CN117486322A - 一种电芬顿法预处理水环境微塑料样品的装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及有机污水处理技术领域的一种电芬顿法预处理水环境微塑料样品的装置，包括罐体，罐体内上部安装有氧化筒，氧化筒内安装有内外同心设置的多组阳极筒和螺旋导流片，螺旋导流片上安装有与其走向一致的阴极条；通过同心设置的多个阳极筒以及安装在阳极筒之间且安装有阴极条的螺旋导流片，使得污水在阳极筒和安装有阴极条的螺旋导流片围合形成的螺旋腔内流动，通过沿螺旋导流片走向设置的布气腔以及均匀分布的喷气孔，使得阴极条电反应生成的过氧化氢与阳极筒电反应生成的二价铁离子在螺旋腔内的各个位置进行快速及时接触反应，克服过氧化氢容易分解的问题，同时使得生成的羟基自由基与污水在螺旋腔内充分混合反应，提高净化效果。
Description
技术领域
本发明涉及一种水处理装置，特别是涉及应用于有机污水处理技术领域的一种电芬顿法预处理水环境微塑料样品的装置。
背景技术
传统芬顿法是利用二价铁离子(Fe2+)和过氧化氢之间的链反应催化生成OH自由基，具有较强的氧化能力，其氧化电位仅次于氟，高达2.80eV。产生的羟基自由基具有很高的电负性或亲电性，其电子亲和能力达569.3kJ，具有很强的加成反应特性，因而芬顿试剂可无选择氧化水中的大多数有机物，特别适用于生物难降解或一般化学氧化难以凑效的有机废水的氧化处理。
电芬顿技术即电催化氧化技术，是利用电化学法自身产生二价铁离子和双氧水作为芬顿试剂的持续来源，两者产生后立即作用生成具有高度活性的羟基自由基去氧化有机物，使有机物得到降解，其中双氧水的来源是通过在阴极充氧或曝气的条件下发生氧气的还原而生成的，二价铁离子由铁素体阳极氧化产生。
传统的电芬顿装置由于采用板状的电极板对污水进行电催化反应，由于过氧化氢容易分解，造成电催化反应主要在电极板附近进行，而产生的羟基自由基聚集在电极板附近无法向污水的各个位置扩散，造成羟基自由基无法与污水充分接触，造成污水处理效率不高。
发明内容
针对上述现有技术，本发明要解决的技术问题是传统的电芬顿装置由于产生的过氧化氢容易分解无法使得羟基自由基与污水充分接触混合。
为解决上述问题，本发明提供了一种电芬顿法预处理水环境微塑料样品的装置，包括罐体，罐体内上部安装有氧化筒，氧化筒内安装有内外同心设置的多组阳极筒，相邻阳极筒之间以及阳极筒与氧化筒内壁之间均形成有供污水从下往上流动的环形腔，环形腔内安装有与阳极筒内外壁固定连接的螺旋导流片，螺旋导流片将环形腔分割为螺旋腔，螺旋导流片上安装有与其走向一致的阴极条，阳极筒和阴极条均与电离电源电性连接；螺旋导流片内开设有与其走向一致的布气腔，螺旋导流片上开设有均匀分布且与布气腔连通的喷气孔，布气腔下部连通有进气管，进气管延伸至罐体外侧并连通有氧气泵，电离电源和氧气泵均与控制终端电性连接；罐体上部连通有进水管，氧化筒上部联通有排水管。
在上述电芬顿法预处理水环境微塑料样品的装置中，通过同心设置的阳极筒以及安装在螺旋导流片上的阴极条使得容易分解的过氧化氢和二价铁离子充分接触反应后与流动污水充分接触。
作为本申请进一步的改进，位于中线位置的阳极筒内侧固定连接有中心沉淀管，氧化筒位于阳极筒上部设有汇集腔，中心沉淀管内嵌套有延伸至汇集腔内的导向筒，导向筒包括与汇集腔内壁固定连接的隔离盘以及与隔离盘一体成型的伸入管，伸入管和中心沉淀管之间形成有供污水向下流动的环形通道。
作为本申请进一步的改进，其使用方法包括如下步骤：
步骤一，将污水通过进水管通入到罐体内，进入罐体内的污水从氧化筒的底部进入到阳极筒和螺旋导流片围合成的螺旋腔内；
步骤二，通过控制终端启动电离电源和氧气泵，氧气泵将氧气注入到螺旋导流片的布气腔内，氧气从喷气孔喷出，喷出的氧气与通电后的阴极条接触进而在污水内生成过氧化氢，同时，通电后的阳极筒生成二价铁离子，二价铁离子与过氧化氢反应生成羟基自由基，羟基自由基与污水中的有机污染物反应；
步骤三，从螺旋腔流入到氧化筒上部已经被净化的污水通过排水管排出。
作为本申请进一步的改进，罐体为竖直设置的空心筒状结构，罐体下部设有外沉淀腔，外沉淀腔连通有排泥管，进水管的进水口的设置高度高于排水管的出水口设置高度。
作为本申请进一步的改进，阳极筒为铁素体材料制成，阳极筒为上下两端开口且竖直设置的圆筒状结构，阴极条为导电材料制成，氧化筒和螺旋导流片均为绝缘材料制成。
作为本申请进一步的改进，螺旋导流片上下端面均开设有沿其走向设置的凹槽，阴极条嵌套安装在凹槽内，喷气孔开设在凹槽远离阴极条一侧的内壁上。
作为本申请进一步的改进，同心设置的多个阳极筒均通过固定杆与氧化筒内壁固定连接，固定杆为绝缘材料制成。
作为本申请进一步的改进，氧化筒内安装有设置在阳极筒上方的电导率传感器，电导率传感器与控制终端电性连接。
作为本申请进一步的改进，中心沉淀管为下部开设有锥形腔的竖直筒，中心沉淀管延伸至罐体下方并连通有排泥管。
综上所述，本发明通过同心设置的多个阳极筒以及安装在阳极筒之间且安装有阴极条的螺旋导流片，使得污水在阳极筒和安装有阴极条的螺旋导流片围合形成的螺旋腔内流动，通过沿螺旋导流片走向设置的布气腔以及均匀分布的喷气孔，使得阴极条电反应生成的过氧化氢与阳极筒电反应生成的二价铁离子在螺旋腔内的各个位置进行快速及时接触反应，克服过氧化氢容易分解的问题，同时使得生成的羟基自由基与污水在螺旋腔内充分混合反应，提高净化效果。
附图说明
图1为本申请的立体结构示意图；
图2为本申请中罐体的内部结构示意图；
图3为本申请的剖视结构示意图；
图4为图3中A处的放大结构示意图；
图5为本申请中阳极筒的同心堆叠结构示意图；
图6为本申请中螺旋导流片的装配示意图；
图7为本申请中螺旋导流片的立体结构示意图；
图8为本申请中控制终端的控制模块图；
图9为本申请中中心沉淀管的剖视结构示意图；
图10为本申请中中心沉淀管和导向筒的装配结构示意图；
图11为本申请中污水流动示意图。
图中标号说明：
1、罐体；101、外沉淀腔；2、氧化筒；201、汇集腔；3、阳极筒；4、螺旋导流片；401、凹槽；5、阴极条；6、布气腔；7、喷气孔；8、电离电源；9、进气管；10、氧气泵；11、控制终端；12、进水管；13、排水管；14、电导率传感器；15、中心沉淀管；16、导向筒；1601、隔离盘；1602、伸入管；17、固定杆。
具体实施方式
下面结合附图对本申请的2种实施方式作详细说明。
第1种实施方式：
图1-8示出一种电芬顿法预处理水环境微塑料样品的装置，包括罐体1，罐体1内上部安装有氧化筒2，氧化筒2内安装有内外同心设置的多组阳极筒3，相邻阳极筒3之间以及阳极筒3与氧化筒2内壁之间均形成有供污水从下往上流动的环形腔，环形腔内安装有与阳极筒3内外壁固定连接的螺旋导流片4，螺旋导流片4将环形腔分割为螺旋腔，螺旋导流片4上安装有与其走向一致的阴极条5，阳极筒3和阴极条5均与电离电源8电性连接；螺旋导流片4内开设有与其走向一致的布气腔6，螺旋导流片4上开设有均匀分布且与布气腔6连通的喷气孔7，布气腔6下部连通有进气管9，进气管9延伸至罐体1外侧并连通有氧气泵10，电离电源8和氧气泵10均与控制终端11电性连接；罐体1上部连通有进水管12，氧化筒2上部联通有排水管13。
具体的，其使用方法包括如下步骤：
步骤一，将污水通过进水管12通入到罐体1内，进入罐体1内的污水从氧化筒2的底部进入到阳极筒3和螺旋导流片4围合成的螺旋腔内；
步骤二，通过控制终端11启动电离电源8和氧气泵10，氧气泵10将氧气注入到螺旋导流片4的布气腔6内，氧气从喷气孔7喷出，喷出的氧气与通电后的阴极条5接触进而在污水内生成过氧化氢，同时，通电后的阳极筒3生成二价铁离子，二价铁离子与过氧化氢反应生成羟基自由基，羟基自由基与污水中的有机污染物反应；
步骤三，从螺旋腔流入到氧化筒2上部已经被净化的污水通过排水管13排出。
相比传统的电芬顿反应装置，本申请通过设有同心设置的阳极筒3以及安装在螺旋导流片4上的喷气孔7和阴极条5，使得污水在螺旋腔内流动过程中与反应刚生成的包括二价铁离子和过氧化氢的芬顿试剂进行充分的接触，解决传统的电芬顿反应装置由于过氧化氢容易分解造成反应位置主要集中在电极板附近，而使得产生的羟基自由基无法在污水内充分的扩散与有机污染物接触的问题。
请参阅图2和图3，罐体1为竖直设置的空心筒状结构，罐体1下部设有外沉淀腔101，外沉淀腔101连通有排泥管，进水管12的进水口的设置高度高于排水管13的出水口设置高度。
具体的，在电芬顿装置中，氧化筒2内的阳极筒3和阴极条5在电解时还会产生具有絮凝、络合和吸附作用的氢氧化铁和氢氧化亚铁，使得有机污染物进行絮凝产生沉淀，通过设置在氧化筒2下方的外沉淀腔101进行沉淀收集。
需要说明的是，阳极筒3为铁素体材料制成，阳极筒3为上下两端开口且竖直设置的圆筒状结构，阴极条5为导电材料制成，氧化筒2和螺旋导流片4均为绝缘材料制成。
请参阅图4，螺旋导流片4上下端面均开设有沿其走向设置的凹槽401，阴极条5嵌套安装在凹槽401内，喷气孔7开设在凹槽401远离阴极条5一侧的内壁上。
具体的，使得喷出的氧气与落入到凹槽401内的污水以及阴极条5更好的接触，便于过氧化氢的生成。
请参阅图3，同心设置的多个阳极筒3均通过固定杆17与氧化筒2内壁固定连接，固定杆17为绝缘材料制成。
具体的，实现阳极筒3的固定安装。
请参阅图3，氧化筒2内安装有设置在阳极筒3上方的电导率传感器14，电导率传感器14与控制终端11电性连接。
具体的，通过电导率传感器14监测流出氧化筒2内的污水的电导率，进而判断氧化筒2内的离子浓度，当氧化筒2内的离子浓度低于阈值，即氧化筒2内的电催化效果不佳，控制终端11通过对电离电源8的输出电压和电流进行调整或者增加氧气泵10的进气速率，提高电催化反应强度，提高对污水的处理效果，减少人工的干预。
第2种实施方式：
图9-11示出一种电芬顿法预处理水环境微塑料样品的装置，在第1种实施方式基础上，位于中线位置的阳极筒3内侧固定连接有中心沉淀管15，氧化筒2位于阳极筒3上部设有汇集腔201，中心沉淀管15内嵌套有延伸至汇集腔201内的导向筒16，导向筒16包括与汇集腔201内壁固定连接的隔离盘1601以及与隔离盘1601一体成型的伸入管1602，伸入管1602和中心沉淀管15之间形成有供污水向下流动的环形通道。
具体的，参阅图11，隔离盘1601将汇集腔201进行隔断，使得从阳极筒3流入汇集腔201的污水首先通过环形通道进入到中心沉淀管15内，使得絮凝的沉淀在重力作用下在中心沉淀管15内进行二次沉降。
请参阅图9，中心沉淀管15为下部开设有锥形腔的竖直筒，中心沉淀管15延伸至罐体1下方并连通有排泥管。
具体的，便于进行排泥作业。
结合当前实际需求，本申请采用的上述实施方式，保护范围并不局限于此，在本领域技术人员所具备的知识范围内，不脱离本申请构思作出的各种变化，仍落在本发明的保护范围。
Claims (9)
1.一种电芬顿法预处理水环境微塑料样品的装置，其特征在于，包括罐体（1），所述罐体（1）内上部安装有氧化筒（2），氧化筒（2）内安装有内外同心设置的多组阳极筒（3），相邻阳极筒（3）之间以及阳极筒（3）与氧化筒（2）内壁之间均形成有供污水从下往上流动的环形腔，环形腔内安装有与阳极筒（3）内外壁固定连接的螺旋导流片（4），螺旋导流片（4）将环形腔分割为螺旋腔，所述螺旋导流片（4）上安装有与其走向一致的阴极条（5），阳极筒（3）和阴极条（5）均与电离电源（8）电性连接；所述螺旋导流片（4）内开设有与其走向一致的布气腔（6），螺旋导流片（4）上开设有均匀分布且与布气腔（6）连通的喷气孔（7），布气腔（6）下部连通有进气管（9），进气管（9）延伸至罐体（1）外侧并连通有氧气泵（10），电离电源（8）和氧气泵（10）均与控制终端（11）电性连接；所述罐体（1）上部连通有进水管（12），氧化筒（2）上部联通有排水管（13）。
2.根据权利要求1所述的一种电芬顿法预处理水环境微塑料样品的装置，其特征在于，位于中线位置的阳极筒（3）内侧固定连接有中心沉淀管（15），氧化筒（2）位于阳极筒（3）上部设有汇集腔（201），中心沉淀管（15）内嵌套有延伸至汇集腔（201）内的导向筒（16），导向筒（16）包括与汇集腔（201）内壁固定连接的隔离盘（1601）以及与隔离盘（1601）一体成型的伸入管（1602），伸入管（1602）和中心沉淀管（15）之间形成有供污水向下流动的环形通道。
3.根据权利要求1所述的一种电芬顿法预处理水环境微塑料样品的装置，其特征在于，其使用方法包括如下步骤：
步骤一，将污水通过进水管（12）通入到罐体（1）内，进入罐体（1）内的污水从氧化筒（2）的底部进入到阳极筒（3）和螺旋导流片（4）围合成的螺旋腔内；
步骤二，通过控制终端（11）启动电离电源（8）和氧气泵（10），氧气泵（10）将氧气注入到螺旋导流片（4）的布气腔（6）内，氧气从喷气孔（7）喷出，喷出的氧气与通电后的阴极条（5）接触进而在污水内生成过氧化氢，同时，通电后的阳极筒（3）生成二价铁离子，二价铁离子与过氧化氢反应生成羟基自由基，羟基自由基与污水中的有机污染物反应；
步骤三，从螺旋腔流入到氧化筒（2）上部已经被净化的污水通过排水管（13）排出。
4.根据权利要求1所述的一种电芬顿法预处理水环境微塑料样品的装置，其特征在于，所述罐体（1）为竖直设置的空心筒状结构，罐体（1）下部设有外沉淀腔（101），外沉淀腔（101）连通有排泥管，进水管（12）的进水口的设置高度高于排水管（13）的出水口设置高度。
5.根据权利要求1所述的一种电芬顿法预处理水环境微塑料样品的装置，其特征在于，所述阳极筒（3）为铁素体材料制成，阳极筒（3）为上下两端开口且竖直设置的圆筒状结构，阴极条（5）为导电材料制成，氧化筒（2）和螺旋导流片（4）均为绝缘材料制成。
6.根据权利要求5所述的一种电芬顿法预处理水环境微塑料样品的装置，其特征在于，所述螺旋导流片（4）上下端面均开设有沿其走向设置的凹槽（401），阴极条（5）嵌套安装在凹槽（401）内，喷气孔（7）开设在凹槽（401）远离阴极条（5）一侧的内壁上。
7.根据权利要求1所述的一种电芬顿法预处理水环境微塑料样品的装置，其特征在于，所述同心设置的多个阳极筒（3）均通过固定杆（17）与氧化筒（2）内壁固定连接，固定杆（17）为绝缘材料制成。
8.根据权利要求1所述的一种电芬顿法预处理水环境微塑料样品的装置，其特征在于，所述氧化筒（2）内安装有设置在阳极筒（3）上方的电导率传感器（14），电导率传感器（14）与控制终端（11）电性连接。
9.根据权利要求2所述的一种电芬顿法预处理水环境微塑料样品的装置，其特征在于，所述中心沉淀管（15）为下部开设有锥形腔的竖直筒，中心沉淀管（15）延伸至罐体（1）下方并连通有排泥管。
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