CN102010037A

CN102010037A - 一种标准化电絮凝设备设计方案

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Publication number: CN102010037A
Application number: CN2009101872887A
Authority: CN
Inventors: 王惠丰; 吴程阁; 张红军; 邢颖
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2009-09-08
Filing date: 2009-09-08
Publication date: 2011-04-13

Abstract

本发明涉及一种标准化电絮凝设备设计方案。其核心思想是将电解与混凝气浮过程分别在两个单元过程中加以实现，各自依据自身原理进行设计。标准化电絮凝设备由流量调节装置、电解反应器、分离装置、供电电源和控制***构成。电解反应器极板水平放置、复极式连接，与电极固定架结合形成导流***；分离装置选择竖流式气浮池，中心进水、周边出水，配备中心导流筒、刮渣刮泥装置和排渣排泥装置等；供电电源采用可控硅集成电路直流稳压电源，具有自动定时倒极功能。本设计方案具有结构合理、过程效率高、能耗低于传统设备75％～90％、强化混凝气浮过程、减少堵塞、出水水质好、防止电极钝化、安全性高等优点。

Description

一种标准化电絮凝设备设计方案

技术领域

本发明涉及一种废水处理装置，特别是指一种标准化电絮凝设备的设计方案。

背景技术

电凝聚是利用可溶性金属阳极在电解过程中产生的金属氢氧化物絮凝去除水中污染物质的水处理工艺。现实中，阳极材料通常采用铝、铁等易得而价廉的金属，以铁为例，其基本反应过程如下：

阳极反应：Fe+2e→Fe²⁺

阴极反应：2H₂O+2e→H₂↑+2OH^-

水解反应：Fe²⁺+2OH^-→Fe(OH)₂↓

电解生成的氢氧化亚铁沉淀具有良好的絮凝、吸附性能，能有效地从废水中去除污染物质。同时电解时阴极析出的氢气能形成大量微小的气泡，具有良好的气浮分离效果，因此电凝聚通常也称作电凝聚-气浮工艺。另外，电解过程中阳极表面会发生电氧化反应，而电解产生的亚铁离子和阴极析出的新生态氢具有较强还原性，因此电凝聚工艺还具有氧化还原功能。

电凝聚工艺能有效去除水中胶体和悬浮类污染物质，并对乳化油、大分子有机物、微生物、重金属离子、氟离子、浊度和部分有色类物质具有良好的去除效果，因此能广泛地应用于各类废水治理和给水处理工程。和传统化学混凝相比，电凝聚工艺具有分离效果好、泥渣含水率低、占地面积小、易于实现自动控制等优点，具有广阔的应用前景。

早在上世纪初，国外就有报道采用专利电凝聚技术处理含油废水。经过百余年的发展，电凝聚工艺业已被广泛地用于各种废水处理和给水净化工程。在研究和应用过程中，电凝聚工艺获得了很大改进，并取得了大量发明专利。这些专利技术对电凝聚工艺处理效果和能量效率的提高、应用范围的拓展做出了改进，推动了电凝聚工艺的发展。到目前为止，国际上已有部分公司专业生产电凝聚设备，这些设备虽然具有较高的处理效率，但设备造价昂贵，且缺乏统一标准和结构形式，不具有可比性，造成安装、运行维护和管理的困难。

国内早在上世纪六七十年代就开始研究电絮凝工艺。近二十年以来，国内科研单位和工业企业对电絮凝工艺进行了大量研究。这些研究涵盖了电镀、含油、印染、化工、造纸等大部分难处理的行业废水，但这些研究还仅限于实验室规模，应用于工程实际的还很少。即使部分产品已经应用到实际工程中去，也存在着结构设计不合理、运行能耗高、维护管理难度大的缺点。

目前，电絮凝技术其所面临的主要问题是电絮凝反应器设计方案不成熟，难以实现设备标准化，这导致了如下问题：

(1)电解过程能耗高，造成处理费用过高；

(2)缺乏统一的结构形式，增加了加工制造、安装、日常维护和运行管理，特别是电极连接和更换的难度；

(3)电极易发生钝化，造成处理效率下降；

(4)电源装机功率受到废水种类和处理规模限制，应用范围有限。

发明内容

本发明针对电絮凝技术所面临的设备设计方案不成熟、设备难以标准化的问题进行了改进，发明了标准化电絮凝设备设计方案，具体内容如下：

(1)依据电絮凝工艺基本原理及操作过程，采用易于实现设备标准化的设备设计方案。将电絮凝工艺的电解和絮凝气浮过程分别在两个设备中分别加以实现，以简化设备结构设计难度，提高单元过程效率。实现电解功能的设备称为电解反应器，实现絮凝气浮分离过程的称为分离装置。

(2)电解反应器设计依据电化学反应基本原理与过程，摒弃停留时间等虚假概念，以电流效能为核心参数进行工艺设计；同时遵循合理减小电极间距，以降低能耗、强化传质的原则，进行结构设计；另外，结构设计还要全面考虑，以简化接电、安装和运行维护难度。

(3)分离装置设计应依据絮凝气浮过程的反应过程、停留时间分布特点进行设计，合理选取絮凝反应时间、气浮停留时间、溢流堰负荷等工艺参数，并对池体构形和结构进行分析，选取分离效率高、分离效果好的分离装置类型。

(4)为了实现电解反应器和分离装置之间的理想配合，还应对两者之间的连接进行设计。根据电絮凝过程分析可知，两者直接连接管道应符合混凝气浮反应基本要求。

依据上述方案进行设计的标准化电絮凝设备通常由流量调节装置、电解反应器、分离装置、供电电源和控制***构成。其中流量调节装置用以计量和调节进入电絮凝装置的废水流量；电解反应器由一组金属电极板组成，在通电的情况下电解生成金属氢氧化物絮体和氢气，从而产生絮凝气浮作用；分离装置则为废水中污染物通过絮凝气浮作用进行分离提供了场所，其本质是一个气浮沉淀池，含有撇渣和刮泥装置，以实现渣(泥)水分离；供电电源是电解反应的供电装置，为电絮凝过程提供直流电流，以完成电解反应；控制装置的主要功能是实现整套电絮凝装置协调、稳定、自动运行。

标准化电絮凝设备的主体方案如下：

(1)电解反应器由电极、接电装置、电极固定架和壳体组成。

电极为一组平行放置的铁板，接电方式采用复极式连接(串联式)，即采用两端电极板接电(正极或负极)，中间极板采用感应生电方式。铁电极具有较高电流密度和不易钝化等优点，而复极式连接方式则不仅具有能有效减小电极间距、降低电解反应器的槽电压，从而降低能耗，而且具有接电装置简单、电流分布均匀、极板拆装方便等优点，还可以通过不断变换极性促进电极表面更新，防止电极钝化。

与传统箱式电解反应器不同，标准化电絮凝装置的电极板采用水平布置，与电极固定架结合，实现导流功能，使废水自电解反应器底部以反复折流的形式流经电解反应器，从电解反应器顶部流出。这种布置方式不仅可以有效提高电解反应器中的水流速度，增强水力冲刷、减少电极钝化，而且可极大提高水流湍动和水力搅拌，强化混凝反应和气泡与絮体粘结，增加混凝气浮效果。同时，水流由底部进入顶部流出，不会造成气泡淤积和堵塞。

由于采用复极式连接，电极连接装置较为简单，在电解反应器壳体内部采用上下两个形式与电极固定架形状相似的铁垫片(块)与上下两块极板接合。在电解反应器外部采用密闭式接电柱，接电柱穿过反应器壳体，底部通过电缆与垫片(块)相连接。

电极固定架为特殊加工的PVC、PPR或橡胶垫片(块)，其功能有二：一是支撑电极，以保持合适的电极间距，二是密封导流，以达到反应器的水力学特征。

电解反应器壳体为PVC或PPR焊接而成的箱体，底部布有进水管，顶部为可拆卸密封盖，盖上布有出水管接头。箱体厚度应进行机械强度设计，保证承载力，密封盖采用柔性橡胶条密封，保证气密性，通过螺栓与箱体铆接。

(2)分离装置由气浮池、布水***、刮渣刮泥装置、排渣装置和排泥装置组成。

本分离装置采用圆形竖流式气浮池，中心进水，周边出水，具有流态稳定、均匀，出水堰负荷低、出水效果好等优点。布水***采用中心导流筒穿孔管布水，水头阻力损失较小，布水均匀。

刮渣刮泥装置采用周边传动、一体式同步刮渣刮泥机，即将刮渣机和刮泥机集成到一套设备中，利用同一电机带动实现刮渣刮泥同步进行，该设备具有结构简单、易于维护管理等优点。

排渣装置采用无轴式不锈钢螺旋输送机，能完全实现顺利排渣。

排泥装置采用排污泵，在气浮池底部设置集泥斗和排泥管，通过排泥泵定期排泥。

(3)供电电源采用大规模可控硅集成电路直流稳压电源，为电解反应器提供直流电解电流。该电源具有使用寿命长、输出精度高、运行稳定、操作简便等优点。为了防止电极钝化，电源采用自动定时切换正负极输出设置，同时配备手动和自动控制两种端口，以便于适应不同控制要求。

电源输入采用传统两相民用电或三相动力电，输出为稳压直流电，输出电流不高，可采用绝缘电缆与电解反应器连接，安全性更高。

根据上述介绍可知，标准化电絮凝设备具有如下特点与优势：

第一、采用分体式设计，将电解与分离过程分别置于两个独立的装置中进行，使设备结构合理化，从而提高了处理过程效率。

第二、电解反应器中极板采用复极式连接，可有效减小极板间距，降低槽电压和能耗，吨水能耗比传统电絮凝装置降低75％～90％，同时简化了接电装置和极板更换操作。

第三、电解反应器中极板水平布置，与电极固定架结合，形成导流式电解反应器，大幅提高水流速度和水流湍动度，强化水力冲刷和搅拌，防止电极极化和钝化发生，增加了絮体与气泡接触机会，从而强化了絮凝气浮效果。

第四、水流总体方向为自下向上，减少气泡拥堵和堵塞。

第五、分离装置采用圆形竖流式气浮池，中心进水，周边出水，流态稳定、均匀，出水堰负荷低、出水水质好。

第六、采用周边传动、一体式同步刮渣刮泥机，刮渣刮泥同步进行，设备具有结构简单、易于维护管理。

第七、采用无轴式不锈钢螺旋输送机，能完全适应含油废渣的高粘度、易粘结等特点，实现顺利排渣。

第八、采用大规模可控硅集成电路直流稳压电源，使用寿命长、输出精度高、运行稳定、操作简便，采用自动定时切换正负极输出设置，防止电极钝化。

第九、电流不高，可采用绝缘电缆与电解反应器连接，电解反应器采用密封接电柱连接，无裸露电气部件，安全性更高。

附图说明

图1标准化电絮凝设备的构成图

图中：1-流量调节装置；2-电解反应器；3-分离装置；4-供电电源；5-控制***

图2电解反应器结构示意图

图中：6-进水管；7-极板；8-接电垫片；9-电极固定架及导流板；10-壳体和密封盖；11-出水管

图3分离装置结构示意图

图中：12-进水管；13-水流方向；14-导流筒；15-挡板；16-电机；17-刮渣机；18-传动轴；19-刮泥机；20-螺旋输送机；21-溢流堰；22-排渣管；23-储泥斗；24-排泥管；25-排水管

具体实施方式

现结合附图对本实用新型的结构和原理做进一步说明。

图1是标准化电絮凝设备的构成图。由图可知，标准化电絮凝设备通常由流量调节装置(1)、电解反应器(2)、分离装置(3)、供电电源(4)和控制***(5)构成。其中流量调节装置用以计量和调节进入电絮凝装置的废水流量；电解反应器由一组金属电极板组成，在通电的情况下电解生成金属氢氧化物絮体和氢气，从而产生絮凝气浮作用；分离装置则为废水中污染物通过絮凝气浮作用进行分离提供了场所，其本质是一个气浮沉淀池，含有撇渣和刮泥装置，以实现渣(泥)水分离；供电电源是电解反应的供电装置，为电絮凝过程提供直流电流，以完成电解反应；控制装置的主要功能是实现整套电絮凝装置协调、稳定、自动运行。

图2是电解反应器结构示意图。由图可知，电解反应器由极板(7)、接电垫片(8)、电极固定架(9)和壳体(10)组成。电极为一组平行放置的铁板，接电方式采用复极式连接(串联式)，即采用两端电极板接电(正极或负极)，中间极板采用感应生电方式。铁电极具有较高电流密度和不易钝化等优点，而复极式连接方式则不仅具有能有效减小电极间距、降低电解反应器的槽电压，从而降低能耗，而且具有接电装置简单、电流分布均匀、极板拆装方便等优点，还可以通过不断变换极性促进电极表面更新，防止电极钝化。

与传统箱式电解反应器不同，标准化电絮凝装置的电极板(7)采用水平布置，与电极固定架(9)结合，实现导流功能，使废水自电解反应器底部(6)以反复折流的形式(12)流经电解反应器，从电解反应器顶部(11)流出。这种布置方式不仅可以有效提高电解反应器中的水流速度，增强水力冲刷、减少电极钝化，而且可极大提高水流湍动和水力搅拌，强化混凝反应和气泡与絮体粘结，增加混凝气浮效果。同时，水流由底部进入顶部流出，不会造成气泡淤积和堵塞。

由于采用复极式连接，电极连接装置较为简单，在电解反应器壳体内部采用上下两个形式与电极固定架形状相似的铁垫片(块)与上下两块极板接合。在电解反应器外部采用密闭式接电柱，接电柱穿过反应器壳体，底部通过电缆与垫片(块)相连接。电极固定架为特殊加工的PVC、PPR或橡胶垫片(块)，其功能有二：一是支撑电极，以保持合适的电极间距，二是密封导流，以达到反应器的水力学特征。

电解反应器壳体(10)为PVC或PPR焊接而成的箱体，底部布有进水管，顶部为可拆卸密封盖(10)，盖上布有出水管接头。箱体厚度应进行机械强度设计，保证承载力，密封盖采用柔性橡胶条密封，保证气密性，通过螺栓与箱体铆接。

图3是分离装置结构示意图。本分离装置采用圆形竖流式气浮池，中心进水(12)，周边出水(25)，水流(13)呈辐流状态，具有流态稳定、均匀等优点，由于溢流堰(21)长度等于池体周长，单位长度堰负荷较低，具有出水水质良好的优点；堰前设置挡板(15)，以保证出水水质。

布水***采用中心导流筒穿孔管布水(14)，导流筒具有保持流态、实现絮凝反应的作用，导流筒上均匀分布有布水孔，保证布水均匀。

刮渣刮泥装置采用周边传动、一体式同步刮渣刮泥机。将刮渣机(17)和刮泥机(19)集成到一套设备中，利用同一电机(16)带动一根传动轴(18)实现刮渣刮泥同步进行，该设备具有结构简单、易于维护管理等优点。

排渣装置采用无轴式不锈钢螺旋输送机(20)，实现顺利排渣(22)。排泥装置采用排污泵，在气浮池底部设置集泥斗(23)和排泥管(24)，通过排泥泵定期排泥。

本发明所阐述的标准化电絮凝设备设计方案可以指导各种规格的电絮凝设备加工制造，以用于各种行业、各种类型水处理工程，并不限于具体实例。

Claims

1.一种标准化电絮凝设备设计方案，其特征在于：将电絮凝工艺的电解和絮凝气浮过程分别在两个设备中分别加以实现，以简化设备结构设计难度，提高单元过程效率。实现电解功能的设备称为电解反应器，实现絮凝气浮分离过程的称为分离装置。

2.按照权利要求1所叙述的电解反应器，其特征在于：以电流效能为核心参数进行工艺设计；同时遵循合理减小电极间距，以降低能耗、强化传质的原则，进行结构设计；另外，结构设计还要全面考虑，以简化接电、安装和运行维护难度。

3.按照权利要求1所叙述分离装置，其特征在于：设计应依据絮凝气浮过程的反应过程、停留时间分布特点进行设计，合理选取絮凝反应时间、气浮停留时间、溢流堰负荷等工艺参数，并对池体构形和结构进行分析，选取分离效率高、分离效果好的分离装置类型。

4.按照权利要求1所叙述的标准化电絮凝设备设计方案，其特征在于：(1)对电解反应器和分离装置之间的连接进行设计，以符合混凝气浮反应过程基本要求；(2)一套完整的标准化电絮凝设备应包括流量调节装置、电解反应器、分离装置、供电电源和控制***。

5.按照权利要求2所叙述的电解反应器，其特征在于：由电极、接电装置、电极固定架和壳体组成。

6.按照权利要求5所叙述电极，其特征在于：采用水平布置，与电极固定架结合，实现导流功能，使废水自电解反应器底部以反复折流的形式流经电解反应器，从电解反应器顶部流出。这种布置方式可以有效提高电解反应器中的水流速度，增强水力冲刷、减少电极钝化，而且可极大提高水流湍动和水力搅拌，强化混凝反应和气泡与絮体粘结，增加混凝气浮效果，同时防止气泡淤积和堵塞。

7.按照权利要求5所叙述的接电装置，其特征在于：采用复极式连接(串联式)，即采用两端电极板与上下两块铁垫片(块)连接，中间极板采用感应生电方式。这能有效减小电极间距、降低电解反应器的槽电压，从而降低能耗，而且具有接电装置简单、电流分布均匀、极板拆装方便等优点。在电解反应器外部采用密闭式接电柱，接电柱穿过反应器壳体，内部通过电缆与垫片(块)相连接。

8.按照权利要求5所叙述的电极固定架，其特征在于：采用特殊加工的PVC、PPR或橡胶垫片(块)，其功能有二：一是支撑电极，以保持合适的电极间距，二是密封导流，以达到反应器的水力学特征。

9.按照权利要求5所叙述的壳体，其特征在于：采用PVC或PPR焊接而成的箱体，底部布有进水管，顶部为可拆卸密封盖，盖上布有出水管接头。箱体厚度应进行机械强度设计，保证承载力，密封盖采用柔性橡胶条密封，保证气密性，通过螺栓与箱体连接。

10.按照权利要求3所叙述分离装置，其特征在于：由气浮池、布水***、刮渣刮泥装置、排渣装置和排泥装置组成。

11.按照权利要求10所叙述的气浮池，其特征在于：采用圆形竖流式气浮池，中心进水，周边出水，具有流态稳定、均匀，出水堰负荷低、出水效果好等优点。

12.按照权利要求10所叙述的布水***，其特征在于：采用中心导流筒穿孔管布水，具有保持流态、实现絮凝反应的作用，导流筒上均匀分布有布水孔，保证布水均匀。

13.按照权利要求10所叙述的刮渣刮泥装置，其特征在于：采用周边传动、一体式同步刮渣刮泥机，即将刮渣机和刮泥机集成到一套设备中，利用同一电机带动实现刮渣刮泥同步进行，该设备具有结构简单、易于维护管理等优点。

14.按照权利要求10所叙述的排渣装置，其特征在于：采用无轴式不锈钢螺旋输送机，能完全实现顺利排渣。

15.按照权利要求4所叙述的供电电源，其特征在于：采用大规模可控硅集成电路直流稳压电源；采用自动定时切换正负极输出设置，以防止电极钝化；同时配备手动和自动控制两种端口，以便于适应不同控制要求。