CN117509841A - 一种串联复极式薄板刀片电催化污水处理装置 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及废水处理的技术领域，改善了传统并联单极式电催化氧化装置占用空间大，电缆配备要求过高的问题，公开了一种串联复极式薄板刀片电催化污水处理装置，包括绝缘的壳体，壳体内部具有污水处理腔室，壳体上设置有进水口和出水口，污水处理腔室内相对的两个侧壁分为A面板和B面板，A面板和B面板上均设置有平行布置的至少两列电极板，不同列电极板之间存在间距，且每列中相邻的两个电极板之间也存在间距，A面板上的电极板与B面板上的电极板之间于阵列走向方向上交错设置，且A面板位于阵列的两个端部分别设置有单极式阴极电极板和单极式阳极电极板，本申请无需高要求的电缆即可实现功能，且节省占用空间。
Description
技术领域
本申请涉及废水处理的技术领域，尤其是涉及一种串联复极式薄板刀片电催化污水处理装置。
背景技术
针对含有高难度有机污染物的难降解工业废水有效处理，一直是困扰环境保护水处理领域的难题，目前常采用一种并联单极式电催化氧化工艺，这是一种利用直流电流电解水中有机物和无机离子的技术，其处理效果直接受通往水中的电流大小决定，且由于极板排列顺序为并联单极式，每一块极板不是阳极就是阴极，这就导致相邻极板之间的电压相同，电流相加，因此电流越大、槽电压越小，则处理效果越好且越节省电耗，但过大的电流往往会导致电缆过粗，一方面增加了设备制造成本，另一方面也增加了设备体积和现场安装的难度，受此影响，传统并联单极式电催化氧化装置电解直流电流往往都不会超过1000A，这就限制了其应用规模。
发明内容
针对传统并联单极式电催化的短板，本发明采用一种串联复极式薄板刀片电催化污水处理装置，和传统并联单极式电催化氧化装置内部极板单独并联的连接方式不同，本发明采用一种串联复极式的安装方式，通过一种完全不同的排列方式和极板类型，实现倍增电压、倍减电流，但不降低总功率的作用，进而实现整体电催化氧化设备的小型化和便利化，方便拓宽其工业化应用场景。
本申请提供一种串联复极式薄板刀片电催化污水处理装置，采用如下的技术方案：
一种串联复极式薄板刀片电催化污水处理装置，包括绝缘的壳体，所述壳体内部具有污水处理腔室，所述壳体上设置有进水口和出水口，所述污水处理腔室内相对的两个侧壁分为A面板和B面板，所述A面板和所述B面板上均设置有平行布置的至少两列电极板，不同列所述电极板之间存在间距，且每列中相邻的两个电极板之间也存在间距，所述A面板上的电极板与所述B面板上的电极板之间于阵列走向方向上交错设置，且所述A面板位于阵列的两个端部分别设置有单极式阴极电极板和单极式阳极电极板。
通过采用上述技术方案，电子从单极式阴极电极板开始，然后通过水体进入到B面板上与单极式电极板对应的电极板上，由于A面板上和B面板上的电极板交错设置，此时电极板形成复极式电极，电极板会相当于分成三个部分，一部分是与前一个电极板极性相对部分，中间是与间距相对的空白部分，下一部分是与第一部分相对的极性部分，因此电子会依次再从B面板上的电极板进入到A面板上相对的电极板上，最后从单极式阳极电极板流出，从而实现电极板整体的串联。假设单组电极板间的槽电压为U，单组电极板间的电流为I，一共有N组电极板，则传统并联单极式电催化的运行属于电压相同而电流相加的特点，因此运行电压即为单组相邻极板间的槽电压U，而运行电流则为N×I，运行总功率W=U×N×I。而依照本发明所述的串联复极式薄板刀片电催化污水处理装置，因为其属于串联运行，电流相同而电压相加，则总的运行电流=I，总的运行电压=U×N，运行总功率W=U×N×I。可见两者运行总功率相等，向水中释放的电子总量也相等，但前者的运行电流却是后者的N倍，其配备的电缆规格也会更大、热能损耗更高，更不利于工业化大规模推广。
可选的，所述单极式阴极电极板和所述单极式阳极电极板均贯穿至所述壳体外侧，且所述壳体上设置有接线盒用于保护所述单极式阴极电极板和所述单极式阳极电极板，且所述接线盒上连接有接线柱用于使所述单极式阴极电极板和所述单极式阳极电极板与外部的直流电源相连。
通过采用上述技术方案，能够方便直流电源从壳体外部接入，同时保证了整体的防水以及绝缘性。
可选的，所述单极式阴极电极板和所述单极式阳极电极板与水直接接触的一面涂敷金属涂层。
通过采用上述技术方案，金属涂层能够保护电极板不被腐蚀，但是不影响电子的传输。
可选的，所述电极板共有两列，所述单极式阴极电极板和所述单极式阳极电极板分别位于所述A面板上两列电极板的同一侧，两列所述电极板的另一侧位置设置有共用的一块横向复极式电极板。
通过采用上述技术方案，设置有两列的电极板，电子会先从一列的电极板上纵向依次经过，然后到了横向复极式电极板上转移至另一列上，然后再从该列的电极板上依次经过。
可选的，所述A面板和所述B面板的中部开设有反应区，所述电极板设置在所述反应区内，所述A面板和所述B面板的周侧通过绝缘的橡胶圈封闭形成所述壳体。
通过采用上述技术方案，如此能够方便壳体整体的制作，便于污水处理装置整体的生产。
可选的，两列所述电极板均为纵向复极式电极板，其中所述A面板上的两列纵向复极式电极板分别位于所述单极式阳极电极板与所述横向复极式电极板之间以及所述单极式阴极电极板和所述横向复极式电极板之间，所述B面板上的纵向复极式电极板均匀排列在所述反应区内；
所述B面板上最上一行的纵向复极式电极板的上沿与所述A面板上的所述单极式阴极电极板和所述单极式阳极电极板的上沿相平齐，所述B面板上最下一行的纵向复极式电极板的下沿与所述A面板上的所述横向复极式电极板的下沿相平齐，
或所述B面板上最上一行的纵向复极式电极板的上沿与所述A面板上的所述横向复极式电极板的上沿相平齐，所述B面板上最下一行的纵向复极式电极板的下沿与所述A面板上的所述单极式阴极电极板和所述单极式阳极电极板的下沿相平齐。
通过采用上述技术方案，能够保持两列电极板的一致性，提高电极板的利用率。
可选的，所述A面板和所述B面板上的两列的所述电极板之间的间距一致，间距为1-10cm。
通过采用上述技术方案，在1-10cm这个范围内，能够使两列电极板之间的距离不过长，也不会两列电极板距离过近而互相影响。
可选的，所述单极式阴极电极板以及所述单极式阳极电极板均与相邻的纵向复极式电极板之间存在第一间距，所述第一间距为1-5cm，位于同一列上的相邻两个所述纵向复极式电极板之间存在第二间距，所述第二间距与所述第一间距大小一致，所述横向复极式电极板与相邻的纵向复极式电极板之间存在第三间距，所述第三间距同样与所述第一间距大小一致。
通过采用上述技术方案，在1-5cm这个范围年内，能够使相邻的两个电极板之间的距离不过长，也不会两个电极板距离过近而互相影响。
可选的，所述单极式阴极电极板和所述单极式阳极电极板的尺寸一致，所述横向复极式电极板宽度=所述单极式阴极电极板和所述单极式阳极电极板的宽度，所述横向复极式电极板的长度=所述单极式阴极电极板的长度+所述单极式阳极电极板的长度+两列所述电极板之间的间距；
所述纵向复极式电极板的宽度=所述单极式阴极电极板和所述单极式阳极电极板的宽度，所述纵向复极式电极板的长度=所述单极式阴极电极板的宽度+所述单极式阳极电极板的宽度+同一列中相邻两所述电极板间距。
通过采用上述技术方案，能够保持两列电极板的一致性，提高电极板的利用率。
可选的，所述进水口位于所述反应区内的下部位置，所述出水口位于所述反应区的上部位置。
通过采用上述技术方案，下进水上出水的方式能够保证污水具有足够的反应时间和距离，同时可以保证反应区内始终充满水体。
综上所述，本申请包括以下至少一种有益效果：
1.本申请与并列单极式电催化的运行相比运行总功率相等，向水中释放的电子总量也相等，但前者的运行电流却是后者的N倍，其配备的电缆规格也会更大、热能损耗更高，更不利于工业化大规模推广；
2.本申请的污水处理装置由于厚度更薄导致其体积更小，更加有利于节约占地面积。
附图说明
图1是本申请实施例中整体结构的侧式图；
图2是本申请实施例中A面板的内侧结构图；
图3是本申请实施例中B面板的内侧结构图；
图4是本申请实施例中B面板的外侧结构图；
图5是本申请实施例中A面板的外侧结构图；
图6是本申请实施例中纵向复极式电极板的电极反应区划分示意图；
图7是本申请实施例中横向复极式电极板的电极反应区划分示意图；
图8是本申请另一实施方式中A面板上设置三列电极板的结构示意图；
图9是本申请另一实施方式中A面板上设置四列电极板的结构示意图。
附图标记说明：1、壳体；2、A面板；21、单极式阴极电极板；22、单极式阳极电极板；23、纵向复极式电极板；231、纵向第一极；232、纵向空白区；233、纵向第二极；24、横向复极式电极板；241、横向第一极；242、横向空白区；243、横向第二极；3、B面板；31、进水口；311、进水管；32、出水口；321、出水管；4、反应区；5、橡胶圈；6、接线盒。
具体实施方式
以下结合附图1-9对本申请作进一步详细说明。
参照图1-3，本申请实施例公开一种串联复极式薄板刀片电催化污水处理装置，包括通过绝缘材质制成的A面板2和B面板3，其中A面板2和B面板3相对一侧面在内部中间以蚀刻工艺挖出相等的尺寸在1-10mm深的空间，用做反应区4。反应区4内分为电极安装区域以及其余的进出水区域，其中进出水区域占用面积为反应区4总面积的1/10-1/3，电极安装区域的总面积在2/3-9/10。同时在A面板2和B面板3的周侧设置绝缘的橡胶圈5并通过紧固螺钉锁紧形成封闭的壳体1，内部的空腔即作为污水处理腔室。
参照图4，B面板3上于污水处理腔室的底部位置设置有进水口31，同时污水处理腔室的顶部位置设置有出水口32，进水口31和出水口32分别对应连接进水管311和出水管321，污水从进水口31进入污水处理腔室中，经过电催化后从出水口32排出完成污水处理。
在一个可选实施方式中，参照图2和图3，A面板2和B面板3于反应区4上均设置有平行布置的两列纵向复极式电极板23，且两列纵向复极式电极板23之间的间距间隔在1-10cm之间，位于同一列的相邻两个纵向复极式电极板23之间同样存在间距。且A面板2和B面板3上的纵向复极式电极板23交错设置。
参照图2和图5，于A面板2上左侧一列最上方的纵向复极式电极板23的上方设置有单极式阳极电极板22，右侧一列最上方的纵向复极式电极板23的上方设置有单极式阴极电极板21，位于两列纵向复极式电极板23的底部位置设置有共用的一块横向复极式电极板24。其中单极式阳极电极板22和单极式阴极电极板21穿过A面板2延伸至壳体1外侧，同时壳体1上设置有用于保护单极式阳极电极板22和单极式阴极电极板21的接线盒6，外部的直流电源通过接线柱穿入接线盒6内与单极式阳极电极板22和单极式阴极电极板21相连，接线盒6的底部设置有填料函。
参照图2，单极式阴极电极板21以及单极式阳极电极板22均与相邻的纵向复极式电极板23之间存在第一间距，第一间距优选为1-5cm，A面板2和B面板3上位于同一列上的相邻两个纵向复极式电极板23之间存在第二间距，第二间距与第一间距的大小一致，横向复极式电极板24与相邻的纵向复极式电极板23之间存在第三间距，第三间距同样与第一间距的大小一致。
单极式阴极电极板21以及单极式阳极电极板22的尺寸完全一致，B面板3上最上一行的纵向复极式电极板23的上沿与A面板2上的单极式阴极电极板21和单极式阳极电极板22的上沿相平齐，B面板3上最下一行的纵向复极式电极板23的下沿与A面板2上的横向复极式电极板24的下沿相平齐。
横向复极式电极板24宽度=单极式阴极电极板21和单极式阳极电极板22的宽度，横向复极式电极板24的长度=单极式阴极电极板21的长度+单极式阳极电极板22的长度+两纵向复极式电极板23之间的间距。纵向复极式电极板23的宽度=单极式阴极电极板21和单极式阳极电极板22的宽度，纵向复极式电极板23的长度=单极式阴极电极板21的宽度+单极式阳极电极板22的宽度+同一列中相邻两纵向复极式电极板23的间距。
参照图2、图3和图6，电子首先从外接直流电源的阴极流出，然后通过电缆和接线柱抵达A面板2右侧最顶部的单极式阴极电极板21，从单极式阴极电极板21释放向反应区4内的污水中，此时水体可视为导线，然后进入到B面右侧最顶部纵向复极式电极板23和单极式阴极电极板21相互对应的上半部分，此时B面纵向复极式电极板23的上半部分就是阳极，电流然后再通过B面纵向复极式电极板23的下半部分流出，并通过中间污水流向A面和其相对应的纵向复极式电极板23的上半部分，此时前者就是阴极，而后者就是阳极，这就是本申请中纵向复极式电极板23的最终效果，也即同一块纵向复极式电极板23具有纵向第一极231、纵向空白区232和纵向第二极233。纵向第一极231和纵向第二极233的极性却截然相反，互为对立。纵向空白区232的距离与同一列上相邻两纵向复极式电极板23的间距一致。
根据上述的电子流向，结合参照图7，电子依次在A面板2和B面板3右侧列的纵向复极式电极板23上折返向下，最后流通到A面板2最底层横向复极式电极板24的右半部分，然后通过横向复极式电极板24的左半部分释放到水体中，继续进入左侧列的纵向复极式电极板23上进行折返，最终抵达A面板2上左侧最顶部的单极式阳极电极板22，然后通过接线柱及电缆回来直流电源的正极，完成电路循环。此时横向复极式电极板24的右半部分属于阳极，而左半部分则属于阴极，也即一块横向复极式电极板24具有横向第一极241、横向空白区242和横向第二极243，横向第一极241和横向第二极243的极性相反，互为对立。横向空白区242的距离与两列纵向复极式电极板23之间的距离一致。
参照图8，与前述可选实施方式不同的，在另一个可选实施方式中，A面板2和B面板3于反应区4上均设置有平行布置的三列纵向复极式电极板23，单极式阳极电极板22位于最左侧的一列的纵向复极式电极板23的上方；单极式阴极电极板21位于最右侧一列的纵向复极式电极板23的下方。横向复极式电极板24设置有两个，其中一个位于第一列和第二列纵向复极式电极板23的下方；另一个位于第二列和第三列纵向复极式电极板23的上方。
参照图9，与前述可选实施方式不同的，在另一个可选实施方式中，A面板2和B面板3于反应区4上均设置有平行布置的四列纵向复极式电极板23，单极式阳极电极板22位于最左侧的一列的纵向复极式电极板23的上方；单极式阴极电极板21位于最右侧一列的纵向复极式电极板23的上方。横向复极式电极板24设置有三个，其中一个位于第一列和第二列纵向复极式电极板23的下方；另一个位于第二列和第三列纵向复极式电极板23的上方。
根据实际上述实施方式中的设置，根据实际需要还可以在额外设置成五列、六列或更多列纵向复极式电极板23，本申请实施例中不再继续做出赘述，但都应涵盖于本申请的保护范围之内。
另外，需要补充说明的是，为了对电极板进行保护，在单极式阳极电极板22、单极式阴极电极板21、纵向复极式电极板23以及横向复极式电极板24与水体接触的一侧均涂敷有贵金属涂层。其中单极式阳极电极板22和单极式阴极电极板21穿出壳体1的一侧面焊接固定钛材质的接线柱，然后与外部的接线柱相连从而连通直流电源。纵向复极式电极板23以及横向复极式电极板24均固定在反应区4即可，无需焊接任何接线柱。
本申请实施例一种串联复极式薄板刀片电催化污水处理装置的实施原理为：
电子从单极式阴极电极板21进入，然后依次经过同一列的纵向复极式电极板23，然后经过横向复极式电极板24转向以进入后一列的纵向复极式电极板23上，最终从单极式阳极电极板22流出，完成电路循环，实现了水体的电催化处理。
假设单组极板间的槽电压为U，单组极板间的电流为I，一共有N组极板，则传统并联单极式电催化的运行属于电压相同而电流相加的特点，因此运行电压即为单组相邻极板间的槽电压U，而运行电流则为N×I，运行总功率W=U×N×I。
而依照本发明的串联复极式薄板刀片电催化污水处理装置，因为其属于串联运行，电流相同而电压相加，则总的运行电流=I，总的运行电压=U×N，运行总功率W=U×N×I。
可见两者运行总功率相等，向水中释放的电子总量也相等，但前者的运行电流却是后者的N倍，其配备的电缆规格也会更大、热能损耗更高，更不利于工业化大规模推广。
以上均为本申请的较佳实施例，并非依此限制本申请的保护范围，故：凡依本申请的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本申请的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种串联复极式薄板刀片电催化污水处理装置，其特征在于：包括绝缘的壳体（1），所述壳体（1）内部具有污水处理腔室，所述壳体（1）上设置有进水口（31）和出水口（32），所述污水处理腔室内相对的两个侧壁分为A面板（2）和B面板（3），所述A面板（2）和所述B面板（3）上均设置有平行布置的至少两列电极板，不同列所述电极板之间存在间距，且每列中相邻的两个电极板之间也存在间距，所述A面板（2）上的电极板与所述B面板（3）上的电极板之间于阵列走向方向上交错设置，且所述A面板（2）位于阵列的两个端部分别设置有单极式阴极电极板（21）和单极式阳极电极板（22）。
2.根据权利要求1所述的一种串联复极式薄板刀片电催化污水处理装置，其特征在于：所述单极式阴极电极板（21）和所述单极式阳极电极板（22）均贯穿至所述壳体（1）外侧，且所述壳体（1）上设置有接线盒（6）用于保护所述单极式阴极电极板（21）和所述单极式阳极电极板（22），且所述接线盒（6）上连接有接线柱用于使所述单极式阴极电极板（21）和所述单极式阳极电极板（22）与外部的直流电源相连。
3.根据权利要求1所述的一种串联复极式薄板刀片电催化污水处理装置，其特征在于：所述单极式阴极电极板（21）和所述单极式阳极电极板（22）与水直接接触的一面涂敷金属涂层。
4.根据权利要求1所述的一种串联复极式薄板刀片电催化污水处理装置，其特征在于：所述电极板共有两列，所述单极式阴极电极板（21）和所述单极式阳极电极板（22）分别位于所述A面板（2）上两列电极板的同一侧，两列所述电极板的另一侧位置设置有共用的一块横向复极式电极板（24）。
5.根据权利要求4所述的一种串联复极式薄板刀片电催化污水处理装置，其特征在于：所述A面板（2）和所述B面板（3）的中部开设有反应区（4），所述电极板设置在所述反应区（4）内，所述A面板（2）和所述B面板（3）的周侧通过绝缘的橡胶圈（5）封闭形成所述壳体（1）。
6.根据权利要求5所述的一种串联复极式薄板刀片电催化污水处理装置，其特征在于：两列所述电极板均为纵向复极式电极板（23），其中所述A面板（2）上的两列所述纵向复极式电极板（23）分别位于所述单极式阳极电极板（22）与所述横向复极式电极板（24）之间以及所述单极式阴极电极板（21）和所述横向复极式电极板（24）之间，所述B面板（3）上的纵向复极式电极板（23）均匀排列在所述反应区（4）内；
所述B面板（3）上最上一行的纵向复极式电极板（23）的上沿与所述A面板（2）上的所述单极式阴极电极板（21）和所述单极式阳极电极板（22）的上沿相平齐，所述B面板（3）上最下一行的纵向复极式电极板（23）的下沿与所述A面板（2）上的所述横向复极式电极板（24）的下沿相平齐，
或所述B面板（3）上最上一行的纵向复极式电极板（23）的上沿与所述A面板（2）上的所述横向复极式电极板（24）的上沿相平齐，所述B面板（3）上最下一行的纵向复极式电极板（23）的下沿与所述A面板（2）上的所述单极式阴极电极板（21）和所述单极式阳极电极板（22）的下沿相平齐。
7.根据权利要求6所述的一种串联复极式薄板刀片电催化污水处理装置，其特征在于：所述A面板（2）和所述B面板（3）上的两列的所述电极板之间的间距一致，间距为1-10cm。
8.根据权利要求7所述的一种串联复极式薄板刀片电催化污水处理装置，其特征在于：所述单极式阴极电极板（21）以及所述单极式阳极电极板（22）均与相邻的纵向复极式电极板（23）之间存在第一间距，所述第一间距为1-5cm，位于同一列上的相邻两个所述纵向复极式电极板（23）之间存在第二间距，所述第二间距与所述第一间距大小一致，所述横向复极式电极板（24）与相邻的纵向复极式电极板（23）之间存在第三间距，所述第三间距同样与所述第一间距大小一致。
9.根据权利要求8所述的一种串联复极式薄板刀片电催化污水处理装置，其特征在于：所述单极式阴极电极板（21）和所述单极式阳极电极板（22）的尺寸一致，所述横向复极式电极板（24）宽度=所述单极式阴极电极板（21）和所述单极式阳极电极板（22）的宽度，所述横向复极式电极板（24）的长度=所述单极式阴极电极板（21）的长度+所述单极式阳极电极板（22）的长度+两列所述电极板之间的间距；
所述纵向复极式电极板（23）的宽度=所述单极式阴极电极板（21）和所述单极式阳极电极板（22）的宽度，所述纵向复极式电极板（23）的长度=所述单极式阴极电极板（21）的宽度+所述单极式阳极电极板（22）的宽度+同一列中相邻两所述电极板间距。
10.根据权利要求5所述的一种串联复极式薄板刀片电催化污水处理装置，其特征在于：所述进水口（31）位于所述反应区（4）内的下部位置，所述出水口（32）位于所述反应区（4）的上部位置。
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