CN223534898U - 一种水质深度处理装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种水质深度处理装置，设有反应器和过滤装置，所述反应器的出水接入所述过滤装置的进水口，所述反应器设有用于容纳水的反应器壳体，所述反应器壳体内设有用于电化学反应的电极，其特征在于所述反应器壳体内还设有若干石墨球，反应器壳体设有回流泵，用于反应器壳体内水的回流循环，反应器壳体内的底部设有过滤隔离网，折流板位于过滤隔离网的上方，循环管的进口位于过滤隔离网的下方，过滤装置内设有过滤层。本实用新型有利于提高电催化反应器的反应能力，降低反应器制备成本和运行费用，获得高净化程度的出水。

Description

一种水质深度处理装置

技术领域

本实用新型涉及一种水质深度处理装置。

背景技术

电化学（电催化）污水处理是在外加电场下，通过调控电子定向转移，使水中污染物发生特定的物理、化学反应，从而被去除水中的污染物或杂质，其中的物理过程主要包括吸附、絮凝和膜分离等，而化学过程则包括直接电解和间接电解，直接电解是指污染物在电极上直接被氧化或还原，间接电解则是利用电化学反应产生的强氧化或还原性中间物质实现污染物的降解或转化，其具体应用包括：‌电化学氧化还原‌：利用电解池中的电极在不同电位下发生氧化和还原反应，阳极发生氧化反应，阴极发生还原反应，通常还原成水或其他较为稳定的物质；‌电化学转化和燃烧‌：直接电氧化将污水中的污染物直接转化为无害物质，而电化学燃烧则将污染物转化为二氧化碳和水；‌电化学资源化技术‌：利用电解质反应从废水中提取有价值的物质，如氯化物、硫化物等，从而获得经济价值并节约资源。‌电化学污水处理的优势‌在于它不会对环境造成二次污染，因此被称为清洁工艺，相比传统的物理、生物和化学处理方法，电化学处理法更加高效且环保。例如，可以用于污水处理系统的末端，通过电化学反应将废水中的磷元素还原为固态物质沉淀，达到深度除磷的目的，通过电化学电解水过程中产生的羟基氧化水中污染物为无机物，进一步降低COD，也可以用于污水处理系统的前端进行预处理，利用电化学的电氧化还原能力降解水中难降解的有机物，把有机物变为小分子物质，便于后序的生化系统吃掉吸收，同时电氧化过程中阳极析出铁元素，铁元素不仅有助于促进anammox菌和铁还原菌的富集，提高功能基因丰度和相关酶活性，还可以通过影响污泥浓度、血红素C含量、胞外聚合物含量和颗粒化程度，改善污泥性能和提高厌氧氨氧化系统的稳定性。现有电化学处理设备主要是在罐/池内设置若干相互平行的电极板，交替连接于电源的正极和负极，以在正负电极板之间形成电场。例如，中国专利文献CN115650393A公开了一种电化学除磷设备及其除磷方法,包括除磷单元，除磷单元包括除磷槽和排水槽，除磷槽上端与排水槽上端连通，且除磷槽内还安装有支撑框架，支撑框架上安装有多个间隔排布的电极板，通过采用电极板除磷，使污水在除磷处理过程中不需要投加任何药剂(物理药剂、化学药剂)。中国专利文献CN111018201A公开了一种电化学除磷装置及除磷方法，其电化学除磷装置依次设置反应区和电解区，反应区包括两级混凝反应槽，其通过折流板隔开；电解区包括容纳槽、布水区、接电电极板和感应电极板，容纳槽上部设置溢流槽。由于电极板对覆盖的区域有限，在电极板对之外的区域难以发生电化学反应，影响反应能力和净化程度，而要扩大反应区域，则需要设置较多的电极板，导致成本和运行费用的大幅度增加。

实用新型内容

为克服现有技术的上述缺陷，本实用新型提供了一种水质深度处理装置，以降低反应器的装置成本，提高反应器的反应能力。

本实用新型的技术方案是：一种水质深度处理装置，设有反应器和过滤装置，所述反应器的出水接入所述过滤装置的进水口，所述反应器设有用于容纳水的反应器壳体，所述反应器壳体内设有用于电化学反应的电极，所述反应器壳体内还设有若干石墨球。

进一步地，所述石墨球为可悬浮石墨球。

优选地，所述石墨球为中空石墨球。通过中空设计能够降低石墨球的重量，以实现在水中的悬浮。

优选地，所述反应器壳体为罐体，采用玻璃钢制成。

优选地，所述电极采用由正负电极板组成的电催化反应模块，同一电催化反应模块中的正、负电极板各一个，面积相等，相互平行。

优选地，同一电催化反应模块中的正负电极可以通过极板固定板和垫板固定连接为一体，所述极板固定板上设有用于吊挂的两个吊挂板条，通过吊挂板条将电催化反应模块吊挂在反应器壳体内的支架上。

优选地，所述反应器壳体内设置有用于感应水位高度或者感应水位到位的水位传感器，以便进行相应的控制操作。

优选地，所述反应器壳体设有回流泵，用于反应器壳体内水的回流循环，且通过回流循环实现反应器壳体内水的混合和搅动。

优选地，所述反应器壳体设有进水管和循环管，所述反应器壳体的下部设有回转折流板，所述进水管从反应器壳体的顶部竖向伸入反应器壳体，延伸至回转折流板的上方，其出口与回转折流板之间的距离应保证出水能够有效地受到回转折流板的引导而向上向外折流，所述循环泵串接在循环管上，所述循环管的进口位于回转折流板的下方，所述循环管的出口接入进水管。

优选地，所述反应器壳体内的底部设有过滤隔离网，隔离水中的石墨球，所述折流板位于过滤隔离网的上方，所述循环管的进口位于过滤隔离网的下方。

这种水质深度处理装置的反应器可以采用下列方式工作：采用间歇式工作方式，将待处理水引入反应器壳体内，到达设定高度后停止进水，接通电极电源，实施水力搅动，使反应器壳体内石墨球随水流移动，在与电极的碰撞过程中从电极上获得电荷，进而通过石墨球荷电在整个反应区域形成相应的电场，达到设定的处理时间或处理效果后终止处理，将处理后的水引出，完成一次处理循环。

本实用新型的有益效果是：由于反应器内设置了能够荷电的且能够悬浮的石墨球，石墨球与电极板撞击获得电荷，由于石墨球遍布在反应器壳体内的水中，由此在反应器壳体内的全部反应区域都能够形成一定强度的电场（相对于正负电极板之间的电场而言为弱电场），这种弱电场与电极板之间的强电场协同，参与/强化了全部反应区域的电催化/电化学反应，且有助于实现各部位反应的均衡化；同时，由于有了全部区域的弱电场协同，电极板之间的强电场也无需过强，以避免在局部区域造成过量反应，因此无需过大电源，也有利于减少电极材料的消耗和电量消耗，有助于避免因电极金属离子过多析出而造成后序处理设备（例如，过滤装置）的超负荷运转。现场实验显示，相对于不设置石墨球的相同处理设备和运行方式而言，设置石墨球后能够明显改善反应效果，缩短反应时间，且允许采用较小的极板电流；由于反应器处理后的出水经过过滤装置过滤，滤除其中的颗粒物等杂质，由此能够获得很高的净化程度。

附图说明

图1是本实用新型的构造及工作原理示意图；

图2是本实用新型反应器的构造及工作原理的示意图；

图3是本实用新型电催化反应模块的示意图（侧视）；

图4是本实用新型电催化反应模块及其悬挂方式的示意图（主视）。

具体实施方式

参见图1-图4，本实用新型由反应器和过滤器（过滤装置）组成，待处理的水先进入反应器进行电化学/电催化反应，然后送入过滤器进行过滤。其中反应器可以在现有电化学污水处理装置的基础上改进，依据实际需要，反应器壳体10内设置若干组正负电极板，同时，装入适量的石墨球20，石墨球采用中空结构，以便在反应过程中能够悬浮在反应器壳体内流动的水中，石墨球的密度（均布在水中的密度）应保证能够形成有效的石墨球电场（源于石墨球荷电的弱电场），且不因石墨球密度过大而影响水的流动及水处理量，可以依据实验确定优化的石墨球用量。中空结构的石墨球的视密度应与水的密度相同或大致相同，由此至少在有水流的状态下，石墨球能够悬浮在水中随水移动。

石墨球的大小可以在（直径或等效直径）1厘米左右，依据实际需要及石墨球的制备工艺，也可以采用其他大小的石墨球。

石墨球中含有石墨成分，具有荷电能力。依据实际需要，可以全部为石墨成分，也可以为半石墨成分。

设置于反应器壳体内的电催化反应模块30可以为一个或多个，例如，两个，具体可以依据反应器壳体内空间/反应区域的大小及反应要求等设定。

所述反应器壳体可以采用玻璃钢材质，以实现绝缘且成本较低。

所述反应器壳体可以为圆罐/圆槽形，也可以采用其他任意适宜的形状。

可以将配套的正负电极31通过极板固定板32和垫板33固定连接为一体，形成整体的电催化反应模块，以方便安装使用。

所述极板固定板呈板状，设有用于穿设正负电极板的极板安装孔（与电极适形的矩形通孔），正负电极板的中部穿过相应的极板安装孔，与极板固定板固定连接（可采用任意适宜形式的固定件或卡接/限位结构固定）。

所述极板固定板上设有用于吊挂的两个吊挂板条36，通过吊挂板条将电催化反应模块吊挂在反应器壳体内的支架38上。所述吊挂板条可以设置在/连接在极板固定板的两端，所述吊挂板条的顶端设有吊钩（顶部用于悬吊/悬挂的钩形结构）37，以便通过吊钩吊挂在支架上。

可以在支架上设置用于悬挂电催化反应模块的两个相互平行的支承板条（例如，角钢），在支承板条上开设与吊钩配套的挂孔（与吊钩的钩端适形以允许吊钩的钩端插入且避免明显晃动，且挂孔在支承板条上的位置与吊钩的尺寸相适应，当吊钩的钩端插入挂孔时，吊挂板条与支承板条的侧面贴合），装配时将反应模块的两个吊挂板条置于两支承板条之间向下放，使两吊挂板条顶部的吊钩（钩端）恰好插入各自对应的挂孔，由此实现吊挂及定位。采用板条形式，可以使吊挂板条与支承板条平面贴合，保证稳定形。

吊挂板条与极板固定板之间也可以采用吊钩方式连接。例如，在吊挂板条的下端设置下吊钩，下吊钩的钩端朝上，在极板固定板的两端开设与下吊钩配套的固定板挂孔，下吊钩的钩端从固定板挂孔的下端插入固定板挂孔，由此实现吊挂板条对极板固定板的连接/吊挂。

在正负电极板的顶部之间设置同时能够起吊耳作用的垫板33，用于在顶部支撑出正负电极之间应有的间距，所述垫板与正负电极板的顶部固定连接，通过垫板与极板固定板的协同固定作用，能够将正负电极更加牢固地固定成一体。垫板的上部从正负电极板的顶部露出，且设有通孔34，形成吊耳，以便于吊装。

所述反应器壳体内设置有用于感应水位高度或者感应水位到位（达到设定高度）的水位传感器，以便进行相应的控制操作。

所述反应器的进水管11从反应器壳体的顶部竖向伸入反应器壳体，延伸至回转折流板（或称布水器）16的上方，其出口与回转折流板之间的距离应保证出水能够有效地受到回转折流板的引导而向上向外折流，所述循环泵25串接在循环管26上，所述循环管的进口位于回转折流板的下方（可以直接延伸至反应器壳体内的折流板下方，也可以连接在竖向上位于折流板下方的反应器壳体壁上），所述循环管的出口接入进水管。

所述回转折流板呈周边向上翘的回转曲面状，其回转轴线与反应器壳体的轴线重合，位于反应器壳体内的进水管竖向延伸，是竖直的，其轴线亦与反应器壳体的轴线重合，由此使得进水管出口流出的水流受回转折流板的作用，均衡地向四周流动。

所述反应器壳体内的底部（近反应器壳体的底的区域）设有过滤隔离网22，用于隔离水中的石墨球，必要时，也可以隔离其他杂质，网孔的大小可以依据实际需要设置。

所述折流板位于过滤隔离网的上方，所述循环管的进口位于过滤隔离网的下方，由此进入循环管的水中不含石墨球。

可以将反应器的出水管12接入过滤装置40的进水管41，通过该进水管引入过滤装置内。过滤装置内设置石英砂等过滤材料/过滤层42，以滤除水中的杂质。

反应器壳体可以为罐体，过滤装置也可以采用罐状。

可以依据实际需要配所需的管路，设置泵、阀门51及各种所需的检测仪器仪表等，例如，封闭的反应器壳体（例如，罐体）的顶部以及密封的过滤装置的顶部都可以设置安全阀52，反应装置和过滤装置均可以配置气、水的反冲洗管路55及污水排放管路56等。

这种电催化反应器（处理装置）的基本工作方式为：采用间歇式工作方式，将待处理水引入反应器壳体内，到达设定高度后停止进水，接通电极电源，实施水力搅动（或者水力搅拌，当采用循环泵实施水力搅动时，开启循环泵），使反应器壳体内石墨球随水流移动，在与电极的碰撞过程中从电极上获得电荷（荷电），进而通过石墨球荷电在整个反应区域（反应器壳体内有水的区域）形成相应的电场，达到设定的处理时间或处理效果后终止处理（切断电极电源，停止水力搅动），将处理后的水引出，完成一次处理循环。

采用间歇性流动/间隙工作制，一锅一锅地进行反应，单次反应时间为20分钟或其他适宜时间，循环往复。

其中，阴阳极电极所在的区域为主反应区域，罐体（或其他形式的反应器壳体）内装载的石墨球随罐体内水流推流进行旋转流动，石墨球同正负极碰撞，获得/携带一定量的电荷，随水体流动进行释放电荷，主反应区进行电催化同时，其他区域跟随石墨球进行微电解反应，形成一个大的源电池，充斥整个玻璃钢罐区。便于形成稳定的反应器。

这种装置可用于水质深度处理，例如，生化处理后的水的除磷，或针对总磷、悬浮物和化学需氧量等的进一步净化，以可用作污水处理系统中的预处理。

运行方式为：将待处理水通过进水管注入反应仓（反应器壳体内空间），用于感应达到设定液位的液位感应探头（液位传感器）接触到水后输出相应信号，通过控制装置关闭进水，接通电极电源，启动电催化/电化学反应，同时开启循环泵从壳体内的过滤隔离网下方抽取液体，循环液体通过循环管和进水管回流到壳体内的隔离网上方，朝向布水器（折流板），通过布水器的引导向四周的斜上方折流，把反应器内的石墨球吹起，在容器内循环流动，石墨球碰撞电极后接受电极上的电荷，携带电荷且能够将电荷传递到与其接触的其他石墨体上，电荷传到水体中参与水体反应。反应时间到达后出水电动阀启动排放，排空后关闭，进水电动阀开启注水，满后关闭，反应器工作，往复循环。常规反应器反应时间为5-60分钟。

与电极主反应区域的强电流区协同，远离电极区域因石墨带电粒子的存在形成弱电场区域也同样参与电催化反应，并且强电场电极区域因为有石墨电场存在，可以不用一直朝加大电源的方向发展，以避免造成过量反应；同时对电能和电极（牺牲电极）的损耗也是一种节约，减少了电极材料的消耗和电量的消耗，且避免了因金属离子过多析出造成的后端过滤装置等设备的超负荷运转。

运行方式为间歇性运行，可根据水质变化情况，调整每一批次的水的净化时间。

通过循环回流能够利用循环泵的动力增加水体在罐内的流动，增大电极反应接触机会，利用水力进行推动石墨球流动，通过碰撞电极产生电荷迁移，使电催化反应更完全。

可以对反应器内（壳体内）进行自动气洗、水洗，洗涤形成的污水可以排放到下一环节集中处理，例如，排放到沉淀池处理。过滤装置的内部（可称为砂滤仓）也可以依据实际需要进行反冲洗，例如，每天进行气洗反洗，水洗反洗，洗涤污水也可以排到沉淀池。

沉淀池的上清液可以回流到反应器与进水一同进行电催化净化。

本实用新型公开的各优选和可选的技术手段，除特别说明外及一个优选或可选技术手段为另一技术手段的进一步限定时，均可以任意组合，形成若干不同的具体实施方式。

Claims (10)

1.一种水质深度处理装置，设有反应器和过滤装置，所述反应器的出水接入所述过滤装置的进水口，所述反应器设有用于容纳水的反应器壳体，所述反应器壳体内设有用于电化学反应的电极，其特征在于所述反应器壳体内还设有若干石墨球。

2.如权利要求1所述的水质深度处理装置，其特征在于所述石墨球为可悬浮石墨球。

3.如权利要求2所述的水质深度处理装置，其特征在于所述石墨球为中空石墨球。

4.如权利要求1所述的水质深度处理装置，其特征在于所述反应器壳体为罐体，采用玻璃钢制成。

5.如权利要求1-4中任一项所述的水质深度处理装置，其特征在于所述电极采用由正负电极板组成的电催化反应模块，同一电催化反应模块中的正、负电极板各一个，面积相等，相互平行。

6.如权利要求5所述的水质深度处理装置，其特征在于同一电催化反应模块中的正负电极通过极板固定板和垫板固定连接为一体，所述极板固定板上设有用于吊挂的两个吊挂板条，通过吊挂板条将电催化反应模块吊挂在反应器壳体内的支架上。

7.如权利要求1-4中任一项所述的水质深度处理装置，其特征在于所述反应器壳体内设置有用于感应水位高度或者感应水位到位的水位传感器。

8.如权利要求1-4中任一项所述的水质深度处理装置，其特征在于所述反应器壳体设有回流泵，用于反应器壳体内水的回流循环。

9.如权利要求8所述的水质深度处理装置，其特征在于所述反应器壳体设有进水管和循环管，所述反应器壳体的下部设有回转折流板，所述进水管从反应器壳体的顶部竖向伸入反应器壳体，延伸至回转折流板的上方，循环泵串接在循环管上，所述循环管的进口位于回转折流板的下方，所述循环管的出口接入进水管。

10.如权利要求9所述的水质深度处理装置，其特征在于所述反应器壳体内的底部设有过滤隔离网，所述折流板位于过滤隔离网的上方，所述循环管的进口位于过滤隔离网的下方。