一种异位絮凝电絮凝装置和异位电絮凝方法
一种异位絮凝电絮凝装置和异位电絮凝方法
【技术领域】
[0001]本发明属于废水处理设备和处理工艺领域。
【背景技术】
[0002]絮凝法是处理废水的常见方法。常规的化学絮凝法是向废水中加入各种絮凝剂，例如聚合氯化铝、聚合氯化铁、聚合硫酸氯化铝铁等，这些絮凝剂中的铁离子或铝离子均容易水解生成氢氧化铁或氢氧化铝，并且随着其量的增多而发生絮凝沉淀，在絮凝沉淀过程中，通过吸附和卷扫作用，将废水中的颗粒状物质和一些可吸附物质转移到絮凝物中，起到净化废水的作用。但化学絮凝法往往向废水中引入其它阴离子，例如氯离子或硫酸根离子，这些额外引入的离子，最后也需要除去，带来了后续处理的麻烦。
[0003]近年来，为了避免化学絮凝法的上述缺陷，开发了电絮凝法。其原理是将铁、铝或铁铝合金作为电解池的阳极并浸没在废水中，通过阳极氧化作用释放Fe2+和/或Al 3+，Fe2+又很容易被氧化成Fe3+，它们进而水解成相应的氢氧化物，发生絮凝沉淀。其除了铁离子或铝离子的来源不同外，基本原理和过程与化学絮凝法相同。
[0004]电絮凝法处理废水时，常面临具体操作上的困难。一个困难是，在絮凝过程中，废水中的胶体物质或有机粘稠物质或絮凝体容易作为淤泥沉积在电极表面上，阻止了亚铁离子和/或铝离子从极板上的进一步溶出。另一个困难是，工业上为了提高电絮凝效率，常常在一个絮凝槽内并排使用数十到数百个电极板，同时溶出Fe2+和/或Al 'Fe2+又很容易被氧化成Fe3+，这些金属阳离子进一步水解而发生絮凝，由于电絮凝过程发生在电絮凝反应器内部，大量的絮凝沉降物很容易会淤积在密密麻麻的电极板之间，造成操作过程中断，不得不进行清理。为解决上述问题，通常采用机械法和超声法对极板表面进行清理，但这样的清理很费时费力，且要么对电极表面造成伤害，要么需要安装额外的超声设备，增加成本。
[0005]电絮凝装置内部电絮凝作用外，还发生一定程度的电氧化作用。电化学氧化法的作用机理主要是通过电极材料的作用产生超氧自由基(.02)、H2O2、羟基自由基(.0H)等活性基团来氧化水体中的有机物。该方法只发生在水中，且不需另加催化剂，避免了二次污染。由于其可控制性强，无选择性，条件温和等优点，所以对于难生化降解的有机物有比较好的处理效果。但是，在实际应用中常常遭遇两个问题:一个是极板钝化问题，废水中的胶体物质或有机粘稠物质或絮凝沉淀物容易作为淤泥沉积在阴极和阳极上，糊住了阴极和阳极，如果不定期清理，会严重影响电极板与废水的接触，降低电极效率。另一个是浓差极化的问题，即，电极板产生的超氧自由基(.02)、H2O2、羟基自由基(.0Η)等活性基团，通常只能在距离电极板表面数毫米范围内起作用，而此距离范围之外废水主体中含有的有机物其实是无法接触到这些活性基团的，因此也难以被氧化，除非它们通过扩散作用迀移到电极板附近数毫米范围之内。极板钝化问题和浓差极化问题都导致电氧化效率下降。
[0006]本发明创新性地开发出一种异位絮凝电絮凝器和异位电絮凝方法，能够解决上述现实问题。
【发明内容】
[0007]本发明的第一方面提供一种异位絮凝电絮凝装置，其包括槽体(I)、位于所述槽体(I)内部的至少一对电极板(2)，该至少一对电极板(2)分别连接电源的正极和负极，其中至少连接电源正极的电极板的材质为铁、铝或铁铝合金，其中所述异位絮凝电絮凝装置还具有气体通入管(5)。
[0008]本发明中，所述电极板可以是实心的电极板，也可以是中空电极板。
[0009]在本发明的优选实施方案中，所述电极板(2)为中空电极板，该中空电极板上具有与其内部空腔连通的气体入口(3)，该中空电极板的每个侧壁上均具有若干个壁孔(4)，壁孔(4)为水平孔或倾斜孔。
[0010]在本发明的优选实施方案中，多对所述中空电极板彼此间隔一定距离并排布置，且相邻中空电极板的侧壁上的壁孔(4)彼此相错地布置。
[0011]在本发明的优选实施方案中，所述气体通入管(5)设置在槽体(I)上。当使用所述中空电极板时，也可以以所述气体入口(3)作为所述气体通入管(5)。
[0012]本发明的第二方面提供一种异位电絮凝方法，该方法使用异位絮凝电絮凝装置来实施，该异位絮凝电絮凝包括槽体(I)、位于所述槽体(I)内部的至少一对电极板(2)，该至少一对电极板(2)分别连接电源的正极和负极，其中至少连接电源正极的电极板的材质为铁、铝或铁铝合金，其中所述异位絮凝电絮凝装置还具有气体通入管(5);操作过程中，经由该气体通入管(5)向待处理废水中通入酸性气体，所述酸性气体选自二氧化碳、二氧化硫或燃烧尾气。
[0013]本发明的第三方面也提供一种异位电絮凝方法，该方法使用异位絮凝电絮凝装置来实施，该异位絮凝电絮凝包括槽体(I)、位于所述槽体(I)内部的至少一对电极板(2)，该至少一对电极板(2)分别连接电源的正极和负极，其中至少连接电源正极的电极板的材质为铁、铝或铁铝合金，其中所述电极板(2)为中空电极板，该中空电极板上具有与其内部空腔连通的气体入口(3)，该中空电极板的每个侧壁上均具有若干个壁孔(4)，壁孔(4)为水平孔或倾斜孔；操作过程中，依次经由该气体入口(3)、所述内部空腔和所述壁孔(4)向待处理废水中通入酸性气体，所述酸性气体选自二氧化碳、二氧化硫或燃烧尾气。
[0014]在本发明的优选实施方案中，在另外的容器中将离开所述异位絮凝电絮凝器的废水的PH值升高，以发生絮凝沉降。
[0015]在本发明的具体实施方案中，所述壁孔4的直径可以由技术人员根据需要进行调整，例如可以为0.05mm-0.5mm，优选地为0.05mm-0.2mm，更优选地为0.1mm。
[0016]在本发明的优选实施方案中，相邻中空电极板的侧壁上的壁孔(4)彼此相错布置。这种相错布置可以是水平位置相错、竖直位置相错，或二者兼有。
[0017]在本发明的实施方案中，所述至少一对电极板中，至少与电源正极相连的电极板为可溶性电极板，例如其材质可以为铝、铁或铁铝合金，而与电源负极相连的电极板可以是惰性电极板，例如其材质可以为石墨或钛或其它不溶出的惰性材质。优选地，所述至少一对电极板的材质都选自铝、铁或铁铝合金，并通过周期性地交换正负极来实现正负电极板的均匀消耗。
[0018]在本发明的优选实施方案中，还可以直接将废水与酸性气体共同通入所述中空电极板的气体入口中，并共同经由中空电极板的内部空腔和壁孔流至所述槽体中。
[0019]以向待处理废水中通入C02为例，具体介绍本发明的设备和方法的工作过程如下:
[0020]在常规电絮凝反应器中，当使用可溶性电极例如铁电极、铝电极或铁铝合金电极时，电解溶出Fe2+和/或Al 3+，其中Fe2+又很容易被氧化成Fe 3+。发明人经过对长期积累的观测数据进行研宄后发现，在废水PH = 6.5-7.5的范围内，Al3+会发生显著的絮凝沉降反应，PH低于6.5时，Al3+虽然也有部分水解，但不会发生明显的絮凝沉降，估计此时Al3+的水解产物为部分水解产物，即以Al (OH)2+或Al (OH) 2+的形式存在，这些部分水解产物的物理形态更多地是相对稳定悬浮的“胶体”而非“絮凝沉淀物”，只有到PH高于6.5时，才会有大量的Al (OH)3B成并产生明显的絮凝沉淀。当PH高于7.5时，由于为两性氢氧化物，Al (OH) 3反而会溶解，不能再起到絮凝沉降的作用。发明人同样经过研宄发现，在PH = 3.5-6.5的范围内，Fe2+和Fe 3+会发生水解，但均属于部分水解，虽有沉淀物产生但沉淀物在废水中呈悬浮态，不会大量沉淀。直至PH高于6.5时，Fe2+和Fe3+才会发生显著比例的水解并产生显著的沉淀，至pH高于8.5时，Fe2+和Fe 3+会完全水解并完全沉淀。
[0021]发明人基于上述数据分析结果，创造性地提出了通入酸性气体调节废水pH值以实现异位絮凝的技术方案。以C02为例，常压下向水中通入C02至饱和，其pH为5.6左右；在加压下向水中通入C02，其pH甚至可以低至3.7ο因此，通入C02后，可以有效地完全避开Al3+发生显著絮凝沉降的pH范围6.5-7.5，在电絮凝器中使用铝电极时，就可以实现从电极上溶出Al3+，在电絮凝器中在pH为5.6的条件下，该Al3+仅发生部分水解，但不发生絮凝沉淀，待废水流出该电絮凝器后进入到一个相对空旷的容器中，再通过调高PH值(例如减压或升温使C02逸出，或者掺入中和性物质例如掺入碳酸钙颗粒或掺入另一股碱性废水，等等)，使Al3+发生完全水解并絮凝沉淀。由此，实现了异位絮凝。同理，在电絮凝器中使用铁电极时，虽然通入C02将废水的pH调节至5.6不足以完全阻止Fe2+和Fe 3+的水解，但至少能避免它们发生显著比例的水解和絮凝沉淀，也部分减轻了在电絮凝器内部的絮凝沉 淀。待废水流出该电絮凝器后进入到一个相对空旷的容器中，再通过调高PH值(例如减压或升温使C02逸出，或者掺入中和性物质例如掺入碳酸钙颗粒或掺入另一股碱性废水，等等)，使Fe2+和Fe3+发生完全水解并絮凝沉淀。由此，至少部分地实现了异位絮凝。同理，当电絮凝器中使用铁铝合计电极时，也能至少部分地实现了异位絮凝。
[0022]同理，向废水中通入二氧化硫、燃烧尾气(例如烟道气)等气体时，也能实现相同或类似的异位絮凝效果。
[0023]当电絮凝器中使用中空电极板时，将该中空电极板的气体入口 3作为所述气体通入管5来通入酸性气体，同样也能实现相同或类似的异位絮凝效果。
[0024]本发明的有益效果如下:
[0025]1、异位絮凝:如上所述，本发明通过在电絮凝装置中增设气体通入管并向待处理废水中通入酸性气体，能够实现异位絮凝，使得絮凝物絮凝沉淀在电絮凝器下游的相对空旷的单独容器中，避免絮凝物沉积在电极板上或沉积在电絮凝器内部，进而减轻了结构复杂的电絮凝器清理负担。
[0026]2、电极效率提高:当电絮凝器中使用中空电极板且从该中空电极板的气体入口
(3)通入酸性气体时，通入的气体依次经由所述气体入口、所述中空电极板的内部空腔和所述壁孔进入到待处理的废水中，还能起到冲刷作用，防止极板表面淤积污垢。当通入的酸性气体为高压时，由于彼此相对的两块中空电极板的相对的两侧面上的壁孔相错设置，因此从壁孔中高速喷出的气体冲刷对侧的电极板，清除对侧电极板表面上的污泥等粘附物，防止极板钝化以及由于极板钝化造成的电流效率下降；这种高速射流作用还对相邻电极板之间的废水起到搅拌作用，促进废水主体与电极板壁表面的废水的交换，由此减缓浓差极化问题。当通入的酸性气体为低压时，从壁孔4中逸出的气体可能不足以射流到对侧电极板上，但逸出的流体沿自身电极板壁的上浮可以冲刷该电极板自身的污泥，通过这种自体冲刷的方式防止极板钝化。无论是高压气体还是低压气体，因有一定的压力存在，均可以防止待处理的废水从所述壁孔进入所述中空电极板的内部空腔内，避免污染物在中空电极板内部空腔中的沉积。消除极板钝化并减轻浓差极化，无论对于电絮凝还是电氧化，都是有利于提高电极效率的。
[0027]3、安全性提高:电极板上还不可避免地会发生一些电解析氢析氧反应，即电解水的反应，析出的氢气和氧气在电絮凝反应器中积累到一定浓度会有爆炸危险，即所谓的“氢爆”。通过向废水中通入C02，超出C02在废水中的溶解度的那部分C02会以气相形式存在，可以有效稀释上述氢气和氧气，避免发生氢爆。
【附图说明】
[0028]图1是本发明的异位絮凝电絮凝装置的结构示意图。
[0029]图2是本发明的采用中空电极板的异位絮凝电絮凝装置中的中空电极板的结构示意图。
[0030]图3是图2中所示的中空多孔极板沿M-M线剖开后并沿箭头所示方向看去的视图。
[0031]图4是图2中所示的中空多孔极板沿N-N线剖开后并沿箭头所示方向看去的视图。
[0032]图5是图2中所示的中空多孔极板沿K-K线剖开后并沿箭头所示方向看去的视图，其中分别示出了水平壁孔和倾斜壁孔两种各自独立的壁孔布置方式。
[0033]图6为本发明的采用中空电极板的异位絮凝电絮凝装置的示意图，其中示意性地示出了 8个中空多孔极板并排放置，其中相邻的壁孔之间相错设置。
[0034]图中附图标记含义如下:
[0035]1-槽体；2-电极板；3_气体入口 ；4-壁孔；5_气体通入管。
【具体实施方式】
[0036]以下结合实施例和附图对本发明做进一步详细说明，实施例仅限于说明本发明，而非对本发明的限定。
[0037]实施例1
[0038]采用图1所示的采用实心电极板的异位絮凝电絮凝装置处理废水，该实心电极板为铁铝合金极板，数目为150个，每对极板间施加的直流电压为约1.5V。并从位于槽体I底部的气体通入管通入常压C02气体，将废水的pH被调节为5.8左右。实验中观测发现，在该电絮凝装置内，仅发生很少的絮凝现象，体现在废水仅略变浑浊，但基本上不发生沉淀。将离开该电絮凝装置的废水通入另一容器中，其中含有大量碳酸钙颗粒以提升PH值，发现在该容器中发生大量絮凝沉淀现象。
[0039]实施例2
[0040]采用图6所示的采用中空电极板的异位絮凝电絮凝装置处理废水，极板为铁铝合金极板，数目为150个，每对极板间施加的直流电压为约1.5V。从中空极板的气体入口 3处通入常压C02，并依次经中空极板的内部空腔和壁孔通入待处理废水中。将废水的pH被调节为5.8左右。实验中观测发现，在该电絮凝装置内，仅发生很少的絮凝现象，体现在废水仅略变浑浊，但基本上不发生沉淀。将离开该电絮凝装置的废水通入另一容器中，其中含有一些碳酸钙颗粒以提升PH值，发现在该容器中发生大量絮凝沉淀现象。实验中还观察到，由于C02气流的冲刷作用，电极板表面几乎没有污垢淤积现象，维持了其表面清洁性。
[0041]从上述实验可见，本发明的装置和方法，能够成功地实现异位絮凝。且当采用中空电极板时，还可以因通入的酸性气体的对侧冲刷或自体冲刷作用，有效地消除了极板钝化现象，并大大缓解了浓差极化现象。因此，电极板的溶出效率得到大大提升。
【主权项】
1.一种异位絮凝电絮凝装置，其特征在于，其包括槽体(I)、位于所述槽体(I)内部的至少一对电极板(2)，该至少一对电极板(2)分别连接电源的正极和负极，其中至少连接电源正极的电极板的材质为铁、铝或铁铝合金，其中所述异位絮凝电絮凝装置还具有气体通入管(5)。2.根据权利要求1所述的异位絮凝电絮凝装置，其特征在于，所述电极板(2)为中空电极板，该中空电极板上具有与其内部空腔连通的气体入口(3)，该中空电极板的每个侧壁上均具有若干个壁孔(4)，壁孔(4)为水平孔或倾斜孔。3.根据权利要求2所述的异位絮凝电絮凝装置，其特征在于，多对所述中空电极板彼此间隔一定距离并排布置，且相邻中空电极板的侧壁上的壁孔(4)彼此相错地布置。4.根据权利要求1所述的异位絮凝电絮凝装置，其特征在于，所述气体通入管(5)设置在槽体⑴上。5.根据权利要求2所述的异位絮凝电絮凝装置，其特征在于，以所述气体入口(3)作为所述气体通入管(5)。6.根据权利要求2所述的异位絮凝电絮凝装置，其中所述槽体I和所述中空电极板除了流体进出口外，其整体是密闭的。7.一种异位电絮凝方法，其特征在于，其使用异位絮凝电絮凝装置来实施，该异位絮凝电絮凝包括槽体(I)、位于所述槽体(I)内部的至少一对电极板(2)，该至少一对电极板(2)分别连接电源的正极和负极，其中至少连接电源正极的电极板的材质为铁、铝或铁铝合金，其中所述异位絮凝电絮凝装置还具有气体通入管(5);操作过程中，经由该气体通入管(5)向待处理废水中通入酸性气体，所述酸性气体选自二氧化碳、二氧化硫或燃烧尾气。8.—种异位电絮凝方法，其特征在于，其使用异位絮凝电絮凝装置来实施，该异位絮凝电絮凝包括槽体(I)、位于所述槽体(I)内部的至少一对电极板(2)，该至少一对电极板(2)分别连接电源的正极和负极，其中至少连接电源正极的电极板的材质为铁、铝或铁铝合金，其中所述电极板(2)为中空电极板，该中空电极板上具有与其内部空腔连通的气体入口(3)，该中空电极板的每个侧壁上均具有若干个壁孔(4)，壁孔(4)为水平孔或倾斜孔；操作过程中，依次经由该气体入口(3)、所述内部空腔和所述壁孔(4)向待处理废水中通入酸性气体，所述酸性气体选自二氧化碳、二氧化硫或燃烧尾气。9.根据权利要求7或8的异位电絮凝方法，其中通过通入所述酸性气体将待处理废水的pH调节至5.6以下。10.根据权利要求7或8的异位电絮凝方法，其中在另外的容器中将离开所述异位絮凝电絮凝器的废水的PH值升高，以发生絮凝沉降。
【专利摘要】本发明涉及一种异位絮凝电絮凝装置，其包括槽体(1)、位于所述槽体(1)内部的至少一对电极板(2)，该至少一对电极板(2)分别连接电源的正极和负极，其中至少连接电源正极的电极板的材质为铁、铝或铁铝合金，其中所述异位絮凝电絮凝装置还具有气体通入管(5)。本发明还涉及一种使用上述异位絮凝电絮凝装置对废水进行异位电絮凝的方法，其中将酸性气体从所述气体通入管(5)中通入废水中。优选地，本发明的装置中的电极板为中空电极板，并将酸性气体从该中空电极板的气体入口(3)处通入。本发明的装置和方法能够实现异位絮凝。
【IPC分类】C02F1/463
【公开号】CN104891610
【申请号】CN201510271605
【发明人】刘艳尼, 赵庆晨
【申请人】北京华瑞创源环保科技有限公司
【公开日】2015年9月9日
【申请日】2015年5月25日
【技术领域】
[0001]本发明属于废水处理设备和处理工艺领域。
【背景技术】
[0002]絮凝法是处理废水的常见方法。常规的化学絮凝法是向废水中加入各种絮凝剂，例如聚合氯化铝、聚合氯化铁、聚合硫酸氯化铝铁等，这些絮凝剂中的铁离子或铝离子均容易水解生成氢氧化铁或氢氧化铝，并且随着其量的增多而发生絮凝沉淀，在絮凝沉淀过程中，通过吸附和卷扫作用，将废水中的颗粒状物质和一些可吸附物质转移到絮凝物中，起到净化废水的作用。但化学絮凝法往往向废水中引入其它阴离子，例如氯离子或硫酸根离子，这些额外引入的离子，最后也需要除去，带来了后续处理的麻烦。
[0003]近年来，为了避免化学絮凝法的上述缺陷，开发了电絮凝法。其原理是将铁、铝或铁铝合金作为电解池的阳极并浸没在废水中，通过阳极氧化作用释放Fe2+和/或Al 3+，Fe2+又很容易被氧化成Fe3+，它们进而水解成相应的氢氧化物，发生絮凝沉淀。其除了铁离子或铝离子的来源不同外，基本原理和过程与化学絮凝法相同。
[0004]电絮凝法处理废水时，常面临具体操作上的困难。一个困难是，在絮凝过程中，废水中的胶体物质或有机粘稠物质或絮凝体容易作为淤泥沉积在电极表面上，阻止了亚铁离子和/或铝离子从极板上的进一步溶出。另一个困难是，工业上为了提高电絮凝效率，常常在一个絮凝槽内并排使用数十到数百个电极板，同时溶出Fe2+和/或Al 'Fe2+又很容易被氧化成Fe3+，这些金属阳离子进一步水解而发生絮凝，由于电絮凝过程发生在电絮凝反应器内部，大量的絮凝沉降物很容易会淤积在密密麻麻的电极板之间，造成操作过程中断，不得不进行清理。为解决上述问题，通常采用机械法和超声法对极板表面进行清理，但这样的清理很费时费力，且要么对电极表面造成伤害，要么需要安装额外的超声设备，增加成本。
[0005]电絮凝装置内部电絮凝作用外，还发生一定程度的电氧化作用。电化学氧化法的作用机理主要是通过电极材料的作用产生超氧自由基(.02)、H2O2、羟基自由基(.0H)等活性基团来氧化水体中的有机物。该方法只发生在水中，且不需另加催化剂，避免了二次污染。由于其可控制性强，无选择性，条件温和等优点，所以对于难生化降解的有机物有比较好的处理效果。但是，在实际应用中常常遭遇两个问题:一个是极板钝化问题，废水中的胶体物质或有机粘稠物质或絮凝沉淀物容易作为淤泥沉积在阴极和阳极上，糊住了阴极和阳极，如果不定期清理，会严重影响电极板与废水的接触，降低电极效率。另一个是浓差极化的问题，即，电极板产生的超氧自由基(.02)、H2O2、羟基自由基(.0Η)等活性基团，通常只能在距离电极板表面数毫米范围内起作用，而此距离范围之外废水主体中含有的有机物其实是无法接触到这些活性基团的，因此也难以被氧化，除非它们通过扩散作用迀移到电极板附近数毫米范围之内。极板钝化问题和浓差极化问题都导致电氧化效率下降。
[0006]本发明创新性地开发出一种异位絮凝电絮凝器和异位电絮凝方法，能够解决上述现实问题。
【发明内容】
[0007]本发明的第一方面提供一种异位絮凝电絮凝装置，其包括槽体(I)、位于所述槽体(I)内部的至少一对电极板(2)，该至少一对电极板(2)分别连接电源的正极和负极，其中至少连接电源正极的电极板的材质为铁、铝或铁铝合金，其中所述异位絮凝电絮凝装置还具有气体通入管(5)。
[0008]本发明中，所述电极板可以是实心的电极板，也可以是中空电极板。
[0009]在本发明的优选实施方案中，所述电极板(2)为中空电极板，该中空电极板上具有与其内部空腔连通的气体入口(3)，该中空电极板的每个侧壁上均具有若干个壁孔(4)，壁孔(4)为水平孔或倾斜孔。
[0010]在本发明的优选实施方案中，多对所述中空电极板彼此间隔一定距离并排布置，且相邻中空电极板的侧壁上的壁孔(4)彼此相错地布置。
[0011]在本发明的优选实施方案中，所述气体通入管(5)设置在槽体(I)上。当使用所述中空电极板时，也可以以所述气体入口(3)作为所述气体通入管(5)。
[0012]本发明的第二方面提供一种异位电絮凝方法，该方法使用异位絮凝电絮凝装置来实施，该异位絮凝电絮凝包括槽体(I)、位于所述槽体(I)内部的至少一对电极板(2)，该至少一对电极板(2)分别连接电源的正极和负极，其中至少连接电源正极的电极板的材质为铁、铝或铁铝合金，其中所述异位絮凝电絮凝装置还具有气体通入管(5);操作过程中，经由该气体通入管(5)向待处理废水中通入酸性气体，所述酸性气体选自二氧化碳、二氧化硫或燃烧尾气。
[0013]本发明的第三方面也提供一种异位电絮凝方法，该方法使用异位絮凝电絮凝装置来实施，该异位絮凝电絮凝包括槽体(I)、位于所述槽体(I)内部的至少一对电极板(2)，该至少一对电极板(2)分别连接电源的正极和负极，其中至少连接电源正极的电极板的材质为铁、铝或铁铝合金，其中所述电极板(2)为中空电极板，该中空电极板上具有与其内部空腔连通的气体入口(3)，该中空电极板的每个侧壁上均具有若干个壁孔(4)，壁孔(4)为水平孔或倾斜孔；操作过程中，依次经由该气体入口(3)、所述内部空腔和所述壁孔(4)向待处理废水中通入酸性气体，所述酸性气体选自二氧化碳、二氧化硫或燃烧尾气。
[0014]在本发明的优选实施方案中，在另外的容器中将离开所述异位絮凝电絮凝器的废水的PH值升高，以发生絮凝沉降。
[0015]在本发明的具体实施方案中，所述壁孔4的直径可以由技术人员根据需要进行调整，例如可以为0.05mm-0.5mm，优选地为0.05mm-0.2mm，更优选地为0.1mm。
[0016]在本发明的优选实施方案中，相邻中空电极板的侧壁上的壁孔(4)彼此相错布置。这种相错布置可以是水平位置相错、竖直位置相错，或二者兼有。
[0017]在本发明的实施方案中，所述至少一对电极板中，至少与电源正极相连的电极板为可溶性电极板，例如其材质可以为铝、铁或铁铝合金，而与电源负极相连的电极板可以是惰性电极板，例如其材质可以为石墨或钛或其它不溶出的惰性材质。优选地，所述至少一对电极板的材质都选自铝、铁或铁铝合金，并通过周期性地交换正负极来实现正负电极板的均匀消耗。
[0018]在本发明的优选实施方案中，还可以直接将废水与酸性气体共同通入所述中空电极板的气体入口中，并共同经由中空电极板的内部空腔和壁孔流至所述槽体中。
[0019]以向待处理废水中通入C02为例，具体介绍本发明的设备和方法的工作过程如下:
[0020]在常规电絮凝反应器中，当使用可溶性电极例如铁电极、铝电极或铁铝合金电极时，电解溶出Fe2+和/或Al 3+，其中Fe2+又很容易被氧化成Fe 3+。发明人经过对长期积累的观测数据进行研宄后发现，在废水PH = 6.5-7.5的范围内，Al3+会发生显著的絮凝沉降反应，PH低于6.5时，Al3+虽然也有部分水解，但不会发生明显的絮凝沉降，估计此时Al3+的水解产物为部分水解产物，即以Al (OH)2+或Al (OH) 2+的形式存在，这些部分水解产物的物理形态更多地是相对稳定悬浮的“胶体”而非“絮凝沉淀物”，只有到PH高于6.5时，才会有大量的Al (OH)3B成并产生明显的絮凝沉淀。当PH高于7.5时，由于为两性氢氧化物，Al (OH) 3反而会溶解，不能再起到絮凝沉降的作用。发明人同样经过研宄发现，在PH = 3.5-6.5的范围内，Fe2+和Fe 3+会发生水解，但均属于部分水解，虽有沉淀物产生但沉淀物在废水中呈悬浮态，不会大量沉淀。直至PH高于6.5时，Fe2+和Fe3+才会发生显著比例的水解并产生显著的沉淀，至pH高于8.5时，Fe2+和Fe 3+会完全水解并完全沉淀。
[0021]发明人基于上述数据分析结果，创造性地提出了通入酸性气体调节废水pH值以实现异位絮凝的技术方案。以C02为例，常压下向水中通入C02至饱和，其pH为5.6左右；在加压下向水中通入C02，其pH甚至可以低至3.7ο因此，通入C02后，可以有效地完全避开Al3+发生显著絮凝沉降的pH范围6.5-7.5，在电絮凝器中使用铝电极时，就可以实现从电极上溶出Al3+，在电絮凝器中在pH为5.6的条件下，该Al3+仅发生部分水解，但不发生絮凝沉淀，待废水流出该电絮凝器后进入到一个相对空旷的容器中，再通过调高PH值(例如减压或升温使C02逸出，或者掺入中和性物质例如掺入碳酸钙颗粒或掺入另一股碱性废水，等等)，使Al3+发生完全水解并絮凝沉淀。由此，实现了异位絮凝。同理，在电絮凝器中使用铁电极时，虽然通入C02将废水的pH调节至5.6不足以完全阻止Fe2+和Fe 3+的水解，但至少能避免它们发生显著比例的水解和絮凝沉淀，也部分减轻了在电絮凝器内部的絮凝沉 淀。待废水流出该电絮凝器后进入到一个相对空旷的容器中，再通过调高PH值(例如减压或升温使C02逸出，或者掺入中和性物质例如掺入碳酸钙颗粒或掺入另一股碱性废水，等等)，使Fe2+和Fe3+发生完全水解并絮凝沉淀。由此，至少部分地实现了异位絮凝。同理，当电絮凝器中使用铁铝合计电极时，也能至少部分地实现了异位絮凝。
[0022]同理，向废水中通入二氧化硫、燃烧尾气(例如烟道气)等气体时，也能实现相同或类似的异位絮凝效果。
[0023]当电絮凝器中使用中空电极板时，将该中空电极板的气体入口 3作为所述气体通入管5来通入酸性气体，同样也能实现相同或类似的异位絮凝效果。
[0024]本发明的有益效果如下:
[0025]1、异位絮凝:如上所述，本发明通过在电絮凝装置中增设气体通入管并向待处理废水中通入酸性气体，能够实现异位絮凝，使得絮凝物絮凝沉淀在电絮凝器下游的相对空旷的单独容器中，避免絮凝物沉积在电极板上或沉积在电絮凝器内部，进而减轻了结构复杂的电絮凝器清理负担。
[0026]2、电极效率提高:当电絮凝器中使用中空电极板且从该中空电极板的气体入口
(3)通入酸性气体时，通入的气体依次经由所述气体入口、所述中空电极板的内部空腔和所述壁孔进入到待处理的废水中，还能起到冲刷作用，防止极板表面淤积污垢。当通入的酸性气体为高压时，由于彼此相对的两块中空电极板的相对的两侧面上的壁孔相错设置，因此从壁孔中高速喷出的气体冲刷对侧的电极板，清除对侧电极板表面上的污泥等粘附物，防止极板钝化以及由于极板钝化造成的电流效率下降；这种高速射流作用还对相邻电极板之间的废水起到搅拌作用，促进废水主体与电极板壁表面的废水的交换，由此减缓浓差极化问题。当通入的酸性气体为低压时，从壁孔4中逸出的气体可能不足以射流到对侧电极板上，但逸出的流体沿自身电极板壁的上浮可以冲刷该电极板自身的污泥，通过这种自体冲刷的方式防止极板钝化。无论是高压气体还是低压气体，因有一定的压力存在，均可以防止待处理的废水从所述壁孔进入所述中空电极板的内部空腔内，避免污染物在中空电极板内部空腔中的沉积。消除极板钝化并减轻浓差极化，无论对于电絮凝还是电氧化，都是有利于提高电极效率的。
[0027]3、安全性提高:电极板上还不可避免地会发生一些电解析氢析氧反应，即电解水的反应，析出的氢气和氧气在电絮凝反应器中积累到一定浓度会有爆炸危险，即所谓的“氢爆”。通过向废水中通入C02，超出C02在废水中的溶解度的那部分C02会以气相形式存在，可以有效稀释上述氢气和氧气，避免发生氢爆。
【附图说明】
[0028]图1是本发明的异位絮凝电絮凝装置的结构示意图。
[0029]图2是本发明的采用中空电极板的异位絮凝电絮凝装置中的中空电极板的结构示意图。
[0030]图3是图2中所示的中空多孔极板沿M-M线剖开后并沿箭头所示方向看去的视图。
[0031]图4是图2中所示的中空多孔极板沿N-N线剖开后并沿箭头所示方向看去的视图。
[0032]图5是图2中所示的中空多孔极板沿K-K线剖开后并沿箭头所示方向看去的视图，其中分别示出了水平壁孔和倾斜壁孔两种各自独立的壁孔布置方式。
[0033]图6为本发明的采用中空电极板的异位絮凝电絮凝装置的示意图，其中示意性地示出了 8个中空多孔极板并排放置，其中相邻的壁孔之间相错设置。
[0034]图中附图标记含义如下:
[0035]1-槽体；2-电极板；3_气体入口 ；4-壁孔；5_气体通入管。
【具体实施方式】
[0036]以下结合实施例和附图对本发明做进一步详细说明，实施例仅限于说明本发明，而非对本发明的限定。
[0037]实施例1
[0038]采用图1所示的采用实心电极板的异位絮凝电絮凝装置处理废水，该实心电极板为铁铝合金极板，数目为150个，每对极板间施加的直流电压为约1.5V。并从位于槽体I底部的气体通入管通入常压C02气体，将废水的pH被调节为5.8左右。实验中观测发现，在该电絮凝装置内，仅发生很少的絮凝现象，体现在废水仅略变浑浊，但基本上不发生沉淀。将离开该电絮凝装置的废水通入另一容器中，其中含有大量碳酸钙颗粒以提升PH值，发现在该容器中发生大量絮凝沉淀现象。
[0039]实施例2
[0040]采用图6所示的采用中空电极板的异位絮凝电絮凝装置处理废水，极板为铁铝合金极板，数目为150个，每对极板间施加的直流电压为约1.5V。从中空极板的气体入口 3处通入常压C02，并依次经中空极板的内部空腔和壁孔通入待处理废水中。将废水的pH被调节为5.8左右。实验中观测发现，在该电絮凝装置内，仅发生很少的絮凝现象，体现在废水仅略变浑浊，但基本上不发生沉淀。将离开该电絮凝装置的废水通入另一容器中，其中含有一些碳酸钙颗粒以提升PH值，发现在该容器中发生大量絮凝沉淀现象。实验中还观察到，由于C02气流的冲刷作用，电极板表面几乎没有污垢淤积现象，维持了其表面清洁性。
[0041]从上述实验可见，本发明的装置和方法，能够成功地实现异位絮凝。且当采用中空电极板时，还可以因通入的酸性气体的对侧冲刷或自体冲刷作用，有效地消除了极板钝化现象，并大大缓解了浓差极化现象。因此，电极板的溶出效率得到大大提升。
【主权项】
1.一种异位絮凝电絮凝装置，其特征在于，其包括槽体(I)、位于所述槽体(I)内部的至少一对电极板(2)，该至少一对电极板(2)分别连接电源的正极和负极，其中至少连接电源正极的电极板的材质为铁、铝或铁铝合金，其中所述异位絮凝电絮凝装置还具有气体通入管(5)。2.根据权利要求1所述的异位絮凝电絮凝装置，其特征在于，所述电极板(2)为中空电极板，该中空电极板上具有与其内部空腔连通的气体入口(3)，该中空电极板的每个侧壁上均具有若干个壁孔(4)，壁孔(4)为水平孔或倾斜孔。3.根据权利要求2所述的异位絮凝电絮凝装置，其特征在于，多对所述中空电极板彼此间隔一定距离并排布置，且相邻中空电极板的侧壁上的壁孔(4)彼此相错地布置。4.根据权利要求1所述的异位絮凝电絮凝装置，其特征在于，所述气体通入管(5)设置在槽体⑴上。5.根据权利要求2所述的异位絮凝电絮凝装置，其特征在于，以所述气体入口(3)作为所述气体通入管(5)。6.根据权利要求2所述的异位絮凝电絮凝装置，其中所述槽体I和所述中空电极板除了流体进出口外，其整体是密闭的。7.一种异位电絮凝方法，其特征在于，其使用异位絮凝电絮凝装置来实施，该异位絮凝电絮凝包括槽体(I)、位于所述槽体(I)内部的至少一对电极板(2)，该至少一对电极板(2)分别连接电源的正极和负极，其中至少连接电源正极的电极板的材质为铁、铝或铁铝合金，其中所述异位絮凝电絮凝装置还具有气体通入管(5);操作过程中，经由该气体通入管(5)向待处理废水中通入酸性气体，所述酸性气体选自二氧化碳、二氧化硫或燃烧尾气。8.—种异位电絮凝方法，其特征在于，其使用异位絮凝电絮凝装置来实施，该异位絮凝电絮凝包括槽体(I)、位于所述槽体(I)内部的至少一对电极板(2)，该至少一对电极板(2)分别连接电源的正极和负极，其中至少连接电源正极的电极板的材质为铁、铝或铁铝合金，其中所述电极板(2)为中空电极板，该中空电极板上具有与其内部空腔连通的气体入口(3)，该中空电极板的每个侧壁上均具有若干个壁孔(4)，壁孔(4)为水平孔或倾斜孔；操作过程中，依次经由该气体入口(3)、所述内部空腔和所述壁孔(4)向待处理废水中通入酸性气体，所述酸性气体选自二氧化碳、二氧化硫或燃烧尾气。9.根据权利要求7或8的异位电絮凝方法，其中通过通入所述酸性气体将待处理废水的pH调节至5.6以下。10.根据权利要求7或8的异位电絮凝方法，其中在另外的容器中将离开所述异位絮凝电絮凝器的废水的PH值升高，以发生絮凝沉降。
【专利摘要】本发明涉及一种异位絮凝电絮凝装置，其包括槽体(1)、位于所述槽体(1)内部的至少一对电极板(2)，该至少一对电极板(2)分别连接电源的正极和负极，其中至少连接电源正极的电极板的材质为铁、铝或铁铝合金，其中所述异位絮凝电絮凝装置还具有气体通入管(5)。本发明还涉及一种使用上述异位絮凝电絮凝装置对废水进行异位电絮凝的方法，其中将酸性气体从所述气体通入管(5)中通入废水中。优选地，本发明的装置中的电极板为中空电极板，并将酸性气体从该中空电极板的气体入口(3)处通入。本发明的装置和方法能够实现异位絮凝。
【IPC分类】C02F1/463
【公开号】CN104891610
【申请号】CN201510271605
【发明人】刘艳尼, 赵庆晨
【申请人】北京华瑞创源环保科技有限公司
【公开日】2015年9月9日
【申请日】2015年5月25日
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