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一種異位絮凝電絮凝裝置和異位電絮凝方法.pdf

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一種 絮凝 裝置 異位電 方法
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CN201510271605.9

申請日:

2015.05.25

公開號:

CN104891610A

公開日:

2015.09.09

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IPC分類號: C02F1/463 主分類號: C02F1/463
申請人: 北京華瑞創源環保科技有限公司
發明人: 劉艷尼; 趙慶晨
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CN201510271605.9

授權公告號:

104891610B|||||||||

法律狀態公告日:

2017.05.17|||2017.04.26|||2015.10.07|||2015.09.09

法律狀態類型:

授權|||著錄事項變更|||實質審查的生效|||公開

摘要

本發明涉及一種異位絮凝電絮凝裝置,其包括槽體(1)、位于所述槽體(1)內部的至少一對電極板(2),該至少一對電極板(2)分別連接電源的正極和負極,其中至少連接電源正極的電極板的材質為鐵、鋁或鐵鋁合金,其中所述異位絮凝電絮凝裝置還具有氣體通入管(5)。本發明還涉及一種使用上述異位絮凝電絮凝裝置對廢水進行異位電絮凝的方法,其中將酸性氣體從所述氣體通入管(5)中通入廢水中。優選地,本發明的裝置中的電極板為中空電極板,并將酸性氣體從該中空電極板的氣體入口(3)處通入。本發明的裝置和方法能夠實現異位絮凝。

權利要求書

權利要求書
1.  一種異位絮凝電絮凝裝置,其特征在于,其包括槽體(1)、位于所述槽體(1)內部的至少一對電極板(2),該至少一對電極板(2)分別連接電源的正極和負極,其中至少連接電源正極的電極板的材質為鐵、鋁或鐵鋁合金,其中所述異位絮凝電絮凝裝置還具有氣體通入管(5)。

2.  根據權利要求1所述的異位絮凝電絮凝裝置,其特征在于,所述電極板(2)為中空電極板,該中空電極板上具有與其內部空腔連通的氣體入口(3),該中空電極板的每個側壁上均具有若干個壁孔(4),壁孔(4)為水平孔或傾斜孔。

3.  根據權利要求2所述的異位絮凝電絮凝裝置,其特征在于,多對所述中空電極板彼此間隔一定距離并排布置,且相鄰中空電極板的側壁上的壁孔(4)彼此相錯地布置。

4.  根據權利要求1所述的異位絮凝電絮凝裝置,其特征在于,所述氣體通入管(5)設置在槽體(1)上。

5.  根據權利要求2所述的異位絮凝電絮凝裝置,其特征在于,以所述氣體入口(3)作為所述氣體通入管(5)。

6.  根據權利要求2所述的異位絮凝電絮凝裝置,其中所述槽體1和所述中空電極板除了流體進出口外,其整體是密閉的。

7.  一種異位電絮凝方法,其特征在于,其使用異位絮凝電絮凝裝置來實施,該異位絮凝電絮凝包括槽體(1)、位于所述槽體(1)內部的至少一對電極板(2),該至少一對電極板(2)分別連接電源的正極和負極,其中至少連接電源正極的電極板的材質為鐵、鋁或鐵鋁合金,其中所述異位絮凝電絮凝裝置還具有氣體通入管(5);操作過程中,經由該氣體通入管(5)向待處理廢水中通入酸性氣體,所述酸性氣體選自二氧化碳、二氧化硫或燃燒尾氣。

8.  一種異位電絮凝方法,其特征在于,其使用異位絮凝電絮凝裝置來實施,該異位絮凝電絮凝包括槽體(1)、位于所述槽體(1)內部的至少一對電 極板(2),該至少一對電極板(2)分別連接電源的正極和負極,其中至少連接電源正極的電極板的材質為鐵、鋁或鐵鋁合金,其中所述電極板(2)為中空電極板,該中空電極板上具有與其內部空腔連通的氣體入口(3),該中空電極板的每個側壁上均具有若干個壁孔(4),壁孔(4)為水平孔或傾斜孔;操作過程中,依次經由該氣體入口(3)、所述內部空腔和所述壁孔(4)向待處理廢水中通入酸性氣體,所述酸性氣體選自二氧化碳、二氧化硫或燃燒尾氣。

9.  根據權利要求7或8的異位電絮凝方法,其中通過通入所述酸性氣體將待處理廢水的pH調節至5.6以下。

10.  根據權利要求7或8的異位電絮凝方法,其中在另外的容器中將離開所述異位絮凝電絮凝器的廢水的pH值升高,以發生絮凝沉降。

說明書

說明書一種異位絮凝電絮凝裝置和異位電絮凝方法
技術領域
本發明屬于廢水處理設備和處理工藝領域。
背景技術
絮凝法是處理廢水的常見方法。常規的化學絮凝法是向廢水中加入各種絮凝劑,例如聚合氯化鋁、聚合氯化鐵、聚合硫酸氯化鋁鐵等,這些絮凝劑中的鐵離子或鋁離子均容易水解生成氫氧化鐵或氫氧化鋁,并且隨著其量的增多而發生絮凝沉淀,在絮凝沉淀過程中,通過吸附和卷掃作用,將廢水中的顆粒狀物質和一些可吸附物質轉移到絮凝物中,起到凈化廢水的作用。但化學絮凝法往往向廢水中引入其它陰離子,例如氯離子或硫酸根離子,這些額外引入的離子,最后也需要除去,帶來了后續處理的麻煩。
近年來,為了避免化學絮凝法的上述缺陷,開發了電絮凝法。其原理是將鐵、鋁或鐵鋁合金作為電解池的陽極并浸沒在廢水中,通過陽極氧化作用釋放Fe2+和/或Al3+,Fe2+又很容易被氧化成Fe3+,它們進而水解成相應的氫氧化物,發生絮凝沉淀。其除了鐵離子或鋁離子的來源不同外,基本原理和過程與化學絮凝法相同。
電絮凝法處理廢水時,常面臨具體操作上的困難。一個困難是,在絮凝過程中,廢水中的膠體物質或有機粘稠物質或絮凝體容易作為淤泥沉積在電極表面上,阻止了亞鐵離子和/或鋁離子從極板上的進一步溶出。另一個困難是,工業上為了提高電絮凝效率,常常在一個絮凝槽內并排使用數十到數百個電極板,同時溶出Fe2+和/或Al3+,Fe2+又很容易被氧化成Fe3+,這些金屬陽離子進一步水解而發生絮凝,由于電絮凝過程發生在電絮凝反應器內部,大量的絮凝沉降物很容易會淤積在密密麻麻的電極板之間,造成操作過程中斷,不得不進行清理。為解決上述問題,通常采用機械法和超聲法對極板表面進行清理,但這 樣的清理很費時費力,且要么對電極表面造成傷害,要么需要安裝額外的超聲設備,增加成本。
電絮凝裝置內部電絮凝作用外,還發生一定程度的電氧化作用。電化學氧化法的作用機理主要是通過電極材料的作用產生超氧自由基(·O2)、H2O2、羥基自由基(·OH)等活性基團來氧化水體中的有機物。該方法只發生在水中,且不需另加催化劑,避免了二次污染。由于其可控制性強,無選擇性,條件溫和等優點,所以對于難生化降解的有機物有比較好的處理效果。但是,在實際應用中常常遭遇兩個問題:一個是極板鈍化問題,廢水中的膠體物質或有機粘稠物質或絮凝沉淀物容易作為淤泥沉積在陰極和陽極上,糊住了陰極和陽極,如果不定期清理,會嚴重影響電極板與廢水的接觸,降低電極效率。另一個是濃差極化的問題,即,電極板產生的超氧自由基(·O2)、H2O2、羥基自由基(·OH)等活性基團,通常只能在距離電極板表面數毫米范圍內起作用,而此距離范圍之外廢水主體中含有的有機物其實是無法接觸到這些活性基團的,因此也難以被氧化,除非它們通過擴散作用遷移到電極板附近數毫米范圍之內。極板鈍化問題和濃差極化問題都導致電氧化效率下降。
本發明創新性地開發出一種異位絮凝電絮凝器和異位電絮凝方法,能夠解決上述現實問題。
發明內容
本發明的第一方面提供一種異位絮凝電絮凝裝置,其包括槽體(1)、位于所述槽體(1)內部的至少一對電極板(2),該至少一對電極板(2)分別連接電源的正極和負極,其中至少連接電源正極的電極板的材質為鐵、鋁或鐵鋁合金,其中所述異位絮凝電絮凝裝置還具有氣體通入管(5)。
本發明中,所述電極板可以是實心的電極板,也可以是中空電極板。
在本發明的優選實施方案中,所述電極板(2)為中空電極板,該中空電極板上具有與其內部空腔連通的氣體入口(3),該中空電極板的每個側壁上均具有若干個壁孔(4),壁孔(4)為水平孔或傾斜孔。
在本發明的優選實施方案中,多對所述中空電極板彼此間隔一定距離并排布置,且相鄰中空電極板的側壁上的壁孔(4)彼此相錯地布置。
在本發明的優選實施方案中,所述氣體通入管(5)設置在槽體(1)上。當使用所述中空電極板時,也可以以所述氣體入口(3)作為所述氣體通入管(5)。
本發明的第二方面提供一種異位電絮凝方法,該方法使用異位絮凝電絮凝裝置來實施,該異位絮凝電絮凝包括槽體(1)、位于所述槽體(1)內部的至少一對電極板(2),該至少一對電極板(2)分別連接電源的正極和負極,其中至少連接電源正極的電極板的材質為鐵、鋁或鐵鋁合金,其中所述異位絮凝電絮凝裝置還具有氣體通入管(5);操作過程中,經由該氣體通入管(5)向待處理廢水中通入酸性氣體,所述酸性氣體選自二氧化碳、二氧化硫或燃燒尾氣。
本發明的第三方面也提供一種異位電絮凝方法,該方法使用異位絮凝電絮凝裝置來實施,該異位絮凝電絮凝包括槽體(1)、位于所述槽體(1)內部的至少一對電極板(2),該至少一對電極板(2)分別連接電源的正極和負極,其中至少連接電源正極的電極板的材質為鐵、鋁或鐵鋁合金,其中所述電極板(2)為中空電極板,該中空電極板上具有與其內部空腔連通的氣體入口(3),該中空電極板的每個側壁上均具有若干個壁孔(4),壁孔(4)為水平孔或傾斜孔;操作過程中,依次經由該氣體入口(3)、所述內部空腔和所述壁孔(4)向待處理廢水中通入酸性氣體,所述酸性氣體選自二氧化碳、二氧化硫或燃燒尾氣。
在本發明的優選實施方案中,在另外的容器中將離開所述異位絮凝電絮凝器的廢水的pH值升高,以發生絮凝沉降。
在本發明的具體實施方案中,所述壁孔4的直徑可以由技術人員根據需要進行調整,例如可以為0.05mm-0.5mm,優選地為0.05mm-0.2mm,更優選地為0.1mm。
在本發明的優選實施方案中,相鄰中空電極板的側壁上的壁孔(4)彼此相錯布置。這種相錯布置可以是水平位置相錯、豎直位置相錯,或二者兼有。
在本發明的實施方案中,所述至少一對電極板中,至少與電源正極相連的電極板為可溶性電極板,例如其材質可以為鋁、鐵或鐵鋁合金,而與電源負極相連的電極板可以是惰性電極板,例如其材質可以為石墨或鈦或其它不溶出的惰性材質。優選地,所述至少一對電極板的材質都選自鋁、鐵或鐵鋁合金,并通過周期性地交換正負極來實現正負電極板的均勻消耗。
在本發明的優選實施方案中,還可以直接將廢水與酸性氣體共同通入所述中空電極板的氣體入口中,并共同經由中空電極板的內部空腔和壁孔流至所述槽體中。
以向待處理廢水中通入CO2為例,具體介紹本發明的設備和方法的工作過程如下:
在常規電絮凝反應器中,當使用可溶性電極例如鐵電極、鋁電極或鐵鋁合金電極時,電解溶出Fe2+和/或Al3+,其中Fe2+又很容易被氧化成Fe3+。發明人經過對長期積累的觀測數據進行研究后發現,在廢水pH=6.5-7.5的范圍內,Al3+會發生顯著的絮凝沉降反應,pH低于6.5時,Al3+雖然也有部分水解,但不會發生明顯的絮凝沉降,估計此時Al3+的水解產物為部分水解產物,即以Al(OH)2+或Al(OH)2+的形式存在,這些部分水解產物的物理形態更多地是相對穩定懸浮的“膠體”而非“絮凝沉淀物”,只有到pH高于6.5時,才會有大量的Al(OH)3形成并產生明顯的絮凝沉淀。當pH高于7.5時,由于為兩性氫氧化物,Al(OH)3反而會溶解,不能再起到絮凝沉降的作用。發明人同樣經過研究發現,在pH=3.5-6.5的范圍內,Fe2+和Fe3+會發生水解,但均屬于部分水解,雖有沉淀物產生但沉淀物在廢水中呈懸浮態,不會大量沉淀。直至pH高于6.5時,Fe2+和Fe3+才會發生顯著比例的水解并產生顯著的沉淀,至pH高于8.5時,Fe2+和Fe3+會完全水解并完全沉淀。
發明人基于上述數據分析結果,創造性地提出了通入酸性氣體調節廢水pH值以實現異位絮凝的技術方案。以CO2為例,常壓下向水中通入CO2至飽和, 其pH為5.6左右;在加壓下向水中通入CO2,其pH甚至可以低至3.7。因此,通入CO2后,可以有效地完全避開Al3+發生顯著絮凝沉降的pH范圍6.5-7.5,在電絮凝器中使用鋁電極時,就可以實現從電極上溶出Al3+,在電絮凝器中在pH為5.6的條件下,該Al3+僅發生部分水解,但不發生絮凝沉淀,待廢水流出該電絮凝器后進入到一個相對空曠的容器中,再通過調高pH值(例如減壓或升溫使CO2逸出,或者摻入中和性物質例如摻入碳酸鈣顆粒或摻入另一股堿性廢水,等等),使Al3+發生完全水解并絮凝沉淀。由此,實現了異位絮凝。同理,在電絮凝器中使用鐵電極時,雖然通入CO2將廢水的pH調節至5.6不足以完全阻止Fe2+和Fe3+的水解,但至少能避免它們發生顯著比例的水解和絮凝沉淀,也部分減輕了在電絮凝器內部的絮凝沉淀。待廢水流出該電絮凝器后進入到一個相對空曠的容器中,再通過調高pH值(例如減壓或升溫使CO2逸出,或者摻入中和性物質例如摻入碳酸鈣顆粒或摻入另一股堿性廢水,等等),使Fe2+和Fe3+發生完全水解并絮凝沉淀。由此,至少部分地實現了異位絮凝。同理,當電絮凝器中使用鐵鋁合計電極時,也能至少部分地實現了異位絮凝。
同理,向廢水中通入二氧化硫、燃燒尾氣(例如煙道氣)等氣體時,也能實現相同或類似的異位絮凝效果。
當電絮凝器中使用中空電極板時,將該中空電極板的氣體入口3作為所述氣體通入管5來通入酸性氣體,同樣也能實現相同或類似的異位絮凝效果。
本發明的有益效果如下:
1、異位絮凝:如上所述,本發明通過在電絮凝裝置中增設氣體通入管并向待處理廢水中通入酸性氣體,能夠實現異位絮凝,使得絮凝物絮凝沉淀在電絮凝器下游的相對空曠的單獨容器中,避免絮凝物沉積在電極板上或沉積在電絮凝器內部,進而減輕了結構復雜的電絮凝器清理負擔。
2、電極效率提高:當電絮凝器中使用中空電極板且從該中空電極板的氣體入口(3)通入酸性氣體時,通入的氣體依次經由所述氣體入口、所述中空電極板的內部空腔和所述壁孔進入到待處理的廢水中,還能起到沖刷作用,防止極板表面淤積污垢。當通入的酸性氣體為高壓時,由于彼此相對的兩塊中空電極 板的相對的兩側面上的壁孔相錯設置,因此從壁孔中高速噴出的氣體沖刷對側的電極板,清除對側電極板表面上的污泥等粘附物,防止極板鈍化以及由于極板鈍化造成的電流效率下降;這種高速射流作用還對相鄰電極板之間的廢水起到攪拌作用,促進廢水主體與電極板壁表面的廢水的交換,由此減緩濃差極化問題。當通入的酸性氣體為低壓時,從壁孔4中逸出的氣體可能不足以射流到對側電極板上,但逸出的流體沿自身電極板壁的上浮可以沖刷該電極板自身的污泥,通過這種自體沖刷的方式防止極板鈍化。無論是高壓氣體還是低壓氣體,因有一定的壓力存在,均可以防止待處理的廢水從所述壁孔進入所述中空電極板的內部空腔內,避免污染物在中空電極板內部空腔中的沉積。消除極板鈍化并減輕濃差極化,無論對于電絮凝還是電氧化,都是有利于提高電極效率的。
3、安全性提高:電極板上還不可避免地會發生一些電解析氫析氧反應,即電解水的反應,析出的氫氣和氧氣在電絮凝反應器中積累到一定濃度會有爆炸危險,即所謂的“氫爆”。通過向廢水中通入CO2,超出CO2在廢水中的溶解度的那部分CO2會以氣相形式存在,可以有效稀釋上述氫氣和氧氣,避免發生氫爆。
附圖說明
圖1是本發明的異位絮凝電絮凝裝置的結構示意圖。
圖2是本發明的采用中空電極板的異位絮凝電絮凝裝置中的中空電極板的結構示意圖。
圖3是圖2中所示的中空多孔極板沿M-M線剖開后并沿箭頭所示方向看去的視圖。
圖4是圖2中所示的中空多孔極板沿N-N線剖開后并沿箭頭所示方向看去的視圖。
圖5是圖2中所示的中空多孔極板沿K-K線剖開后并沿箭頭所示方向看去的視圖,其中分別示出了水平壁孔和傾斜壁孔兩種各自獨立的壁孔布置方式。
圖6為本發明的采用中空電極板的異位絮凝電絮凝裝置的示意圖,其中示意性地示出了8個中空多孔極板并排放置,其中相鄰的壁孔之間相錯設置。
圖中附圖標記含義如下:
1-槽體;2-電極板;3-氣體入口;4-壁孔;5-氣體通入管。
具體實施方式
以下結合實施例和附圖對本發明做進一步詳細說明,實施例僅限于說明本發明,而非對本發明的限定。
實施例1
采用圖1所示的采用實心電極板的異位絮凝電絮凝裝置處理廢水,該實心電極板為鐵鋁合金極板,數目為150個,每對極板間施加的直流電壓為約1.5V。并從位于槽體1底部的氣體通入管通入常壓CO2氣體,將廢水的pH被調節為5.8左右。實驗中觀測發現,在該電絮凝裝置內,僅發生很少的絮凝現象,體現在廢水僅略變渾濁,但基本上不發生沉淀。將離開該電絮凝裝置的廢水通入另一容器中,其中含有大量碳酸鈣顆粒以提升pH值,發現在該容器中發生大量絮凝沉淀現象。
實施例2
采用圖6所示的采用中空電極板的異位絮凝電絮凝裝置處理廢水,極板為鐵鋁合金極板,數目為150個,每對極板間施加的直流電壓為約1.5V。從中空極板的氣體入口3處通入常壓CO2,并依次經中空極板的內部空腔和壁孔通入待處理廢水中。將廢水的pH被調節為5.8左右。實驗中觀測發現,在該電絮凝裝置內,僅發生很少的絮凝現象,體現在廢水僅略變渾濁,但基本上不發生沉淀。將離開該電絮凝裝置的廢水通入另一容器中,其中含有一些碳酸鈣顆粒以提升pH值,發現在該容器中發生大量絮凝沉淀現象。實驗中還觀察到,由于 CO2氣流的沖刷作用,電極板表面幾乎沒有污垢淤積現象,維持了其表面清潔性。
從上述實驗可見,本發明的裝置和方法,能夠成功地實現異位絮凝。且當采用中空電極板時,還可以因通入的酸性氣體的對側沖刷或自體沖刷作用,有效地消除了極板鈍化現象,并大大緩解了濃差極化現象。因此,電極板的溶出效率得到大大提升。

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