CN212102375U

CN212102375U - 气田高浓度有机废水电化学耦合处理回用装置

Info

Publication number: CN212102375U
Application number: CN202020293030.7U
Authority: CN
Inventors: 曾玉彬; 向颖; 谭观成
Original assignee: Wuhan University WHU
Current assignee: Wuhan University WHU
Priority date: 2020-03-11
Filing date: 2020-03-11
Publication date: 2020-12-08
Anticipated expiration: 2030-03-11

Abstract

本实用新型公开了一种气田高浓度有机废水电化学耦合处理回用装置，包括絮凝槽、缓冲槽、三维电解催化槽、净水槽和附属结构，所述絮凝槽与废水供应管道连通；所述絮凝槽、缓冲槽、三维电解催化槽、净水槽通过管路依次连通；所述附属结构包括电源，电源分别与絮凝槽和三维电解催化槽相连；所述三维电解催化槽包括催化槽本体、两块粒子电极分隔板、阳极板B和阴极板B，所述催化槽本体内部中空；两块粒子电极分隔板安装于催化槽本体的内部，将催化槽本体内部分隔为位于粒子电极填充区域，以及两个极板安装区域；粒子电极填充区域填充有活性炭。本实用新型的有益效果为：本实用新型改进了催化槽结构，并与现有的电絮凝技术结合，提高废水处理效果。

Description

气田高浓度有机废水电化学耦合处理回用装置

技术领域

本实用新型涉及气田高浓度有机废水处理技术领域，具体涉及一种气田高浓度有机废水电化学耦合处理回用装置。

背景技术

气田废水来源于天然气采气过程中带出的地下水。近年来，随着我国天然气开采行业的快速发展，废水排放量逐年增长，且水质污染趋于多样化，含有高浓度有机废水的污染源日益增多，这些废水中含有大量有机污染物，这类污染物具有分子结构稳定、排放量大、污染面广、持续时间长和难以生物降解等特点，给人类的健康及生存造成严重威胁。因此，需从源头上阻断污染物，即排放的污水需要经过水质净化处理，符合标准，能进行回用和排放到环境中。

传统的有机废水处理方法主要包括物理法、化学法、生化法，由于气田高浓度有机废水成分复杂，COD和有毒物质含量高，常规废水处理方法不能有效处理有毒有害难降解有机污染物。而电化学处理有机废水具有降解效果好、对环境友好、易实现自动化、可与其他污水处理方法联合等优点，近年来得到了广泛的应用与研究。

电絮凝技术是在通电的条件下，利用可溶性阳极产生金属阳离子并水解、聚合后形成絮凝剂，进而去除废水中的污染物。与其他技术相比，电絮凝技术具有反应时间短，处理效率高，化学药剂添加少等特点，但其电流效率随着污染物浓度的降低逐渐降低，因而不适合低浓度有机废水的处理。而三维电极法是在传统的二维电解槽的阴阳极之间填充颗粒状工作电极材料，与二维电极法相比，其电解槽中的每一个工作电极粒子均成为一个独立的立体电极，粒子两端同时发生电化学氧化、还原反应，极大缩短了传质距离提高了电极效率；同时，粒子之间构成的大量微电解池可以产生具有强氧化性的羟基自由基，提高水处理效果。对于不同浓度废水均具有较好的处理效果。

虽然电化学处理工艺能取得较好的处理效果，但是随着废水组分复杂化，单一的电化学工艺往往不能满足实际需求。因此，有必要对现有技术进行改进。

发明内容

本实用新型的目的在于，针对现有技术的不足，提供一种节能高效的气田高浓度有机废水电化学耦合处理回用装置。

本实用新型采用的技术方案为：一种气田高浓度有机废水电化学耦合处理回用装置，包括絮凝槽、缓冲槽、三维电解催化槽、净水槽和附属结构，所述絮凝槽与废水供应管道连通；所述絮凝槽、缓冲槽、三维电解催化槽、净水槽通过管路依次连通；所述附属结构包括电源，电源分别与絮凝槽和三维电解催化槽相连。

按上述方案，所述三维电解催化槽包括催化槽本体、两块粒子电极分隔板、阳极板B和阴极板B，所述催化槽本体内部中空；两块粒子电极分隔板安装于催化槽本体的内部，将催化槽本体内部分隔为位于粒子电极填充区域，以及两个极板安装区域；粒子电极填充区域填充有活性炭，粒子电极分隔板上开设有连通极板安装区域的过流孔，过流孔的孔径小于活性炭的粒径；所述极板安装区域设有与缓冲槽连通的入水口B和与净化槽连通的出水口B；所述阳极板B和阴极板B分别设于两个极板安装区域内，且阳极板B和阴极板B的下端面均与催化槽本体的底部留有间隙；所述阳极板B与电源的阳极电连接；所述阴极板B与电源的阴极电连接。

按上述方案，所述絮凝槽包括絮凝槽本体，以及安装于絮凝槽本体内部的阳极板A和阴极板A，所述絮凝槽本体内部中空，絮凝槽本体分别设有与废水供应管道连通的入水口A和与缓冲槽连通的出水口A；所述阳极板A和阴极板A正对布置；阳极板A和阴极板A的下端面均与絮凝槽本体的底面留有间隙，废水可在整个絮凝槽本体内部流通；所述阳极板A与电源的正极电连接，阴极板A与电源的负极电连接。

按上述方案，所述阳极板B采用表面有铑铱涂层的钛合金制成，阴极板B采用石墨材料制成。

按上述方案，所述活性炭为混合基生物质活性炭。

按上述方案，所述附属结构还包括搅拌器驱动装置和搅拌磁子，所述三维电解催化槽设于搅拌器驱动装置上；所述三维电解催化槽的中间区域内设有与搅拌器驱动装置相适配的搅拌磁子，搅拌器驱动装置的外部电磁场驱动搅拌磁子搅拌电解时的废水和粒子电极。

按上述方案，各极板及粒子电极分隔板均分别通过插槽结构安装在絮凝槽本体或催化槽本体内；所述插槽结构包括两块插板，插板内侧开设有与极板或粒子电极分隔板侧边沿相适配的插槽。

按上述方案，在各极板的顶部增设提拉环。

按上述方案，所述絮凝槽和三维电解催化槽的底部各增设有排污口。

按上述方案，缓冲槽和净化槽直接固定于平台上，絮凝槽设于平台的座体上，三维电解催化槽设于搅拌器驱动装置上；絮凝槽的底部高于缓冲槽和净化槽的顶部；三维电解催化槽的底部高于缓冲槽及净化槽的顶部；三维电解催化槽与缓冲槽之间的连通管路上增设有离心泵。

本实用新型的有益效果为：

(1)改进催化槽结构，净化作用提高

本实用新型在现有二维电极催化法的基础上增加分隔粒子电极和阴阳电极板的粒子电极分隔隔板围合成粒子电极填充区域，内填充活性炭；活性炭作为一种复性粒子电极加入，充分分散到废水中(又不产生从废水中分离困难的问题)，相当于在被处理的废水中加入了大量微小的电极，增加了装置反应的表面积，从而具备高效的氧化有机物、净化水质的作用；粒子电极分隔隔板的安装位置可调，保证了粒子电极填充体积占总三维电极催化槽有效体积的比例，充分发挥了粒子电极的微电解作用，同时极板位置、面积等参数也得到优化，保证了催化电解槽的高效。

(2)电化学耦合，节能减排

本实用新型将电絮凝技术及三维电解催化技术的耦合作用，发挥每一种电化学方法的优点，同时耦合弥补了各自的不足，以最少的能耗得到最大的水质处理效果，减少有机污染物的排放，达到节能减排的目的。

(3)替换阳极材料，效率增加

与传统的阳极板为铂电极或者普通钛电极的催化器相比，本实用新型中的三维电极催化槽中阳极板B采用具有铑铱涂层的钛合金，表面具有较高的催化活性，同时有机物氧化分解的电位降低，提高催化电解效果；同时电极的活性提高，不容易被氧化析出，从另一个方面增加了电极的电解效率、降低了电极的损耗。

(4)新型粒子电极，孔隙丰富

本实用新型中采用混合基生物质活性炭，与普通活性炭相比，混合基生物质活性炭具有微观孔隙密布、活性基团丰富的特点，吸附性能优良，有机物更容易依附在表面上发生反应；同时，混合基生物质活性炭以废弃生物质作为原料，比一般活性炭成本低，废物利用，绿色环保。

附图说明

图1为本实用新型一个具体实施例的结构示意图。

图2为本实施例中絮凝槽的剖示图。

图3为本实施例中三维电解催化槽的剖示图。

其中，1-絮凝槽，2-缓冲槽，3-离心泵，4-三维电解催化槽，5-搅拌器驱动装置，6-直流电源，7-净水槽，8-阳极板A，9-阴极板A，10-入水口A，11-出水口A，12-排污口A，13-阳极板B，14-阴极板B，15-粒子电极分隔板，16-搅拌磁子，17-入水口B，18-出水口B，19-排污口B。

具体实施方式

为了更好地理解本实用新型，下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步地描述。

如图1所示的一种气田高浓度有机废水电化学耦合处理回用装置，包括絮凝槽1、缓冲槽2、三维电解催化槽4、净水槽7和附属结构，所述絮凝槽1与废水供应管道连通；所述絮凝槽1、缓冲槽2、三维电解催化槽4、净水槽7通过管路依次连通；所述附属结构包括电源6，电源6分别与絮凝槽1和三维电解催化槽4相连。本实用新型中，所述絮凝槽1和三维电解催化槽4的底部各增设有排污口，排污口的底部与各槽底面相切，用作絮凝槽1或三维电解催化槽4清洗时清洗液的出口，在正常运行时，排污口关闭。

如图2所示，所述絮凝槽1包括絮凝槽本体，以及安装于絮凝槽本体内部的阳极板A8和阴极板A9，所述絮凝槽本体内部中空，絮凝槽本体分别设有与废水供应管道连通的入水口A10和与缓冲槽2连通的出水口A11；所述阳极板A8和阴极板A9正对布置；阳极板A8和阴极板A9的下端面均与絮凝槽本体的底面留有间隙，废水可在整个絮凝槽本体内部流通；所述阳极板A8与电源6的正极电连接，阴极板A9与电源6的负极电连接。

本实用新型中，絮凝槽本体为圆筒状结构；所述阳极板A8和阴极板A9均平行于絮凝槽本体的轴线；所述阳极板A8采用金属铝材料制成，所述阴极板A9采用石墨材料制成；入水口A10设于絮凝槽本体的上部；所述出水口A11和絮凝槽本体的排污口A12均设于絮凝槽本体的下部。

如图3所示，所述三维电解催化槽4包括催化槽本体、两块粒子电极分隔板15、阳极板B13和阴极板B14，所述催化槽本体内部中空；所述粒子电极分隔板15自催化槽本体的顶部延伸至底部，两块粒子电极分隔板15(二者可正对布置)安装于催化槽本体的内部，将催化槽本体内部分隔为位于中部的粒子电极填充区域，以及两侧的两个极板安装区域；粒子电极填充区域填充有活性炭(优选混合基生物质活性炭)，粒子电极分隔板15上开设有连通极板安装区域的过流孔，过流孔的孔径小于活性炭的粒径；所述极板安装区域设有与缓冲槽2连通的入水口B17和与净化槽连通的出水口B18；所述阳极板B13和阴极板B14分别设于两个极板安装区域内，且阳极板B13和阴极板B14的下端面均与催化槽本体的底部留有间隙；所述阳极板B13与电源6的阳极电连接；所述阴极板B14与电源6的阴极电连接。

本实施例中，粒子电极分隔板15的安装位置根据实际生产需要调整；由于粒子电极分隔板15上的过流孔孔径小于填充的活性炭颗粒直径，因此活性炭会被阻隔，不会进入极板安装区域内与阳极板B13和阴极板B14接触，但是废水流动不会受到影响，废水可在整个催化槽体内的所有区域内流通，同时反应完后，活性炭限制在粒子电极填充区域内，与废水分离。

本实用新型中，所述阳极板B13采用表面有铑铱涂层的钛合金制成，阴极板B14采用石墨材料制成；阳极板B13、阴极板B14及各粒子电极分隔板15相互平行且均平行于催化槽本体的轴线；所述入水口B17设于极板安装区域的上部，且入水口B17与缓冲罐连通；所述出水口B18和催化槽本体的排污口B19均设于极板安装区域的下部，其中出水口B18经管路与净化槽连通。

优选地，各极板(包括阳极板A8、阳极板B13、阴极板A9、阴极板B14)及粒子电极分隔板15均分别通过插槽结构安装在絮凝槽本体或催化槽本体内，具体为，絮凝槽本体/催化槽本体的内壁向内伸出插槽结构，每组插槽结构包括两块插板，插板内侧开设有与极板或粒子电极分隔板15侧边沿相适配的插槽。

优选地，为了便于操作，在各极板(阳极板A8、阳极板B13、阴极板A9、阴极板B14)的顶部增设一个提拉环。

优选地，所述附属结构还包括搅拌器驱动装置5和搅拌磁子16，所述三维电解催化槽4设于搅拌器驱动装置5上；所述三维电解催化槽4的中间区域内设有与搅拌器驱动装置5相适配的搅拌磁子16，搅拌器驱动装置5的外部电磁场驱动搅拌磁子16搅拌电解时的废水和粒子电极。

本实施例中，缓冲槽2和净化槽直接固定于平台上，絮凝槽1设于平台的座体上，三维电解催化槽4设于搅拌器驱动装置5上；絮凝槽1的底部高于缓冲槽2和净化槽的顶部，絮凝槽1内的废水在重力作用下进入缓冲槽2；三维电解催化槽4的底部高于缓冲槽2及净化槽的顶部，三维电解催化槽4内的废水在重力作用下流入净化槽；三维电解催化槽4与缓冲槽2之间的连通管路上增设有离心泵3，离心泵3与电源6相连，缓冲槽2内的废水利用离心泵3提供动力流入三维电解催化槽4。运行时，水流走向为原水进水，进入絮凝槽1，絮凝完成后进入缓冲槽2，接着由离心泵3输送至三维电解催化槽4，最终流入净水槽7。

本实用新型中，要求絮凝槽1和三维电解催化槽4使用的电源6为直流稳压电源，离心泵3以及搅动磁子驱动装置可以使用普通直流电源。

絮凝槽1和三维电极催化槽为本实用新型的核心设备，二者作用如下：

絮凝槽1主要是通过电絮凝的方法去除气田高浓度有机废水中的悬浮物和部分COD。在电絮凝槽1电絮凝过程中，牺牲阳极(Al)电解产生阳离子Al³⁺，阴极电解水产生H₂和OH^-离子，在电场作用下金属阳离子和OH^-离子发生电迁移，在溶液中互相结合并水解生成单核或多核氢氧化物絮体，最终形成有高比表面积且含有丰富表面羟基的氢氧化物絮体，通过配合吸附、网捕卷扫以及吸附架桥等作用吸附水中的有机物。此外，电极电解过程中会产生大量的O₂和H₂气泡，这些微细气泡可粘附在污染物絮体上，通过气浮作用将其上浮至溶液表面而使絮体从溶液中分离出来。

三维电解催化槽4主要利用三维电极电催化作用去除COD：在阳极处，电极会对有机物进行直接氧化和间接氧化：直接氧化是有机物在电极上直接失去电子，大分子有机物被降解为小分子有进而氧化完全分解；间接氧化是OH^-在阳极处被氧化生成具有强氧化性的自由基·OH，·OH再与废水中的有机物进行反应。

与二维电极法相比，三维电极增加了分散在废水中的粒子电极，因此当三维电极催化槽两端的阴阳极在外加电源6的作用下，产生足够高的电势，粒子电极(活性炭)沿电场方向两端的电位降超过阴阳极反应的可逆电势，粒子电极因静电感应而在两端分别带上正负电荷，每个粒子同时发生氧化和还原电化学反应。三维电极的加入，相当于在被处理的废水中加入了大量微小的电极，增加了装置反应的表面积，从而具备高效的氧化有机物、净化水质的作用。

本实用新型的工作过程为：

首先，通过连接絮凝槽1入水口A10的废水供应管路将待处理的气田高浓度有机废水输送进入所述回收装置中，接通絮凝槽1阴阳电极板的电源6，废水先在絮凝槽1中电解；静置一段时间，然后打开出水口A11处的阀门，在重力作用下，絮凝槽1内经过电絮凝的废水流入缓冲槽2中，全部流入后，关闭出水口A11处的阀门；废水在缓冲槽2停留一段时间后，开启离心泵3，在离心泵3的作用下废水进入三维电解催化槽4中；接通三维电解催化槽4的阴阳极电源和搅拌器驱动装置5的电源，对三维电极催化槽内的废水进行三维电极电催化反应；最后开启出水口B18处的阀门，将处理后合格的水体输送净水槽7中暂存，关闭出水口B18的阀门。

以上所述为本实用新型的最佳实施例，并非对本实用新型作任何形式上的限制，凡是依据本实用新型的技术实质对以上实例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍落入本实用新型的保护范围内。

Claims

1.一种气田高浓度有机废水电化学耦合处理回用装置，其特征在于，包括絮凝槽、缓冲槽、三维电解催化槽、净水槽和附属结构，所述絮凝槽与废水供应管道连通；所述絮凝槽、缓冲槽、三维电解催化槽、净水槽通过管路依次连通；所述附属结构包括电源，电源分别与絮凝槽和三维电解催化槽相连。

2.如权利要求1所述的气田高浓度有机废水电化学耦合处理回用装置，其特征在于，所述三维电解催化槽包括催化槽本体、两块粒子电极分隔板、阳极板B和阴极板B，所述催化槽本体内部中空；两块粒子电极分隔板安装于催化槽本体的内部，将催化槽本体内部分隔为位于粒子电极填充区域，以及两个极板安装区域；粒子电极填充区域填充有活性炭，粒子电极分隔板上开设有连通极板安装区域的过流孔，过流孔的孔径小于活性炭的粒径；所述极板安装区域设有与缓冲槽连通的入水口B和与净化槽连通的出水口B；所述阳极板B和阴极板B分别设于两个极板安装区域内，且阳极板B和阴极板B的下端面均与催化槽本体的底部留有间隙；所述阳极板B与电源的阳极电连接；所述阴极板B与电源的阴极电连接。

3.如权利要求2所述的气田高浓度有机废水电化学耦合处理回用装置，其特征在于，所述絮凝槽包括絮凝槽本体，以及安装于絮凝槽本体内部的阳极板A和阴极板A，所述絮凝槽本体内部中空，絮凝槽本体分别设有与废水供应管道连通的入水口A和与缓冲槽连通的出水口A；所述阳极板A和阴极板A正对布置；阳极板A和阴极板A的下端面均与絮凝槽本体的底面留有间隙，废水可在整个絮凝槽本体内部流通；所述阳极板A与电源的正极电连接，阴极板A与电源的负极电连接。

4.如权利要求2所述的气田高浓度有机废水电化学耦合处理回用装置，其特征在于，所述阳极板B采用表面有铑铱涂层的钛合金制成，阴极板B采用石墨材料制成。

5.如权利要求2所述的气田高浓度有机废水电化学耦合处理回用装置，其特征在于，所述活性炭为混合基生物质活性炭。

6.如权利要求3所述的气田高浓度有机废水电化学耦合处理回用装置，其特征在于，所述附属结构还包括搅拌器驱动装置和搅拌磁子，所述三维电解催化槽设于搅拌器驱动装置上；所述三维电解催化槽的中间区域内设有与搅拌器驱动装置相适配的搅拌磁子，搅拌器驱动装置的外部电磁场驱动搅拌磁子搅拌电解时的废水和粒子电极。

7.如权利要求3所述的气田高浓度有机废水电化学耦合处理回用装置，其特征在于，各极板及粒子电极分隔板均分别通过插槽结构安装在絮凝槽本体或催化槽本体内；所述插槽结构包括两块插板，插板内侧开设有与极板或粒子电极分隔板侧边沿相适配的插槽。

8.如权利要求3所述的气田高浓度有机废水电化学耦合处理回用装置，其特征在于，在各极板的顶部增设提拉环。

9.如权利要求3所述的气田高浓度有机废水电化学耦合处理回用装置，其特征在于，所述絮凝槽和三维电解催化槽的底部各增设有排污口。

10.如权利要求9所述的气田高浓度有机废水电化学耦合处理回用装置，其特征在于，缓冲槽和净化槽直接固定于平台上，絮凝槽设于平台的座体上，三维电解催化槽设于搅拌器驱动装置上；絮凝槽的底部高于缓冲槽和净化槽的顶部；三维电解催化槽的底部高于缓冲槽及净化槽的顶部；三维电解催化槽与缓冲槽之间的连通管路上增设有离心泵。