CN102642896B - 一种用于污废水处理的电化学处理设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于污废水处理的电化学处理设备，其结构包括反应槽和电化学反应模块，所述电化学反应模块与反应槽是分体的；该电化学反应模块包括支撑结构和布置于支撑结构内的极板；所述极板由惰性极板和可溶性极板组成，惰性极板与电源连接。采用此结构的电化学处理设备，能缩短配套设备的极板更换时间，延缓极板损耗，提高设备处理效率，提高设备的稳定性，降低设备运行成本。

Description

一种用于污废水处理的电化学处理设备

技术领域

本发明属于资源环境技术领域，具体涉及一种用于污废水处理的电化学处理设备。

背景技术

目前电化学处理设备普遍是通过在反应槽内直接设置电极板，在反应槽安装布水***与出水***控制废水流经极板间隙而完成电化学处理过程。目前所用的极板材料一般都是单一性的，反应槽内直接设置有插槽，用于极板的安装。

但是这类电化学处理设备在工程应用中存在一系列的问题，限制了其工程应用。主要表现为：

首先，目前电化学处理设备的极板安装、更换及维修过程繁琐；由于极板直接安装于反应槽中，每一块极板都需要重新安装，单次更换极板时间长（一般更换一次约需要半天时间）、劳动强度大；极板的更换需要在反应槽中直接操作，更换过程对反应槽具有损坏作用，容易造成设备故障，降低***可靠性。目前由于极板安装方式局限，水力条件较好的设备结构较复杂，而结构简单的设备则水力条件不佳。

其次，设备的极板材料采用单一性极板材料，极板消耗量大，特别是在应对复杂水质的工业废水时，为了保证处理效果只能以更大的极板消耗及能耗为代价，极大的增加了运行成本，同时降低了极板的使用寿命（有资料显示极板使用最短的只有7天，一般的情况下极板能使用15天），这在一定程度上限制了电化学设备的应用。而且，现有电化学处理设备一般利用铜板将可溶性极板与电源连接，铜板与可溶性极板的连接处由于在通电情况下容易生成氧化物，导致连接处的电阻增大，造成较大的无效电能损耗；另外，采用这种极板连接方式难以保证极板消耗均匀，从而导致极板的浪费。

综上所述，目前的电化学设备由于极板消耗快、更换频率高、使用寿命短、单次更换时间长，从而导致了设备的停运时间长、运行成本高、有效利用率低、稳定性随着运行时间的延长而逐渐降低，同时无效电能损耗大。

发明内容

本发明旨在解决上述设备在工程实际应用中存在的问题，提高设备性能和有效利用率、降低运行成本、提供一种结构更优的电化学处理设备。

为了达到上述目的，本发明提供的技术方案为：

所述用于污废水处理的电化学处理设备，其结构包括反应槽和电化学反应模块；所述反应槽设有进水口，配水区，出水口和放空管；所述电化学反应模块与反应槽是分体的；所述电化学反应模块包括支撑结构和布置于支撑结构内的极板；所述支撑结构设有底部开口，出水口，底部开口与反应槽配水区连通，出水口与反应槽出水口连接； 

其中，所述电化学反应模块出水口与反应槽出水口采取简易密封软连接，可自由拆卸；

其中，所述电化学反应模块支撑结构上设有吊装结构；

另外，所述电化学反应模块中的极板由惰性电极板和可溶性电极板组成，惰性电极板与电源连接；所述惰性电极板为石墨极板；所述可溶性电极板由铁极板和铝极板间隔布置而成；其中，根据处理水质的不同，所述可溶性电极板中铁极板与铝极板的数量设置比例在2：8至9：1之间，优选为7：3至9：1之间，更优选为8：2。

以下对本发明作进一步说明（参见图1、图2和图3）：

如图1、图2和图3所示，所述电化学处理设备包括反应槽1和电化学反应模块91、92；反应槽1设有进水口2，配水区3，出水口7和反应槽放空管12；电化学反应模块91、92包括一支撑结构8，支撑结构8内间隔布置有若干块惰性极板41和可溶性极板42，惰性极板41与电源11连接；支撑结构8底部设有开口10，底部开口10与反应槽1的配水区3连通；支撑结构8设有顶部出水口6，顶部出水口6与反应槽出水口7采取简易密封软连接，可自由拆卸；支撑结构8上设有吊装结构5。

所述电化学处理设备工作过程如下：一套电化学处理设备配备两个电化学反应模块91、92，一用91一备92；废水通过反应槽进水口2进入反应槽1，然后经过反应槽配水区3及电化学反应模块底部开口10，进入模块91进行处理，处理水及全部污泥经过模块出水口6及反应槽出水口7到后续泥水分离设备中。当可溶性极板42消耗殆尽需要更换时，可直接将模块91吊出，将备用模块92吊入，以实现模块的快速更换。模块91内可溶性极板42的更换快速简易，只需将消耗殆尽的可溶性极板41重新更换即可作为备用模块以待下一次更换。

与本行业同等的电化学处理设备相比，本发明的有益效果是：

（1）本发明采用独立电化学反应模块（以下简称“模块”），模块内装有惰性极板（石墨极板）与可溶性极板（铁、铝极板），同时对传统反应槽的电化学处理功能进行了分割，并优化传统反应槽进水、布水、调节等功能，解决当前设备极板安装更换繁琐、处理效率不高、电能损耗高等问题。

（2）模块可溶性极板消耗殆尽时，只需将模块直接吊出，换入备用模块，设备即可正常工作。换下来的模块只需更换可溶性极板即可作为备用模块。这种更换方式减少极板更换时间、减轻劳动强度、减少极板更换过程对设备的损坏，提高设备可靠性、安全性及有效利用率。

（3）本发明将极板从传统的反应槽中独立出来形成模块，优化反应槽的布水调节功能，优化极板间待处理污废水的水力学流态，提高处理效率。

（4）本发明采用铁极板、铝极板及石墨极板等多种材料极板混合布置，利用铁极板的沉降效果与铝极板的处理效果，放大多极板的优点，同时能将铁极板与铝极板单独使用的缺点进行最大程度的消减，实现优缺点互补。解决极板消耗快、处理效率不高的问题。

（5）本发明采用铁极板、铝极板及石墨极板等多种材料极板混合布置，针对不同水质的污废水，通过调整铁铝极板的比例达到预期处理效果，扩大设备的处理应用范围。

（6）石墨极板是模块中的辅助极板部分，起连接作用，电源只与石墨极板连接，有效防止连接处形成氧化物及轻易松动，从而保证良好连接，降低电能损耗，保证可溶性极板消耗的均匀性，避免极板浪费。

（7）模块运用于电化学处理设备中，通过电解氧化、还原、絮凝及气浮等多种作用实现对污废水的处理，能缩短配套设备的极板安装更换时间，延缓极板损耗，提高设备处理效率，提高设备稳定性，降低能耗，降低设备运行成本。

附图说明

图1为本发明电化学处理设备的电化学反应模块中混合极板布置及连接方式示意图；

图2为本发明电化学处理设备的电化学反应模块结构示意图；

图3为本发明的电化学处理设备的结构示意图。

图中：1、反应槽；2、进水管；3、配水区；41、惰性极板（石墨极板）；42、可溶性极板（铁、铝极板）；5、吊装结构；6、模块顶部出水口；7、反应槽出水口；8、模块支撑结构；91、电化学反应模块；92、电化学反应模块（备用）；10、模块底部开口；11、电源；12、反应槽放空管。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。

实施例1：

如图1、图2和图3所示，电化学处理设备包括反应槽1和电化学反应模块91、92；反应槽1设有进水口2，配水区3，出水口7和反应槽放空管12；电化学反应模块91、92包括一立方体的支撑结构8，支撑结构8内间隔布置有若干块惰性极板41和可溶性极板42（根据处理水质的不同，可溶性电极板42中铁极板与铝极板的设置比例在2：8~9：1之间），惰性极板41与电源11连接；支撑结构8底部设有开口10，底部开口10与反应槽1的配水区3连通；支撑结构8设有顶部出水口6，顶部出水口6与反应槽出水口7采取简易密封软连接，可自由拆卸；支撑结构8上设有吊装结构5。

实施例2

采用模拟实验废水进行研究，就混合极板与单一性极板的处理效果，极板消耗进行了研究。

模拟实验废水主要重金属因子为Cu 、Zn及六价铬，配制的原水浓度见表1。

表1 模拟实验废水水质    （单位：mg/L）

 

通过本发明对模拟废水进行处理，主要研究了混合极板与单一极板两种工况下的极板消耗情况及处理效果。电化学处理设备的基本参数如下：极板间距3cm，电压及电流随着工况的不同而变化；处理过程如下：首先调节模拟废水pH值及电导率进行预处理，然后采用本发明对废水进行处理，对原水及处理出水采用原子吸收仪进行检测分析（六价铬采用分光光度法），处理出水（包括絮体）中铁铝含量的测定采用原子吸收仪进行检测分析。通过调节电流密度，可以实现不同的极板消耗及处理效果。在不同的极板比例条件下，采用相同的电流密度，以研究极板比例对处理效果的影响，数据见表2；通过调节电流密度以使不同极板材料比例的条件下得到相近的处理效果，以研究不同极板比例下电流密度的变化情况，从而间接体现极板的消耗量，相关数据见表3。                                      

表2 相同的电流条件下的不同铁铝极板比的处理效果

电流密度稳定在141.3A/m²的条件下：                          （单位：mg/L）

由此可见，在相同的电流密度条件下，采用铁铝极板比例在7:3-9:1之间时，处理效果较其他范围好，采用铁铝极板为8：2时的处理效果相对更佳。

表3 相近的处理效果下不同铁铝极板比下的电流密度

其中以物质的量计量的极板消耗量下，铁铝混合极板的消耗量为铁铝极板的累加。

由此可见，在相同进水条件，出水水质相近的情况下，相对于单一铁、铝极板，采用铁铝混合极板需要电流密度相对要小，极板消耗量也较小，从而降低能耗，减少了极板的消耗量。

实施例3  本发明的电化学处理设备对污水处理的效果实验

以有色冶炼某铅锌冶炼废水为处理对象：

该废水主要污染成份为Pb、Cd、Zn、As，重金属污染物浓度高，酸度高。通过本发明对该废水进行处理。电化学装置的基本参数如下：恒定电流密度144.6A/m²，极板间距3cm，连续稳定运行30天（期间未更换极板）；在此参数下处理过程如下：首先调节废水pH值到7左右进行预处理，然后采用本发明对废水进行处理，对原水及处理出水采用原子吸收仪进行检测分析，检测数据见表4。

表4 实验原水及处理出水水质（单位：mg/L）

由此可见处理出水水质完全能达到了最新的铅锌工业废水排放标准（GB25466-2010）。

Claims (4)

1.一种用于污废水处理的电化学处理设备，其结构包括反应槽和电化学反应模块；所述反应槽设有进水口，配水区，出水口和放空管；其特征在于：所述电化学反应模块与反应槽是分体的；所述电化学反应模块包括支撑结构和布置于支撑结构内的极板；所述支撑结构设有底部开口，顶部出水口；底部开口与反应槽配水区连通，顶部出水口与反应槽出水口连接; 

所述极板由惰性极板和可溶性极板组成，惰性极板与电源连接; 

所述惰性极板为石墨极板；所述可溶性极板由铁极板和铝极板间隔布置而成;

所述铁极板与铝极板的数量设置比例为7：3至9：1。

2.如权利要求1所述的电化学处理设备，其特征在于：所述电化学反应模块顶部出水口与反应槽出水口采取简易密封软连接。

3. 如权利要求1所述的电化学处理设备，其特征在于：所述电化学反应模块支撑结构上设有吊装结构。

4. 如权利要求1所述的电化学处理设备，其特征在于，所述铁极板与铝极板的数量设置比例为8：2。

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