CN115594256A - 一种具有絮凝作用的三维电极电法除垢水处理装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种具有絮凝作用的三维电极电法除垢水处理装置及方法，空压机的出口与反应器壳体底部的进气口相连通，各粒子电极、各阴极板及各阳极板均位于反应器壳体内，粒子电极悬浮于反应器壳体中的待处理水样内，各阴极板与各阳极板依次交错分布，且各阴极板与直流电源的阴极相连接，各阳极板与直流电源的阳极相连接，反应器壳体底部的侧面设置有进水口，反应器壳体顶部的侧面的第一溢流口与初沉池的顶部相连通，初沉池底部侧面的第二溢流口与斜板澄清器底部的侧面相连通，斜板澄清器顶部的侧面设置有出水口，该装置及方法具有较高的除垢效率。
Description
技术领域
本发明属于电法水处理技术领域，涉及一种具有絮凝作用的三维电极电法除垢水处理装置及方法。
背景技术
电法除垢，即电化学水垢去除技术，是在直流电压的作用下，阴极发生还原反应，形成高碱性区域，沉淀水中的成垢离子，同时在阳板发生氧化反应，生成一定的强氧化性活性物质，起杀菌作用。
电法除垢技术因除垢效率低下，极大地限制了其在电力行业的广泛应用。导致电法除垢技术效率低下的原因，除了电化学过程本身的效率限制之外，电除垢过程产生的水垢微粒是否被完全沉淀、不随出水外排，也值得怀疑。有文献资料表明，电化学除垢装置在不同试验条件下，根据处理前后的水质计算出的除垢量均高于对应条件下电除垢装置内获得的实际成垢量，这就充分说明电化学除垢过程中产生的垢样并未完成沉积在阴极板上或电除垢装置内，还有一定量的垢样随出水外排。因此，通过对电除垢装置进行改进，使其具有絮凝作用，有效改善电除垢装置中水垢的沉积效果，从而提高整个装置的除垢效率是非常有必要的。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供了一种具有絮凝作用的三维电极电法除垢水处理装置及方法，该装置及方法具有较高的除垢效率。
为达到上述目的，本发明所述的具有絮凝作用的三维电极电法除垢水处理装置包括反应器壳体、空压机、直流电源、初沉池、斜板澄清器、若干阴极板、若干阳极板及若干粒子电极；
空压机的出口与反应器壳体底部的进气口相连通，各粒子电极、各阴极板及各阳极板均位于反应器壳体内，粒子电极悬浮于反应器壳体中的待处理水样内，各阴极板与各阳极板依次交错分布，且各阴极板与直流电源的阴极相连接，各阳极板与直流电源的阳极相连接，反应器壳体底部的侧面设置有进水口，反应器壳体顶部的侧面的第一溢流口与初沉池的顶部相连通，初沉池底部侧面的第二溢流口与斜板澄清器底部的侧面相连通，斜板澄清器顶部的侧面设置有出水口。
反应器壳体内设置有多孔布气板，空压机的出口与反应器壳体底部的进气口相连通，且进水口位于多孔布气板与各阴极板及各阳极板之间，粒子电极的粒径大于多孔布气板上曝气孔的孔径。
各粒子电极为钢球或改性石墨。
初沉池的底部设置有第一排泥口。
斜板澄清器的底部设置有第二排泥口。
反应器壳体为长方体金属容器。
相邻阴极板与阳极板之间的间距为10～40mm。
阴极板为铁板、碳钢或不锈钢的材质。
阳极板为铁板、铝板或不锈钢板的材质。
本发明所述的具有絮凝作用的三维电极电法除垢水处理方法包括以下步骤：
1)待处理水样经进水口进入到反应器壳体中；
2)启动空压机，空压机输出的曝气进入到反应器壳体内，接通直流电源，阴极板电解生成OH-，OH-与水中的HCO3 -反应生成CO3 2-，沉淀水中的Ca2+；阳极板电解产生Al3+及Fe3+，Al3+及Fe3+与水中的OH-反应形成氢氧化物絮体，所述氢氧化物絮体漂浮于反应器壳体中待处理水样的顶部，再定期清除；粒子电极在阴极板与阳极板之间的电压作用下，通过静电感应，使粒子电极的一端带正电，粒子电极的另一端带负电，以形成多个微电极，每个粒子电极的表面均发生电化学反应，提高装置整体的电流效率及除垢效率；同时阳极板表面附近的粒子电极处于流态化，以加速阳极板附近金属离子的传质速率，缓解阳极板附近金属离子的浓差极化现象，有效防止阳极板的钝化；
3)反应器壳体内经除垢及絮凝处理后的水样经第一溢流口进入初沉池中，在初沉池内将垢样及悬浮物进行沉淀后，再由初沉池的第二溢流口溢流至斜板澄清器中，再在斜板澄清器内絮凝、沉淀及澄清后，再由出水口排出。
本发明具有以下有益效果：
本发明所述的具有絮凝作用的三维电极电法除垢水处理装置及方法在具体操作时，所述粒子电极填充在阴极板与阳极板之间，与阴极板与阳极板形成三维电极，以缩短传质距离、提高处理效率的作用。本发明将电法除垢与电絮凝技术的联合使用，可以改善阴极板附近CaCO3微晶的沉淀效率，降低出水的成垢物质含量；另一方面可减小后续沉淀装置的体积和占地面积，不仅在技术上实现联合及补充，更是装置上的系统化集成，实现一个装置同时具备除垢和絮凝两种作用，同时三维电极的引入可提高整个装置的除垢效率，同时能够有效防止阳极板3的钝化，保证絮体产生量。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
其中，1为反应器壳体、2为阴极板、3为阳极板、4为粒子电极、5为直流电源、6为空压机、7为多孔布气板、8为进水口、9为第一溢流口、10为初沉池、11为第一排泥口、12为第二溢流口、13为斜板澄清器、14为出水口、15为第二排泥口。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，不是全部的实施例，而并非要限制本发明公开的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要的混淆本发明公开的概念。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
在附图中示出了根据本发明公开实施例的结构示意图。这些图并非是按比例绘制的，其中为了清楚表达的目的，放大了某些细节，并且可能省略了某些细节。图中所示出的各种区域、层的形状及它们之间的相对大小、位置关系仅是示例性的，实际中可能由于制造公差或技术限制而有所偏差，并且本领域技术人员根据实际所需可以另外设计具有不同形状、大小、相对位置的区域/层。
参考图1，本发明所述的具有絮凝作用的三维电极电法除垢水处理装置包括反应器壳体1、阴极板2、阳极板3、粒子电极4、直流电源5、空压机6、多孔布气板7、进水口8、第一溢流口9、初沉池10、第一排泥口11、第二溢流口12、斜板澄清器13、出水口14及第二排泥口15；
各粒子电极4、各阴极板2及各阳极板3均位于反应器壳体1内，粒子电极4悬浮于反应器壳体1中的待处理水样中，各阴极板2与各阳极板3依次交错分布，且各阴极板2与直流电源5的阴极相连接，各阳极板3与直流电源5的阳极相连接，反应器壳体1顶部的侧面设置有第一溢流口9，反应器壳体1底部的侧面设置有进水口8，反应器壳体1内设置有多孔布气板7，空压机6的出口与反应器壳体1底部的进气口相连通，且进水口8位于多孔布气板7与各粒子电极4、各阴极板2及各阳极板3之间，其中，各粒子电极4为钢球或改性石墨；第一溢流口9与初沉池10的顶部相连通，初沉池10底部侧面的第二溢流口12与斜板澄清器13底部的侧面相连通，初沉池10的底部设置有第一排泥口11，斜板澄清器13的底部设置有第二排泥口15，斜板澄清器13顶部的侧面设置有出水口14。
粒子电极4的粒径大于多孔布气板7上曝气孔的孔径，反应器壳体1为长方体金属容器，相邻阴极板2与阳极板3之间的间距为10～40mm，其中，阴极板2为铁板、碳钢或不锈钢的材质，阳极板3为铁板、铝板或不锈钢板的材质。
本发明所述具有絮凝作用的三维电极电法除垢水处理方法包括以下步骤：
1)所述待处理水样经进水口8进入到反应器壳体1中；
2)启动空压机6，空压机6输出的曝气进入到反应器壳体1内，再经多孔布气板7均布后进入到多孔布气板7的上方；
3)接通直流电源5，控制阴极板2及阳极板3上的工作电流密度为0～25mA/cm2，阴极板2电解生成OH-，OH-与水中的HCO3 -反应生成CO3 2-，沉淀水中的Ca2+；阳极板3电解产生Al3+及Fe3+，Al3+及Fe3+与水中的OH-反应形成具有较高比表面积的氢氧化物絮体，再漂浮于反应器壳体1中待处理水样的顶部，然后通过网捕卷扫或吸附架桥去除水中的悬浮物；
4)控制空压机6，调整曝气量，使整个反应体系处于流化态，同时粒子电极4不随出水从第一溢流口9流出；
5)粒子电极4在阴极板2与阳极板3之间的电压作用下，通过静电感应，使粒子电极4的一端带正电，粒子电极4的另一端带负电，以形成多个微电极，每个粒子电极4的表面均能够发生电化学反应，从而提高装置整体的电流效率及除垢效率；同时阳极板3表面附近的粒子电极4处于流态化，以加速阳极板3附近金属离子的传质速率，缓解阳极板3附近金属离子的浓差极化现象，有效防止阳极板3的钝化；
6)反应器壳体1内经除垢及絮凝处理后的水样经第一溢流口9进入初沉池10中，在初沉池10内将大颗粒垢样及悬浮物进行沉淀后，再由初沉池10的第二溢流口12溢流至斜板澄清器13中，其中，初沉池10内部沉积的垢样定期通过第一排泥口11排出；
7)初沉池10的输出的水进入到斜板澄清器13中，在斜板澄清器13内充分絮凝、沉淀及澄清后，再由出水口14排出，斜板澄清器13底部沉淀的污泥定期由第二排泥口15排出。
由于斜板澄清器13的容积相对较大，水样在斜板澄清器13内的沉淀时间相对较长，水中悬浮物、浊度等有效降低，出水水质明显改善，可直接进行回用。
Claims (10)
1.一种具有絮凝作用的三维电极电法除垢水处理装置，其特征在于，包括反应器壳体(1)、空压机(6)、直流电源(5)、初沉池(10)、斜板澄清器(13)、若干阴极板(2)、若干阳极板(3)及若干粒子电极(4)；
空压机(6)的出口与反应器壳体(1)底部的进气口相连通，各粒子电极(4)、各阴极板(2)及各阳极板(3)均位于反应器壳体(1)内，粒子电极(4)悬浮于反应器壳体(1)中的待处理水样内，各阴极板(2)与各阳极板(3)依次交错分布，且各阴极板(2)与直流电源(5)的阴极相连接，各阳极板(3)与直流电源(5)的阳极相连接，反应器壳体(1)底部的侧面设置有进水口(8)，反应器壳体(1)顶部的侧面的第一溢流口(9)与初沉池(10)的顶部相连通，初沉池(10)底部侧面的第二溢流口(12)与斜板澄清器(13)底部的侧面相连通，斜板澄清器(13)顶部的侧面设置有出水口(14)。
2.根据权利要求1所述的具有絮凝作用的三维电极电法除垢水处理装置，其特征在于，反应器壳体(1)内设置有多孔布气板(7)，空压机(6)的出口与反应器壳体(1)底部的进气口相连通，且进水口(8)位于多孔布气板(7)与各阴极板(2)及各阳极板(3)之间，粒子电极(4)的粒径大于多孔布气板(7)上曝气孔的孔径。
3.根据权利要求1所述的具有絮凝作用的三维电极电法除垢水处理装置，其特征在于，各粒子电极(4)为钢球或改性石墨。
4.根据权利要求1所述的具有絮凝作用的三维电极电法除垢水处理装置，其特征在于，初沉池(10)的底部设置有第一排泥口(11)。
5.根据权利要求4所述的具有絮凝作用的三维电极电法除垢水处理装置，其特征在于，斜板澄清器(13)的底部设置有第二排泥口(15)。
6.根据权利要求1所述的具有絮凝作用的三维电极电法除垢水处理装置，其特征在于，反应器壳体(1)为长方体金属容器。
7.根据权利要求1所述的具有絮凝作用的三维电极电法除垢水处理装置，其特征在于，相邻阴极板(2)与阳极板(3)之间的间距为10～40mm。
8.根据权利要求1所述的具有絮凝作用的三维电极电法除垢水处理装置，其特征在于，阴极板(2)为铁板、碳钢或不锈钢的材质。
9.根据权利要求1所述的具有絮凝作用的三维电极电法除垢水处理装置，其特征在于，阳极板(3)为铁板、铝板或不锈钢板的材质。
10.一种具有絮凝作用的三维电极电法除垢水处理方法，基于权利要求1所述的具有絮凝作用的三维电极电法除垢水处理装置，包括以下步骤：
1)待处理水样经进水口(8)进入到反应器壳体(1)中；
2)启动空压机(6)，空压机(6)输出的曝气进入到反应器壳体(1)内，接通直流电源(5)，阴极板(2)电解生成OH-，OH-与水中的HCO3 -反应生成CO3 2-，沉淀水中的Ca2+；阳极板(3)电解产生Al3+及Fe3+，Al3+及Fe3+与水中的OH-反应形成氢氧化物絮体，所述氢氧化物絮体漂浮于反应器壳体(1)中待处理水样的顶部，再定期清除；粒子电极(4)在阴极板(2)与阳极板(3)之间的电压作用下，通过静电感应，使粒子电极(4)的一端带正电，粒子电极(4)的另一端带负电，以形成多个微电极，每个粒子电极(4)的表面均发生电化学反应，提高装置整体的电流效率及除垢效率；同时阳极板(3)表面附近的粒子电极(4)处于流态化，以加速阳极板(3)附近金属离子的传质速率，缓解阳极板(3)附近金属离子的浓差极化现象，有效防止阳极板(3)的钝化；
3)反应器壳体(1)内经除垢及絮凝处理后的水样经第一溢流口(9)进入初沉池(10)中，在初沉池(10)内将垢样及悬浮物进行沉淀后，再由初沉池(10)的第二溢流口(12)溢流至斜板澄清器(13)中，再在斜板澄清器(13)内絮凝、沉淀及澄清后，再由出水口(14)排出。
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