CN116216867B - 一种抗污染强化电絮凝水处理装置及应用 - Google Patents

一种抗污染强化电絮凝水处理装置及应用 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种抗污染强化电絮凝水处理装置及应用，属于水、废水、污水或污泥的处理领域。包括阳极板、阴极板、进水口、产水口、过滤填料、排泥口，所述阳极板依次包括阳极电极层、阳极粘结层、荷电层和阳极聚合物刷层，阴极板依次包括阴极电极层、阴极粘结层和阴极聚合物刷层。本发明装置中的荷电层及聚合物刷层可以有效提高装置的抗污染性能，且抗污染持久性好，同时有效缓解极板钝化现象。本发明明显提升强化电絮凝装置对废水污染物去除效果及运行稳定性，解决污染物去除效果不稳定、产水品质差、装置处理成本高等问题。

Description

一种抗污染强化电絮凝水处理装置及应用
技术领域
本发明涉及水、废水、污水或污泥的处理领域，具体涉及一种抗污染强化电絮凝水处理装置及应用。
背景技术
电絮凝由于具有设备简单、操作维护方便、占地面积小、污泥产量小，对原水适用范围广、不存在二次污染风险等技术优势，常被用于处理电镀废水、印染废水、屠宰废水、冶金废水、造纸废水等。但是在处理水质波动大、杂质复杂的废水或连续长时间运行处理废水时，传统电絮凝装置存在极板易钝化、清洗频次高、产水品质差、处理效率低且不稳定等问题，导致装置处理能效降低。近年来有报道采用连续脉冲电絮凝技术减少通电运行时间，缓解钝化现象，如CN103304075A，CN103304074A；或通过极板滑动减小极板间距，降低工作电压及运行能耗，如CN214735175U。但是，这些方法都没有根本解决电絮凝处理能效降低的问题。电絮凝装置对废水污染物去除效果随运行显著降低的最主要原因是装置随着运行金属离子与溶液中阴离子结合在阳电极表面生成金属氧化物或金属盐类，形成致密的钝化层，钙镁离子生成的不溶性盐附着于阴极表面，以及废水中有机物对电极的污染等，导致装置电耗增加、电流效率下降。因此，现有电絮凝处理废水技术还存在极板易钝化、装置抗污染性能差、杂质去除效果不稳定、装置运行能耗高等问题。
发明内容
（一）要解决的技术问题
鉴于现有技术的上述缺点、不足，本发明提供一种抗污染强化电絮凝水处理装置及应用，能够高效去除废水污染物，并且极板不易钝化，抗污染性能好，装置运行稳定性强。
（二）技术方案
为了达到上述目的，本发明采用的主要技术方案包括：
第一方面，本发明提供一种抗污染强化电絮凝水处理装置，包括箱体内相对设置的阳极板和阴极板，阳极板和阴极板分别与电源的正极和负极电连接；所述阳极板包括依次堆叠的阳极电极层、阳极粘结层、荷电层和阳极聚合物刷层，所述阴极板包括依次堆叠的阴极电极层、阴极粘结层和阴极聚合物刷层；所述阳极电极层和所述阴极电极层紧贴所述箱体的侧壁放置，所述阳极聚合物刷层和所述阴极聚合物刷层相对放置；
所述阳极电极层为含有锌、镁、锡、铜、钛中一种或两种以上的铁合金，所述荷电层为含有聚乙烯亚胺螯合钙的聚哌嗪酰胺聚合物层或者含有聚乙烯亚胺的聚哌嗪酰胺聚合物层，所述阳极聚合物刷层和所述阴极聚合物刷层均为聚3-磺酸丙基甲基丙烯酸钾盐层，所述阳极粘结层占阳极电极层的面积为1%-5%，所述阴极粘结层占所述阴极电极层的面积为1%-5%。
可选地，所述阳极粘结层和所述阴极粘结层为具有烷氧基侧链的咪唑类阳离子型聚离子液体，所述聚离子液体的阴离子为四氟硼酸离子、六氟磷酸离子和双三氟甲基磺酰亚胺离子中的一种。
优选地，所述阳极粘结层和所述阴极粘结层为带有烷氧基侧链的聚乙烯基咪唑类阳离子型聚离子液体，所述聚离子液体的阴离子为双三氟甲基磺酰亚胺离子。
可选地，所述具有烷氧基侧链的咪唑类阳离子型聚离子液体可参见现有技术CN110699020A等，烷氧基侧链的引入不仅显著降低了聚离子液体的玻璃化转变温度，而且氧原子本身作为氢键受体使离子液体内部产生了强的氢键作用，再加上离子液体本身独特的静电作用，此类烷氧基聚离子液体同时具有高的内聚能和界面粘附能。这类粘胶对各种基材如不锈钢、铝合金和聚合物等都具有很强的粘附作用。
可选地，所述含有聚乙烯亚胺螯合钙的聚哌嗪酰胺聚合物层的制备方法包括：将钙盐和聚乙烯亚胺络合形成聚乙烯亚胺螯合钙，然后将均苯三甲酰氯、哌嗪和聚乙烯亚胺螯合钙通过聚合反应在阳极粘结层上形成含有聚乙烯亚胺螯合钙的聚哌嗪酰胺聚合物层；
所述含有聚乙烯亚胺的聚哌嗪酰胺聚合物层的制备方法包括：将均苯三甲酰氯和哌嗪进行第一次界面聚合反应，然后加入聚乙烯亚胺后，聚乙烯亚胺与第一次界面聚合反应剩余的酰氯基团进行二次界面聚合反应，在阳极粘结层上形成含有聚乙烯亚胺的聚哌嗪酰胺聚合物层。
可选地，所述阳极聚合物刷层的制备方法包括：将3-氨丙基三乙氧基硅烷与2-溴异丁酰溴合成的有机-无机杂化引发剂涂覆在荷电层上，然后将3-磺酸丙基甲基丙烯酸钾盐通过聚合接枝反应在荷电层上，形成阳极聚合物刷层。
可选地，所述阴极聚合物刷层的制备方法包括：将3-氨丙基三乙氧基硅烷与2-溴异丁酰溴合成的有机-无机杂化引发剂涂覆在阴极粘结层上，然后将3-磺酸丙基甲基丙烯酸钾盐通过聚合接枝反应在阴极粘结层上，形成阴极聚合物刷层。
可选地，所述阴极电极层为不锈钢。
可选地，所述阳极板和所述阴极板与装置外部的电源连接。
可选地，所述抗污染强化电絮凝水处理装置还包括进水口、产水口、过滤填料和排泥口，所述箱体的底部为漏斗形，所述排泥口位于所述箱体的底部，所述排泥口上设有阀门，所述进水口位于所述箱体的下端侧壁上，所述产水口位于所述箱体的上端侧壁上，所述过滤填料靠近所述产水口设置，所述阳极板和所述阴极板位于所述过滤填料的下方，产水口位于所述过滤填料的上方。
可选地，所述进水口连接废水存储装置，所述排泥口连接絮凝物收集装置，所述产水口连接净化水收集装置。
可选地，所述过滤填料用网状隔板承托，所述过滤填料为沸石填料，所述沸石填料的粒径为1-2mm。
第二方面，本发明提供一种抗污染强化电絮凝水处理装置的应用，所述装置的运行条件为电流密度为50-200A/m2，水力停留时间为15-90s。
（三）有益效果
本发明的有益效果是：本发明提供的高效抗污染强化电絮凝水处理装置中，阳极板包括依次堆叠的阳极电极层、阳极粘结层、荷电层和阳极聚合物刷层，阴极板包括依次堆叠的阴极电极层、阴极粘结层和阴极聚合物刷层。阳极板中的荷电层可以促使电解过程中金属离子向溶液扩散，有效防止阳极附近金属离子浓度不断升高，从而避免高浓度金属离子在电极板表面形成金属氧化物或金属盐类的钝化层。阳极聚合物刷层和阴极聚合物刷层均可以有效防止整个阳极板和阴极板受到废水中杂质的污染；并且其中的有机-无机杂化引发剂涂层可以持续引发接枝聚合反应，使其不会随装置的运行而降低抗污染效果。
同时沸石填料对电絮凝电解可能产生的多余铁离子进行有效吸附，保证出水品质。本发明装置能够高效去除废水污染物，并且装置抗污染性能好，运行安全稳定。
根据本发明较佳实施例，所述聚离子液体喷涂在阳极电极层和阴极电极层，呈散点状，粘结层占阳极电极层或阴极电极层的面积为1%-5%。散点状粘结层一方面可以有效增强其相邻两层之间的粘合性，使两层（对于阳极：阳极电极层和荷电层，对于阴极：阴极电极层和聚合物刷层）在使用过程中不会发生剥离；另一方面粘结层呈散点状可以有效降低电极有效面积的损失。
根据本发明较佳实施例，所述阳极板的荷电层为含有聚乙烯亚胺螯合钙的聚哌嗪酰胺聚合物层或者含有聚乙烯亚胺的聚哌嗪酰胺聚合物层。由于荷电层带正电，可以促使电解过程中金属离子向溶液扩散，有效防止阳极附近金属离子浓度不断升高，从而避免高浓度金属离子在电极板表面形成金属氧化物或金属盐类的钝化层。
根据本发明较佳实施例，所述阳极板和阴极板的聚合物刷层是通过表面引发原子转移自由基聚合反应接枝聚3-磺酸丙基甲基丙烯酸钾盐形成。制备方法为将3-氨丙基三乙氧基硅烷与2-溴异丁酰溴合成的有机-无机杂化引发剂涂覆在荷电层或者阴极粘结层上，然后将3-磺酸丙基甲基丙烯酸钾盐通过聚合接枝反应在荷电层或者阴极粘结层上，通过表面引发原子转移自由基聚合反应，在荷电层或者阴极粘结层上接枝形成阳极聚合物刷层或者阴极聚合物刷层。该阳极聚合物刷层或者阴极聚合物刷层可以有效防止整个阳极或阴极受到废水中杂质的污染，包括阳极上重金属及有机物的污染，阴极上含硅化合物、钙镁硬度等形成的不溶盐及有机物的污染；并且有机-无机杂化引发剂涂层可以持续引发接枝聚合反应，使其不会随装置的运行而降低抗污染效果。
本发明的高效抗污染强化电絮凝水处理装置，适用于处理硅含量≥139mg/L，重金属锰含量≥72.5mg/L，COD含量≥357mg/L的废水。在该环境下，本发明的聚合物刷层可以稳定存在，并且其中的无机-有机引发剂涂层不受该环境影响，可以持续引发接枝聚合反应，保证装置电絮凝水处理的长时间运行稳定性。
选择上述装置运行条件（电流密度为50-200A/m2，水力停留时间为15-90s）可以高效低成本去除废水中污染物，若电流过小或停留时间太短会导致反应效率降低影响去除效果，若电流过大将导致电极板损坏及运行能耗增大，若停留时间太长使处理能力降低、运行成本增加。
附图说明
图1为本发明实施例中的抗污染强化电絮凝水处理装置结构示意图；
图2为电絮凝水处理装置中阳极板结构示意图；
图3为电絮凝水处理装置中阴极板结构示意图。
【附图标记说明】
1：箱体；2：阳极板；21：阳极电极层；22：阳极粘结层；23：荷电层；24：阳极聚合物刷层；3：阴极板；31：阴极电极层；32：阴极粘结层；33：阴极聚合物刷层；4：进水口；5：产水口；6：过滤填料；7：排泥口；8：电源；9：阀门。
具体实施方式
为了更好的解释本发明，以便于理解，下面通过具体实施方式，对本发明作详细描述。虽然以下显示了本发明的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本发明而不应该被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更清楚、透彻地理解本发明，并且能够将本发明的范围完整的传达给本领域的技术人员。
下面具体描述本发明实施例提出的高效抗污染强化电絮凝水处理装置。
如图1-图3，本发明实施例提出的高效抗污染强化电絮凝水处理装置包括箱体1、阳极板2、阴极板3、进水口4、产水口5、过滤填料6、排泥口7，该箱体1上端侧壁设有产水口5，箱体1下端侧壁设有进水口4，箱体1内部设有过滤填料6，过滤填料6靠近产水口5设置，箱体1内还设有相对放置的阳极板2和阴极板3，阳极板2和阴极板3位于过滤填料6的下方，阳极板2和阴极板3分别外接至电源8的正极和负极，箱体1底部为漏斗形，在箱体1底部设有排泥口7，排泥口7上设有阀门9。进水口4和产水口5上也可以设有阀门。
阳极板2依次包括阳极电极层21、阳极粘结层22、荷电层23和阳极聚合物刷层24，阴极板3依次包括阴极电极层31、阴极粘结层32和阴极聚合物刷层33。
阳极电极层为含有锌、镁、锡、铜、钛中一种或两种以上的铁合金，阴极电极层为不锈钢。
粘结层散点状分布在电极层上，阳极粘结层22占阳极电极层21的面积为1%-5%，阴极粘结层32占阴极电极层31的面积为1%-5%；阳极粘结层和阴极粘结层均为带有烷氧基侧链的聚乙烯基咪唑类阳离子型聚离子液体，该聚离子液体的阴离子为双三氟甲基磺酰亚胺离子。
该带有烷氧基侧链的聚乙烯基咪唑类阳离子型聚离子液体的化学结构式如下：
式中，n＝100-300的整数。
该双三氟甲基磺酰亚胺离子的化学结构式如下：
阳极板的荷电层为含有聚乙烯亚胺螯合钙的聚哌嗪酰胺聚合物层或者含有聚乙烯亚胺的聚哌嗪酰胺聚合物层。
含有聚乙烯亚胺螯合钙的聚哌嗪酰胺聚合物层的制备方法包括：将钙盐和聚乙烯亚胺络合形成聚乙烯亚胺螯合钙，然后将均苯三甲酰氯、哌嗪和聚乙烯亚胺螯合钙通过聚合反应在阳极粘结层22上形成含有聚乙烯亚胺螯合钙的聚哌嗪酰胺聚合物层；
含有聚乙烯亚胺的聚哌嗪酰胺聚合物层的制备方法包括：将均苯三甲酰氯和哌嗪进行第一次界面聚合反应，然后加入聚乙烯亚胺后，聚乙烯亚胺与第一次界面聚合反应剩余的酰氯基团进行二次界面聚合反应，在阳极粘结层上形成含有聚乙烯亚胺的聚哌嗪酰胺聚合物层。
阳极聚合物刷层和阴极聚合物刷层是通过表面引发原子转移自由基聚合反应接枝聚3-磺酸丙基甲基丙烯酸钾盐形成。阳极聚合物刷层的制备方法为：将3-氨丙基三乙氧基硅烷与2-溴异丁酰溴合成的有机-无机杂化引发剂涂覆在荷电层上，然后将3-磺酸丙基甲基丙烯酸钾盐通过聚合接枝反应在荷电层上，形成阳极聚合物刷层。阴极聚合物刷层的制备方法为：将3-氨丙基三乙氧基硅烷与2-溴异丁酰溴合成的有机-无机杂化引发剂涂覆在阴极粘结层上，然后3-磺酸丙基甲基丙烯酸钾盐通过聚合接枝反应在阴极粘结层上，形成阴极聚合物刷层。
上述聚3-磺酸丙基甲基丙烯酸钾盐的化学结构式如下：
式中，n=100-10000的整数。
上述3-氨丙基三乙氧基硅烷与2-溴异丁酰溴合成的有机-无机杂化引发剂的化学反应式如下：
装置内过滤填料6用网状隔板承托，过滤填料为沸石填料，沸石填料的粒径为1-2mm，装置进水口连接废水，排泥口排出絮凝物，产水口收集净化水，装置运行条件为电流密度为50-200A/m2，水力停留时间为15-90s。
以下是对本发明的应用实施例。
实施例1
在本实施例中，高效抗污染强化电絮凝水处理装置包括箱体、阳极板、阴极板、进水口、产水口、过滤填料、排泥口，该箱体上端侧壁设有产水口，箱体下端侧壁设有进水口，箱体内部设有过滤填料，过滤填料靠近产水口设置，箱体内还设有相对放置的阳极板和阴极板，阳极板和阴极板位于过滤填料的下方，阳极板和阴极板分别外接至电源的正极和负极，箱体底部为漏斗形，在箱体底部设有排泥口，排泥口上设有阀门。
阳极板依次包括阳极电极层、阳极粘结层、荷电层和阳极聚合物刷层，阴极板依次包括阴极电极层、阴极粘结层和阴极聚合物刷层。
本实施例中，阳极电极层为铁铜合金，阴极电极层为不锈钢。粘结层散点状分布在电极层上，阳极粘结层占阳极电极层的面积为1%，阴极粘结层占阴极电极层的面积为1%；阳极粘结层和阴极粘结层均为带有烷氧基侧链的聚乙烯基咪唑类阳离子型聚离子液体，该聚离子液体的阴离子为双三氟甲基磺酰亚胺离子。阳极板的荷电层为含有聚乙烯亚胺螯合钙的聚哌嗪酰胺聚合物层。阳极聚合物刷层和阴极聚合物刷层均是通过表面引发原子转移自由基聚合反应接枝聚3-磺酸丙基甲基丙烯酸钾盐形成。
装置内过滤填料为沸石填料，沸石填料的粒径为1mm，装置进水口连接废水，排泥口排出絮凝物，产水口收集净化水。装置运行条件为电流密度为150A/m2，水力停留时间为15s。
待处理废水的电导率为32500μS/cm，浊度为20.8NTU，硅含量139mg/L，COD含量357mg/L，重金属锰含量72.5mg/L。经过本实施例的装置处理20min后得到的净化水的浊度为1.4NTU，硅含量6.4mg/L，COD含量59mg/L，重金属锰含量1.5mg/L。经过本实施例的装置处理300min后得到的净化水的浊度为1.8NTU，硅含量7.3mg/L，COD含量71mg/L，重金属锰含量1.6mg/L。本实施例的装置在运行300min后，对废水浊度，以及废水中硅、COD、重金属等污染物的去除效果仍然保持平稳，说明本实施例的装置杂质去除效果稳定，装置在长时间运行时能保证稳定状态。
实施例2
在本实施例中，高效抗污染强化电絮凝水处理装置包括箱体、阳极板、阴极板、进水口、产水口、过滤填料、排泥口，该箱体上端侧壁设有产水口，箱体下端侧壁设有进水口，箱体内部设有过滤填料，过滤填料靠近产水口设置，箱体内还设有相对放置的阳极板和阴极板，阳极板和阴极板位于过滤填料的下方，阳极板和阴极板分别外接至电源的正极和负极，箱体底部为漏斗形，在箱体底部设有排泥口，排泥口上设有阀门。
阳极板依次包括阳极电极层、阳极粘结层、荷电层和阳极聚合物刷层，阴极板依次包括阴极电极层、阴极粘结层和阴极聚合物刷层。
本实施例中，阳极电极层为铁铜合金，阴极电极层为不锈钢。粘结层散点状分布在电极层上，阳极粘结层占阳极电极层的面积为5%，阴极粘结层占阴极电极层的面积为5%；阳极粘结层和阴极粘结层均为带有烷氧基侧链的聚乙烯基咪唑类阳离子型聚离子液体，该聚离子液体的阴离子为双三氟甲基磺酰亚胺离子。阳极板的荷电层为含有聚乙烯亚胺螯合钙的聚哌嗪酰胺聚合物层。阳极聚合物刷层和阴极聚合物刷层均是通过表面引发原子转移自由基聚合反应接枝聚3-磺酸丙基甲基丙烯酸钾盐形成。
装置内过滤填料为沸石填料，沸石填料的粒径为2mm，装置进水口连接废水，排泥口排出絮凝物，产水口收集净化水，装置运行条件为电流密度为100A/m2，水力停留时间为90s。
待处理废水的电导率为32500μS/cm，浊度为20.8NTU，硅含量139mg/L，COD含量357mg/L，重金属锰含量72.5mg/L。经过本实施例的装置处理20min后得到的净化水的浊度为0.5NTU，硅含量3.3mg/L，COD含量42mg/L，重金属锰含量0.7mg/L。经过本实施例的装置处理300min后得到的净化水的浊度为0.8NTU，硅含量4.4mg/L，COD含量50mg/L，重金属锰含量1.0mg/L。本实施例的装置在运行300min后，对废水浊度，以及废水中硅、COD、重金属等污染物的去除效果仍然保持平稳，说明本实施例的装置杂质去除效果稳定，装置在长时间运行时能保证稳定状态。
实施例3
在本实施例中，高效抗污染强化电絮凝水处理装置包括箱体、阳极板、阴极板、进水口、产水口、过滤填料、排泥口，该箱体上端侧壁设有产水口，箱体下端侧壁设有进水口，箱体内部设有过滤填料，过滤填料靠近产水口设置，箱体内还设有相对放置的阳极板和阴极板，阳极板和阴极板位于过滤填料的下方，阳极板和阴极板分别外接至电源的正极和负极，箱体底部为漏斗形，在箱体底部设有排泥口，排泥口上设有阀门。
阳极板依次包括阳极电极层、阳极粘结层、荷电层和阳极聚合物刷层，阴极板依次包括阴极电极层、阴极粘结层和阴极聚合物刷层。
本实施例中，阳极电极层为铁镁锡合金，阴极电极层为不锈钢。粘结层散点状分布在电极层上，阳极粘结层占阳极电极层的面积为1%，阴极粘结层占阴极电极层的面积为1%；阳极粘结层和阴极粘结层均为带有烷氧基侧链的聚乙烯基咪唑类阳离子型聚离子液体，该聚离子液体的阴离子为双三氟甲基磺酰亚胺离子。阳极板的荷电层为含有聚乙烯亚胺螯合钙的聚哌嗪酰胺聚合物层。阳极聚合物刷层和阴极聚合物刷层均是通过表面引发原子转移自由基聚合反应接枝聚3-磺酸丙基甲基丙烯酸钾盐形成。
装置内过滤填料为沸石填料，沸石填料的粒径为1mm，装置进水口连接废水，排泥口排出絮凝物，产水口收集净化水，装置运行条件为电流密度为50A/m2，水力停留时间为50s。
待处理废水的电导率为32500μS/cm，浊度为20.8NTU，硅含量139mg/L，COD含量357mg/L，重金属锰含量72.5mg/L。经过本实施例的装置处理20min后得到的净化水的浊度为2.1NTU，硅含量6.9mg/L，COD含量63mg/L，重金属锰含量1.3mg/L。经过本实施例的装置处理300min后得到的净化水的浊度为2.4NTU，硅含量7.5mg/L，COD含量76mg/L，重金属锰含量1.5mg/L。本实施例的装置在运行300min后，对废水浊度，以及废水中硅、COD、重金属等污染物的去除效果仍然保持平稳，说明本实施例的装置杂质去除效果稳定，装置在长时间运行时能保证稳定状态。
实施例4
在本实施例中，高效抗污染强化电絮凝水处理装置包括箱体、阳极板、阴极板、进水口、产水口、过滤填料、排泥口，该箱体上端侧壁设有产水口，箱体下端侧壁设有进水口，箱体内部设有过滤填料，过滤填料靠近产水口设置，箱体内还设有相对放置的阳极板和阴极板，阳极板和阴极板位于过滤填料的下方，阳极板和阴极板分别外接至电源的正极和负极，箱体底部为漏斗形，在箱体底部设有排泥口，排泥口上设有阀门。
阳极板依次包括阳极电极层、阳极粘结层、荷电层和阳极聚合物刷层，阴极板依次包括阴极电极层、阴极粘结层和阴极聚合物刷层。
本实施例中，阳极电极层为铁镁锡合金，阴极电极层为不锈钢。粘结层散点状分布在电极层上，阳极粘结层占阳极电极层的面积为1%，阴极粘结层占阴极电极层的面积为1%；阳极粘结层和阴极粘结层均为带有烷氧基侧链的聚乙烯基咪唑类阳离子型聚离子液体，该聚离子液体的阴离子为双三氟甲基磺酰亚胺离子。阳极板的荷电层为含有聚乙烯亚胺螯合钙的聚哌嗪酰胺聚合物层。阳极聚合物刷层和阴极聚合物刷层均是通过表面引发原子转移自由基聚合反应接枝聚3-磺酸丙基甲基丙烯酸钾盐形成。
装置内过滤填料为沸石填料，沸石填料的粒径为1mm，装置进水口连接废水，排泥口排出絮凝物，产水口收集净化水，装置运行条件为电流密度为200A/m2，水力停留时间为35s。
待处理废水的电导率为32500μS/cm，浊度为20.8NTU，硅含量139mg/L，COD含量357mg/L，重金属锰含量72.5mg/L。经过本实施例的装置处理20min后得到的净化水的浊度为0.7NTU，硅含量3.1mg/L，COD含量39mg/L，重金属锰含量0.6mg/L。经过本实施例的装置处理300min后得到的净化水的浊度为0.9NTU，硅含量3.7mg/L，COD含量48mg/L，重金属锰含量0.8mg/L。本实施例的装置在运行300min后，对废水浊度，以及废水中硅、COD、重金属等污染物的去除效果仍然保持平稳，说明本实施例的装置杂质去除效果稳定，装置在长时间运行时能保证稳定状态。
实施例5
在本实施例中，高效抗污染强化电絮凝水处理装置包括箱体、阳极板、阴极板、进水口、产水口、过滤填料、排泥口，该箱体上端侧壁设有产水口，箱体下端侧壁设有进水口，箱体内部设有过滤填料，过滤填料靠近产水口设置，箱体内还设有相对放置的阳极板和阴极板，阳极板和阴极板位于过滤填料的下方，阳极板和阴极板分别外接至电源的正极和负极，箱体底部为漏斗形，在箱体底部设有排泥口，排泥口上设有阀门。
阳极板依次包括阳极电极层、阳极粘结层、荷电层和阳极聚合物刷层，阴极板依次包括阴极电极层、阴极粘结层和阴极聚合物刷层。
本实施例中，阳极电极层为铁锌合金，阴极电极层为不锈钢。粘结层散点状分布在电极层上，阳极粘结层占阳极电极层的面积为1%，阴极粘结层占阴极电极层的面积为1%；阳极粘结层和阴极粘结层均为带有烷氧基侧链的聚乙烯基咪唑类阳离子型聚离子液体，该聚离子液体的阴离子为双三氟甲基磺酰亚胺离子。阳极板的荷电层为含有聚乙烯亚胺螯合钙的聚哌嗪酰胺聚合物层。阳极聚合物刷层和阴极聚合物刷层是通过表面引发原子转移自由基聚合反应接枝聚3-磺酸丙基甲基丙烯酸钾盐形成。
装置内过滤填料为沸石填料，沸石填料的粒径为1mm，装置进水口连接废水，排泥口排出絮凝物，产水口收集净化水，装置运行条件为电流密度为75A/m2，水力停留时间为60s。
待处理废水的电导率为32500μS/cm，浊度为20.8NTU，硅含量139mg/L，COD含量357mg/L，重金属锰含量72.5mg/L。经过本实施例的装置处理20min后得到的净化水浊度为1.2NTU，硅含量5.2mg/L，COD含量56mg/L，重金属锰含量1.1mg/L。经过本实施例的装置处理300min后得到的净化水的浊度为1.5NTU，硅含量6.3mg/L，COD含量67mg/L，重金属锰含量1.2mg/L。本实施例的装置在运行300min后，对废水浊度，以及废水中硅、COD、重金属等污染物的去除效果仍然保持平稳，说明本实施例的装置杂质去除效果稳定，装置在长时间运行时能保证稳定状态。
实施例6
在本实施例中，高效抗污染强化电絮凝水处理装置包括箱体、阳极板、阴极板、进水口、产水口、过滤填料、排泥口，该箱体上端侧壁设有产水口，箱体下端侧壁设有进水口，箱体内部设有过滤填料，过滤填料靠近产水口设置，箱体内还设有相对放置的阳极板和阴极板，阳极板和阴极板位于过滤填料的下方，阳极板和阴极板分别外接至电源的正极和负极，箱体底部为漏斗形，在箱体底部设有排泥口，排泥口上设有阀门。
阳极板依次包括阳极电极层、阳极粘结层、荷电层和阳极聚合物刷层，阴极板依次包括阴极电极层、阴极粘结层和阴极聚合物刷层。
本实施例中，阳极电极层为铁钛合金，阴极电极层为不锈钢。粘结层散点状分布在电极层上，阳极粘结层占阳极电极层的面积为1%，阴极粘结层占阴极电极层的面积为1%；阳极粘结层和阴极粘结层均为带有烷氧基侧链的聚乙烯基咪唑类阳离子型聚离子液体，该聚离子液体的阴离子为双三氟甲基磺酰亚胺离子。阳极板的荷电层为含有聚乙烯亚胺的聚哌嗪酰胺聚合物层。阳极聚合物刷层和阴极聚合物刷层均是通过表面引发原子转移自由基聚合反应接枝聚3-磺酸丙基甲基丙烯酸钾盐形成。
装置内过滤填料为沸石填料，沸石填料的粒径为1mm，装置进水口连接废水，排泥口排出絮凝物，产水口收集净化水，装置运行条件为电流密度为150A/m2，水力停留时间为60s。
待处理废水的电导率为32500μS/cm，浊度为20.8NTU，硅含量139mg/L，COD含量357mg/L，重金属锰含量72.5mg/L。经过本实施例的装置处理20min后得到的净化水浊度为0.2NTU，硅含量2.7mg/L，COD含量34mg/L，重金属锰含量0.3mg/L。经过本实施例的装置处理300min后得到的净化水的浊度为0.4NTU，硅含量3.4mg/L，COD含量45mg/L，重金属锰含量0.5mg/L。本实施例的装置在运行300min后，对废水浊度，以及废水中硅、COD、重金属等污染物的去除效果仍然保持平稳，说明本实施例的装置杂质去除效果稳定，装置在长时间运行时能保证稳定状态。
对比例1
在本对比例中的电絮凝装置，阳极板的电极层为金属铁，其余均与实施例1相同。本对比例的装置运行条件为电流密度为150A/m2，水力停留时间为60s。
待处理废水的电导率为32500μS/cm，浊度为20.8NTU，硅含量139mg/L，COD含量357mg/L，重金属锰含量72.5mg/L。经过本对比例的装置处理20min后得到的净化水的浊度为5.4NTU，硅含量17.6mg/L，COD含量127mg/L，重金属锰含量9.5mg/L，经过本对比例的装置处理300min后得到的净化水的浊度为11.2NTU，硅含量37.7mg/L，COD含量208mg/L，重金属锰含量17.4mg/L。本对比例的装置在运行300min后，对废水浊度，以及废水中硅、COD、重金属等污染物的去除效果显著降低，说明本对比例的装置在长时间运行时不能保证稳定状态。
本对比例的电絮凝装置中的阳极电极层为金属铁，相较于实施例1的铁铜合金，对废水浊度、硅含量、COD含量和重金属锰含量的净化效果均较低，并且装置运行不稳定。实施例1采用合金成分可以起到活化电极的作用，相较于金属铁电极在运行过程中不易发生钝化，能够长时间维持装置平稳运行，高效处理污染废水。
对比例2
在本对比例中，电絮凝装置的结构与实施例1相同，区别在于本对比例的装置运行条件为电流密度为40A/m2，水力停留时间为60s。
待处理废水的电导率为32500μS/cm，浊度为20.8NTU，硅含量139mg/L，COD含量357mg/L，重金属锰含量72.5mg/L。经过本对比例的装置处理20min后得到的净化水的浊度为6.9NTU，硅含量26.2mg/L，COD含量105mg/L，重金属锰含量8.7mg/L。
本对比例说明，该装置在低电流密度条件下运行，会影响装置对废水的处理，净化水的浊度、硅含量、COD含量和重金属锰含量均未得到明显改善。
对比例3
在本对比例中，电絮凝装置的结构与实施例1相同，区别在于本对比例的装置运行条件为电流密度为150A/m2，水力停留时间为13s。
待处理废水的电导率为32500μS/cm，浊度为20.8NTU，硅含量139mg/L，COD含量357mg/L，重金属锰含量72.5mg/L。经过本对比例的装置处理20min后得到的净化水的浊度为5.8NTU，硅含量20.7mg/L，COD含量131mg/L，重金属锰含量8.2mg/L。
本对比例说明，该装置水力停留时间过短会影响装置对废水的处理，净化水的浊度、硅含量、COD含量和重金属锰含量均未得到明显改善。
对比例4
在本对比例中，本对比例的阳极板仅依次包括电极层、粘结层、荷电层，其余与实施例1相同。装置运行条件为电流密度为150A/m2，水力停留时间为60s。
待处理废水的电导率为32500μS/cm，浊度为20.8NTU，硅含量139mg/L，COD含量357mg/L，重金属锰含量72.5mg/L。经过本对比例的装置处理20min后得到的净化水的浊度为5.1NTU，硅含量16.8mg/L，COD含量98mg/L，重金属锰含量6.7mg/L，装置运行不稳定。经过本对比例的装置处理300min后得到的净化水的浊度为9.3NTU，硅含量35.6mg/L，COD含量154mg/L，重金属锰含量10.1mg/L。本对比例的装置在运行300min后，对废水浊度，以及废水中硅、COD、重金属等污染物的去除效果显著降低，说明本对比例的装置在长时间运行时不能保证稳定状态。
本对比例的阳极板上未设置聚合物刷层，缺少了聚合物刷层对电极层的保护，此时阳极层易被废水中的杂质污染，导致电极层上形成钝化层，使装置电耗增加、电流效率下降，装置运行不稳定。
对比例5
在本对比例中，本对比例的阳极板仅依次包括电极层、粘结层、聚合物刷层，其余与实施例1相同。装置运行条件为电流密度为150A/m2，水力停留时间为60s。
待处理废水的电导率为32500μS/cm，浊度为20.8NTU，硅含量139mg/L，COD含量357mg/L，重金属锰含量72.5mg/L。经过本对比例的装置处理20min后得到的净化水的浊度为5.2NTU，硅含量18.6mg/L，COD含量116mg/L，重金属锰含量7.2mg/L，装置运行不稳定。经过本对比例的装置处理300min后得到的净化水的浊度为8.9NTU，硅含量42.4mg/L，COD含量172mg/L，重金属锰含量12.7mg/L。本对比例的装置在运行300min后，对废水浊度，以及废水中硅、COD、重金属等污染物的去除效果显著降低，说明本对比例的装置在长时间运行时不能保证稳定状态。
本对比例的阳极板上未设置荷电层，装置对废水处理效果较差，装置运行不稳定。本申请的荷电层可以促使电解过程中金属离子向溶液扩散，有效防止阳极附近金属离子浓度不断升高，从而避免高浓度金属离子在电极板表面形成金属氧化物或金属盐类的钝化层。
需要理解的是，以上对本发明的具体实施例进行的描述只是为了说明本发明的技术特点，其目的在于让本领域内的技术人员能够了解本发明的内容并据以实施，但本发明并不限于上述特定实施方式。凡是在本发明权利要求的范围内做出的各种变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围内。

Claims (8)

1.一种抗污染强化电絮凝水处理装置，其特征在于，包括箱体（1）内相对设置的阳极板（2）和阴极板（3），阳极板（2）和阴极板（3）分别与电源正极和负极电连接；所述阳极板（2）包括依次堆叠的阳极电极层（21）、阳极粘结层（22）、荷电层（23）和阳极聚合物刷层（24），所述阴极板（3）包括依次堆叠的阴极电极层（31）、阴极粘结层（32）和阴极聚合物刷层（33）；所述阳极电极层（21）和所述阴极电极层（31）紧贴所述箱体（1）的侧壁放置，所述阳极聚合物刷层（24）和所述阴极聚合物刷层（33）相对放置；
所述阳极电极层（21）为含有锌、镁、锡、铜、钛中一种或两种以上的铁合金，所述荷电层（23）为含有聚乙烯亚胺螯合钙的聚哌嗪酰胺聚合物层或者含有聚乙烯亚胺的聚哌嗪酰胺聚合物层，所述阳极聚合物刷层（24）和所述阴极聚合物刷层（33）均为聚3-磺酸丙基甲基丙烯酸钾盐层，所述阳极粘结层（22）占阳极电极层（21）的面积为1%-5%，所述阴极粘结层（32）占所述阴极电极层（31）的面积为1%-5%；
粘结层散点状分布在电极层上；
所述阳极粘结层（22）和所述阴极粘结层（32）为带有烷氧基侧链的聚乙烯基咪唑类阳离子型聚离子液体，所述聚离子液体的阴离子为双三氟甲基磺酰亚胺离子。
2.根据权利要求1所述的抗污染强化电絮凝水处理装置，其特征在于，所述含有聚乙烯亚胺螯合钙的聚哌嗪酰胺聚合物层的制备方法包括：将钙盐和聚乙烯亚胺络合形成聚乙烯亚胺螯合钙，然后将均苯三甲酰氯、哌嗪和聚乙烯亚胺螯合钙通过聚合反应在阳极粘结层（22）上形成含有聚乙烯亚胺螯合钙的聚哌嗪酰胺聚合物层；
所述含有聚乙烯亚胺的聚哌嗪酰胺聚合物层的制备方法包括：将均苯三甲酰氯和哌嗪进行第一次界面聚合反应，然后加入聚乙烯亚胺后，聚乙烯亚胺与第一次界面聚合反应剩余的酰氯基团进行二次界面聚合反应，在阳极粘结层（22）上形成含有聚乙烯亚胺的聚哌嗪酰胺聚合物层。
3.根据权利要求1所述的抗污染强化电絮凝水处理装置，其特征在于，所述阳极聚合物刷层（24）的制备方法包括：将3-氨丙基三乙氧基硅烷与2-溴异丁酰溴合成的有机-无机杂化引发剂涂覆在荷电层（23）上，然后将3-磺酸丙基甲基丙烯酸钾盐通过聚合接枝反应在荷电层（23）上，形成阳极聚合物刷层（24）。
4.根据权利要求1所述的抗污染强化电絮凝水处理装置，其特征在于，所述阴极聚合物刷层（33）的制备方法包括：将3-氨丙基三乙氧基硅烷与2-溴异丁酰溴合成的有机-无机杂化引发剂涂覆在阴极粘结层（32）上，然后将3-磺酸丙基甲基丙烯酸钾盐通过聚合接枝反应在阴极粘结层（32）上，形成阴极聚合物刷层（33）。
5.根据权利要求1所述的抗污染强化电絮凝水处理装置，其特征在于，所述阴极电极层（31）为不锈钢。
6.根据权利要求1所述的抗污染强化电絮凝水处理装置，其特征在于，所述抗污染强化电絮凝水处理装置还包括进水口（4）、产水口（5）、过滤填料（6）和排泥口（7），所述箱体（1）的底部为漏斗形，所述排泥口（7）位于所述箱体（1）的底部，所述进水口（4）位于所述箱体（1）的下端侧壁上，所述产水口（5）位于所述箱体（1）的上端侧壁上，所述过滤填料（6）靠近所述产水口（5）设置，所述阳极板（2）和所述阴极板（3）位于所述过滤填料（6）的下方，产水口（5）位于所述过滤填料（6）的上方。
7.根据权利要求6所述的抗污染强化电絮凝水处理装置，其特征在于，所述过滤填料（6）用网状隔板承托，所述过滤填料（6）为沸石填料，所述沸石填料的粒径为1-2mm。
8.权利要求1-7中任一项所述的抗污染强化电絮凝水处理装置的应用，其特征在于，所述装置的运行条件为电流密度为50-200A/m2，水力停留时间为15-90s。
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