN203498138U公开了一种平行多级电化学水处理设备。包括呈筒状且上端口设有上端盖的缸体；缸体的侧壁下部开有进水口；缸体的侧壁上部开有出水口；所述缸体内部设有多个直径不等的筒状网型阳极；缸体内部还设有一个筒状阴极或多个直径不等的筒状阴极。该结构存在以下问题：其采用筒状网型阳极和筒状阴极交叉嵌套的形式布置，但是污水从缸体侧壁上端流入后，从另一侧壁的下端流出，这样导致位于最内层筒状电极内的污水没有处于阴阳极之间，因此没有任何电场，也就是没有任何降解作用，反应器内出现了明显的反应死区，降低的处理效率；其次，污水穿过网状阳极后，以折流形式流经阴极表面，总体来看阴极的作用主要用于吸附污垢或带电粒子，阴极降解污染物的效率偏低。因此，总体来看，此种转筒型反应器更适合用于工业循环水处理和低浓度污水处理领域。

发明内容

本发明的目的是为了解决上述技术问题，提供一种结构极为简单、处理效率高、效果好，投资和运行成本低、适用于深度电化学降解的深度电化学降解槽。

本发明还提供一种使用上述深度电化学降解槽的电化学污水处理系统。

技术方案包括设有至少一个电极单元的槽体，所述电极单元由双层中空筒体结构的电极组成，内层筒体和外层筒体的电极极性相反，其中，阳极筒体以多孔陶瓷为基体，内、外表面涂覆金属氧化物涂层，阴极筒体为碳毡或金属丝状电极制成；所述内层筒体设有进水口，外层筒体与槽体之间的壁面上开有出水口；内层筒体内的污水依次穿过内层筒体壁面、内层筒体与外层筒体的间隙、以及外层筒体壁面流入所述槽体内收集。

所述金属氧化涂层中金属氧化物为ZnO、SnO₂，RuO₂、LrO₂、Sb₂O₃、Ta₂O₅、PbO₂中的至少一种。

所述以多孔陶瓷为基体的阳极筒体由内至外的孔径分布为毫米—微米的双峰型分布；所述阴极筒体的为碳毡或金属丝网状电极。

所述内层筒体与外层筒体的间隙大小为1-3cm。

所述阳极筒体的壁厚2-6cm，阴极筒体的壁厚为1-5cm。

所述电极单元的底部固定在所述槽体的底部。

本发明种电化学污水处理系统，包括依次连接的调节池、初级电化学降解槽、沉降槽、过滤器和深度电化学降解槽，所述深度电化学降解槽为上述深度电化学降解槽。

所述初级电化学降解槽内设有交错排列的阴极极片和阳极极片，相邻两块极片间的间距为2-10cm。

所述初级电化学降解槽为串联或并联的两个或两个以上；所述深度电化学降解槽为串联或并联的两个或两个以上。

针对背景技术中存在的问题，发明人考虑对污水先进行经过初级电化学初步处理、沉降和过滤去除污染物和悬浮物，然后采用本发明深度电化学降解槽对过滤后的污水进行深度电化学处理，本发明深度电化学降解槽以筒体直接作为电极，通过设计下端固定在槽体底面的可透水的阳极筒体和阴极筒体，使污水以通过穿透壁面的形式由内向外单向流动，这种结构形式看似简单，效果显著：(1)针对初步处理后污水中大分子污染物和悬浮物被去除，再利用阳极产生的具有强氧化性的羟基自由基，对污水中难降解的污染物进行深度氧化降解，达到污水深度处理的目的，处理效果好；(2)阳极筒体以多孔陶瓷为基体，内、外表面涂覆金属氧化物涂层，陶瓷材料成本低廉、耐酸耐碱、强度高、孔隙度高，适合作为阳极基底材料；而金属氧化物涂层则具有导电性能良好、对污染物氧化性能强，两者复合后可以有效降低阳极材料的成本，提高阳极与污水的接触面积和降解效率；并且阴极筒体为碳毡或金属丝状电极制成，渗透性好，水流也以透过的形式进行流动，充分利用了碳毡类电极的内表面，提高了处理效率；(3)采用内层筒体内进水，槽体上排水的形式，污水不再以溢流或充盈的方式在阳极和阴极之间流动，而是以渗透的形式在阳极和阴极之间单向流动，与溢流和充盈的流动方式相比，渗透的形式使得污水中的污染物与电极材料有更加充分接触，提高了传质效率，同时发挥多孔电极材料的内表面的降解作用，该结构简单巧妙、处理效率高。(4)由于污水中的带电粒子或悬浮物在经过初步电化学处理和过滤工序后被去除，因而深度电化学降解槽中不会存在大量附着物和短期结垢的问题，即使有少量附着与阴极的壁面，这种上述结构的存在，也可以通过电源正负极对调和反冲形式进行去除，不需要增加机械刮除设备，设备结构简单、使用寿命长。(5)该种结构形式结构紧凑，便于模块化生产和装配，同时方便处理单元进行串并联，也有利于后期电极维护和更换。

进一步的，需要控制阳极筒体由内层至外层的孔径分布为毫米—微米的双峰型分布，所述双峰型分布是以毫米级孔道为主要过水流道，以微米孔道作为分支，微米级孔道有利于阳极的获得较高的比表面积，但是过多的微米级孔道会增加流动的阻力，需要有毫米级的孔道以此让污水更加顺畅流动。通过合理控制孔径分布为双峰型分布，以及孔隙率控制在30-50％可以提高有效比表面积同时避免阳极强度的下降；所述阳极筒体的壁厚为2-6cm，阴极筒体的壁厚为1-5cm，厚度过大会显著增加水流阻力，需要额外增加加压设备，提高设备投资；厚度过小则电极强度和面积降低明显，导致处理效率降低。

本发明深度电化学降解槽在初级电化学降解槽和沉降、过滤之后使用，根据污水处理需求，所述深度电化学降解槽和初级电化学降解槽均可以一个或多个、串联或并联使用，本领域技术人员可根据需要合理设计。

本发明电化学污水处理系统与一般电芬顿或者电氧化不同，采用两种不同机理的电化学处理方式对污水进行分段处理，初级电化学降解槽利用电絮凝、H₂O₂助氧化、电芬顿等方式去除污水中有机大分子和悬浮物，脱色效果好，不需要调节进水pH值，酸性或者碱性污水都可以处理；而深度电化学降解槽采用双筒体结构的电极单元，利用阳极产生的羟基自由基氧化去除污水难降解污染物，这种结构能使污水在槽内单向流动，通过水流流动及时带走电极表面的自由基和反应产物，提高处理效率。本发明具有结构简单、易于维护、使用寿命长、污水处理效率高、效果好，周期短、投资和运行成本低的优点。

附图说明

图1为本发明深度电化学降解槽的结构示意图；

图2为本发明电化学污水处理系统的结构图；

图3为初级电化学降解槽的结构示意图。

其中，1-槽体、2-内层筒体、3-外层筒体、4-进水口、5-出水口、6-调节池、7-沉降槽、8-过滤器、9-初级电化学降解槽、9.1-阴极极片、9.2-阳极极片、10-深度电化学降解槽。

具体实施方式

参见图1，本发明深度电化学降解槽的结构如下：

本发明深度电化学降解槽10包括设有至少一个电极单元的槽体1，所述电极单元的底部固定在所述槽体1的底部；所述电极单元由双层中空筒体结构的电极组成，内层筒体2和外层筒体3的电极极性相反，本实施例中，内层筒体2为阳极筒体，外层筒体3为阴极筒体(根据需要也可以使外层筒体2为阴极筒体，内层筒体3为阳极筒体)，其中，阳极筒体以多孔陶瓷为基体，内、外表面涂覆金属氧化物涂层，阴极筒体为碳毡或金属丝状电极制成；所述内层筒体2内设有进水口4，外层筒体3与槽体1之间的壁面(底面或侧壁)上开有出水口5；内层筒体2内的污水依次穿过内层筒体2壁面、内层筒体2与外层筒体3的间隙、以及外层筒体3壁面流入所述槽体1内收集。所述内层筒体与外层筒体的间隙大小优选为1-3cm；所述内层筒体2以多孔陶瓷为基体，内、外表面涂覆金属氧化物涂层，，筒体由内至外的孔径分布为毫米—微米的双峰型分布，孔隙率30-50％；外层筒体碳毡或金属丝网。所述阳极筒体的壁厚为2-6cm，阴极筒体的壁厚为1-5cm。具体的，所述金属氧化涂层中金属氧化物为ZnO、SnO₂，RuO₂、LrO₂、Sb₂O₃、Ta₂O₅、PbO₂等中的至少一种，涂层厚度优选为2μm。

参见图2和图3，本发明种电化学污水处理系统包括依次连接的调节池6、初级电化学降解槽9、沉降槽7、过滤器8和上述深度电化学降解槽10。所述初级电化学降解槽9内设有交错排列的阴极极片9.1和阳极极片9.2，相邻两块极片间的间距为2-10cm，所述初级电化学降解槽9底部还设有曝气管；

根据需要所述初级电化学降解槽9可以为单个，或者是串联或并联的两个或两个以上；所述深度电化学降解槽10也可以为一个，或者是串联或并联的两个或两个以上。

工作过程：

参见图2，污水首先进入调节池6以调节污水电导率，然后进入初级电化学降解槽9进行初步处理，污水在初级电化学降解槽9中，呈Z字形流动，依次流经通电状态下多块阴极极片9.1和阳极极片9.2，利用电絮凝、H₂O₂助氧化、电芬顿等方式去除污水中有机大分子，脱色效果好，不需要调节进水pH值，酸性或者碱性污水都可以处理；其中阴极极片9.1采用碳纤维板，阳极极片9.2采用铁板，数量为20块，阴阳极间距为2-10cm。

初步处理完成后进入沉降槽7初步分离出絮凝物，然后经过滤器8去除细小悬浮物，污水最后进入深度电化学降解槽10处理：在深度电化学降解槽中，污水由进水口4进入内层筒体2内，通过控制进水压力5-10公斤范围内，使内层筒体2的污水依次穿过通电状态下的内层筒体2壁面、内层筒体2与外层筒体3的间隙、以及外层筒体3壁面，最后流入所述槽体1内收集，最后由出水口5排出。

采用本发明系统分别对焦化污水、垃圾渗沥液反渗透浓水、精细化工污水进行处理，处理结果如下表所示：

表1焦化污水处理结果

表2垃圾渗沥液反渗透浓水处理结果

表3精细化工废水处理结果

Claims (8)

1.一种深度电化学降解槽，包括设有至少一个电极单元的槽体，其特征在于，所述电极单元由双层中空筒体结构的电极组成，内层筒体和外层筒体的电极极性相反，其中，阳极筒体以多孔陶瓷为基体，内、外表面涂覆金属氧化物涂层，阴极筒体为碳毡或金属丝状电极制成；所述内层筒体设有进水口，外层筒体与槽体之间的壁面上开有出水口；内层筒体内的污水依次穿过内层筒体壁面、内层筒体与外层筒体的间隙、以及外层筒体壁面流入所述槽体内收集；

所述以多孔陶瓷为基体的阳极筒体由内至外的孔径分布为毫米—微米的双峰型分布。

2.如权利要求1所述的深度电化学降解槽，其特征在于，所述金属氧化涂层中金属氧化物为ZnO、SnO₂，RuO₂、LrO₂、Sb₂O₃、Ta₂O₅、PbO₂中的至少一种。

3.如权利要求1或2所述的深度电化学降解槽，其特征在于，所述内层筒体与外层筒体的间隙大小为1-3cm。

4.如权利要求1或2所述的深度电化学降解槽，其特征在于，所述阳极筒体的壁厚2-6cm，阴极筒体的壁厚为1-5cm。

5.如权利要求1或2所述的深度电化学降解槽，其特征在于，所述电极单元的底部固定在所述槽体的底部。

6.一种电化学污水处理系统，包括依次连接的调节池、初级电化学降解槽、沉降槽、过滤器和深度电化降降解槽，其特征在于，所述深度电化学降解槽为上述权利要求1-5任一项所述的深度电化学降解槽。

7.如权利要求6所述的电化学污水处理的系统，其特征在于，所述初级电化学降解槽内设有交错排列的阴极极片和阳极极片，相邻两块极片间的间距为2-10cm。

8.如权利要求6所述的电化学污水处理系统，其特征在于，所述初级电化学降解槽为串联或并联的两个或两个以上；所述深度电化学降解槽为串联或并联的两个或两个以上。

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