CN210214887U - 一种超低功耗的污水处理电化学反应器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型属于工业废水处理技术领域。目前，对于工业废水的处理方法主要还是采用物理沉淀和生化降解等。虽然，电化学高级氧化方法被认为是绿色环保的污水处理技术，但是由于电化学高级氧化方法的能耗高而不能广泛的应用在各种工业废水的治理上。针对现有技术的问题，本实用新型公开了一种超低功耗的污水处理电化学反应器。反应器包括阳电极、阴电极、绝缘膜、电催化剂钛网涂层，进水口绝缘壳体，出水口绝缘壳体，密封垫，水压计和阀门。绝缘膜、电催化剂钛网涂层交错依次排列，并与左右两侧的阴阳电极一起组成电极组件。电极组件通过橡胶垫与出水孔口壳体一侧密封链接，进水口壳体通过橡胶垫与具有电极组件一侧的出水口壳体密封链接，在出口壳体一侧安装有水压计，进出口两侧分别有安置阀门。本实用新型结构简单，可以对工业废水进行去除COD，氨氮和总氮降解处理，具有超低功耗等优点。
Description
技术领域
本发明涉及电化学水处理领域，具体涉及一种具有超低功耗的污水处理电化学反应器。
背景技术
随着国家对环境保护的越来越重视，对污水治理的排放标准不断提高。这意味着采用传统生化、物理沉淀等工艺方法来处理工业废水难以到达排放标准，尤其是对难生物降解有机污水，例如精细化工废水，生物制药废水，石油废水，煤焦化废水等，无法进行对污水中的有机物、NH3降解并达标排放。电化学高级氧化工艺被认为是高效绿色环保的一种处理技术。通过电化学反应产生催化氧化作用，不仅可以直接把生物难降解的有机物直接氧化为二氧化碳和水而得到去除，还可以直接将废水中的氨氮直接氧化成为氮气和水进行去除。许多用于治理工业废水处理的电化学反应器被开发，例如专利（授权公告号：CN105420752 B）公布了一种填充式定向流电化学反应器。尽管如此，电化学高级氧化方法处理工业污水的技术还不能得到广泛应用。这是由于与传统的生化降解等处理工艺的成本相比，电化学高级氧化技术的成本还是十分的昂贵。昂贵的成本主要是由电化学反应器的能耗高所造成的。而能耗高主要是因为电化学反应器设计不够合理，槽电压高，电流效率低。目前，电化学反应器的结构还主要采用传统的无隔膜电解槽方式，尽管会往电解槽中添加一些炭，铁等微颗粒来增强极化效果，形成三维电极，但是槽电压还是很高，尤其是对于盐分很低的废水，槽电压可高达10V以上。
发明内容
本发明的目的是为了解决上述电化学槽电压高，能耗大等技术问题，提供了一种结构简单、投资成本和运行成本低、电解效率高，能去除有机物、氨氮和总氮的的污水处理电化学反应器。
一种超低功耗的污水处理电化学反应器，包括进水口绝缘壳体，电极组件，出水口绝缘壳体，密封垫，水压计和阀门，所述电极组件密封安置在由进水口绝缘壳体和出水口绝缘壳体所密封的空间内，所述电极组件由阳电极、隔离模块、和阴电极组成，所述阳电极置于隔离模块的一侧，所述阴电极置于隔离模块的另一侧，所述隔离模块由绝缘膜与电催化剂钛网涂层依次交错排列组成，并且隔离模块的左面和右面都是绝缘膜，所述出水口绝缘壳体的内部中空，右面设置有出水管，并在水管上从左到右依次安置水压计和阀门，左面为密封平面，通过密封垫与所述电极组件的阴电极密封链接，所述的进水口绝缘壳体内部中空，左面设有进水管，并在进水管上安置阀门，右面为密封平面，通过密封垫与出水口绝缘壳体左面链接。
所述阳电极为镀有电催化性质的多孔电极，也可以是网状结构电极。
所述阳电极的析氧电位在1.5V以上，优选2.5V以上（参比标氢电极电势）。
所述阴电极为不锈钢，钛，铜和石墨板的一种，为多孔或者网状结构，边缘设有与密封垫和出水口左平面密封的螺纹孔。
所述隔离模块的厚度在400微米以下，优选300微米以下。
所述绝缘膜为具有均匀分布的孔径为2毫米以下的孔洞，其厚度在于100微米以下。
所述电催化剂钛网涂层为单面涂有具有氧化锡，氧化钌，氧化铱及其合金氧化物涂层中的任一种，厚度200微米以下。
所述阳电极与阴电极之间的间距为400微米以下，优选300微米以下。
所述密封垫为塑料或橡胶绝缘材料制成。
所述进水口绝缘壳为聚四氟乙烯，或塑料材料制成。
所述污水处理电化学反应器的组成元件的形状为圆形、圆环形或方形等一切几何形状。
本发明是这样实现的：首先打开进水口出的阀门，使得工业废水进入进水口绝缘壳体空间，然后穿经过由阳电极，隔离模块和阴电极所组成的电极组件，进入到出水口绝缘壳体空间，等这个电化学反应器里面的水压上升到一定压力后，打打开出水口阀门，并同时进行电解，完成对工业废水中的有机物和氨氮进行降解。
有益效果：
本发明采用厚度为微米级的隔离模块，控制了阴电极和阳电极之间的间距在微米级长度范围内，极大程度上降低了电化学反应器的槽电；通过隔离模块内的电催化钛网涂层的极化，进一步提高了电化学氧化分解废水中的有机物，氨氮和总氮的效率，大幅度地降低了电化学反应器的槽电压，提高了电化学反应器的电流效率，从而降低了电化学反应器的氧化分解工业废水有机物，氨氮和总氮的能耗。
附图说明
图1是本发明结构示意图
图2是本发明电极组件部分的结构示意图。
1是出水口绝缘壳体，2是阳电极，3是阴电极，4是进水口绝缘壳体，5是隔离模块，501是隔离模块中的绝缘膜，502是隔离模块中的电催化剂钛网涂层，6是密封垫，7是水压计，8是阀门，9是进水管，10是出水管。
具体实施方式
本发明的技术原理在构造了中间微米级的中间隔离模块，确保阳电极和阴电极之间的间距在400微米以下，并且在隔离模块中的电催化钛网涂层能够增加电解水的极化强度，在通入大电流的情况下，电化学反应器的槽电压极低，产生大量的羟基自由基，活性氧等强氧化性物质，并且该反应器实现密闭反应空间，能够在高压下进行电化学反应，从而使得电流效率得到大幅度提高，能耗大幅度下降。
以下结合结合附图和实施例对本发明原理和特征进行描述，所举实施例只用于解释本发明，并非限定本发明的范围。
实施例1：
图1是本发明超低功耗的电化学反应器示意图。包括出水口绝缘壳体1，阳电极2，阴电极3，进水口绝缘壳体4，隔离模块5，密封垫圈6，水压计7，阀门8，进水管9，出水管10。选择PP材质来加工成出水口绝缘壳体1和进水口绝缘壳体4，阳电极选择具有高析氧电位的金刚石薄膜钛网电极（析氧电位为2.7V，参比标氢电极电势），网孔为5mm,阴电极选择304不锈钢板，板上具有均匀分布的大小为4mm的孔。隔离模块中的绝缘膜选择300目聚四氟乙烯网，线径为0.05mm，网膜的厚度小于0.1mm，隔离模块中的电催化钛网涂层选择掺杂氧化锡钛网涂层，厚度为0.2mm。将一块掺杂氧化锡钛网涂层置于两块聚四氟乙烯的绝缘网中，形成厚度为400微米的隔离模块，然后在将金刚石钛网电极和不锈钢阴极安置在隔离模块两侧，形成电极组件，将阴极通过橡胶密封垫与出水口的PP壳体进行密封链接，出水口PP壳通过橡胶密封圈与进水口PP壳体密封链接，再在进水口PP壳体左侧安装水管和阀门，出水口PP壳体右侧安装水管，水压计和阀门。打开进水口处阀门，将含有高浓度的苯酚废水（COD4000mg/L）充入电化学反应器内，当水压计的示数等于两个大气压时，给电极组件通入电流密度300A/m2的电流进行电解，随后打开出水口处阀门，电解1小时后，废水COD降至500mg/L以下，能耗在约10kwh/kgCOD，能耗约为传统电化学反应器的四分之一。
实施例2：
图1是本发明超低功耗的电化学反应器示意图。包括出水口绝缘壳体1，阳电极2，阴电极3，进水口绝缘壳体4，隔离模块5，密封垫圈6，水压计7，阀门8，进水管9，出水管10。选择PP材质来加工成出水口绝缘壳体1和进水口绝缘壳体4，阳电极选择具有高析氧电位的金刚石薄膜钛网电极（析氧电位为2.7V，参比标氢电极电势），网孔为5mm,阴电极选择铜板，板上具有均匀分布的大小为4mm的孔。隔离模块中的绝缘膜选择300目聚四氟乙烯网，线径为0.05mm，网膜的厚度小于0.1mm，隔离模块中的电催化钛网涂层选择掺杂氧化锡钛网涂层，厚度为0.2mm。将一块掺杂氧化锡钛网涂层置于两块聚四氟乙烯的绝缘网中，形成厚度为400微米的隔离模块，然后在将金刚石钛网电极和不锈钢阴极安置在隔离模块两侧，形成电极组件，将阴极通过橡胶密封垫与出水口的PP壳体进行密封链接，出水口PP壳通过橡胶密封圈与进水口PP壳体密封链接，再在进水口PP壳体左侧安装水管和阀门，出水口PP壳体右侧安装水管，水压计和阀门。打开进水口处的阀门，将含有高浓度的氨氮废水（NH3 3000mg/L以上）充入电化学反应器内，当水压计的示数等于3个大气压时，给电极组件通入电流密度500A/cm2的电流进行电解，随后打开出水口处阀门，电解2小时后，废水氨氮浓度降至20mg/L以下,能耗约为5kwh/kgNH3，相比传统电化学反应器，能耗约为传统电化学反应器的三分之一。
实施例3：
图1是本发明超低功耗的电化学反应器示意图。包括出水口绝缘壳体1，阳电极2，阴电极3，进水口绝缘壳体4，隔离模块5，密封垫圈6，水压计7，阀门8，进水管9，出水管10。选择PP材质来加工成出水口绝缘壳体1和进水口绝缘壳体4，阳电极选择具有的铱钽钛网电极（析氧电位约为1.5V，参比标氢电极电势），网孔为6mm,阴电极选择304不锈钢板，板上具有均匀分布的大小为4mm的孔。隔离模块中的绝缘膜选择200目聚四氟乙烯网，线径为0.01mm，网膜的厚度小于0.05mm，隔离模块中的电催化钛网涂层选择掺杂氧化锡钛网涂层，厚度为0.1mm。将一块掺杂氧化锡钛网涂层置于两块聚四氟乙烯的绝缘网中，形成厚度为约220微米的隔离模块，然后在将金刚石钛网电极和不锈钢阴极安置在隔离模块两侧，形成电极组件，将阴极通过橡胶密封垫与出水口的PP壳体进行密封链接，出水口PP壳通过橡胶密封圈与进水口PP壳体密封链接，再在进水口PP壳体左侧安装水管和阀门，出水口PP壳体右侧安装水管，水压计和阀门。打开进水口处阀门，将COD约为1000mg/L的苯类废水充入电化学反应器内，当水压计的示数等于4个大气压时，给电极组件通入电流密度400A/cm2的电流进行电解，随后打开出水口处阀门，电解2小时后，COD降至300mg/L以下，能耗约15kwh/kgCOD，相比传统电化学反应器，能耗约为传统电化学反应器的五分之二。
可以理解的是，对于本领域的普通技术人员来说，可以根据本发明的技术构思做出其它各种相应的改变与变形，而所有这些改变与变形都应属于本发明权利要求的保护范围。
Claims (7)
1.一种超低功耗的污水处理电化学反应器，其特征在于，包括进水口绝缘壳体，电极组件，出水口绝缘壳体，密封垫，水压计和阀门，所述电极组件由阳电极、隔离模块、和阴电极组成，所述阳电极置于隔离模块的一侧，所述阴电极置于隔离模块的另一侧，所述隔离模块由绝缘膜与电催化剂钛网涂层依次交错排列组成，并且隔离模块的左面和右面都是绝缘膜，所述出水口绝缘壳体的内部中空，右面设置有出水管，并在水管上从左到右依次安置水压计和阀门，左面为密封平面，通过密封垫与所述电极组件的阴电极密封链接，所述的进水口绝缘壳体内部中空，左面设有进水管，并在进水管上安置阀门，右面为密封平面，通过密封垫与出水口绝缘壳体左面链接。
2.根据权利要求1所述的超低功耗的污水处理电化学反应器，其特征在于所述阳电极与阴电极之间的间距为400微米以下。
3.根据权利要求1所述的超低功耗的污水处理电化学反应器，其特征在于阳电极与阴电极之间具有一个厚度为微米级的隔断模块，其厚度为400微米以下。
4.根据权利要求3所述的超低功耗的污水处理电化学反应器，其特征在于所述的隔断模块包含有单面涂有电催性质的催化剂钛网涂层。
5.根据权利要求4所述的超低功耗的污水处理电化学反应器，其特征在于所述的电催化剂钛网涂层是氧化锡、氧化钌，氧化铱涂层中的一种，厚度为200微米以下。
6.根据权利要求1所述超低功耗的污水处理电化学反应器，其特征在于阳电极为镀具有电催化性质材料的涂层电极，其析氧电位以标准氢电极电势为参比，在1.5V以上。
7.根据权利要求1所述超低功耗的污水处理电化学反应器，其特征在于阳电极为镀具有电催化性质材料的涂层电极，其析氧电位以标准氢电极电势为参比，在2.7 V以上。
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| CN201920311149.XU CN210214887U (zh) | 2019-03-13 | 2019-03-13 | 一种超低功耗的污水处理电化学反应器 |
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| CN109809532A (zh) * | 2019-03-13 | 2019-05-28 | 杭州睿清环保科技有限公司 | 一种超低功耗的污水处理电化学反应器 |
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