CN106904696B - 一种微咸黑臭水体射流曝气电化学氧化修复*** - Google Patents

Abstract

本发明提供一种微咸黑臭水体射流曝气电化学氧化修复***，包括设于微咸黑臭水体内的进水管道，进水管道内设有驱动叶轮，进水管道出口位置设有喷嘴，靠近喷嘴口部位置还设有引气管道；喉管进液口位置与喷嘴口部位置相对，喉管出液口位置设有阳极和阴极，阳极和阴极安装于固定圆筒内，并与直流电源电连接；本发明可以快速氧化微咸黑臭水体内的污染物，消除水体黑臭。

Description

一种微咸黑臭水体射流曝气电化学氧化修复***

技术领域

本发明涉及涉及水环境生态修复技术领域，具体地指一种微咸黑臭水体射流曝气电化学氧化修复***。

背景技术

水体黑臭是由于水体有机污染物浓度过高，导致水体严重缺氧，水体生态环境恶化所致。目前生物修复方法是黑臭水体治理的常用方法，包括曝气增氧、生态浮岛等，利用微生物的新陈代谢降解水体有机物。但是水体重度黑臭时，由于水体的可生化性差，在黑臭水体治理初期，生物修复效率低。

电化学氧化法是指，通过外加电压产生电极反应，在电极表面形成具有强氧化性物质氧化水体污染物，产生的强氧化性物质主要有活性氧化合物(ROS，reactive oxygenspecies)、活性卤化合物(RHS，reactive halogen species)以及其他的一些活性基团，如S₂O₈ ^2-、•SO₄ ^-、•PO₄ ^2-、C₂O₆ ^2-等，具体产生何种强氧化性物质取决于电极和电解质种类。ROS有•OH、O₃、O₂ ^-等，RHS有Cl₂、ClO^-等。这些强氧化性化合物在阳极表面进一步氧化分解有机污染物。电化学氧化过程中，阴极电极表面发生还原反应，溶解氧可被还原为H₂O₂，其速率和水体中溶解氧含量有关。

在电化学氧化过程中，污染物降解效率主要和污染物到电极表面的传质速率及强氧化性化合物的产量相关。电化学氧化法在化工废水、垃圾渗滤液等领域被广泛研究，但是在黑臭水治理领域还没有应用。在沿海城市，城市河道含盐量较高，水体含盐量在0.7%～1.1%之间，水体具有一定的电导率，且水体Cl^-含量较高，这使得电化学氧化技术可以很好地运用于微咸黑臭水体的修复。

发明内容

本发明的目的在于克服上述不足，提供一种微咸黑臭水体射流曝气电化学氧化修复***，以快速氧化微咸黑臭水体内的污染物，消除水体黑臭。

本发明为解决上述技术问题，所采用的技术方案是：一种微咸黑臭水体射流曝气电化学氧化修复***，包括设于微咸黑臭水体内的进水管道，所述进水管道内设有驱动叶轮，所述进水管道出口位置设有喷嘴，靠近喷嘴口部位置还设有引气管道；

喉管进液口位置与喷嘴口部位置相对，喉管出液口位置设有阳极和阴极，所述阳极和阴极安装于固定圆筒内，并与直流电源电连接。

优选地，所述进水管道进口位置设有格栅，所述格栅为半球形。

优选地，所述引气管道通过呈喇叭形的接管与喉管连接，所述接管沿着朝向喉管的方向半径逐渐减小。

优选地，所述喉管通过呈喇叭形的扩散管与固定圆筒外端连接，所述扩散管沿着朝向固定圆筒的方向半径逐渐增加。

优选地，所述阳极和阴极均为网状圆筒形结构。

优选地，所述固定圆筒包括第一圆筒和第二圆筒，所述第一圆筒进口一侧内部设有呈圆环形的第一法兰，所述第一法兰内侧设有呈圆环形的第一凸台，所述第二圆筒进口一侧内部设有呈圆环形的第二法兰，所述第二法兰上朝向第一圆筒的一侧设有呈圆环形的第二凸台；所述第一凸台和第二凸台用于夹设固定阳极和阴极。

优选地，阳极的内侧面一端与第一凸台外圈贴合，另一端与第二凸台外圈贴合；阴极的外侧面一端与第一凸台内圈贴合，另一端与第二凸台内圈贴合。

优选地，所述阳极与阴极之间的间距为两者圆筒形半径之差，范围为1~2cm。

优选地，所述进水管道为圆筒形结构且竖直设置，所述喷嘴为喇叭形结构且水平设置，所述进水管道与喷嘴交汇的位置设置驱动叶轮。

优选地，所述阳极和阴极的电极材料均为钛基底的钌铱复合电极，材质为Ti/IrO₂-RuO₂。

本发明的有益效果：本发明利用射流以及水深造成的压力，可以有效地提高O₂在水体中的饱和溶解度，增加水体溶解氧含量，从而有效提高电化学氧化过程中阴极表面H₂O₂的产量，提高污染物降解效率；网状圆筒形结构的电极拥有较大的比表面积和过水能力，在射流作用下污染物到电极表面传质速率快，加快了处理效率；而阳极表面产生•OH、HClO和ClO^-等强氧化性物质，这些强氧化性物质可以有效地氧化水体有机污染物以及FeS、MnS等硫化物，降低水体COD并消除黑臭。

附图说明

图1 为一种微咸黑臭水体射流曝气电化学氧化修复***的结构示意图；

图2为图1中固定圆筒的第一圆筒结构示意图；

图3为图1中固定圆筒的第二圆筒结构示意图；

图4为固定圆筒内安装阳极和阴极后的结构示意图；

图5为图4中阳极和阴极的立体结构示意图；

图中，进水管道1、格栅1.1、驱动叶轮2、喷嘴3、引气管道4、接管4.1、喉管5、扩散管5.1、阳极6、阴极7、固定圆筒8、第一圆筒8.1、第一法兰8.1.1、第一凸台8.1.2、第二圆筒8.2、第二法兰8.2.1、第二凸台8.2.2、直流电源9。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细描述。

如图1所示，一种微咸黑臭水体射流曝气电化学氧化修复***，包括设于微咸黑臭水体内的进水管道1，所述进水管道1内设有驱动叶轮2，所述进水管道1出口位置设有喷嘴3，靠近喷嘴3口部位置还设有引气管道4；

喉管5进液口位置与喷嘴3口部位置相对，喉管5出液口位置设有阳极6和阴极7，所述阳极6和阴极7安装于固定圆筒8内，并与直流电源9电连接。

优选地，所述进水管道1进口位置设有格栅1.1，所述格栅1.1为半球形。格栅1.1一方面可以过滤掉大粒径悬浮物质，以免因电极间距过小而造成电化学氧化***的堵塞，另外一方面，其半球形的设计使得格栅1.1表面积较大，能够减少溶液流通阻力。

优选地，所述引气管道4通过呈喇叭形的接管4.1与喉管5连接，所述接管4.1沿着朝向喉管5的方向半径逐渐减小。这种设计能够形成高速气体射流，使得空气与溶液快速混合。

优选地，所述喉管5通过呈喇叭形的扩散管5.1与固定圆筒8外端连接，所述扩散管5.1沿着朝向固定圆筒8的方向半径逐渐增加。这种设计，是以防气水混合物射流的流速过大，对电极构成损坏，所以采用扩散管5.1可以适当降低射流流速，以减少其对电极材料的损坏。

优选地，如图5所示，所述阳极6和阴极7均为网状圆筒形结构（图5中的网络形状省略未画出）。在本实施例中，阳极6套设在阴极7外面，具体实施时，也可以两者互换，阴极7套设在阳极6外面；这种网状圆筒形结构的电极拥有较大的比表面积和过水能力，在射流作用下污染物到电极表面传质速率快，加快了处理效率。

优选地，如图2至4所示，所述固定圆筒8包括第一圆筒8.1和第二圆筒8.2，所述第一圆筒8.1进口一侧内部设有呈圆环形的第一法兰8.1.1，所述第一法兰8.1.1内侧设有呈圆环形的第一凸台8.1.2，所述第二圆筒8.2进口一侧内部设有呈圆环形的第二法兰8.2.1，所述第二法兰8.2.1上朝向第一圆筒8.1的一侧设有呈圆环形的第二凸台8.2.2；所述第一凸台8.1.2和第二凸台8.2.2用于夹设固定阳极6和阴极7。这种法兰以及凸台的结构能够很好地夹设固定呈圆筒形结构的阳极6和阴极7，且使得阳极6和阴极7的安装与拆卸方便，当电极失活时，该***更换电极方便。

优选地，如图2至4所示，阳极6的内侧面一端与第一凸台8.1.2外圈贴合，另一端与第二凸台8.2.2外圈贴合；阴极7的外侧面一端与第一凸台8.1.2内圈贴合，另一端与第二凸台8.2.2内圈贴合。在本实施例中，第一凸台8.1.2和第二凸台8.2.2的外径与阳极6的圆筒形结构半径相同，而第一凸台8.1.2和第二凸台8.2.2的内径与阴极7的圆筒形结构半径相同；这样阳极6可以套设在第一凸台8.1.2和第二凸台8.2.2的外圈，而阴极7套设在第一凸台8.1.2和第二凸台8.2.2的内圈，这种安装方式极为简便，稳定可靠。

优选地，如图2至4所示，所述阳极6与阴极7之间的间距为两者圆筒形半径之差，范围为1~2cm。在本实施例中，阳极6与阴极7连接直流电源，恒电流运行后，优选的方案中，电流密度宜为20mA/cm²。

优选地，所述进水管道1为圆筒形结构且竖直设置，所述喷嘴3为喇叭形结构且水平设置，所述进水管道1与喷嘴3交汇的位置设置驱动叶轮2。喷嘴3为喇叭形结构有助于溶液高速喷出。

优选地，所述阳极6和阴极7的电极材料均为钛基底的钌铱复合电极，材质为Ti/IrO₂-RuO₂。这种Ti/IrO₂-RuO₂电极具有生产成本低、稳定性高、使用寿命长的优点，虽然其析氧电位偏低，会发生析氧副反应，但是析氧反应产生的O₂，可以溶解于水体中，进一步增加水体溶解氧浓度。

本实施例工作原理如下：

首先，将本发明的装置设于微咸黑臭水体内，其中进水管道1竖直设置，驱动叶轮2工作时，将微咸黑臭水经过格栅1.1抽入进水管道1，然后通过喷嘴3高速射出，压缩空气从引气管道4进入接管4.1中，并和微咸黑臭水一起进入喉管5中剧烈混合，继而进入到扩散管5.1中，其流速水头转化为压头,高压条件下，O₂在水体中饱和溶解度增大，微细气泡进一步压缩，O₂迅速溶入水中；

高溶解氧浓度的水溶液射流进入到固定圆筒8内的射流通道内，并与阳极6、阴极7接触，在阳极6的电极表面产生会产生活性氧基团，例如•OH，反应式如下：

H₂O→ H⁺ + •OH + e

•OH具有极强的得电子能力，氧化电位2.8V；

在阴极7的电极表面除发生析氢反应外，溶解氧还会发生还原反应，产生H₂O₂，反应式如下：

O₂ + H₂O + H⁺ + 2e→ H₂O₂+ OH^-

H₂O₂的产量和溶解氧的浓度呈正相关，由于气水混合物进入扩散管5.1时,流速水头转化为压头，压力较大，根据亨利定律可知，O₂在水体中的饱和溶解度增加，溶解氧浓度增大，因此阴极7的电极还原产生的H₂O₂量显著增加；

在微咸水条件下，水体中含有一定浓度的氯离子，阳极6的电极表面发生析氯反应，Cl₂和水发生反应，生成HClO和ClO^-；

因此整个电化学反应过程产生了•OH、H₂O₂、HClO和ClO^-等强氧化性基团，它们可以氧化水体有机污染物以及FeS、MnS等硫化物，有效地降低水体COD，提高水体可生化性并消除黑臭。

上述的实施例仅为本发明的优选技术方案，而不应视为对于本发明的限制，本申请中的实施例及实施例中的特征在不冲突的情况下，可以相互任意组合。本发明的保护范围应以权利要求记载的技术方案，包括权利要求记载的技术方案中技术特征的等同替换方案为保护范围。即在此范围内的等同替换改进，也在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种微咸黑臭水体射流曝气电化学氧化修复***，包括设于微咸黑臭水体内的进水管道（1），其特征在于：所述进水管道（1）内设有驱动叶轮（2），所述进水管道（1）出口位置设有喷嘴（3），靠近喷嘴（3）口部位置还设有引气管道（4）；

喉管（5）进液口位置与喷嘴（3）口部位置相对，喉管（5）出液口位置设有阳极（6）和阴极（7），所述阳极（6）和阴极（7）安装于固定圆筒（8）内，并与直流电源（9）电连接；所述喉管（5）通过呈喇叭形的扩散管（5.1）与固定圆筒（8）外端连接，所述扩散管（5.1）沿着朝向固定圆筒（8）的方向半径逐渐增加；

所述引气管道（4）通过呈喇叭形的接管（4.1）与喉管（5）连接，所述接管（4.1）沿着朝向喉管（5）的方向半径逐渐减小；

所述阳极（6）和阴极（7）均为网状圆筒形结构；

所述固定圆筒（8）包括第一圆筒（8.1）和第二圆筒（8.2），所述第一圆筒（8.1）进口一侧内部设有呈圆环形的第一法兰（8.1.1），所述第一法兰（8.1.1）内侧设有呈圆环形的第一凸台（8.1.2），所述第二圆筒（8.2）进口一侧内部设有呈圆环形的第二法兰（8.2.1），所述第二法兰（8.2.1）上朝向第一圆筒（8.1）的一侧设有呈圆环形的第二凸台（8.2.2）；所述第一凸台（8.1.2）和第二凸台（8.2.2）用于夹设固定阳极（6）和阴极（7）；

阳极（6）的内侧面一端与第一凸台（8.1.2）外圈贴合，另一端与第二凸台（8.2.2）外圈贴合；阴极（7）的外侧面一端与第一凸台（8.1.2）内圈贴合，另一端与第二凸台（8.2.2）内圈贴合。

2.根据权利要求1所述的一种微咸黑臭水体射流曝气电化学氧化修复***，其特征在于：所述进水管道（1）进口位置设有格栅（1.1），所述格栅（1.1）为半球形。

3.根据权利要求1所述的一种微咸黑臭水体射流曝气电化学氧化修复***，其特征在于：所述阳极（6）与阴极（7）之间的间距为两者圆筒形半径之差，范围为1~2cm。

4.根据权利要求1或2所述的一种微咸黑臭水体射流曝气电化学氧化修复***，其特征在于：所述进水管道（1）为圆筒形结构且竖直设置，所述喷嘴（3）为喇叭形结构且水平设置，所述进水管道（1）与喷嘴（3）交汇的位置设置驱动叶轮（2）。

5.根据权利要求1或2所述的一种微咸黑臭水体射流曝气电化学氧化修复***，其特征在于：所述阳极（6）和阴极（7）的电极材料均为钛基底的钌铱复合电极，材质为Ti/IrO₂-RuO₂。

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