申请日2010.08.30
公开(公告)日2011.06.01
IPC分类号C02F1/461
摘要
本实用新型涉及一种环境友好技术(EFT，Environment Friendly Technology)的污水处理电解设备，该电解设备包括电极板及用于固定电极板的装置，所述电极板包括阳极板和阴极板。采用本实用新型的电解设备，处理后污水可以达标排放，而且电极板的使用寿命大大延长。
权利要求书
1.一种电解设备，其特征在于，该电解设备包括电极板及用于固定电极板的装置。
2.根据权利要求1所述的电解设备，其特征在于，所述电极板包括阳极板和阴极板。
3.根据权利要求1所述的电解设备，其特征在于，所述电极板包括阳极板、阴极板、以及过渡板。
4.根据权利要求1-3任一项所述的电解设备，其特征在于，所述电极板通过电极固定架固定连接。
5.根据权利要求4所述的电解设备，其特征在于，所述电极板通过电极板上部固定架固定连接。
6.根据权利要求5所述的电解设备，其特征在于，所述的电解设备至少包括一块阴极板、一块阳极板、以及位于阴极板和阳极板之间的至少两块过渡板。
7.根据权利要求6所述的电解设备，其特征在于，所述的电解设备还包括排污装置。
8.根据权利要求7所述的电解设备，其特征在于，所述排污装置包括上浮排污槽、上浮排污管、上浮排污刮板及上浮排污刮板导轨。
9.一种EFT污水处理的成套设备，其特征在于，包括权利要求1-8任一项所述的电解设备。
10.根据权利要求9所述的成套设备，其特征在于，还包括EFT-pH自动调节机、泥水分离箱、清水收集池以及淤泥收集池。
11.根据权利要求9或10所述的成套设备，其特征在于，还包括碳砂过滤塔，其用于对清水收集池中获得的清水进行二次处理。
说明书
EFT污水处理电解设备
技术领域
本实用新型涉及一种环境友好技术(EFT，Environment Friendly Technology)的污水处理电解设备。
背景技术
电化学法水处理技术被称为“环境友好”技术(EFT，Environment Friendly Technology)。EFT电化学技术的要点是：电絮凝/电气浮/共沉淀技术，是应用电化学氧化还原的反应原理、控制污染的电化学法。在电解槽中通入一定电压的直流电，让废水通过电解槽，使废水中的电解质的阴离子移向阳极，并在阳极失去电子而被氧化，阳离子移向阴极，并在阴极得到电子而被还原。利用这种反应使污染成分生成不溶于水的沉淀物，并生成气体从水中逸出，使废水净化。
电化学法处理污水是一般化学法，物理法等方法运行成本的1/3，而且工艺简单，操作方便，基础建设占地面积少，处理污水能够长期稳定达标排放。电化学方法治理污水，具有无需添加氧化剂、絮凝剂等化学药品，设备体积小，占地面积少，操作简便灵活等优点。但电化学方法一直存在着能耗大(使用电能设备运行时间长，一般3个多小时)、成本高(电极板消耗快，主要问题是钝化，活性金属电极板)等缺点，从而大大限制了电化学方法在处理废水领域中的应用。
在外加电压的作用下，利用可溶性的阳极，产生大量的阳离子(如Fe2+、Al3+等)，对废水进行凝聚沉淀，这种方法称为电凝聚。电凝聚往往伴随着气浮，在阴极有氢气被还原，故也有称为电凝聚浮上法的。电极反应如下：
阳极：Fe-2e→Fe2+或Al-3e→Al3+
阴极：2H++2e→H2个或Ox+ne→Re
在几种电化学处理废水类型中，电凝聚与电气浮的运用比较成熟。与化学凝聚相比，电凝聚方法无需投资加药设施，且材料消耗要少许多。其缺陷在于能耗问题。铁离子或铝离子与氢氧根结合起到凝聚作用。同时，在阴极发生还原反应，逸出的氢气形成极小的气泡，将废水中的凝聚物浮上电解槽的液体表面。电凝聚作为废水处理的一种有效手 段，很早就得到了应用，但由于其在实际应用中单位铝、铁耗材过大，使电凝聚法的发展及应用受到了限制。
目前废水的处理方法一般采用物化法分流-----综合两段处理。前段处理多分三类水;铬水、氰水和综合水(铜镍锌水)。铬水用还原剂使之变价还原，氰水用两级氧化破氰，铜镍锌水直接与前两股水汇合而成为综合水。后段处理综合水，基本上是用碱(烧碱或石灰)、聚合氯化铝(PAC)和有机絮凝剂(PAM)，具体操作是：把综合水的pH值调整到10--13，碱浓度大而迫使碱与重金属的反应向生成氢氧化物的方向进行。由于pH值>9，排放口又需要使用酸进行中和从而使pH值降到9以下。这属于传统的处理工艺，存在诸多不足。例如前处理三支污水的划分，不符合生产实际，铬水以铬为主、氰水以氰为主、铜镍锌三合水以3元素居多。这些实际情况，是在废水处理的实践中发现的，几乎所有企业的废水都是如此。由于第二段处理的污水中各种污染物都存在，用简单的药剂化学方法很难使终端水达标排放。前段处理不可能达到反渗透膜的处理要求，处理运行成本高，又不能达标排放。后段处理成了各家污水处理企业追求的方向和目标。
同时，电化学法处理污水过程中，电解一段时间后，阳极会发生钝化现象，阴极会发生结垢问题，钝化时电极表面附着一层氧化物保护膜，表现为阳极溶出停止，处理的污水不能达标排放，而且电极材料、电能源消耗大，污水处理运行成本高等。这些问题一直困扰着电化学法在污水处理生产化中的应用。
而且目前国内外广泛采用的可溶性电极多为铁板、铝板，作为处理污水的絮凝剂，但是电极板材料消耗太高，容易积垢，易老化，使用寿命短(30天左右)，增加了废水处理成本。
实用新型内容
本发明人在经过大量实验研究的基础上，成功研究了EFT污水处理电解设备。
根据本实用新型的技术方案，其通过如下方式实现：
(1)一种电解设备，其特征在于，该电解设备包括电极板及用于固定电极板的装置。
(2)根据(1)的电解设备，其特征在于所述电极板包括阳极板、阴极板、以及任选的过渡板。
(3)根据(1)或(2)的电解设备，其特征在于，所述电极板通过电极固定架等装置固定连接。
(4)根据前述任一项的电解设备，其特征在于，所述电极板通过电极板上部固定架固定连接。
(5)根据前述任一项的电解设备，其特征在于，该电解设备至少包括一块阴极板、一块阳极板、以及位于阴极板和阳极板之间的至少两块，优选三块过渡板。
(6)根据前述任一项的电解设备，其特征在于，该电解设备还包括排污装置。
(7)根据(6)的电解设备，其特征在于，所述排污装置包括上浮排污槽、上浮排污管、上浮排污刮板及上浮排污刮板导轨。
(8)根据前述任一项的电解设备，其特征在于所述电解设备为电解槽或电解床。
(9)一种EFT污水处理的成套设备，其特征在于，包括前述任一项所述的电解设备。
(10)根据(9)所述的成套设备，其特征在于，还包括EFT-pH自动调节机、泥水分离箱、清水收集池以及任选的淤泥收集池。
(11)根据(9)或(11)所述的成套设备，其特征在于，还包括碳砂过滤塔，其用于对清水收集池中获得的清水进行二次处理。
在本实用新型中，使用的阳极板可以为常规的阳极板，但优选使用本申请人于同日提交的、实用新型名称为“EFT惰性复合电极的阳极板及其制备方法，包含该阳极板的电解设备”的专利申请，其全文引入本文作为参考。
根据本实用新型的优选实施方案，所述阳极板包括多层结构，至少由内层的活性金属层，以及在所述活性金属两侧的石墨层的3层结构组成。优选在该多层结构的一侧，在所述活性金属和石墨层之间还依次设有绝缘材料层和石墨层，该侧多层结构由外向内依次为石墨层、绝缘材料层、石墨层和活性金属层。
根据前述的阳极板，其中在另一侧的活性金属和石墨层之间同时依次设有绝缘材料层和石墨层，即该另一侧多层结构由外向内依次为石墨层、绝缘材料层、石墨层和活性金属层。
根据前述的阳极板，其中在该多层结构的一侧，在所述石墨层和活性金属之间还设有活性金属层和绝缘材料层，该侧多层结构由外向内依次为石墨层、活性金属层、绝缘材料层和活性金属层。
根据前述的阳极板，其中在该多层结构的另一侧，在所述石墨层和活性金属之间还设有活性金属层和绝缘材料层，该侧多层结构由外向内依次为石墨层、活性金属层、绝缘材料层和活性金属层。
根据前述的阳极板，其特征在于该一侧的石墨外层，还设有一层活性金属层。
根据前述所述的阳极板，其中所述的绝缘材料层为玻璃钢层。
优选的阳极板由如下7层结构依次组成：石墨层、玻璃钢层、石墨层、活性金属层、石墨层、玻璃钢层和石墨层。
在本实用新型中，使用的阴极板可以为常规的阴极板，但优选使用本申请人于同日提交的、实用新型名称为“EFT惰性复合电极的阴极板及其制备方法，包含该阴极板的电解设备”的专利申请，其全文引入本文作为参考。
根据本实用新型的技术方案，所述的阴极板包括多层结构，其至少由内层的中间层、以及在所述中间层两侧的石墨层的3层结构组成。所述中间层为活性金属层、不锈钢层或碳钢层，其中的活性金属层为铁层或铝层。
根据前述的阴极板，其中在该多层结构的一侧的石墨层外侧，由内向外还依次设有活性金属层和石墨层。
根据前述的阴极板，其中在该多层结构的另一侧的石墨外层，由内向外还设有活性金属层和石墨层。
根据前述的阴极板，其中在该多层结构的一侧或两侧，在所述石墨层外侧，由内向外还设有绝缘材料层、石墨层、活性金属层和石墨层。
根据前述的阴极板，其特征在于在一侧或两侧的石墨层和中间层之间还设有绝缘材料层。
根据本实用新型的优选实施方案，所述的绝缘材料层为玻璃钢层。更优选所述的玻璃钢层为环氧树脂和玻璃纤维的复合材料层。
根据本实用新型更优选的技术方案，其通过如下方式实现：
一种阴极板，其特征在于，该电极板由至少3层结构组成，其依次包括石墨层，活性金属层和石墨层，所述的活性金属为铁或铝。
根据本实用新型，所述阴极板由至少3层结构组成，其依次由石墨层、碳钢板层、石墨层组成。
根据本实用新型，优选的阴极板由至少7层结构组成，其依次包括石墨层、活性金属层、石墨层、玻璃钢层、石墨层、活性金属层和石墨层。
根据本实用新型，优选的阴极板由至少7层结构组成，其依次包括石墨层、碳钢板层、石墨层、玻璃钢层、石墨层、碳钢板层和石墨层。
根据本实用新型的另一优选实施方案，所述阴极板由至少5层结构组成，其依次包括石墨层、活性金属层、石墨层、活性金属层和石墨层。
用于本实用新型的过渡板，可以参见申请人于同日申请的、实用新型名称为“EFT 惰性复合电极的过渡板及其制备方法，包含该过渡板的电解设备”的专利申请，其全文引入本文作为参考。
尽管本实用新型的过渡板并不直接与外加电源连接，但在电解槽中，本实用新型的过渡板本身实际上相当于同时兼具阳极板和阴极板的特性。
过渡板的基本结构如下：
一种电极板，其至少包括四层结构，包括石墨层、中间层、石墨层以及外层的四层结构。
根据前述的电极板，其中所述的中间层及外层分别为活性金属层、不锈钢层或碳钢层。
根据前述的电极板，其中的活性金属层为铁层或铝层。
优选地，在多层结构一侧的石墨层外侧还包括一层活性金属层、不锈钢层或碳钢层，以及任选的石墨层。
优选地，在外层的外侧还包括一层活性金属层、不锈钢层或碳钢层，以及任选的石墨层。
根据前述的电极板，其中在该多层结构一侧的石墨层外侧，由内向外依次由绝缘材料层、石墨层、活性金属层、石墨层、任选地绝缘材料层、及任选地石墨层组成。
优选的过渡板由如下方式实现：
由石墨层、冲刺后的活性金属层、石墨层、玻璃钢层、石墨层、活性金属层、石墨层、玻璃钢层、石墨层依次组成的9层结构;
根据本实用新型的优选实施方案，优选的过渡板由至少9层结构组成，依次包括石墨层、碳钢板层、石墨层、玻璃钢层、石墨层、铝层、石墨层、玻璃钢层、石墨层的9层结构。
根据本实用新型的优选方案，所述过渡板至少由石墨层、冲刺后的活性金属层、石墨层、活性金属层依次组成的4层结构组成。其中所述的活性金属层也可以被碳钢层或者不锈钢层替代。
根据本实用新型的优选方案，所述过渡板由至少4层结构组成，依次包括石墨层、碳钢板层、石墨层、铝层。
根据本实用新型的优选方案，所述过渡板至少由石墨层、冲刺后的活性金属层、石墨层、活性金属层及石墨层依次组成的5层结构。其中所述的活性金属层也可以被碳钢层或者不锈钢层替代。
根据前述的电极板，优选对活性金属层进行冲刺处理。
优选在本实用新型的过渡板中增加惰性材料层，优选玻璃钢，以加大与活性金属层的粘合力。所述绝缘材料优选为玻璃钢层，优选由环氧树脂和玻璃纤维复合而成的玻璃钢层。
根据本实用新型的技术方案，最优选本实用新型的过渡板由如下结构组成：
由石墨层、冲刺后的铁层、石墨层、玻璃钢层、石墨层、铝层、石墨层、玻璃钢层、石墨层依次组成的9层结构;
由石墨层、冲刺后的铁层、石墨层、铝层依次组成的4层结构;
由石墨层、冲刺后的铁层、石墨层、铝层及石墨层依次组成的5层结构;
由石墨层、碳钢板层、石墨层、玻璃钢层、石墨层、铝层、石墨层、玻璃钢层、石墨层的9层结构组成;
由石墨层、碳钢板层、石墨层、铝层依次组成的4层结构。
在上述电极板中使用石墨的原因在于，石墨不易脱落，不易被侵蚀，因此增加石墨后，在电极的表层不会产生钝化，从而能够有效地保护电极板的使用寿命;同时也保证了阳极和阴极设定距离间电解槽电流密度的稳定分布，处理后的废水能达标排放且能长期稳定。
由于石墨为惰性材料，其本身具有独特的耐酸、耐碱、耐高温和优越的导电性能，通过合理的科技工艺和玻璃钢、活性金属粘合，加工复合成EFT惰性复合电极后，解决了电化学技术处理废水过程中，电极板易沾污、易结垢、易腐蚀、易钝化、使用寿命短、运行成本高等问题;并能控制电极板阳极板在设定范围内有序释放，负极板能长期使用，并且重金属可以回收。污水处理效果长期稳定。
石墨层可以选用各种不同原料的石墨，优选膨胀石墨，更优选含量为99.8%以上的优质膨胀石墨。
本实用新型的选择加入过渡板的作用是能够降低电流和增强废水处理能力。当阳极板和阴极板组成的电解槽中无过渡板时，同样水质下，单极接线法电流会大于1000A，但当存在过渡板时，则同一水质的多极接线法电流不超过800A，优选不超过600A，更优选不超过500A，最优选不超过400A。
当采用直流电源时，当在阴极板和阳极板中间使用过渡板时，优选至少2块过渡板，更优选至少3块过渡板。如果采用高压脉冲和高频脉冲电源时，过渡板可以无限制，例如可以为1块或2块以上的过渡板。
出于对废水处理的经济性考虑，电极板优选使用铁或铝板。
为了使得进行电解反应的电极板与相邻层之间的粘合力更强，优选对该电解反应的电极板进行冲刺处理。如果包含多层该电极板，可以选择对部分电极板进行冲刺处理。冲刺处理的电极板中无需增加其他的粘合剂。
为了使得废水处理更完全，可以对阳极板和过渡板进行穿孔，孔的形状可以为槽状、圆形、椭圆形、方形等，优选椭圆形和圆形，更优选椭圆形。优选含有10-40个孔，优选15-30个孔，更优选20-24个孔。孔径大小以处理废水需释放的絮凝量要求而定。
根据本实用新型的优选实施方案，本实用新型在电解设备中增加一套排污装置。由于电极板进行电化学反应后会在电极板表面沉积被电解下来的金属，如果未对该电解金属进行处理，则会使得电极板的表面被污染，从而降低电解效率。
所述排污装置包括上浮排污槽6;上浮排污管7;上浮排污刮板8;上浮排污刮板导轨9
根据本实用新型，所述EFT电解设备的制备工艺通过下述方式实现：
利用EFT惰性复合电极组成20-40个，优选24-36个，更优选26-30个间距为80-240mm，优选100-200mm，更优选120-160mm的电解槽，电极接线方式为多极接线法，优选(+00-00+00-)，即阳极板、过渡板、过渡板、阴极板、过渡板、过渡板，重复依次排列接线，或者优选(+000-000+000-)，即阳极板、过渡板、过渡板、过渡板、阴极板、过渡板、过渡板、过渡板，重复依次排列接线。
外加电源220V，变压为12V、24V、36V，电流密度视污水水质而定。电解槽尺寸：长4000-6000mm，优选4200-5600mm，更优选4500-4800mm;宽800-2000mm，优选1000-1500mm;高1000-2400mm，优选1200-1800mm。每小时可处理8-10吨电镀废水。
极板尺寸：长800-2000mm，优选1000-1100mm;宽800-2000mm，优选1000-1100mm、厚1.5mm至10mm，优选2-8mm，更优选4-6mm。
采用本实用新型的电解设备，其优选技术方案中，起始电流为260-420A，优选为275-360A，更优选285-400A;10分钟后的电流为240-386A，优选256-300A，更优选275-276A;45分钟后的电流为180-320A，更优选206-295A，更优选262-270A;60分钟后的电流为150-300A，优选175-265A，更优选230-250A。
根据优选实施方案，起始电流275A、10分钟256A、45分钟206A、60分钟175A。
根据另一实施方案，起始电流385A、10分钟275A、45分钟262A、60分钟230A。
根据另一实施方案，起始电流360A、10分钟276A、45分钟270A、60分钟265A。
根据另一实施方案，起始电流420A、10分钟386A、45分钟295A、60分钟265A。
本实用新型的废水处理工艺流程是，将污水，如电镀污水通入到含有本实用新型电极板的污水处理设备(EFT)中，然后通过EFT-pH自动调节机进行调节，随后将经调节后的污水分别通入多个并排的泥水分离箱中，经分离后的清水直接通入清水收集池中，并将杂质部分通入淤泥收集池中。如需进一步处理，还将清水收集池中获得的清水通入碳砂过滤塔进行二次处理，然后将处理后的废水回用或排放到清水池中待用。
在外加电压的作用下，使用本实用新型经过加工复合成的EFT污水处理电解设备，处理的废水能长期稳定，能达标排放，运行成本非常低;解决了电化学技术处理废水领域中电极板易老化、耗能高等问题。为治理生活污水、工业污水开创了新的材料技术革命。此材料革命性的成功将给电化学技术在污水治理中发挥积极的作用，同时将为节约水资源和保护环境做出贡献。
使用本实用新型的EFT污水处理电解设备后，每天处理150吨电镀废水使用寿命400天以上，大大降低了废水处理成本。
采用本实用新型的EFT污水处理电解设备，可以在污水处理中回收有价值的物质。不仅可以处理单一的含Cr(VI)的废水，其铁氧体作用和共沉淀作用还可以处理含Cr(VI)、Cr3+、Cu2+、Ni2+、Zn2+、Cd2+、Pb2+等多种重金属离子的综合性电镀废水，无需分流，一次处理达标，大大地简化了处理流程，且处理后的水质稳定。由于电絮凝工艺后端还有加石灰乳混凝沉淀单元，这进一步保障了重金属离子的去除效果。如处理电镀、电解废水时，可以同时回收铬或铜等30多种贵金属;在垃圾渗滤液处理中，可以去除重金属、除盐、杀菌，并保留其中的氮、磷、钾及有机质，使其成为有机无机复合液肥等;使用EFT惰性复合电极技术处理污水时对诸如COD、BOD、NH4-N、大肠杆菌、悬浮物、重金属等的除去率高达99%。所以EFT惰性复合电极技术出现，让污水处理资源化成为现实，使传统的污水处理观念有了一个新的发展。
该EFT污水处理电解设备，通过对电镀废水的处理，30多种金属离子可从水溶液中电沉积到阴极EFT惰性复合电极上，包括贵金属和重金属。重金属处理率几乎百分之百，同时非金属的处理率也达到了96.5%。
本实用新型的EFT电解设备，可广泛应用于处理各种电镀、染料、颜料、涂料、农药、医药、兽药、炸药等生产废水;炼油废水、油田废水和其他精细化工废水，具有除浊脱色，降低COD、BOD，尤其对脱色及去除重金属效果更加显著：特别是汽车洗车场应用该设备后，更能有效地去除洗车废水中的悬浮物、各类胶体、各类细菌、分散油、乳 化油、去除水中臭味，废水处理水质达到生活杂用水水质标准。