CN117534185A - 一种变电站生活污水独立倒极式电催化处理系统及方法 - Google Patents

一种变电站生活污水独立倒极式电催化处理系统及方法 Download PDF

Info

Publication number
CN117534185A
CN117534185A CN202311739507.4A CN202311739507A CN117534185A CN 117534185 A CN117534185 A CN 117534185A CN 202311739507 A CN202311739507 A CN 202311739507A CN 117534185 A CN117534185 A CN 117534185A
Authority
CN
China
Prior art keywords
plate
electrode
independent
electrocatalytic
cathode
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202311739507.4A
Other languages
English (en)
Inventor
陈政
李若征
王朝阳
邢立铭
武祝民
田颖
付大勇
苗文华
滕济林
李郑坤
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Beijing Guodian Futong Science and Technology Development Co Ltd
Original Assignee
Beijing Guodian Futong Science and Technology Development Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Beijing Guodian Futong Science and Technology Development Co Ltd filed Critical Beijing Guodian Futong Science and Technology Development Co Ltd
Priority to CN202311739507.4A priority Critical patent/CN117534185A/zh
Publication of CN117534185A publication Critical patent/CN117534185A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F1/46—Treatment of water, waste water, or sewage by electrochemical methods
    • C02F1/461—Treatment of water, waste water, or sewage by electrochemical methods by electrolysis
    • C02F1/467—Treatment of water, waste water, or sewage by electrochemical methods by electrolysis by electrochemical disinfection; by electrooxydation or by electroreduction
    • C02F1/4672—Treatment of water, waste water, or sewage by electrochemical methods by electrolysis by electrochemical disinfection; by electrooxydation or by electroreduction by electrooxydation
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F2101/00—Nature of the contaminant
    • C02F2101/10—Inorganic compounds
    • C02F2101/16—Nitrogen compounds, e.g. ammonia
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F2103/00—Nature of the water, waste water, sewage or sludge to be treated
    • C02F2103/34—Nature of the water, waste water, sewage or sludge to be treated from industrial activities not provided for in groups C02F2103/12 - C02F2103/32
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F2201/00—Apparatus for treatment of water, waste water or sewage
    • C02F2201/46—Apparatus for electrochemical processes
    • C02F2201/461—Electrolysis apparatus
    • C02F2201/46105—Details relating to the electrolytic devices

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Hydrology & Water Resources (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • Water Supply & Treatment (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Water Treatment By Electricity Or Magnetism (AREA)

Abstract

本发明公开了一种变电站生活污水独立倒极式电催化处理系统和方法，所述系统包括系统壳体，密封隔板，进水隔板，阳极板，阴极板，辅助极板和分别与三种电极板相连的导电杆，所述系统壳体上设有进水口和出水口，导电杆两端通过密封隔板和进水隔板设置的插孔连接，与阴极板相连的导电杆上设有旋转导电滑环，旋转导电滑环能带动导电杆上的阴极板旋转运动。本发明通过独特的电极板结构设计，巧妙的独立式倒极系统和方法设计，使电催化技术在污水处理应用中实现阴极独立倒极，并且运行过程中在阴极板发生结垢之前就进行倒极运行，避免生活污水中结垢离子附着在阴极板表面形成垢泥，同时无须阳极参与倒极以避免阳极涂层在倒极时受损。

Description

一种变电站生活污水独立倒极式电催化处理系统及方法
技术领域
本发明涉及一种电催化处理系统及方法，尤其涉及一种变电站生活污水独立倒极式电催化处理系统及方法。
背景技术
变电站运行过程中由工作人员产水的生活污水水量较小，主要污染物包括化学需氧量(COD)、氨氮、总氮、五日生化需氧量(BOD5)等。电催化技术能够高效降解这些污染物，将其转化为CO2或N2等无污染的最终产物，并且不产生污泥等二次污染，是一种适用于变电站生活污水达标处理、减少运维工作量的处理技术。然而，应用电催化技术处理变电站生活污水时，均无法避免阴极板及其附近区域结垢，导致污染物降解电流效率降低，无法使系统稳定运行、产水稳定达标。
目前，应对电催化技术中电极板结垢的方式有两种，一种是使用醋酸、盐酸等定期酸洗，产生废液且变电站场景不具备使用条件；另一种为倒极运行，即在正向运行一段时间后调换电极板接电的正负极，虽然适用于变电站场景，但存在着倒极使阳极转换作阴极致使催化涂层结合力降低、脱落等问题，降低阳极板使用寿命，增加运维和电极板更换成本。申请号为2017104352889的专利“一种阳极不参与倒极除垢的电解装置”公开了一种适用于电解制氯消毒的阳极不参与倒极的除垢方法，采用两个滚筒装置驱动双极性板带绕轴转动实现阳极不参与倒极，但极板带在绕轴旋转时易损伤阳极涂层，采用刮钉方式除垢效果差、易损伤极板，并且其极板排列方式、系统设计方法均不适用于变电站生活污水处理。申请号为200810084187.2的专利“一种微电流电解灭菌除藻装置”公开了所述微电流电解灭菌除藻装置包括倒极模式单元，该单元用于接收触发后，将所述辅助电极的极性改为阳极，导通改变极性的阳极、未改变极性的阴极的电路连接，断开未改变极性的阳极的电路连接，但是该装置在电解模式运行时阴极板两侧均结垢，倒极时却只有一侧能够形成倒极回路，而另外一侧并不能形成倒极回路，无法通过倒极实现有效除垢。
发明内容
发明目的：本发明旨在提供一种不损伤阳极且能实现阴极有效除垢的独立倒极式电催化处理系统；本发明的另一目的在于提供一种基于所述系统的变电站生活污水独立倒极式电催化处理方法。
技术方案：本发明所述的独立倒极式电催化处理系统，包括系统壳体，密封隔板，进水隔板，阳极板，阴极板，辅助极板和分别与三种电极板相连的导电杆，所述系统壳体上设有进水口和出水口，导电杆两端通过密封隔板和进水隔板设置的插孔连接，与阴极板相连的导电杆上设有旋转导电滑环，旋转导电滑环能带动导电杆上的阴极板旋转运动。
进一步地，电催化反应阶段，阳极板和阴极板平行排布并构成导电回路；倒极运行阶段，阴极板在旋转导电滑环的驱动下旋转180度，使阴极板和辅助极板平行排布并构成导电回路。电催化系统正向运行阶段和独立倒极运行阶段分用两个独立供电直流电源。
进一步地，所述导电杆包括从上到下依次设置的阳极导电杆，阴极导电杆和辅助电极导电杆。
进一步地，该系统的电极板设置为平行式且每种电极板数量≥2，电极板通过极耳孔与导电杆组合，同一组电极板之间通过极板隔环隔开并控制电极板间距为5～20mm。
进一步地，阳极板表面带有活性涂层，阳极板的材料为钌铱、铱钽、亚氧化钛、掺硼金刚石中的一种或几种配合使用.
进一步地，阴极板的材料为钛、不锈钢或碳纤维中的一种；辅助极板的材料为钛、不锈钢或碳纤维中的一种。
进一步地，阳极板、阴极板和辅助极板的主体和极耳形状均为半圆形。
进一步地，进水隔板上设有进水孔，系统壳体上还设有排空口。
基于上述系统的变电站生活污水独立倒极式电催化处理方法，包括如下步骤：
在污染物降解阶段即电催化系统正向运行阶段，变电站生活污水从进水口进入电催化系统，反应区中平行设置的阳极板和阴极板组成导电回路，通过COD和氨氮在线监测水质污染物达到标准后通过出水口排出系统；
随后进入倒极运行阶段，断开正向运行电源，将阴极板在旋转导电滑环的驱动下旋转180度，使阴极板和辅助极板组成导电回路；
在独立倒极运行后，再次通过旋转导电滑环驱动阴极板旋转180度，停止独立倒极电源并接通正向运行电源，系统转换至正向运行状态，并在设定的参数下重复正向运行和独立倒极运行模式，保证电催化正向运行时的污染物降解效率和系统稳定性。
进一步地，在污染物降解阶段，电流密度设置为300～500A/m2，正向运行时间为28min。进水COD≤250mg/L，氨氮COD≤80mg/L、总氮≤40mg/L、BOD5≤100mg/L，污染物在电催化作用下实现降解，产水COD≤50mg/L，氨氮COD≤5mg/L、总氮≤15mg/L、BOD5≤10mg/L。
进一步地，独立倒极阶段运行电流密度300A/m2，独立倒极运行时间根据水质硬度可设置为30s～120s(以CaCO3计总硬度200mgL～800mg/L)。
进一步地，该电催化系统设置正向运行和独立倒极运行两种方式定时重复，防止阴极板组结垢。
有益效果：与现有技术相比，本发明具有如下显著优点：通过独特的电极板结构、形状设计，巧妙的独立式倒极系统和方法设计，使电催化技术在变电站生活污水处理应用中实现阴极独立倒极，并且运行过程中在阴极板发生结垢之前就进行倒极运行，避免生活污水中结垢离子附着在阴极板表面形成垢泥，无须采用额外的机械除垢等冗余设计，同时无须阳极参与倒极以避免阳极涂层在倒极时受损，提高电催化系统在变电站生活污水处理应用中稳定性。生活污水COD≤250mg/L，氨氮COD≤80mg/L、总氮≤40mg/L、BOD5≤100mg/L条件下，产水相关污染物可达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》一级A排放标准。
附图说明
图1为独立倒极式电催化系统正向运行示意图；
图2为正向运行状态下系统剖面图；
图3为独立倒极式电催化系统倒极运行示意图；
图4为倒极运行状态下系统剖面图；
图5为进水隔板结构示意图；
图6为电极板设计形状示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的技术方案作进一步说明。
图1为独立倒极式电催化系统正向运行示意图，图2为正向运行状态下系统剖面图，附图标记为：1-阳极板；2-阴极板；3-辅助极板；4-极耳孔；5-电催化反应区；6-旋转导电滑环；7-阳极导电杆；8-阳极接线端子；9-密封隔板；10-阴极导电杆；11-辅助电极导电杆；12-辅助电极接线端子；13-进水口；14-出水口；15-排空口；16-进水隔板；17-极板隔环；18-插孔；19-进水孔；20-系统壳体。
电催化系统正向运行阶段为污染物降解阶段，如图1、2所示。系统壳体20设置为圆柱形，高为40cm，截面直径为28cm，与壳体连接部分设置进水口13、出水口14、排空口15。变电站生活污水从进水口13进入电催化系统，通过进水隔板16的进水孔19进入电催化反应区5，进水隔板如图3所示。电催化反应区5中平行设置的阳极板1和阴极板2组成回路，阳极板1和阴极板2总面积均为1.2m2，并分别通过阳极接线端子8(正极)和阴极接线端子(负极)接通电源，电流密度根据进水条件可设置为300～500A/m2。电催化反应区5设置体积为25L，水力停留时间设置为14min。进水COD≤250mg/L，氨氮COD≤80mg/L、总氮≤40mg/L、BOD5≤100mg/L，污染物在电催化作用下实现降解，产水COD≤50mg/L，氨氮COD≤5mg/L、总氮≤15mg/L、BOD5≤10mg/L，通过COD和氨氮在线监测水质污染物达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》一级A排放标准后通过出水口14排出系统。
电催化系统独立倒极运行阶段为防垢阶段，如图4、5所示。电催化系统连续进出水运行28min后启动独立倒极，此时电催化系统为满水状态。带有阴极板2的一组极板在旋转导电滑环6的驱动下旋转180度，使阴极板2和辅助极板3组成导电回路，电极板3此时断开正向运行电源，并接通阴极接线端子(正极)和辅助电极接线端子12(负极)电源。由此，在正向运行时做阴极板2在倒极运行阶段与辅助极板3形成不依赖阳极参与的独立倒极系统，倒极运行电流密度300A/m2，独立倒极运行时间根据水质硬度可设置为30s～120s(以CaCO3计总硬度200mgL～800mg/L)，并可完全防止阴极板2结垢，使其导电性能在电催化正向运行降解污染物的应用中不受结垢影响。
电催化系统在独立倒极运行后，再次通过导电滑环驱动带有阴极板2的阴极板组旋转180度，停止独立倒极电源并接通正向运行电源，系统转换至正向运行状态，并在设定的参数下重复正向运行和独立倒极运行模式，保证电催化正向运行时的污染物降解效率和系统稳定性。当系统需要运维、检修时，可停止该系统并通过排空口15迅速将电催化反应区5内的生活污水排入原水来源处。
反应区内电极板设置为平行式，成组电极板通过极耳孔4与导电杆组合，包括一组带活性涂层的阳极板1与阳极导电杆7组合，一组阴极板2与阴极导电杆10组合，一组辅助电极板3与辅助电极导电杆11组合，电极杆两端通过密封隔板9和进水隔板16设置的插孔18固定，同一组极板之间通过极板隔环17隔开并控制极板间距为12mm。
电极板的形状设计如图6所示，阳极板1为带有活性涂层的阳极板，材料可为钌铱、铱钽、亚氧化钛、掺硼金刚石中的一种或几种配合使用；阴极板2为阴极板，材料可为钛、不锈钢或碳纤维中的一种；辅助极板3为辅助电极板，材料可为钛、不锈钢或碳纤维中的一种。
阳极板1、阴极板2、辅助极板3的主体和极耳形状均为半圆形，三种极板厚度均为2mm，极板主体半径为12cm，极耳半径为2cm，极耳4中心设置直径为1cm的孔，供导电杆穿过，或同等比例放大、缩小尺寸；电催化系统反应区设置体积为25L，水力停留时间设置为14min，电催化系统可根据处理水量进行等比例放大或缩小。

Claims (10)

1.一种独立倒极式电催化处理系统，其特征在于，该系统包括系统壳体(20)，密封隔板(9)，进水隔板(16)，阳极板(1)，阴极板(2)，辅助极板(3)和分别与三种电极板相连的导电杆，所述系统壳体(20)上设有进水口(13)和出水口(14)，导电杆两端通过密封隔板(9)和进水隔板(16)设置的插孔(18)连接，与阴极板(2)相连的导电杆上设有旋转导电滑环(6)，旋转导电滑环(6)能带动导电杆上的阴极板(2)旋转运动。
2.根据权利要求1所述的独立倒极式电催化处理系统，其特征在于，电催化反应阶段，阳极板(1)和阴极板(2)平行排布并构成导电回路；倒极运行阶段，阴极板(2)在旋转导电滑环(6)的驱动下旋转180度，使阴极板(2)和辅助极板(3)平行排布并构成导电回路。
3.根据权利要求1所述的独立倒极式电催化处理系统，其特征在于，所述导电杆包括从上到下依次设置的阳极导电杆(7)，阴极导电杆(10)和辅助电极导电杆(11)。
4.根据权利要求1所述的独立倒极式电催化处理系统，其特征在于，该系统的电极板设置为平行式且每种电极板数量≥2，电极板通过极耳孔(4)与导电杆组合，同一组电极板之间通过极板隔环(17)隔开并控制电极板间距为5～20mm。
5.根据权利要求1所述的独立倒极式电催化处理系统，其特征在于，阳极板(1)表面带有活性涂层，阳极板(1)的材料为钌铱、铱钽、亚氧化钛、掺硼金刚石中的一种或几种配合使用。
6.根据权利要求1所述的独立倒极式电催化处理系统，其特征在于，阴极板(2)的材料为钛、不锈钢或碳纤维中的一种；辅助极板(3)的材料为钛、不锈钢或碳纤维中的一种。
7.根据权利要求1所述的独立倒极式电催化处理系统，其特征在于，阳极板(1)、阴极板(2)和辅助极板(3)的主体和极耳形状均为半圆形。
8.根据权利要求1所述的独立倒极式电催化处理系统，其特征在于，进水隔板(16)上设有进水孔(19)。
9.一种基于权利要求1-8任一所述系统的变电站生活污水独立倒极式电催化处理方法，其特征在于，包括如下步骤：
在污染物降解阶段即电催化系统正向运行阶段，变电站生活污水从进水口(13)进入电催化系统，反应区中平行设置的阳极板(1)和阴极板(2)组成导电回路，通过COD和氨氮在线监测水质污染物达到标准后通过出水口(14)排出系统；
随后进入倒极运行阶段，断开正向运行电源，将阴极板(2)在旋转导电滑环(6)的驱动下旋转180度，使阴极板(2)和辅助极板(3)组成导电回路；
在独立倒极运行后，再次通过旋转导电滑环(6)驱动阴极板(2)旋转180度，停止独立倒极电源并接通正向运行电源，系统转换至正向运行状态，并在设定的参数下重复正向运行和独立倒极运行模式，保证电催化正向运行时的污染物降解效率和系统稳定性。
10.根据权利要求9所述的变电站生活污水独立倒极式电催化处理方法，其特征在于，在污染物降解阶段，电流密度设置为300～500A/m2，进水COD≤250mg/L，氨氮COD≤80mg/L、总氮≤40mg/L、BOD5≤100mg/L，污染物在电催化作用下实现降解，产水COD≤50mg/L，氨氮COD≤5mg/L、总氮≤15mg/L、BOD5≤10mg/L。
CN202311739507.4A 2023-12-18 2023-12-18 一种变电站生活污水独立倒极式电催化处理系统及方法 Pending CN117534185A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202311739507.4A CN117534185A (zh) 2023-12-18 2023-12-18 一种变电站生活污水独立倒极式电催化处理系统及方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202311739507.4A CN117534185A (zh) 2023-12-18 2023-12-18 一种变电站生活污水独立倒极式电催化处理系统及方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN117534185A true CN117534185A (zh) 2024-02-09

Family

ID=89790014

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202311739507.4A Pending CN117534185A (zh) 2023-12-18 2023-12-18 一种变电站生活污水独立倒极式电催化处理系统及方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN117534185A (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN118239568A (zh) * 2024-04-22 2024-06-25 浙江浙能科技环保集团股份有限公司 一种旋转倒极电化学水处理装置及方法

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN118239568A (zh) * 2024-04-22 2024-06-25 浙江浙能科技环保集团股份有限公司 一种旋转倒极电化学水处理装置及方法
CN118239568B (zh) * 2024-04-22 2025-12-12 浙江浙能科技环保集团股份有限公司 一种旋转倒极电化学水处理装置及方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN103936106B (zh) 一种电化学同步脱氮除磷装置及城市污水处理方法
CN101973607A (zh) 一种可调电极间距的高效电絮凝反应器
CN105693044A (zh) 一种去除电镀废水中锌的处理系统
CN113371903A (zh) 一种电化学处理水的装置及方法
CN101696069A (zh) 污水的超深度处理方法及装置
CN110240367A (zh) 一种碳氮磷同步高效去除的污水处理系统及方法
CN201817307U (zh) 一体化脱氮除磷电解装置
CN117534185A (zh) 一种变电站生活污水独立倒极式电催化处理系统及方法
CN115557595A (zh) 一种高盐废水生物强化处理的方法
CN115259491A (zh) 一种高浓梗液废水预处理系统以及废水处理系统
CN108178423B (zh) 一种圆筒型螺旋电极生物膜有机污废水反应装置
CN115231765B (zh) 一种便携式电生物耦合过滤净水装置
CN109336226A (zh) 一种旋转电极反应器及有机污废水处理方法
CN108178284A (zh) 一种裹绕生物膜旋转负极污水处理装置
CN107758806A (zh) 一种旋转电极式电催化氧化反应器
CN110963552A (zh) 一种水力自旋转脱垢电解反应器
CN102718290A (zh) 一种催化氧化节电的电解处理废水的方法
CN102701336A (zh) 一种节电的电解处理废水的方法
CN102815768A (zh) 一种自清洁不锈钢电极的电解方法及装置
CN211471172U (zh) 一种有机废水处理系统
CN210736417U (zh) 组合式新型含氟废水深度处理装置
CN108178252A (zh) 一种四电极双电解系统及采用该系统处理难降解有机废水方法
CN203781882U (zh) 一种用于垃圾渗滤液氧化絮凝复合床装置
CN209113550U (zh) 高浓度有机废水催化电解处理装置
CN102807268A (zh) 一种自清洁碳电极的电解方法及装置

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination