一種基於電化學原理的廢水處理裝置及方法與流程
2023-10-17 05:09:09
本發明涉及環境工程領域，尤其涉及一種基於電化學原理的廢水處理裝置及方法。
背景技術：
電化學技術因具有多功能性、高度靈活性、無汙染或少汙染性、易控制性，逐步應用於電鍍，化工、製藥、印染和造紙等多種化工廢水及水淨化方面。目前，主要有以下幾種電化學技術與設備：(1)微電解，主要是鐵屑和活性炭在酸性條件下構成無數的原電池，利用微電解反應去除廢水中的汙染物。該技術存在反應速度慢，反應器容易堵塞，鐵屑和酸鹼量投加量大等缺點；(2)電催化氧化，採用具有高電位和催化活性的陽極直接氧化廢水中的汙染物，該技術電極消耗大且電極昂貴，成本較高；(3)電滲析，是在電場中添加選擇性透過膜，將汙染物進行分離，它的缺點是運行過程中容易產生濃度極差化造成設備結垢，降低處理效率同時增加能耗；(4)電絮凝，是在通電條件下，金屬陽極產生陽離子並形成絮凝劑，對汙染物產生絮凝去除，同時電極之間發生氧化還原分解汙染及氣浮作用分離汙染物。電絮凝因具有設備簡單被廣泛應用於廢水處理領域，但是也存在電耗大，極板鈍化的問題，在應用受到一定的限制。
隨著電極材料的開發、反應設備的研製及對傳統電化學工藝的改進，電絮凝設備在能耗和極板鈍化問題有所改善，但是，隨著反應的進行，電極板的消耗，極板間距不能自適應的自動調整，導致極板間距越來越大。反應生成的金屬氧化物(CaO、MgO等)和較強粘附性的物質包裹電極不易去除，導致電化學設備處理效率降低，能耗驟然上升，只能清洗或更換電極，設備維護頻率高。
技術實現要素：
本發明的目的是提供一種基於電化學原理的廢水處理裝置及方法，隨著電化學反應的進行，極板間距自適應自動調節，保持極板間距和處理效果；通過加速極板上離子和氣泡的遷移，同時除去極板上粘附物質，延長設備的使用壽命，降低運行能耗。
為實現上述目的，本發明採用以下技術方案實現：
一種基於電化學原理的廢水處理裝置，包括反應槽、電極A、電極B、電極固定條、電極支撐柱、攪拌槳、轉動軸，反應槽為筒形，反應槽的上下兩端設有法蘭和法蘭蓋，在法蘭蓋的中心位置處安裝有軸承，轉動軸通過軸承安裝在反應槽上下法蘭蓋的中心位置處，電極支撐柱固定在反應槽的下部法蘭蓋上，電極A和電極B交替疊放在電極支撐柱的上端，在電極A和電極B之間放置攪拌槳，電極A和電極B的中心孔大於轉動軸的直徑，攪拌槳的中心孔與轉動軸的外徑相配合，電極A、電極B和攪拌槳沿轉動軸方向可自由滑動，電極固定條的一側固定在反應槽的內壁上，另一側卡在電極A和電極B圓周上的凹槽中。
在所述反應槽的上端設置有出水口，在反應槽的下端設置有進水口和排汙口；在反應槽的上下兩端分別設置有上、下電源接線柱，上、下電源接線柱分別與最上端的電極和最下端的電極連接。
所述電極A上設有一個大中心孔，電極A的圓周上對稱設置有兩個凹槽。
所述電極B上設有一個大中心孔，大中心孔的周邊均勻分布若干個小孔，電極B的圓周上對稱設置有兩個凹槽。
在所述攪拌槳槳葉的端部設置有滑動滾珠，滑動滾珠與上下兩端的電極滾動連接。
一種採用基於電化學原理的廢水處理裝置的廢水處理方法，首先廢水由進水口進入反應槽內，如果電極A設置在最底端，則廢水從電極A的大中心孔向上流動，再通過相鄰電極B的四周小孔向上流出，再由上端的電極A的大中心孔向上流動，如此反覆，使水流形成折流自下而上流動；如果電極B設置在最底端，則廢水從電極B的四周小孔向上流出，再通過相鄰電極A的大中心孔向上流動，再由上端的電極B的四周小孔向上流出，如此反覆，水流仍然可以形成折流自下而上流動；
廢水充滿反應槽後，通過上下電源接線柱連接220V或380V、50Hz的雙向脈衝電源，輸出電流密度為1A/m2-100A/m2，輸出頻率為100Hz-5000Hz，佔空比10％-90％；同時轉動轉動軸帶動攪拌槳旋轉，轉速為10r/min-100r/min；
廢水在反應槽中的停留時間為5min-60min，最後經過處理後的廢水和生成的絮凝物經出水口排出。
與現有的技術相比，本發明的有益效果是：
一種基於電化學原理的廢水處理裝置及方法，極板間距自適應調節，保持極板間距保持不變，設備處於最佳的處理狀態，同時採用雙向脈衝電源，防止電極鈍化，正、負電極均勻損耗，延長設備壽命，降低設備能耗。極板間攪拌槳的轉動提高水的湍流加速極板上離子和氣泡的遷移，同時刮除極板上粘附物質，保持極板不被汙染。是一種低能耗、高效率的高濃度難降解廢水處理裝置。
附圖說明
圖1是本發明一種基於電化學原理的廢水處理裝置的結構示意圖；
圖2是電極A的俯視圖；
圖3是電極B的俯視圖；
圖4是攪拌槳的俯視圖。
圖中：1-進水口、2-反應槽、3-電極固定條、4-法蘭蓋、5-法蘭、6-電極支撐柱、7-排汙口、8-下電源接線柱、9-電極A、9-1大中心孔、10-電極B、10-1小孔、10-2大中心孔、11-攪拌槳、11-1中心孔、12-滑動滾珠、13-出水口、14-軸承、15-轉動軸、16-上電源接線柱。
具體實施方式
下面結合附圖對本發明的實施方式進一步說明：
如圖1-圖4所示，一種基於電化學原理的廢水處理裝置，包括反應槽2、電極A9、電極B10、電極固定條3、電極支撐柱6、攪拌槳11、轉動軸15，反應槽2為筒形，反應槽2的上下兩端設有法蘭5和法蘭蓋4，在法蘭蓋4中心位置處安裝有軸承14，轉動軸15通過軸承14安裝在反應槽2上下法蘭蓋4的中心位置處，電極支撐柱6固定在反應槽2的下部法蘭蓋4上，電極A9和電極B10交替疊放在電極支撐柱6的上端，在電極A9和電極B10之間放置攪拌槳11，電極A9和電極B10的中心孔大於轉動軸15的直徑，攪拌槳11的中心孔11-1與轉動軸15的外徑相配合，電極A9、電極B10和攪拌槳11沿轉動軸15方向可自由滑動，電極固定條3的一側固定在反應槽2的內壁上，另一側卡在電極A9和電極B10圓周上的凹槽中。
為了能夠帶動攪拌槳11旋轉，轉動軸15設置在反應槽2內部的部分的截面為正方形，攪拌槳11的中心孔11-1與之相配合也為正方形。
電極固定條3的設置是為了將電極A9和電極B10定位，防止電極A9和電極B10隨著攪拌槳11轉動。
法蘭蓋4通過螺栓與法蘭5連接，起到絕緣和密封的作用。
在所述反應槽2的上端設置有出水口13，在反應槽2的下端設置有進水口1和排汙口7；排汙口7設置在反應槽2底部的法蘭蓋4上。在反應槽2的上下兩端分別設置有上、下電源接線柱16、8，上、下電源接線柱16、8分別與最上端的電極和最下端的電極連接。
見圖2，所述電極A9上設有一個大中心孔9-1，電極A9的圓周上對稱設置有兩個凹槽。
見圖3，所述電極B10上設有一個大中心孔10-2，大中心孔10-2的周邊均勻分布若干個小孔10-1，電極B的圓周上對稱設置有兩個凹槽。
見圖4，在所述攪拌槳11槳葉的端部設置有滑動滾珠12，滑動滾珠12與上下兩端的電極滾動連接。滑動滾珠12的設置可以相對減小攪拌槳11與上下兩端電極之間的摩擦力，防止攪拌槳11因被阻滯而損壞。
攪拌槳11的總厚度為3mm-20mm。由於電極A9與電極B10之間的間距既是設置在兩個電極之間的攪拌槳11的總厚度，故兩個電極之間的間距也為3mm-20mm。
本發明中的電極A9、電極B10和攪拌槳11套接在轉動軸15上，與轉動軸15滑動連接；同時電極A9和電極B10與設置在兩側的電極固定條3之間也是滑動連接，故而當電極長期使用損耗變薄後，可以自動調節上下位置，使兩電極之間的間距永遠保持不變，即永遠是攪拌槳11的總厚度。
攪拌槳11的轉動提高水的湍流，加速極板上離子和氣泡的遷移，同時刮除極板上的粘附物質。
反應槽2、法蘭5、法蘭蓋4、攪拌槳11、滑動滾珠12和電極支撐柱6均為絕緣材料。同時轉動軸15設置在反應槽2內部的部分鍍有一層絕緣材料。
電極A9和電極B10材質為鋁、鐵或合金材料。可以將電極A9作為陽極，將電極B10作為陰極；也可以將電極B10作為陽極，將電極A9作為陰極。
一種採用基於電化學原理的廢水處理裝置的廢水處理方法，首先廢水由進水口1進入反應槽2內，如果電極A9設置在最底端，則廢水從電極A9的大中心孔9-1向上流動，再通過相鄰電極B10的四周小孔10-1向上流出，再由上端的電極A9的大中心孔9-1向上流動，如此反覆，使水流形成折流自下而上流動；如果電極B10設置在最底端，則廢水從電極B10的四周小孔10-1向上流出，再通過相鄰電極A9的大中心孔9-1向上流動，再由上端的電極B10的四周小孔10-1向上流出，如此反覆，水流仍然可以形成折流自下而上流動；
廢水充滿反應槽2後，通過上下電源接線柱16、8連接220V或380V、50Hz的雙向脈衝電源，輸出電流密度為1A/m2-100A/m2，輸出頻率為100Hz-5000Hz，電源佔空比為10％-90％；同時轉動轉動軸15帶動攪拌槳11旋轉，轉速為10r/min-100r/min；
廢水在反應槽2中的停留時間為5min-60min，最後經過處理後的廢水和生成的絮凝物經出水口13排出。大顆粒的沉澱從排汙口7排出。
實施例1：
處理焦化廢水，所用焦化廢水是生化後二沉池出水。極板間距8mm，陽極和陰極採用鋁電極，脈衝電源輸入電壓220V，輸入頻率50Hz，電源空佔比60％，輸出頻率3000Hz，輸出電流1A/m2，處理時間10min。靜置分離去除絮凝物，出水符合煉焦化學汙染物排放標準(GB16171-2012)。處理前後水質指標如表1所示。
表1：焦化廢水處理後水質指標變化
實施例2：
處理含有多種重金屬廢水。極板間距10mm，陽極和陰極採用鋁電極，脈衝電源輸入電壓220V，輸入頻率50Hz，電源空佔比70％，輸出頻率500Hz，輸出電流6A/m2，處理時間45min。處理前後水中重金屬濃度如表2所示。
表2：重金屬廢水處理後濃度變化