CN117228798A - 一种高效去除水中高氯酸盐的电化学还原系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高效去除水中高氯酸盐的电化学还原系统及方法，属于水处理技术领域，包括塑料浮床，所述塑料浮床的外侧固定连接有四个连接机构，所述塑料浮床的左侧上方固定连接有铰接座，所述铰接座上铰接有固定板，所述塑料浮床的右侧设有卡接座，所述固定板的右端设有卡接头，所述卡接头与所述卡接座卡接，所述固定板的上方固定连接有蓄电池，所述蓄电池的一侧设有电流发生器，所述电流发生器与所述蓄电池电性连接，本发明通过多个电解棒对河道水体中的高氯酸盐进行降解，降解效率高，钛棒处发生电解反应，将高氯酸盐电解成氯盐，进而降低高氯酸盐对水体的污染。
Description
技术领域
本发明涉及水处理技术领域，具体是涉及一种高效去除水中高氯酸盐的电化学还原系统及方法。
背景技术
高氯酸根是一种无机阴离子，具有高稳定性、高水溶性、强氧化性和低挥发性等特性。在环境中以铵、钠、钾和其他金属盐的形式存在。高氯酸盐由于其高水溶性很容易转移到地下水和地表水，导致地下水、地表水甚至瓶装水受到污染。除了水，食品中的高氯酸盐污染继续增加，尤其是蔬菜、水果、海藻和食用作物，高氯酸盐污染已成为关系到人类健康的热点环境问题。
高氯酸盐健康风险主要表现在：（1）人体内高氯酸盐会抑制机体甲状腺对碘离子的吸收。高氯酸根和碘离子具有相似的电荷和离子体积，两者在化学反应的过程中存在激烈的竞争关系。人体内的高氯酸盐会抑制机体甲状腺对碘离子的吸收，导致发育和新陈代谢受到严重影响，高氯酸盐暴露导致甲状腺机能减退影响更为显著。（2）对免疫系统产生影响。高浓度的高氯酸盐暴露会引起皮疹、粒性白血球缺乏症、再生障碍性贫血或血液中抗体减少等病状。此外，高氯酸盐还会对生殖系统产生一定影响。
高氯酸盐既有天然来源，也有人为来源。其中，人为因素是高氯酸盐主要来源。高氯酸盐作为强氧化剂，广泛应用于航空航天、烟火制造、军火工业、爆破作业等领域，如火箭固体燃料，弹药的引信，示踪剂等。高温作业下燃料的不完全燃烧或者原料更换，大量的高氯酸盐被直接排放，从而形成巨大污染。在工业领域，高氯酸盐是润滑油、织物固定、电镀液、皮革鞣剂、橡胶制品、染料涂料、冶炼铝和镁电池等产品生产过程中不可缺少的物质。高氯酸钾也是用于水处理的氯化消毒剂的降解产物。
高氯酸盐是一种新型的持久性微量污染物，具有强水溶性，低吸附性和高迁移扩散性，在自然环境中可长期稳定存在几十年或更长时间。高氯酸盐可随大气沉降与水体流动快速进入到河流、湖泊、地表水和地下水之中，从而进行大范围内扩散、迁移。通过水体迁移和生物富集，高氯酸盐可直接影响人类饮用水安全，危害动植物生命健康，破坏生态环境平衡。
目前，对于高氯酸盐污染水体的治理和修复技术主要包括：物理法、化学法、生物法和组合工艺。（1）物理法主要指吸附技术，纳滤技术以及电渗析技术。吸附技术主要采用活性炭或改性活性炭，或采用离子交换树脂；纳滤技术主要采用改性的纳滤膜；以及采用高氯酸盐选择性渗透膜的处理技术；物理法的优点是简单、快速，缺点是运行成本高，且易产生二次污染，（2）化学法：主要采用还原剂将水中的高氯酸盐进行还原，包括催化还原，光催化还原以及电化学还原。催化还原主要采用还原剂铁或钯等金属化合物粉末作为还原剂，光催化还原主要是采用各类形态的，如二氧化钛纳米管光催化剂，电化学还原采用金属电极或金属单质进行还原，如，Ti材料电极或零价钛。化学法的优点的效率高，分解彻底，不产生二次污染，缺点是反应条件要求较高。（3）生物法，即采用具有可吸收、分解高氯酸盐的植物、微生物进行去除的技术。缺点是处理速度较为缓慢。
采用钛材料进行电解高氯酸盐的效率高，但是电解反应的条件要求高，且成本高，因此需要一种高效且低成本的高氯酸盐的电化学还原系统。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供了一种高效去除水中高氯酸盐的电化学还原系统及方法。
本发明的技术方案是：一种高效去除水中高氯酸盐的电化学还原系统，包括塑料浮床，所述塑料浮床的外侧固定连接有四个连接机构，所述塑料浮床的左侧上方固定连接有铰接座，所述铰接座上铰接有固定板，所述塑料浮床的右侧设有卡接座，所述固定板的右端设有卡接头，所述卡接头与所述卡接座卡接，所述固定板的上方固定连接有蓄电池，所述蓄电池的一侧设有电流发生器，所述电流发生器与所述蓄电池电性连接，固定板的四角上方各固定连接有一个支撑杆，所述支撑杆上方固定连接有太阳能发电板，所述太阳能发电板与所述蓄电池电性连接，塑料浮床的中部设有若干连接孔，所述连接孔内螺纹连接有多个电解棒，所述电解棒与所述电流发生器电性连接，所述塑料浮床的两侧各设有一个驱动装置，所述电流发生器的后侧设有控制装置，所述控制装置与所述驱动装置和蓄电池电性连接。
进一步地，所述电解棒包括连接端，所述连接端的内部两侧分别固定连接有阳极连接柱和阴极连接柱，所述连接端的下方螺纹连接有上电极壳，所述上电极壳的下端螺纹连接有下电极壳，所述上电极壳和下电极壳的中部设有过水槽，所述阳极连接柱的下端螺纹连接有钛棒，所述阴极连接柱下方螺纹连接有碳棒，所述阳极连接柱和阴极连接柱的上端均与所述电流发生器电性连接，所述阳极连接柱下端与所述钛棒电性连接，所述阴极连接柱下端与所述碳棒电性连接。
说明：通过连接端便于更换电解棒，钛棒处发生电解反应，电解水中的高氯酸盐。
进一步地，所述控制装置包括保护壳，所述保护壳固定连接在所述电流发生器前方，所述保护壳内固定连接有PLC控制器、无线信号传输器、GPS定位模块，所述PLC控制器分别与蓄电池、无线信号传输器、驱动装置、电流发生器电性连接，所述GPS定位模块与所述蓄电池和无线信号传输器电性连接，所述无线信号传输器无线连接有遥控器。
说明：通过控制装置能够远程控制驱动装置，将塑料浮床移动至河道位置，便于塑料浮床在河道组网，也便于塑料浮床的回收。
进一步地，所述驱动装置包括驱动电机，所述驱动电机与所述PLC控制器电性连接，所述驱动电机固定连接在所述塑料浮床上方，所述驱动电机的输出轴穿过塑料浮床与塑料浮床下端相连通，驱动电机输出轴的外侧设有保护套筒，驱动电机输出轴的下端通过一个万向节传动连接有转动轴，所述转动轴的外壁与所述保护套筒转动连接，转动轴的前端传动连接有螺旋桨。
说明：通过驱动电机带动螺旋桨转动，便于塑料浮床的移动。
进一步地，所述铰接座包括固定座，所述固定座的左侧固定连接有限位块，固定座的上方固定连接有铰接杆，所述铰接杆与所述固定板左端铰接，固定板的左端设有用于和限位块抵接的限位杆。
说明：将固定板掀起时，限位杆与限位块抵接，便于更换电解棒。
进一步地，所述卡接头包括卡接臂，所述卡接臂的下端设有卡接槽，所述卡接槽的左侧设有弹性触头，所述卡接槽与卡接座卡接。
说明：卡接头能有效与卡接座卡接，便于固定板与塑料浮床固定，也便于固定板掀起。
进一步地，所述塑料浮床下方设有防护网。
说明，通过防护网防止鱼类和水草藻类进入电解棒之间。
进一步地，所述连接机构包括连接杆，所述连接杆的内端与所述塑料浮床铰接，所述塑料浮床的外侧固定连接有减震架，所述连接杆中部的上下两侧各设有一个减震弹簧，所述减震弹簧外端与所述减震架固定连接，所述连接杆的外端转动连接有连接头，所述连接杆的内部设有转动舵机，所述转动舵机的输出轴与连接头的内端传动连接，所述转动舵机与所述PLC控制器电性连接。
说明：通过连接机构便于相邻两个塑料浮床的连接，以完成塑料浮床在河道组网。
进一步地，所述连接头包括短杆，所述短杆的外端铰接有连接弯杆，所述短杆的内部设有电动缸，所述电动缸的伸缩端与所述连接弯杆的上端铰接，所述电动缸与所述PLC控制器电性连接。
说明：相邻两个连接弯杆相互连接，机械式连接不容易断开。
本发明还提供了一种高效去除水中高氯酸盐的电化学还原方法，基于上述一种高效去除水中高氯酸盐的电化学还原系统，包括以下步骤：
S1、通过控制装置远程控制塑料浮床到达河道指定位置，通过连接机构使多个塑料浮床进行磁性连接，完成组网，最后通过钢绳将离河道最近的塑料浮床与岸边固定连接；
S2、通过太阳能发电板对蓄电池供电，蓄电池再通过电流发生器将电能分配给电解棒，通过电解棒对水体中的高氯酸盐进行降解；
S3、将固定板向上掀起，对电解棒进行更换，更换完成后将固定板放下，使固定板右端与卡接座卡接。
本发明的有益效果是：
（1）本发明的电化学还原系统可以通过多个塑料浮床在河道进行组网，装置所采用的能源是通过太阳能发电板功能，能有效降低高氯酸盐电解成本，多个塑料浮床在河道组网后可在不同方向进行移动；
（2）本发明的电化学还原系统通过多个电解棒对河道水体中的高氯酸盐进行降解，降解效率高，钛棒处发生电解反应，将高氯酸盐电解成氯盐，进而降低高氯酸盐对水体的污染。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是本发明电解棒的结构示意图；
图3是本发明连接机构的结构示意图；
图4是本发明卡接头的结构示意图；
图5是本发明驱动装置的结构左视图；
图6是本发明固定板的俯视图。
其中，1-塑料浮床、11-连接孔、12-防护网、2-连接机构、21-连接杆、22-减震架、23-减震弹簧、24-连接头、25-转动舵机、241-短杆、242-连接弯杆、243-电动缸、3-铰接座、31-固定座、32-限位块、33-铰接杆、34-限位杆、4-固定板、41-卡接头、411-卡接臂、412-卡接槽、413-弹性触头、42-支撑杆、43-太阳能发电板、5-卡接座、6-蓄电池、61-电流发生器、7-电解棒、71-连接端、72-阳极连接柱、73-阴极连接柱、74-上电极壳、75-下电极壳、76-过水槽、77-钛棒、78-碳棒、8-驱动装置、81-驱动电机、82-保护套筒、83-万向节、84-转动轴、85-螺旋桨、9-控制装置、91-保护壳、92-PLC控制器、93-无线信号传输器、94-GPS定位模块、95-遥控器。
具体实施方式
实施例1：如图1所示，一种高效去除水中高氯酸盐的电化学还原系统，包括塑料浮床1，塑料浮床1的外侧固定连接有四个连接机构2，塑料浮床1的左侧上方固定连接有铰接座3，铰接座3上铰接有固定板4，塑料浮床1的右侧设有卡接座5，固定板4的右端设有卡接头41，卡接头41与卡接座5卡接，固定板4的上方固定连接有蓄电池6，蓄电池6的一侧设有电流发生器61，电流发生器61与蓄电池6电性连接，固定板4的四角上方各固定连接有一个支撑杆42，支撑杆42上方固定连接有太阳能发电板43，太阳能发电板43与蓄电池6电性连接，塑料浮床1的中部设有若干连接孔11，连接孔11内螺纹连接有多个电解棒7，电解棒7与电流发生器61电性连接，塑料浮床1的两侧各设有一个驱动装置8，电流发生器61的后侧设有控制装置9，控制装置9与驱动装置8和蓄电池6电性连接。
如图2所示，电解棒7包括连接端71，连接端71的内部两侧分别固定连接有阳极连接柱72和阴极连接柱73，连接端71的下方螺纹连接有上电极壳74，上电极壳74的下端螺纹连接有下电极壳75，上电极壳74和下电极壳75的中部设有过水槽76，阳极连接柱72的下端螺纹连接有钛棒77，阴极连接柱73下方螺纹连接有碳棒78，阳极连接柱72和阴极连接柱73的上端均与电流发生器61电性连接，阳极连接柱72下端与钛棒77电性连接，阴极连接柱73下端与碳棒78电性连接。
如图6所示，控制装置9包括保护壳91，保护壳91固定连接在电流发生器61前方，保护壳91内固定连接有PLC控制器92、无线信号传输器93、GPS定位模块94，PLC控制器92分别与蓄电池6、无线信号传输器93、驱动装置8、电流发生器61电性连接，GPS定位模块94与蓄电池6和无线信号传输器93电性连接，无线信号传输器93无线连接有遥控器95。
如图5所示，驱动装置8包括驱动电机81，驱动电机81与PLC控制器92电性连接，驱动电机81固定连接在塑料浮床1上方，驱动电机81的输出轴穿过塑料浮床1与塑料浮床1下端相连通，驱动电机81输出轴的外侧设有保护套筒82，驱动电机81输出轴的下端通过一个万向节83传动连接有转动轴84，转动轴84的外壁与保护套筒82转动连接，转动轴84的前端传动连接有螺旋桨85。
铰接座3包括固定座31，固定座31的左侧固定连接有限位块32，固定座31的上方固定连接有铰接杆33，铰接杆33与固定板4左端铰接，固定板4的左端设有用于和限位块32抵接的限位杆34。
如图4所示，卡接头41包括卡接臂411，卡接臂411的下端设有卡接槽412，卡接槽412的左侧设有弹性触头413，卡接槽412与卡接座5卡接。
如图3所示，连接机构2包括连接杆21，连接杆21的内端与塑料浮床1铰接，塑料浮床1的外侧固定连接有减震架22，连接杆21中部的上下两侧各设有一个减震弹簧23，减震弹簧23外端与减震架22固定连接，连接杆21的外端转动连接有连接头24，连接杆21的内部设有转动舵机25，转动舵机25的输出轴与连接头24的内端传动连接，转动舵机25与PLC控制器92电性连接。
连接头24包括短杆241，短杆241的外端铰接有连接弯杆242，短杆241的内部设有电动缸243，电动缸243的伸缩端与连接弯杆242的上端铰接，电动缸243与PLC控制器92电性连接。
实施例2：在实施例1的基础上，本实施例塑料浮床1下方设有防护网12。
实施例2相比实施例1，增加了防护网12，通过防护网12防止鱼类和水草藻类进入电解棒7之间。
实施例3：本实施例记载的是一种高效去除水中高氯酸盐的电化学还原方法，基于上述实施例1的一种高效去除水中高氯酸盐的电化学还原系统，包括以下步骤：
S1、通过控制装置9远程控制塑料浮床1到达河道指定位置，通过连接机构2使多个塑料浮床1进行磁性连接，完成组网，最后通过钢绳将离河道最近的塑料浮床1与岸边固定连接；
S2、通过太阳能发电板43对蓄电池6供电，蓄电池6再通过电流发生器61将电能分配给电解棒7，通过电解棒7对水体中的高氯酸盐进行降解；
S3、将固定板4向上掀起，对电解棒7进行更换，更换完成后将固定板4放下，使固定板4右端与卡接座5卡接。
以上实施例中采用的太阳能发电板43、电流发生器61、PLC控制器92、无线信号传输器93、GPS定位模块94、遥控器95、驱动电机81、转动舵机25、电动缸243均采用市售产品，只要能实现本发明的功能即可，本领域技术人员可根据常规常识选择使用，在此不做特殊限定。
Claims (10)
1.一种高效去除水中高氯酸盐的电化学还原系统，其特征在于，包括塑料浮床（1），所述塑料浮床（1）的外侧固定连接有四个连接机构（2），所述塑料浮床（1）的左侧上方固定连接有铰接座（3），所述铰接座（3）上铰接有固定板（4），所述塑料浮床（1）的右侧设有卡接座（5），所述固定板（4）的右端设有卡接头（41），所述卡接头（41）与所述卡接座（5）卡接，所述固定板（4）的上方固定连接有蓄电池（6），所述蓄电池（6）的一侧设有电流发生器（61），所述电流发生器（61）与所述蓄电池（6）电性连接，固定板（4）的四角上方各固定连接有一个支撑杆（42），所述支撑杆（42）上方固定连接有太阳能发电板（43），所述太阳能发电板（43）与所述蓄电池（6）电性连接，塑料浮床（1）的中部设有若干连接孔（11），所述连接孔（11）内螺纹连接有多个电解棒（7），所述电解棒（7）与所述电流发生器（61）电性连接，所述塑料浮床（1）的两侧各设有一个驱动装置（8），所述电流发生器（61）的后侧设有控制装置（9），所述控制装置（9）与所述驱动装置（8）和蓄电池（6）电性连接。
2.如权利要求1所述的一种高效去除水中高氯酸盐的电化学还原系统，其特征在于，所述电解棒（7）包括连接端（71），所述连接端（71）的内部两侧分别固定连接有阳极连接柱（72）和阴极连接柱（73），所述连接端（71）的下方螺纹连接有上电极壳（74），所述上电极壳（74）的下端螺纹连接有下电极壳（75），所述上电极壳（74）和下电极壳（75）的中部设有过水槽（76），所述阳极连接柱（72）的下端螺纹连接有钛棒（77），所述阴极连接柱（73）下方螺纹连接有碳棒（78），所述阳极连接柱（72）和阴极连接柱（73）的上端均与所述电流发生器（61）电性连接，所述阳极连接柱（72）下端与所述钛棒（77）电性连接，所述阴极连接柱（73）下端与所述碳棒（78）电性连接。
3.如权利要求1所述的一种高效去除水中高氯酸盐的电化学还原系统，其特征在于，所述控制装置（9）包括保护壳（91），所述保护壳（91）固定连接在所述电流发生器（61）前方，所述保护壳（91）内固定连接有PLC控制器（92）、无线信号传输器（93）、GPS定位模块（94），所述PLC控制器（92）分别与蓄电池（6）、无线信号传输器（93）、驱动装置（8）、电流发生器（61）电性连接，所述GPS定位模块（94）与所述蓄电池（6）和无线信号传输器（93）电性连接，所述无线信号传输器（93）无线连接有遥控器（95）。
4.如权利要求3所述的一种高效去除水中高氯酸盐的电化学还原系统，其特征在于，所述驱动装置（8）包括驱动电机（81），所述驱动电机（81）与所述PLC控制器（92）电性连接，所述驱动电机（81）固定连接在所述塑料浮床（1）上方，所述驱动电机（81）的输出轴穿过塑料浮床（1）与塑料浮床（1）下端相连通，驱动电机（81）输出轴的外侧设有保护套筒（82），驱动电机（81）输出轴的下端通过一个万向节（83）传动连接有转动轴（84），所述转动轴（84）的外壁与所述保护套筒（82）转动连接，转动轴（84）的前端传动连接有螺旋桨（85）。
5.如权利要求1所述的一种高效去除水中高氯酸盐的电化学还原系统，其特征在于，所述铰接座（3）包括固定座（31），所述固定座（31）的左侧固定连接有限位块（32），固定座（31）的上方固定连接有铰接杆（33），所述铰接杆（33）与所述固定板（4）左端铰接，固定板（4）的左端设有用于和限位块（32）抵接的限位杆（34）。
6.如权利要求1所述的一种高效去除水中高氯酸盐的电化学还原系统，其特征在于，所述卡接头（41）包括卡接臂（411），所述卡接臂（411）的下端设有卡接槽（412），所述卡接槽（412）的左侧设有弹性触头（413），所述卡接槽（412）与卡接座（5）卡接。
7.如权利要求1所述的一种高效去除水中高氯酸盐的电化学还原系统，其特征在于，所述塑料浮床（1）下方设有防护网（12）。
8.如权利要求3所述的一种高效去除水中高氯酸盐的电化学还原系统，其特征在于，所述连接机构（2）包括连接杆（21），所述连接杆（21）的内端与所述塑料浮床（1）铰接，所述塑料浮床（1）的外侧固定连接有减震架（22），所述连接杆（21）中部的上下两侧各设有一个减震弹簧（23），所述减震弹簧（23）外端与所述减震架（22）固定连接，所述连接杆（21）的外端转动连接有连接头（24），所述连接杆（21）的内部设有转动舵机（25），所述转动舵机（25）的输出轴与连接头（24）的内端传动连接，所述转动舵机（25）与所述PLC控制器（92）电性连接。
9.如权利要求8所述的一种高效去除水中高氯酸盐的电化学还原系统，其特征在于，所述连接头（24）包括短杆（241），所述短杆（241）的外端铰接有连接弯杆（242），所述短杆（241）的内部设有电动缸（243），所述电动缸（243）的伸缩端与所述连接弯杆（242）的上端铰接，所述电动缸（243）与所述PLC控制器（92）电性连接。
10.一种高效去除水中高氯酸盐的电化学还原方法，基于权利要求1所述的一种高效去除水中高氯酸盐的电化学还原系统，其特征在于，包括以下步骤：
S1、通过控制装置（9）远程控制塑料浮床（1）到达河道指定位置，通过连接机构（2）使多个塑料浮床（1）进行磁性连接，完成组网，最后通过钢绳将离河道最近的塑料浮床（1）与岸边固定连接；
S2、通过太阳能发电板（43）对蓄电池（6）供电，蓄电池（6）再通过电流发生器（61）将电能分配给电解棒（7），通过电解棒（7）对水体中的高氯酸盐进行降解；
S3、将固定板（4）向上掀起，对电解棒（7）进行更换，更换完成后将固定板（4）放下，使固定板（4）右端与卡接座（5）卡接。
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- 2023-11-15 CN CN202311519263.9A patent/CN117228798A/zh active Pending
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