CN114054483A - 一种大体量碱渣原位电动除氯脱水方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及环境工程技术领域，尤其涉及一种大体量碱渣原位电动除氯脱水方法，该方法解决了大体量碱渣没有经济有效的除氯脱水方法的现状；该方法解决了电动技术用于碱渣这种特定物质除污时所遇到的两个技术障碍，即在阳极附近形成强酸环境，导致希望保留的碳酸钙中钙离子被溶蚀，和在阳极产生有害氯气污染环境；该技术可以对碱渣选择有害氯离子进行清除，而保留有益的钙离子，从而减少了需清除物质的总量，提高了清除效率、减低了除污成本高；同时也可以更多的保留有益物质，提高了废渣资源化利用率；不仅可以使废渣体积大幅度的减少，进而减少废渣堆场占地，而且脱除污染物的无害废渣可以作为工业原材料循环使用。
Description
技术领域
本发明涉及环境工程技术领域，尤其涉及一种大体量碱渣原位电动除氯脱水方法。
背景技术
碱渣是生产纯碱排出的废渣，每生产一吨纯碱排放废渣300-600kg。一个碱厂每年可排废渣几十万吨。目前，在世界范围内尚无利用碱渣的适用技术，碱渣基本上是堆存在废渣场中；主要以两种形态堆放那个，一种是以高含水率碱渣渣浆的状态堆存于类似水库的碱渣库中，另一种是以低含水率状态类似于对土山堆积成碱渣山。堆积的碱渣污染环境，且堆场有限故堆存方法不可持续，企业难以承受后续生产持续产生的碱渣的堆积存储带来的巨大成本消耗。由于碱渣属于国家规定的二级固体废弃物，国家相关环保标准规定，碱渣未经无害化处理，不得转移。经多年的累计，一个碱厂的碱渣库或碱渣山的体积可多达数千万方。碱渣中主要成分有CaCO3，还有一部分CaCl2等易溶盐。碱渣中碳酸钙可以作为很多工业的原材料，但碱渣中含有氯盐和高含水率是阻碍其资源化利用的主要问题。目前也没有能够适用于如此大体量碱渣除氯脱水的性价比可接受的实用技术。
理论上，当给潮湿的碱渣施以直流电场，则碱渣中盐碱的可溶性离子就会向与其电性相反的电极迁移，从而被清除出废渣。但采用基于该原理的电动技术对碱渣进行除氯，面临诸多问题：1)迁移至电极的氯离子会形成氯气，对空气会产生严重的污染；解决氯气问题是能否采用电动技术对碱渣进行除氯的先决条件；2)在阳极会产生氢离子，使阳极附近很大的范围形成强酸环境，导致碱渣中我们希望保留的碳酸钙中钙离子被溶蚀，使得本技术几乎没有实际意义；3)如果用传统的电动技术除氯，CaCl2溶于水后形成的氯离子和钙离子会被全部清除出去；但有害成分实质上只是氯离子，而钙离子不仅无害，还是后续进行资源化利用所需要的离子；如果能够仅脱除氯离子，而保留钙离子，则不仅因减小了所需清除量而减低了清除成本高，而且提高了有益物质留存量；此外，碱厂的碱渣通常是以高含水率的废渣泥浆排出、存放于坝体拦截的废渣库中。欲将碱渣无害化处理或资源化利用，就必须对其进行脱水；但目前尚无适宜的大体量废渣的脱水方法；虽然现有使用机械压滤、离心脱水、烘干脱水等技术，然而这些脱水技术处理成本过高，给企业增添了巨大的经济负担。
发明内容
本发明所要解决中高含水率和含有氯盐的碱渣无法资源化利用的技术问题；对废弃关闭的碱渣库中大体量的高含水率碱渣，提供了一种没有氯气污染的、可以仅清除氯离子而能够保留钙离子，并可以使碱渣脱水的大体量碱渣原位电动除氯方法。
为本发明之目的，采用以下技术方案予以实现：
一种大体量碱渣原位电动除氯脱水方法，包括以下步骤：将若干个能通水又能导电的阳极电极和阴极电极按设计给定的排列方式、间隔和深度，竖向、平行植入碱渣堆积体中；每一个阳极电极周围至少有一个阴极电极，每一个阴极电极周围至少有一个阳极电极；将各阳极电极连接于直流电源的正极，将各阴极电极连接于直流电源的负极；同时将各阳极电极的注水口与连接供液源的供液管道连通，将各阳极电极的出水口与连接蓄液池的排液管道连通；将阴极电极连接于与大气连通的排气管道；
接通电源，按设计给定的供电模式通过阳极电极和阴极电极对该碱渣层施加电场，同时按设计给定的流量和品质向阳极电极注入液体，并保持阳极电极中液体pH值大于7，以抑制阳极处氯气的产生以及碳酸钙的溶蚀；在电场作用下，碱渣层中所含的氯离子向阳极迁移，并被注入阳极的液体带出，从而实现碱渣中氯离子的清除；而与其电性相反的钙离子，则在电场作用下向阴极迁移，因在该方向没有出口，故而被保留在碱渣中。
作为优选，当碱渣含水率较高需要脱水时，则在所述的阳极电极、阴极电极与碱渣层构成的体系表面铺设密封膜以使该体系与外界大气隔绝；在该碱渣层除氯完成后，将各电极切换连接于与真空负压源连通的抽吸管道，对该碱渣层进行负压吸滤脱水。
作为优选，当碱渣含水率较高需要脱水时，在阴极电极与阳极电极之间设置有排水带；并在所述的阳极电极、阴极电极、排水带与碱渣层构成的体系表面铺设密封膜以使该体系与外界大气隔绝；将排水带连接于与真空负压源连通的抽吸管道，在该碱渣层电动除氯期间，在设计给定的时间，开启真空负压源，同时通过排水带对碱渣层进行负压脱水。
作为优选，所述排水带为能以同步同压在其全长范围内施加负压吸水的同步同压排水带，所述的同步同压排水带包括排水管道和排水条带；排水管道包括排水外管和排水内管，所述排水外管下端封闭，所述的排水内管固定于排水外管内，排水内管下端与排水外管底端面留有通水的空挡，排水外管上端与排水内管上端之间封闭，排水内管上端口连接于与真空负压源连通的抽吸管道；排水外管的管壁上设置有多个间隔排列的排水孔；排水外管管壁与所述的排水条带连接，排水条带上设有多个并列的排水凹槽，排水条带的每个排水凹槽的端口分别与排水管道管壁上的其中一个排水孔相连通；该两个排水条带的外表面包覆有滤层。
作为优选，所述的阳极电极为能够使液体通过且可使其中的导电体的临空面被液体所覆盖的电极。
作为优选，所述的阳极电极为能同步同质在其全长范围内均匀注入液体的同步同质注水排水电极；同步同质注水排水电极包括注水管道、导电体条带和出水管道；所述的注水管道的一端设置有注水口，注水管道的另一端封闭；注水管道的管壁上设置有多个间隔排列的出水孔；且注水管道管壁与导电体条带连接，导电体条带上设有多个并列的凹槽，每个凹槽的端口分别与注水管道管壁上的其中一个出水孔相连通；所述的出水管道上位于注水口一端设有出水口，出水管道上位于注水管道的封闭端密封，出水管道内侧设置有集水槽；所述的集水槽的开口侧与导电体条带相连，集水槽两端封闭，集水槽与出水管道共壁的管壁底部有导水孔；两个所述的导电体条带的外表面包覆有滤层。
作为优选，所述的阳极电极为可通水电极；所述的可通水电极包括外管和内管，所述的外管的管壁设有若干微孔；外管采用不导电材料制成；内管采用导电材料制成，所述的内管通过定位架设置在外管中，外管顶端设有注水孔，外管的底端封闭；内管底端与外管底端之间留有间隙，内管顶端设置有出水口；所述的出水口穿过外管顶端；外管外表面包覆有滤层。
作为优选，所述的阳极电极为可导水电极，所述的可导水电极与可通水电极结构相同，但可导水电极上的内管采用不导电材料制成，而外管采用导电材料制成。
作为优选，实施方式包括以下步骤：
一)将若干个阳极电极和阴极电极按设计给定的间隔、排列方式、竖向、平行布置植入碱渣中；将各阳极电极连接直流电源的正极、将各阴极电极连接直流电源的负极；同时将各阳极电极的注水口分别连接于与供给源连接的供液管道，将各阳极电极的出水口分别连接于与蓄液池连接的排液管道；
二)接通电源，按设计给定的电场参数对该碱渣层施加电场，同时通过与供给源连接的供液管道向各阳极电极按设计给定的流量注入设计给定的液体防止氯气产生，并使阳极中的液体在整个除氯过程中保持pH值不小于7，进行该碱渣层的除氯工作；碱渣层中形成的均匀电场驱动碱渣中的氯离子向阳极电极迁移，并随流经阳极电极组中各电极的液体从排液管道排出汇集于蓄液池；而钙离子则向阴极迁移，因在该方向没有出口，故而被保留在碱渣中；因各阳极电极中的导电材料被pH值不小于7的液体所覆盖，产生的氢离子随即被中和，所以在碱渣中不会产生过酸的环境，不会产生碳酸钙被酸蚀的现象；
三)当该碱渣层中氯离子浓度下降至设计给定指标后，将电极与电源断开，即完成该碱渣层的除氯工作；
四)若碱渣需脱水，则将各阳极电极切换连接于与真空负压源连通的抽吸管道，并在1)所述体系表面铺设一层密封膜，以断绝该体系与外界大气的联系；开启真空负压源，对该碱渣层进行脱水工作，直至该碱渣层中含水率达到设计给定指标，即可切断与真空负压源的连接，完成了该碱渣层的除氯和脱水的工作；
五)将上述完成除氯脱水处理的该碱渣层挖出外运，按1)～4)的方法与要求，进行下层碱渣的除氯脱水处理；
六)按步骤一)～步骤五)的方法与要求，对碱渣库逐层操作，直至所堆存的全部碱渣完成除氯脱水工作。
作为优选，实施方式包括以下步骤：
1)将若干个阳极电极和阴极电极按设计给定的间隔、排列方式、竖向、平行布置植入碱渣中；每一个阳极电极周围至少有一个阴极电极，且每一个阴极电极周围至少有一个阳极电极；在阴极电极与阳极电极之间、距阳极电极小于二分之一该阴阳电极间距处设置有与阳极电极平行的排水带；在该体系上覆盖密封膜以隔绝该体系与大气的联系；
2)将该层碱渣层中的各阳极电极连接直流电源的正极、将各阴极电极连接直流电源的负极，同时将各阳极电极的注水口分别连接于与供给源连接的供液管道，将各阳极电极的出水口分别连接于与蓄液池连接的排液管道；接通电源，按设计给定的电场参数对该碱渣层施加电场，同时通过与供给源连接的供液管道向各阳极电极按设计给定的流量注入设计给定的防止氯气产生的液体，以保持在阳极电极中液体的pH值不小于7；进行该碱渣层的除氯工作；同时将排水带连接于与真空负压源连通的抽吸管道，在设计给定的时间，开启真空负压源，通过排水带对碱渣层进行负压脱水；如此，在碱渣层中形成的均匀电场驱动碱渣中的氯离子向阳极电极迁移，其中大部分氯离子随碱渣中的孔隙液被靠近阳极电极的排水带吸入排出汇集于蓄液池，剩余部分氯离子进入阳极电极并被注入阳极电极的液体经电极的通水管路带出汇集于蓄液池；而钙离子则向阴极迁移，因在该方向没有出口，故而被保留在碱渣中，从而实现将氯离子清除出碱渣而保留钙离子并脱除水分的技术效果；因各阳极电极中的导电材料被pH值不小于7的液体所覆盖，产生的氢离子随即被中和，所以在碱渣中不会产生过酸的环境，不会产生碳酸钙被酸蚀的现象。
3)当碱渣层中氯离子浓度下降至设计给定指标后，将电极与电源断开；当碱渣中含水率达到设计给定指标，即可切断与真空负压源的连接；即完成了该碱渣层的除氯和脱水的工作；
4)将上述完成除氯脱水处理的该碱渣层挖出外运，按1)～3)的方法与要求，进行下层碱渣的除氯脱水处理；
5)按步骤1)～步骤4)的方法与要求，对碱渣库逐层操作，直至所堆存的全部碱渣完成除氯脱水工作。
采用上述技术方案的一种大体量碱渣原位电动除氯脱水方法，该方法解决了大体量碱渣没有经济有效的除氯脱水方法的现状；该方法解决了电动技术用于碱渣这种特定物质除污时所遇到的两个技术障碍，即在阳极附近形成强酸环境，导致希望保留的碳酸钙中钙离子被溶蚀，和在阳极产生有害氯气污染环境；该技术可以对碱渣选择有害氯离子进行清除，而保留有益的钙离子，从而减少了需清除物质的总量，提高了清除效率、减低了除污成本高；同时也可以更多的保留有益物质，提高了废渣资源化利用率；而且可以对碱渣进行脱水，不仅可以使废渣体积大幅度的减少，进而减少废渣堆场占地，而且脱除污染物的无害废渣可以作为工业原材料循环使用。
此外，当采用第二种同时设置电极与排水带的实施形式时，由于除氯和脱水同时分别独立进行，可以加快碱渣脱水增强的进程，进而缩短碱渣除氯脱水的总周期；注入阳极的电解液中的金属离子在电场驱动下向阴极迁移过程中，被排水带抽吸带出，阻止了其向碱渣中的迁移扩散；若使用电极同时作为排水带，在阴极产生的氢气，在阳极负压驱动下可能迁移至阳极，与阳极产生的氯气混合，而发生爆炸，采用本电极与排水带的排列形式，阴极产生的氢气不可能进入阳极，杜绝了氢气与氯气混合发生爆炸的潜在威胁。
综上所述，本发明的优点是对大体量碱渣中的有害氯化物选择有害氯离子进行清除而保留有益的钙离子，从而减少了需清除物质的总量，提高了清除效率提高了废渣资源化利用率；而且，还可以对高含水率碱渣进行脱水；此外，本发明解决了电动技术用于碱渣除污产生的阳极附近酸化造成钙离子溶蚀和氯气污染的问题。
附图说明
图1是本发明的大体量碱渣原位电动除氯脱水(情况1)的结构示意图。
图2是本发明的大体量碱渣原位电动除氯脱水(情况2)的结构示意图。
图3是本发明的大体量碱渣原位电动除氯脱水(情况3)的结构示意图。
图4是本发明中同步同质注水排水电极的结构示意图。
图5是本发明中图4的同步同质注水排水电极A方向的剖视图。
图6是本发明中可通水电极的结构示意图。
图7是本发明中同步同压排水带的结构示意图。
图8是本发明中图7的同步同压排水带B方向的剖视图。
其中：1、阳极电极；11、注水管道；110、注水口；111、出水孔；12、导电体条带；121、凹槽；13、出水管道；131、出水口；132、集水槽；133、导水孔；14、外管；140、微孔；141、外管注水孔；142、间隙；15、内管；151、内管出水口；2、阴极电极；3、供液管道；4、排液管道；5、碱渣层；51、密封膜；6、抽吸管道；7、排水带；71、排水管道；711、排水外管；712、排水内管；713、空挡；714、排水孔；72、排水条带；721、排水凹槽。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步说明。
情况1：一种大体量碱渣原位电动除氯脱水方法，对碱渣含水率较低仅需要除氯不需要脱水的情况，如图1所示，将若干个可以通水又可以导电的阳极电极1和阴极电极2按设计给定的排列方式、间隔和深度，竖向、平行植入碱渣堆积体中；每一个阳极电极1周围至少有一个阴极电极2，每一个阴极电极2周围至少有一个阳极电极1。将各阳极电极1连接于直流电源的正极，将各阴极电极2连接于直流电源的负极；同时将各阳极电极1的注水口与连接供液源的供液管道3连通，将各阳极电极1的出水口与连接蓄液池的排液管道4连通；将阴极电极2连接于与大气连通的排气管道。
接通电源，按设计给定的供电模式通过电极对该碱渣层5体施加电场，同时按设计给定的流量和品质向阳极电极1注入液体，并保持阳极电极1中液体pH值大于7，以抑制阳极处氯气的产生以及碳酸钙的溶蚀；在电场作用下，碱渣层5中所含的氯离子向阳极迁移，并被注入阳极的液体带出，从而实现碱渣中氯离子的清除；而与其电性相反的钙离子，则在电场作用下向阴极迁移，因在该方向没有出口，故而被保留在碱渣中。
情况2：如图2所示，当碱渣含水率较高需要脱水时，则在上述阴阳两电极与碱渣构成的体系表面铺设密封膜51(例如：塑料薄膜)以使该体系与外界大气隔绝；在按上述方法对该碱渣层5完成除氯工作后，将各电极切换连接于与真空负压源连通的抽吸管道6，对该碱渣层进行负压吸滤脱水。
情况3：当碱渣含水率较高需要脱水时，另一种方法如图3所示；在原来的大体量碱渣原位电动除氯脱水方法基础上，增加了排水带7结构，并在所述体系表面铺设一层密封膜51，以断绝该体系与外界大气的联系。
将若干个可以通水有可以导电的阳极电极1和阴极电极2按设计给定的排列方式、间隔和深度，竖向、平行植入碱渣堆积体中；每一个阳极电极1周围至少有一个阴极电极2，每一个阴极电极2周围至少有一个阳极电极1；在阴极电极2与阳极电极1之间且距阳极电极1小于二分之一该阴阳极间距处设置有与阳极电极1平行的排水带7；在该体系表面铺铺设塑料膜51以隔绝于大气的联系；将各阳极电极1连接于直流电源的正极，将各阴极电极2连接于直流电源的负极；同时将各阳极电极1的注水口与连接供液源的供液管道3连通，将各阳极电极1的出水口与连接蓄液池的排液管道4连通.
接通电源，按设计给定的供电模式通过电极对该碱渣层5体施加电场，同时按设计给定的流量和品质向阳极电极1注入液体，并保持阳极电极1中液体pH值不小于7，以抑制阳极处氯气的产生以及碳酸钙的溶蚀；同时将排水带7连接于与真空负压源连通的抽吸管道6，在设计给定的时间，开启真空负压源，通过排水带7对碱渣层5进行负压脱水；
在电场作用下，碱渣体中所含的氯离子向阳极电极1迁移，其中大部分氯离子随碱渣中的孔隙液被靠近阳极电极1的排水带吸入排出，剩余部分氯离子进入阳极电极1并被注入阳极电极1的液体经电极的通水管路带出，从而实现碱渣中氯离子的清除；而与其电性相反的钙离子，则在电场作用下向阴极迁移，因在该方向没有出口，故而被保留在碱渣中。
如图1至图2所示,对情况1和情况2，上述描述的具体步骤:
一)将若干个阳极电极1和阴极电极2按设计给定的间隔、排列方式、竖向、平行布置植入碱渣中；将各阳极电极1连接直流电源的正极、将各阴极电极2连接直流电源的负极；同时将各阳极电极1的注水口分别连接于与供给源连接的供液管道3，将各阳极电极1的出水口分别连接于与蓄液池连接的排液管道4；
二)接通电源，按设计给定的电场参数对该碱渣层5施加电场，同时通过与供给源连接的供液管道3向各阳极电极1按设计给定的流量注入设计给定的液体防止氯气产生，并使其在整个除氯过程中保持pH值不小于7，进行该碱渣层5的除氯工作；碱渣层中形成的均匀电场驱动碱渣中的氯离子向阳极电极1迁移，并随流经阳极电极1组中各电极的液体从排液管道4排出汇集于蓄液池；而钙离子则向阴极迁移，因在该方向没有出口，故而被保留在碱渣中；因各阳极电极1中的导电材料被pH值不小于7的液体所覆盖，产生的氢离子随即被中和，所以在碱渣中不会产生过酸的环境，不会产生碳酸钙被酸蚀的现象。
三)当该碱渣层5中氯离子浓度下降至设计给定指标后，将电极与电源断开，即完成该碱渣层5的除氯工作；
四)若碱渣需脱水，则将各阳极电极1切换连接于与流体抽吸负压源连通的抽吸管道6，并在1)所述体系表面铺设一层密封膜，以断绝该体系与外界大气的联系；开启流体抽吸负压源，对该碱渣层5进行脱水工作，直至该碱渣层5中含水率达到设计给定指标，即可切断与流体抽吸负压源的连接，完成了该碱渣层5的除氯和脱水的工作；
五)将上述完成除氯脱水处理的碱渣层5挖出外运，按步骤一)～步骤四)的方法与要求，进行下层碱渣的除氯脱水处理；
六)按步骤一)～步骤五)的方法与要求，对碱渣库(山)逐层操作，直至所堆存的全部碱渣完成除氯脱水工作。
如图3所示，对情况3，上述描述的具体步骤:
1)将若干个阳极电极1和阴极电极2按设计给定的间隔、排列方式、竖向、平行布置植入碱渣中；每一个阳极电极1周围至少有一个阴极电极2，且每一个阴极电极2周围至少有一个阳极电极1；在阴极电极2与阳极电极1之间、距阳极电极1小于二分之一该阴阳电极间距处设置有与阳极电极1平行的排水带；在该体系上覆盖密封膜51(塑料膜)以隔绝该体系与大气的联系；
2)将碱渣中的各阳极电极1连接直流电源的正极、将各阴极电极2连接直流电源的负极，同时将各阳极电极1的注水口分别连接于与供给源连接的供液管道3，将各阳极电极1的出水口分别连接于与蓄液池连接的排液管道4；接通电源，按设计给定的电场参数对该碱渣层5施加电场，同时通过与供给源连接的供液管道3向各阳极电极1按设计给定的流量注入设计给定的防止氯气产生的液体，以保持在阳极电极1组的各电极中液体的pH值不小于8；进行该碱渣层5的除氯工作；同时将排水带连接于与真空负压源连通的抽吸管道6，在设计给定的时间，开启真空负压源，通过排水带7对碱渣层5进行负压脱水；如此，在碱渣层5中形成的均匀电场驱动碱渣中的氯离子向阳极电极1迁移，其中大部分氯离子随碱渣中的孔隙液被靠近阳极电极1的排水带吸入排出汇集于蓄液池，剩余部分氯离子进入阳极电极1并被注入阳极电极1的液体经电极的通水管路带出汇集于蓄液池；而钙离子则向阴极迁移，因在该方向没有出口，故而被保留在碱渣中，从而实现将氯离子清除出碱渣而保留钙离子并脱除水分的技术效果；因各阳极电极1中的导电材料被pH值不小于8的液体所覆盖，产生的氢离子随即被中和，所以在碱渣中不会产生过酸的环境，不会产生碳酸钙被酸蚀的现象。
3)当该碱渣层5中氯离子浓度下降至设计给定指标后，将电极与电源断开；当该碱渣层5中含水率达到设计给定指标，即可切断与流体抽吸负压源的连接；即完成了该碱渣层5的除氯和脱水的工作；
4)将上述完成除氯脱水处理的碱渣层5挖出外运，按步骤1)～步骤3)的方法与要求，进行下层碱渣的除氯脱水处理；
5)按步骤1)～步骤4)的方法与要求，对碱渣库(山)逐层操作，直至所堆存的全部碱渣完成除氯脱水工作。
阳极电极1为能够使液体通过且可使其中的导电体的临空面被所注入的液体所覆盖的电极，以隔绝氯离子与导电体的直接接触，避免形成氯气；或导电体的临空面为所注入的液体覆盖，使得导电体与碱渣接触面所产生的氯气只能进入该液体而被吸收；而且可以允许随着工作的进程更换液体。试验表明：如果阳极中的导电体直接与碱渣接触，将产生氯气；如果导电体被碱性电解液所包覆，则氯气不会产生；但随着氢氧根与氯离子和氢离子之间的反应，电解液的pH值逐步下降会失去抑制氯气产生的作用；因此为保持电解液的品质，必须使阳极中的电解液不断的更新。
阴极电极2可以是既可导电又可通水的电极，也可以是仅有导电功能的电极；当对碱渣只需要除氯时，可采用仅有导电功能的阴极电极2，但对于高含水率碱渣除了需要除氯外还需要脱水，则阴极电极2需要既可以导电又可以通水的功能。所述电极可为管状或板状或条带状。阳极和阴极中的导电材料可以是公知的各类导电材料，优选为导电聚合物。阴极电极2和阳极电极1可以采用不同的材料和结构形式。
如图4和图5所示，能够使液体通过且可使其中的导电体的临空面被液体所覆盖的阳极电极1为能同步同质在其全长范围内均匀注入液体的同步同质注水排水电极，同步同质注水排水电极包括注水管道11、导电体条带12和出水管道13；注水管道11直径或短边尺寸为0.5cm～10cm；注水管道11的顶端有注水口110，注水管道11的底端封闭。注水管道11的两侧管壁上分别设置有多个规则排列的出水孔111；且注水管道11的两侧管壁上分别与一导电体条带12连接，导电体条带12与注水管道11平行的截面呈一系列并列的H型的凹槽121，每个H型的凹槽121的上下两个凹槽的端口均与注水管道11管壁上的一个出水孔111相连通，凹槽121最小边长为0.01mm至50mm；导电体条带12上的一系列并列的凹槽121也可以不是H型凹槽，可以采用任何可行的形式。出水管道13上位于注水口110一端设有出水口131，出水管道13上位于注水管道11的封闭端密封，出水管道13内侧设置有与注水管道11平行的集水槽132；两个导电体条带12的外边分别与一个的集水槽132和出水管道13连接，集水槽132呈凹槽状，集水槽132开口侧与导电体条带12相连，集水槽两端封闭，集水槽132与开口侧相对的面与出水管道13共壁；在与集水槽132共用的管壁底部有导水孔133；两个所述的导电体条带12的外表面包覆有滤层。
将如此构造的同步同质注水排水电极竖向埋于碱渣中，当通过注水孔110向注水管道11注入液体时，由于注水管道11的底端封闭，充满注水管道11的液体便以同样压力通过注水管道11管壁上的各出水孔111向外扩散，使具有同样品质的液体流经导电体条带上的每个凹槽121，并通过集水槽132从其与出水管道13共壁底部的导水孔133进入出水管道13，从出水管道13顶端的出水口131排出；只要控制注入和排出同步同质注水排水电极的液体流量，就可以使同步同质注水排水电极中的液体包覆导电体条带12，阻隔氯离子与导电体条带12的接触，避免氯气的产生。该同步同质注水排水电极的功能特点是在电极的全长度范围内，导电材料各点上覆盖的电解液在相同的时间点基本是相同品质的；该功能的获得是通过使导电材料上各点处的各电解液供给管路是并联连接于注水管道来实现的；如果不是这种并联形式，若是从电极的一端供给电解液，电解液随着其流动过程不断的与所经过之处的氯离子、氢离子等进行反应，则导致在电极的不同区段电解液的品质是不同的，因此其抑制氯气产生的能力也是不一样的。
如图6所示，能够使液体通过且可使其中的导电体的临空面被液体所覆盖的所述的阳极电极1为可通水电极，所述的可通水电极由一条管壁带有众多微孔140的外管14和内管15构成；外管14采用具有一定强度、可保持形状的非导电材料制成，优选为塑料；内管15由定位架定位于外管14中，外管14顶端封闭，外管14的下端封闭；内管15底端与外管14底端留有间隙142，间隙142为狭缝或孔洞，以保证在内管15底端与外管14底端间液体可以导通流动；内管15顶端穿过外管14管顶端封闭层作为内管出水口151；外管外表面包覆有滤层。
外管14的横截面、内管15的横截面可以采用任何需要的形式；外管14的作用只是起到一个维持所需空间的骨架作用，在保证维持其形状的要求下，水电极管14管壁上所带众多微孔140的总面积尽可能的大，以减少对电场的屏蔽作用，以及对液体流动的阻力；管壁上微孔140的形状不限。
将如此构造的可通水电极竖向埋于碱渣中，当通过与供液源连通的供液管道3，向外管14顶端注水口141注入液体时，液体从内管15底端与外管14底端间的间隙142进入内管，从内管15顶端(内管出水口151)经与连接蓄液池的排液管道4排出；只要控制供液管道3注入液体的流量和排液管道4排出液体的流量，使外管14中的液体包覆导电材料的内管15，阻隔氯离子与导电条带的接触，避免氯气的产生。如前所述，这种从电极的一端供给电解液，电解液随着其流动过程不断的与所经过之处的氯离子进行反应，则在电极的不同区段电解液的品质是不同的，因此其抑制氯气的能力也是不一样的。为减弱这种不利影响，就需要增大电解液流量。为减小电解液的用量，一个可行的办法是，分时段更换电解液，但每次电解液的量足以使电极各段的电解液品质差异所产生的影响差异可忽略不计。
如图6所示，能够使液体通过且可使其中的导电体的临空面被液体所覆盖的所述的阳极电极1为可导水电极，所述的可导水电极的结构与可通水电极相同，但可导水电极上的内管15为不导电的导水管，而外管14是导电材料管。将如此构造的可导水电极竖向埋于碱渣中并施加电场，所述的外管14与碱渣密切接触的管外壁处，将与碱渣中迁移至此的氯离子反应产生氯气，氯气通过管壁微孔进入外管14内；当通过与供液源连通的供液管道3，向该电极注入液体时，液体从外管14底端与导水管底端间的间隙进入内管15，从内管15顶端(内管出水口151)经与连接蓄液池的排液管道4排出；只要控制供液管道3注入液体的流量和排液管道4排出液体的流量，就可以使内管中为液体所充满，进入外管14内的氯气即可被液体吸收，避免氯气外泄。但此种阳极电极1由于外管14须与碱渣密切接触，将与氯离子反应产生氯气；为吸收氯气需要注入的液体具有更高的pH值、对液体成分有更高的要求；此外，外管14须与碱渣密切接触，还与碱渣中的其它杂质反应，产生不希望出现的物质。
如图7和图8所示，所述排水带7为能以同步同压在其全长范围内施加负压吸水的同步同压排水带，所述的同步同压排水带包括排水管道71和两条排水条带72；排水管道71包括排水外管711和排水内管712，其中排水外管711的底端封闭，排水内管712由支架固定于排水外管711内，排水内管712下端与排水外管711底端面留有通水的空挡713，排水外管711上端封闭，排水内管712上端口连接于与真空负压源连通的抽吸管道6；排水外管711和排水内管712可以部分共壁，例如：一横截面为三个矩形并列的管，其总体外边界为排水外管711，其中中间的矩形管为排水内管712；排水外管711两侧的管壁上分别设置有多个规则排列的排水孔714；排水外管711两侧管壁上分别与一条带72连接，该条带72优选为塑料条带，其与排水管道71平行的截面呈一系列并列的H型的凹槽721，条带72一侧的每个H型的凹槽721的端口均与排水管道71管壁上的一个排水孔714相连通；该两个条带72的外表面包覆有滤层。
如此结构的排水带7竖向植入碱渣中，由于碱渣渗透性很低，当对排水带7排水内管712上端口抽真空时，排水带7中的水分会被抽光，则在排水带7全部长度范围，排水内管712与排水外管711间的空腔中形成一致的负压，从而可以在排水带7全部长度范围内，条带72上的各凹槽721对碱渣施加一致的负压进行吸水；
各阳极电极1的注水口连接于至少一根注水排水支管、各阳极电极1的出水口连接于至少一根注水排水支管；所述的各排水带连接于至少一根注水排水支管；对于各阳极电极1的注水口所连接的注水排水支管与供液管道3连接；对于各阳极电极1的出水端所连接的注水排水支管与排液管道4连接；对于各排水带所连接的注水排水支管与抽吸管道6连接。
所述碱渣是生产纯碱排出的以CaCO3主要成分、含有氯盐的废渣；也包括其它工业生产排出的以CaCO3主要成分、含有氯盐的废渣。
向阳极注入为抑制阳极处产生氯气的液体为pH值大于8的电解液，电解液包括氢氧化钠溶液、氢氧化钙溶液和碳酸钠溶液。
作为优选，向阳极注入的为抑制阳极处产生氯气的液体采用废碱液，所述的废碱液为制碱过程与碱渣一同排出的碱渣浆液中的澄清液或碱渣浆液经压滤挤出的液体，其pH值大于9。
实施例
碱厂生产过程排弃的碱渣浆，贮存于碱渣库中，碳酸钙66.4％氯化钙9.8％、氯化钠4.9％，含水率268％；渗透系数1.15×10-6cm/s；pH值11.6。目标值：氯离子去除95％，含水率降低至100％。脱氯后拟作为工业原料，因此希望尽可能保留更多的钙离子。
选择图4～图5所示的同步同质注水排水电极作为阳极电极1；阴极电极2为同步同质注水排水电极改造而成，阴极电极2只包括注水管道11和导电体条带12；排水带如图7～8所示，为能以同步同压在其全长范围内施加负压吸水的同步同压排水带。
实施方式步骤如下：
i)将若干个阳极电极1和阴极电极2按1m间距排列，阳极电极1行和阴极电极2行相间排列，隔行各列电极对齐，阳极电极1和阴极电极2横截面平行；在阴极电极2与阳极电极1之间、距阳极电极30cm、与阳极电极1平行设置有排水带7，排水带7与阳极电极1数量相同，排水带7与阳极电极1横截面垂直；竖向插入碱渣中8m深；在该体系上覆盖密封膜51(塑料膜)以隔绝该体系与大气的联系；
ii)将碱渣中的各阳极电极1连接直流电源的正极、将各阴极电极2连接直流电源的负极，同时将各阳极电极1的注水口分别连接于与供给源连接的供液管道3，将各阳极电极1的出水口分别连接于与蓄液池连接的排液管道4；接通电源，按电压梯度为0.4V/cm、通电45分间歇15分的供电方式对碱渣施加电场，同时通过与供给源连接的供液管道3向各阳极电极1注入废碱液(碱渣浆的沉淀的上清液)防止氯气产生，注入流量以阳极电极1中液体的pH值大于8进行控制；进行该碱渣层的除氯工作；同时将排水带连接于与真空负压源连通的抽吸管道6，在一天之后，开启真空负压源，保持真空度不小于0.8，通过排水带7对碱渣层进行负压脱水；如此，在碱渣层中形成的均匀电场驱动碱渣中的氯离子向阳极电极1迁移，其中大部分氯离子随碱渣中的孔隙液被靠近阳极电极1的排水带吸入排出汇集于蓄液池，剩余部分氯离子进入阳极电极1并被注入阳极电极1的液体经电极的通水管路带出汇集于蓄液池；而钙离子则向阴极迁移，因在该方向没有出口，故而被保留在废渣中，从而实现将氯离子清除出废渣而保留钙离子并脱除水分的技术效果；因各阳极电极1中的导电材料被pH值不小于8的液体所覆盖，产生的氢离子随即被中和，所以在碱渣中不会产生过酸的环境，不会产生碳酸钙被酸蚀的现象。
iii)当碱渣层中氯离子浓度下降至设计给定指标后，将电极与电源断开；当碱渣中含水率达到设计给定指标，即可切断与流体抽吸负压源的连接；即完成了该碱渣层的除氯和脱水的工作；
iv)将上述完成除氯脱水处理的碱渣挖出外运，按步骤i)～步骤iii)的方法与要求，进行下层碱渣的除氯脱水处理；
v)按步骤i)～步骤iv)的方法与要求，对碱渣库(山)逐层操作，直至所堆存的全部碱渣完成除氯脱水工作
综上所述，与现有技术相比，本发明有益效果在于：
(1)构建了适用于大体量碱渣的成本低廉的除氯脱水技术。结束了大体量没有经济有效的除氯脱水方法的现状。为碱渣资源化利用创造了条件。
(2)可以对碱渣中的有害物选择有害离子进行清除，而保留有益离子；从而减少了需清除物质的总量，提高了清除效率；同时也可以更多的保留有益物质，提高了废渣资源化利用率。
(3)本技术解决了电动技术用于碱渣这种特定物质除污时所遇到的两个技术障碍，即在阳极附近形成强酸环境，导致希望保留的碳酸钙中钙离子被溶蚀，和在阳极产生有害氯气污染环境。
(4)本技术可以低成本对碱渣除氯脱水，不仅可以使废弃碱渣堆积体积大幅度的减少，进而减少废渣堆场占地，而且除氯脱水的碱渣可以作为工业原材料循环使用。
Claims (10)
1.一种大体量碱渣原位电动除氯脱水方法，其特征在于，包括以下步骤：将若干个能通水又能导电的阳极电极(1)和阴极电极(2)按设计给定的排列方式、间隔和深度，竖向、平行植入碱渣堆积体中；每一个阳极电极(1)周围至少有一个阴极电极(2)，每一个阴极电极(2)周围至少有一个阳极电极(1)；将各阳极电极(1)连接于直流电源的正极，将各阴极电极(2)连接于直流电源的负极；同时将各阳极电极(1)的注水口与连接供液源的供液管道(3)连通，将各阳极电极(1)的出水口与连接蓄液池的排液管道(4)连通；将阴极电极(2)连接于与大气连通的排气管道；
接通电源，按设计给定的供电模式通过阳极电极(1)和阴极电极(2)对该碱渣层(5)施加电场，同时按设计给定的流量和品质向阳极电极(1)注入液体，并保持阳极电极(1)中液体pH值大于6，以抑制阳极处氯气的产生以及碳酸钙的溶蚀；在电场作用下，碱渣层(5)中所含的氯离子向阳极迁移，并被注入阳极的液体带出，从而实现碱渣中氯离子的清除；而与其电性相反的钙离子，则在电场作用下向阴极迁移，因在该方向没有出口，故而被保留在碱渣中。
2.根据权利要求1所述的一种大体量碱渣原位电动除氯脱水方法，其特征在于，当碱渣含水率较高需要脱水时，在所述的阳极电极(1)、阴极电极(2)和碱渣层(5)构成的体系表面铺设密封膜(51)以使该体系与外界大气隔绝；在该碱渣层(5)除氯完成后，将各电极切换连接于与真空负压源连通的抽吸管道(6)，对该碱渣层(5)进行负压吸滤脱水。
3.根据权利要求1所述的一种大体量碱渣原位电动除氯脱水方法，其特征在于，当碱渣含水率较高需要脱水时，在阴极电极(2)与阳极电极(1)之间设置有排水带(7)，并在所述的阳极电极(1)、阴极电极(2)、排水带(7)与碱渣层(5)构成的体系表面铺设密封膜(51)以使该体系与外界大气隔绝；将排水带(7)连接于与真空负压源连通的抽吸管道(6)，在该碱渣层(5)电动除氯期间，在设计给定的时间，开启真空负压源，同时通过排水带(7)对碱渣层(5)进行负压脱水。
4.根据权利要求3所述的一种大体量碱渣原位电动除氯脱水方法，其特征在于，所述排水带(7)为能以同步同压在其全长范围内施加负压吸水的同步同压排水带，所述的同步同压排水带包括排水管道(71)和两条排水条带(72)；排水管道(71)包括排水外管(711)和排水内管(712)，所述排水外管(711)下端封闭，所述的排水内管(712)固定于排水外管(711)内，排水内管(712)下端与排水外管(711)底端面留有通水的空挡(713)，排水外管(711)上端与排水内管(712)上端之间封闭，排水内管(712)上端口连接于与真空负压源连通的抽吸管道(6)；排水外管(711)两侧的管壁上分别设置有多个规则排列的排水孔(714)；排水外管(711)两侧管壁上分别与一排水条带(72)连接，排水条带(72)上设有多个并列的排水凹槽(721)，排水条带(72)的每个排水凹槽(721)的端口分别与排水管道(71)管壁上的其中一个排水孔(714)相连通；该两个排水条带(72)的外表面包覆有滤层。
5.根据权利要求1所述的一种大体量碱渣原位电动除氯脱水方法，其特征在于，所述的阳极电极(1)为能够使液体通过且可使其中的导电体的临空面被液体所覆盖的电极。
6.根据权利要求5所述的一种大体量碱渣原位电动除氯脱水方法，其特征在于，所述的阳极电极(1)为能同步同质在其全长范围内均匀注入液体的同步同质注水排水电极；同步同质注水排水电极包括注水管道(11)、导电体条带(12)和出水管道(13)；所述的注水管道(11)的一端设置有注水口(110)，注水管道(11)的另一端封闭；注水管道(11)的管壁上设置有多个间隔排列的出水孔(111)；且注水管道(11)管壁与导电体条带(12)连接，导电体条带(12)上设有多个并列的凹槽(121)，每个凹槽(121)的端口分别与注水管道(11)管壁上的其中一个出水孔(111)相连通；所述的出水管道(13)上位于注水口(110)一端设有出水口(131)，出水管道(13)上位于注水管道(11)的封闭端密封，出水管道(13)内侧设置有集水槽(132)；所述的集水槽(132)的开口侧与导电体条带(12)相连，集水槽(132)两端封闭，集水槽(132)与出水管道(13)共壁的管壁底部有导水孔(133)；两个所述的导电体条带(12)的外表面包覆有滤层。
7.根据权利要求5所述的一种大体量碱渣原位电动除氯脱水方法，其特征在于，所述的阳极电极(1)为可通水电极；所述的可通水电极包括一条管壁设有众多微孔(140)的外管(14)和内管(15)，所述的外管(14)采用不导电材料制成；内管(15)采用导电材料制成，所述的内管(15)通过设置在外管(14)中，外管(14)顶端封闭，外管(14)的底端封闭；内管(15)底端与外管(14)底端之间留有间隙(142)，内管(15)顶端设置有内管出水口(151)；所述的内管出水口(151)穿过外管(14)顶端；外管(14)外表面包覆有滤层。
8.根据权利要求7所述的一种大体量碱渣原位电动除氯脱水方法，其特征在于，所述的阳极电极(1)为可导水电极，所述的可导水电极与可通水电极结构相同，但可导水电极上的内管(15)采用不导电材料制作，而外管(14)采用导电材料制作。
9.根据权利要求1所述的一种大体量碱渣原位电动除氯脱水方法，其特征在于，实施方式包括以下步骤：
一)将若干个阳极电极(1)和阴极电极(2)按设计给定的间隔、排列方式、竖向、平行布置植入碱渣中；将各阳极电极(1)连接直流电源的正极、将各阴极电极(2)连接直流电源的负极；同时将各阳极电极(1)的注水口分别连接于与供给源连接的供液管道(3)，将各阳极电极(1)的出水口分别连接于与蓄液池连接的排液管道(4)；
二)接通电源，按设计给定的电场参数对该碱渣层(5)施加电场，同时通过与供给源连接的供液管道(3)向各阳极电极(1)按设计给定的流量注入设计给定的液体防止氯气产生，并使阳极中的液体在整个除氯过程中保持pH值不小于7，进行该碱渣层(5)的除氯工作；碱渣层(5)中形成的均匀电场驱动碱渣中的氯离子向阳极电极(1)迁移，并随流经阳极电极(1)组中各电极的液体从排液管道排出汇集于蓄液池；而钙离子则向阴极迁移，因在该方向没有出口，故而被保留在碱渣中；因各阳极电极(1)中的导电材料被pH值不小于7的液体所覆盖，产生的氢离子随即被中和，所以在碱渣中不会产生过酸的环境，不会产生碳酸钙被酸蚀的现象；
三)当该碱渣层(5)中氯离子浓度下降至设计给定指标后，将电极与电源断开，即完成该碱渣层(5)的除氯工作；
四)若碱渣需脱水，则将各阳极电极(1)切换连接于与真空负压源连通的抽吸管道(6)，并在1)所述体系表面铺设一层密封膜(51)，以断绝该体系与外界大气的联系；开启真空负压源，对该碱渣层(5)进行脱水工作，直至该碱渣层(5)中含水率达到设计给定指标，即可切断与真空负压源的连接，完成了该碱渣层(5)的除氯和脱水的工作；
五)将上述完成除氯脱水处理的该碱渣层(5)挖出外运，按步骤一)～步骤四)的方法与要求，进行下层碱渣的除氯脱水处理；
六)按步骤一)～步骤五)的方法与要求，对碱渣库逐层操作，直至所堆存的全部碱渣完成除氯脱水工作。
10.根据权利要求3所述的一种大体量碱渣原位电动除氯脱水方法，其特征在于，实施方式包括以下步骤：
1)将若干个阳极电极(1)和阴极电极(2)按设计给定的间隔、排列方式、竖向、平行布置植入碱渣中；每一个阳极电极(1)周围至少有一个阴极电极(2)，且每一个阴极电极(2)周围至少有一个阳极电极(1)；在阴极电极(2)与阳极电极(1)之间、距阳极电极(1)小于二分之一该阴阳电极间距处设置有与阳极电极(1)平行的排水带；在该体系上覆盖密封膜(51)以隔绝该体系与大气的联系；
2)将该层碱渣层(5)中的各阳极电极(1)连接直流电源的正极、将各阴极电极(2)连接直流电源的负极，同时将各阳极电极(1)的注水口分别连接于与供给源连接的供液管道(3)，将各阳极电极(1)的出水口分别连接于与蓄液池连接的排液管道(4)；接通电源，按设计给定的电场参数对该碱渣层(5)施加电场，同时通过与供给源连接的供液管道(3)向各阳极电极(1)按设计给定的流量注入设计给定的防止氯气产生的液体，以保持在阳极电极(1)中液体的pH值不小于7；进行该碱渣层(5)的除氯工作；同时将排水带连接于与真空负压源连通的抽吸管道(6)，在设计给定的时间，开启真空负压源，通过排水带对碱渣层(5)进行负压脱水；如此，在碱渣层(5)中形成的均匀电场驱动碱渣中的氯离子向阳极电极(1)迁移，其中大部分氯离子随碱渣中的孔隙液被靠近阳极电极(1)的排水带吸入排出汇集于蓄液池，剩余部分氯离子进入阳极电极(1)并被注入阳极电极(1)的液体经电极的通水管路带出汇集于蓄液池；而钙离子则向阴极迁移，因在该方向没有出口，故而被保留在碱渣中，从而实现将氯离子清除出碱渣而保留钙离子并脱除水分的技术效果；因各阳极电极(1)中的导电材料被pH值不小于7的液体所覆盖，产生的氢离子随即被中和，所以在碱渣中不会产生过酸的环境，不会产生碳酸钙被酸蚀的现象。
3)当碱渣层(5)中氯离子浓度下降至设计给定指标后，将电极与电源断开；当碱渣中含水率达到设计给定指标，即可切断与真空负压源的连接；即完成了该碱渣层(5)的除氯和脱水的工作；
4)将上述完成除氯脱水处理的该碱渣层(5)挖出外运，按步骤1)～步骤3)的方法与要求，进行下层碱渣的除氯脱水处理；
5)按步骤1)～步骤4)的方法与要求，对碱渣库逐层操作，直至所堆存的全部碱渣完成除氯脱水工作。
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