申請日2015.09.23
公開(公告)日2016.03.02
IPC分類號C02F1/467
摘要
本實用新型涉及一種強化電化學(xué)氧化廢水處理裝置。該強化電化學(xué)氧化廢水處理裝置，包括壓力罐體，壓力罐體內(nèi)豎直放置電解槽，電解槽與外部直流電源通過壓力罐體外部的正、負(fù)極接線柱相連，壓力罐體的頂部設(shè)有壓力表、安全閥、出水口，壓力罐體的底部設(shè)有經(jīng)進(jìn)氣管連通壓力罐體內(nèi)外的布?xì)庀到y(tǒng)，壓力罐體中心軸處設(shè)有與外界貫通的布水系統(tǒng)，壓力罐體還設(shè)有用于控制、調(diào)節(jié)壓力罐體內(nèi)的壓力、溶解氧濃度而分別設(shè)于壓力罐體內(nèi)的壓力傳感器和溶解氧檢測傳感器，壓力罐體出水口的第一比例調(diào)節(jié)閥，壓力罐體進(jìn)氣管前的空壓機和第二比例調(diào)節(jié)閥，根據(jù)傳感器采集信號判斷壓力值、溶解氧濃度與設(shè)定值差異并控制空壓機啟停和兩個比例調(diào)節(jié)閥開度的自動控制系統(tǒng)。
摘要附圖
權(quán)利要求書
1.一種強化電化學(xué)氧化廢水處理裝置，包括壓力罐體，其特征在于，所述壓力罐體內(nèi)豎直放置電解槽，電解槽與外部直流電源通過壓力罐體外部的正、負(fù)極接線柱相連，壓力罐體的頂部設(shè)有壓力表、安全閥、出水口，壓力罐體的底部設(shè)有經(jīng)進(jìn)氣管連通壓力罐體內(nèi)外的布?xì)庀到y(tǒng)，壓力罐體中心軸處設(shè)有與外界貫通的布水系統(tǒng)，壓力罐體還設(shè)有用于控制、調(diào)節(jié)壓力罐體內(nèi)的壓力、溶解氧濃度而分別設(shè)于壓力罐體內(nèi)的壓力傳感器和溶解氧檢測傳感器，壓力罐體出水口的第一比例調(diào)節(jié)閥，壓力罐體進(jìn)氣管前的空壓機和第二比例調(diào)節(jié)閥，以及根據(jù)信號采集器判斷壓力值、溶解氧濃度與設(shè)定值差異并控制空壓機啟停和兩個比例調(diào)節(jié)閥開度的自動控制系統(tǒng)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述強化電化學(xué)氧化廢水處理裝置，其特征在于，所述電解槽由垂直布水系統(tǒng)穿孔管并在支承架上交替疊置的圓盤狀陽極片與圓盤狀陰極片組件組成;所述圓盤狀陰極片組件由第一圓盤狀陰極片、第二圓盤狀陰極片和第一圓盤狀陰極片與第二圓盤狀陰極片之間成型的布?xì)馐医M成。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述強化電化學(xué)氧化廢水處理裝置，其特征在于，所述圓盤狀陽極片由具有金屬氧化物涂層的多孔鈦板或鈦網(wǎng)構(gòu)成，圓盤狀陽極片圓周邊緣徑向凸設(shè)極耳，極耳上設(shè)有螺孔;所述圓盤狀陰極片由具有氣體擴散的電極或碳布構(gòu)成，圓盤狀陰極片圓周邊緣徑向凸設(shè)極耳，極耳上設(shè)有螺孔。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述強化電化學(xué)氧化廢水處理裝置，其特征在于，所述支承架由若干米字型構(gòu)架、沿若干構(gòu)成隔離通道的米字型構(gòu)架圓心垂直穿設(shè)的支承桿組成。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述強化電化學(xué)氧化廢水處理裝置，其特征在于，所述布?xì)庀到y(tǒng)由順序連通的空壓機、第二比例調(diào)節(jié)閥、布?xì)庵鞲晒苤翂毫摅w內(nèi)流通于布?xì)馐抑苓叺闹Ч芙M成。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述強化電化學(xué)氧化廢水處理裝置，其特征在于，所述布?xì)馐页蕡A餅狀并設(shè)于兩塊陰極板之間，圓餅狀布?xì)馐覉A周邊緣徑向凸設(shè)與布?xì)馐疫B通的支管。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述強化電化學(xué)氧化廢水處理裝置，其特征在于，所述布水系統(tǒng)由設(shè)置在壓力罐體中心軸部位的穿孔管、穿孔管連通壓力罐體的進(jìn)水口、進(jìn)水口通過管路連通的進(jìn)水泵、壓力罐體底部設(shè)置的排水閥組成。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述強化電化學(xué)氧化廢水處理裝置，其特征在于，所述自動控制系統(tǒng)包括計算機、PLC以及與PLC相連的信號采集器和外界設(shè)備控制器;PLC通過信號采集器和外界設(shè)備控制器對壓力罐體內(nèi)壓力及溶解氧濃度的采樣、分析和控制;設(shè)定溶解氧濃度值為20mg/L和壓力范圍0.2～0.6MPa，通過信號采集器獲取當(dāng)前壓力罐體內(nèi)溶解氧濃度值和壓力值，經(jīng)模/數(shù)轉(zhuǎn)換芯片將模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號送PLC與設(shè)定值進(jìn)行比較，得到偏差信號，偏差信號經(jīng)過調(diào)節(jié)器做PID運算給外界設(shè)備控制器一個控制型數(shù)字信號，通過數(shù)/模轉(zhuǎn)換器將數(shù)字信號轉(zhuǎn)換為模擬信號，調(diào)整空壓機啟停及比例調(diào)節(jié)閥開度，從而調(diào)節(jié)壓力罐體內(nèi)溶解氧濃度和壓力。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述強化電化學(xué)氧化廢水處理裝置，其特征在于，所述信號采集器包括壓力傳感器和溶解氧檢測傳感器;所述外界設(shè)備控制器包括空壓機控制器、比例閥控制器。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述強化電化學(xué)氧化廢水處理裝置，其特征在于，所述溶解氧檢測傳感器將信號傳遞給空壓機控制器和第二比例調(diào)節(jié)閥控制器，控制供氣系統(tǒng)空壓機啟停及第二比例調(diào)節(jié)閥開度;壓力傳感器將信號傳遞給第一比例調(diào)節(jié)閥，控制第一比例調(diào)節(jié)閥的開度。
說明書
強化電化學(xué)氧化廢水處理裝置
技術(shù)領(lǐng)域
本實用新型涉及一種污水凈化處理領(lǐng)域，特別涉及一種通過加壓溶氣的方式增加壓力容器內(nèi)溶解氧濃度，以促進(jìn)電化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生更多的強氧化性物種，進(jìn)而強化對廢水中有機污染物降解的強化電化學(xué)氧化廢水處理裝置。
背景技術(shù)
電化學(xué)氧化法是一種環(huán)境友好型高級氧化技術(shù)。在廢水處理中不需要添加氧化劑，化學(xué)污染風(fēng)險小。反應(yīng)條件溫和，一般在常溫常壓下進(jìn)行;具有氣浮、絮凝、殺菌、氧化作用。反應(yīng)裝置和工藝簡單，可操作性強，易于實現(xiàn)自動化控制。廣泛適用于處理垃圾滲濾液、制革廢水、印染廢水、造紙廢水、煉油廢水等多種難生物降解有機廢水。電化學(xué)氧化法存在電流效率低、能耗較大和操作費用高等問題，限制了在實際應(yīng)用中的普及推廣。
電化學(xué)氧化可分為兩類，一類屬于電化學(xué)直接氧化，即在一定電場環(huán)境下陽極上有機污染物失去電子而發(fā)生氧化時反應(yīng)并轉(zhuǎn)化為無害物，另一類屬于電化學(xué)間接氧化，即利用電極表面產(chǎn)生的具有強氧化性活性物種使污染物發(fā)生氧化還原轉(zhuǎn)變。電化學(xué)直接氧化常伴隨陽極析氧反應(yīng)，導(dǎo)致電流效率低，影響有機物降解效果。目前研究側(cè)重探索綜合性能好的陽極材料，如具有較高的析氧過電位和催化活性，在廢水中具有較高的穩(wěn)定性和抗腐蝕。與電化學(xué)直接氧化相比，電化學(xué)間接氧化性對有機污染物氧化效率更高。于秀娟等人在研究陰陽極室同時氧化對煤氣廢水處理效果時發(fā)現(xiàn)陰極室的電流效率始終高于陽極室，且陰極室COD去除率高于陽極室，陰極室有機物的礦化程度較好。利用氧氣在陰極發(fā)生電還原反應(yīng)產(chǎn)生H2O2能夠徹底去除苯酚、氯苯、苯胺、氯酚等污染物，對染料脫色的效果也很明顯。氧氣在陰極電還原生成H2O2受到陰極材料、陰極電位、pH值、溫度、氣液間傳質(zhì)速率影響。根據(jù)薄液膜理論，氣體需要溶解在電解液中才能發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)，但氧氣在溶液中溶解度只有10-3-10-4g/L，溶液中氧氣傳質(zhì)速率低顯著影響電流密度，導(dǎo)致H2O2生成量少。目前研究多采用增加曝氣量、設(shè)計三維多孔陰極的方式提高氣液固三相間傳質(zhì)效率。周蕾在對電芬頓陰極材料的制備與轉(zhuǎn)盤工藝研究中通過增加氧氣流量來增加溶解氧濃度。但這種方法受到常壓條件下飽和溶解氧濃度(25℃時飽和溶解氧濃度為8.3mg/L)，當(dāng)氧氣流量超過一定值后H2O2生成量不再增加。
綜上所述，現(xiàn)有技術(shù)存在以下的不足之處：電流效率低、能耗較大、操作費用高。
實用新型內(nèi)容
本實用新型的目的是提供一種根據(jù)亨利定律，一定溫度下氣體在液體中的溶解度和該氣體的平衡分壓成正比。通過增加電化學(xué)氧化環(huán)境壓力可以大幅提高溶解氧濃度，從而增加強氧化劑過氧化氫的生成量，強化電化學(xué)氧化法對廢水中有機污染物的氧化分解，減少廢水處理時間，節(jié)省能耗，通過快速、有效提高電化學(xué)氧化環(huán)境內(nèi)溶解氧濃度，促進(jìn)過氧化氫的生成，縮短電化學(xué)氧化法降解有機污染物的反應(yīng)時間，提高廢水處理效率的強化電化學(xué)氧化廢水處理裝置。
本實用新型的技術(shù)解決方案是所述強化電化學(xué)氧化廢水處理裝置，包括壓力罐體，其特殊之處在于，所述壓力罐體內(nèi)豎直放置電解槽，電解槽與外部直流電源通過壓力罐體外部的正、負(fù)極接線柱相連，壓力罐體的頂部設(shè)有壓力表、安全閥、出水口，壓力罐體的底部設(shè)有經(jīng)進(jìn)氣管連通壓力罐體內(nèi)外的布?xì)庀到y(tǒng)，壓力罐體中心軸處設(shè)有與外界貫通的布水系統(tǒng)，壓力罐體還設(shè)有用于控制、調(diào)節(jié)壓力罐體內(nèi)的壓力、溶解氧濃度而分別設(shè)于壓力罐體內(nèi)的壓力傳感器和溶解氧檢測傳感器，壓力罐體出水口的第一比例調(diào)節(jié)閥，壓力罐體進(jìn)氣管前的空壓機和第二比例調(diào)節(jié)閥，以及根據(jù)信號采集器判斷壓力值、溶解氧濃度與設(shè)定值差異并控制空壓機啟停和兩個比例調(diào)節(jié)閥開度的自動控制系統(tǒng)。
作為優(yōu)選：所述電解槽由垂直布水系統(tǒng)穿孔管并在支承架上交替疊置的圓盤狀陽極片與圓盤狀陰極片組件組成;所述圓盤狀陰極片組件由第一圓盤狀陰極片、第二圓盤狀陰極片和第一圓盤狀陰極片與第二圓盤狀陰極片之間成型的布?xì)馐医M成。
作為優(yōu)選：所述圓盤狀陽極片由具有金屬氧化物涂層的多孔鈦板或鈦網(wǎng)構(gòu)成，圓盤狀陽極片圓周邊緣徑向凸設(shè)極耳，極耳上設(shè)有螺孔;所述圓盤狀陰極片由具有氣體擴散的電極或碳布構(gòu)成，圓盤狀陰極片圓周邊緣徑向凸設(shè)極耳，極耳上設(shè)有螺孔;
作為優(yōu)選：所述支承架由若干米字型構(gòu)架、沿若干構(gòu)成隔離通道的米字型構(gòu)架圓心垂直穿設(shè)的支承桿組成。
作為優(yōu)選：所述布?xì)庀到y(tǒng)由順序連通的空壓機、第二比例調(diào)節(jié)閥、布?xì)庵鞲晒苤翂毫摅w內(nèi)流通于布?xì)馐抑苓叺闹Ч芙M成;
作為優(yōu)選：所述布?xì)馐页蕡A餅狀并設(shè)于兩塊陰極板之間，圓餅狀布?xì)馐覉A周邊緣徑向凸設(shè)與布?xì)馐疫B通的支管。
作為優(yōu)選：所述布水系統(tǒng)由設(shè)置在壓力罐體中心軸部位的穿孔管、穿孔管連通壓力罐體的進(jìn)水口、進(jìn)水口通過管路連通的進(jìn)水泵、壓力罐體底部設(shè)置的排水閥組成。
作為優(yōu)選：所述自動控制系統(tǒng)包括計算機、PLC以及與PLC相連的信號采集器和外界設(shè)備控制器;PLC通過信號采集器和外界設(shè)備控制器對壓力罐體內(nèi)壓力及溶解氧濃度的采樣、分析和控制;設(shè)定溶解氧濃度值為 20mg/L和壓力范圍0.2～0.6MPa，通過信號采集器獲取當(dāng)前壓力罐體內(nèi)溶解氧濃度值和壓力值，經(jīng)模/數(shù)轉(zhuǎn)換芯片將模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號送PLC 與設(shè)定值進(jìn)行比較，得到偏差信號，偏差信號經(jīng)過調(diào)節(jié)器做PID運算給外界設(shè)備控制器一個控制型數(shù)字信號，通過數(shù)/模轉(zhuǎn)換器將數(shù)字信號轉(zhuǎn)換為模擬信號，調(diào)整空壓機啟停及比例調(diào)節(jié)閥開度，從而調(diào)節(jié)壓力罐體內(nèi)溶解氧濃度和壓力。
作為優(yōu)選：所述信號采集器包括壓力傳感器和溶解氧檢測傳感器;所述外界設(shè)備控制器包括空壓機控制器、比例閥控制器。
作為優(yōu)選：所述溶解氧檢測傳感器將信號傳遞給空壓機控制器和第二比例調(diào)節(jié)閥控制器，控制供氣系統(tǒng)空壓機啟停及第二比例調(diào)節(jié)閥開度;壓力傳感器將信號傳遞給第一比例調(diào)節(jié)閥，控制第一比例調(diào)節(jié)閥的開度。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型的有益效果：
(1)本實用新型提高過氧化氫生成量。通過加壓溶氣的方式增加電化學(xué)氧化體系內(nèi)溶解氧濃度有利于氧還原反應(yīng)以2電子途徑實現(xiàn)過氧化氫的累積，同時抑制過氧化氫在陽極發(fā)生分解反應(yīng)。
(2)本實用新型在壓力條件下，抑制陽極析氧反應(yīng)，減少電化學(xué)氧化因析氧造成的氧化效率低的問題。
(3)本實用新型有效提高了電化學(xué)法處理有機污染物的氧化效率，廢水處理能力增強，電化學(xué)氧化反應(yīng)裝置體積減少。
(4)隨著氧分壓的增加，本實用新型的電化學(xué)氧化體系內(nèi)電流密度增加，有利于電子傳導(dǎo)和增加過氧化氫生成量。
(5)與高溫高壓濕式氧化法相比，本實用新型可在常溫條件下進(jìn)行，壓力在0.2-0.6Mpa左右，壓力不高，能耗相對較小。
(6)可以實現(xiàn)壓力條件下的連續(xù)進(jìn)出水操作。
(7)可與Fenton、UV、O3、超聲波等技術(shù)聯(lián)合使用，以適應(yīng)不同類型廢水處理，組合工藝設(shè)計靈活，操作簡便。
(8)電解槽設(shè)計采用多個圓盤形狀陰陽電極等間距交錯疊置形式，放置在圓柱形壓力罐體內(nèi)，與同心圓形狀排列電極和矩形電極片相比，單位體積內(nèi)電極面積更大，反應(yīng)器效率更高。
