一种电化学水处理设备及利用其处理水的方法
【专利摘要】本发明提供了一种电化学水处理设备，包括反应装置，设置在反应装置上部侧壁的切向进水口、底部下端的出水口以及底部侧壁的排污口，设于反应装置内部中心顶部的一级粗过滤网，设于一级粗过滤网下方的阳极，二级细过滤网，阴极、电源以及排气阀。本发明还提供了利用该设备处理水的方法。相对于现有技术，本发明设备通过巧妙的工艺构思，在同一反应装置内实现各工艺的协同耦合作用，使其互补互促，克服各自单一作用时的缺点，显著提高处理效果并降低能耗，优化反应器结构，缩小占地面积；利用该设备的水处理方法工艺简单、处理效率高，能够有效、经济、环保、一体化的通过水力旋流分离、两级过滤网过滤、电化学氧化还原进行水处理。
【专利说明】
一种电化学水处理设备及利用其处理水的方法
技术领域
[0001] 本发明属于水处理设备领域，特别涉及一种电化学水处理设备，还涉及利用该设 备进行水处理的方法。
【背景技术】
[0002] 随着现代工业的不断发展，水污染对环境的影响越来越严重，直接威胁着人类的 健康和生态安全。传统的污水处理方法由于受水质影响，往往很难达到满意的效果，并且能 耗高、体积大，降解不完全，甚至会造成二次污染。因此，体积小、效率高、操作简便的一体化 处理设备和技术一直是国内外水处理工作中的一个难点和研究热点。
[0003] 对污水进行过滤处理操作简便，无污染，往往被用作污水的预处理工艺。然而，水 体中杂质含量和种类等影响，单一方法的过滤往往效果较差，且滤网易堵塞，清污繁琐，不 能进行连续流处理。在众多的水处理技术中，电化学技术因其良好的可操控性以及与环境 有着较好的兼容性而受到人们的青睐。无机离子可通过电荷选择性在电化学反应体系中去 除，有机污染物在电化学阳极表面发生氧化反应可转化为小分子物质或者直接矿化为CO 2 和H2O从水中去除。但是，电化学技术对水中的固体物质难以去除，且处理效率受水质影响 较大，水体电导率较低时单独的电化学处理效果差。此外水中杂质对电极的污染使电极寿 命缩短，其应用受到了限制。
[0004] 现有的水处理常通过构建串联式构筑物，实现不同工艺的组合应用，但占地大，运 行管理繁琐。因此，寻求建立一种可以在常温常压下进行，高效、广谱的水处理技术，并设计 出一体化的反应装置简化工艺并缩小体积是有效解决水处理难题及推动技术能够实际应 用的关键。
【发明内容】
[0005] 发明目的:本发明的目的是提供了一种效率高、体积小、成本低的水处理设备以及 利用该设备进行水处理的方法。
[0006] 技术方案:本发明提供了一种电化学水处理设备，包括反应装置，设置在反应装置 上部侧壁的切向进水口、底部下端的出水口以及底部侧壁的排污口，设于反应装置内部中 心顶部的一级粗过滤网，设于一级粗过滤网下方的阳极，二级细过滤网，阴极、电源以及排 气阀；
[0007] 所述阴极平行设置于阳极外侧，并且其两端分别与一级粗过滤网底部和反应装置 底部密封连接;所述一级粗过滤网底部设有二级细过滤网，其内部液体通过二级细过滤网 仅能进入阴极和阳极中间的位置，然后再通过阳极表面的孔隙进入阳极内部;所述阴极外 侧为密封绝缘状态，其和一级粗过滤网一起将反应装置分割为外层旋流分离区和内层过 滤-反应区；
[0008] 所述阴极和阳极分别连接电源，出水口与阳极内部相联通，排气阀设于反应装置 旋流分离区顶部。
[0009] 所述设备通过设置切向进水口，使进水切向进入反应装置并在反应层中形成涡旋 状，利用产生的离心力使密度较大的杂质沿反应装置内壁滑落至底部，通过排污栗去除;初 步净化的水体再依次经一级粗过滤网孔过滤和二级细过滤网过滤，得初级净化水进入电化 学反应区，经电化学处理后即可处理得到净化水。
[0010] 作为优选，所述一级粗过滤网为圆筒形金属、塑料或尼龙滤网，二级细过滤网为圆 形片状，中间（阳极7内部上端)实心不透水，外围（阴极6和阳极7中间位置)为金属、塑料或 尼龙滤网，且二级细过滤网过滤精度高于一级粗过滤网；
[0011] 所述阴极和阳极均为圆筒型，其中阳极为导电多孔滤网，过滤精度高于二级细过 滤网；
[0012] 所述反应装置上部为圆筒形，下部为倒置圆台形。
[0013] 作为改进，所述进水口外面依次连接有流量计和进水栗;排污口外面连接有排污 栗。
[0014] 作为另一种改进，还包括超声装置，超声装置为震杆式，设于阴极和阳极之间，与 电源相连接。所述电源可同时满足电化学和超声装置需求。
[0015] 作为另一种改进，还包括多孔曝气板和进气栗，所述进气栗通过设于反应装置底 部的多孔曝气板将气体通入反应装置;所通入的气体为空气、氮气或臭氧化气体。
[0016] 作为另一种改进，还包括氢气浓度报警装置，其设于排气阀之后。
[0017] 作为另一种改进，还包括第一压力传感器、第二压力传感器、沉积物液位传感器和 自控单元;所述第一压力传感器设于反应装置上端侧壁内，所述第二压力传感器设于出水 口后面的出水管路上，沉积物液位传感器设于反应装置下端侧壁内；所述自控单元能接收 所连接各部件的信号，然后再输出控制信号，从而控制整个设备的进水、电源、排污和进气。
[0018] 所述自控单元可以分别与进水栗、流量计、电源、排污栗、进气栗、氢气浓度报警装 置、第一压力传感器、第二压力传感器、沉积物液位传感器等连接;所述第一压力传感器、第 二压力传感器、沉积物液位传感器、氢气浓度报警装置等输出检测信号至自控单元，所述自 控单元输出控制信号至进水栗、电源、排污栗和进气栗。
[0019] 本发明还提供了利用所述电化学水处理设备处理水的方法，包括以下步骤：
[0020] (a)通过切向进水口，使水体高速、切向进入反应装置；
[0021] (b)水体在反应装置外层旋流分离区内作旋流运动，利用产生的离心力使密度较 大的杂质沿反应装置内壁滑落至底部，定时或根据压差通过排污口排除;初步净化的水体 再依次经一级粗过滤网孔过滤和二级细过滤网过滤，得初级净化水进入电化学反应区，即 阴极和阳极中间；
[0022] (c)在电化学或电化学与超声、臭氧等耦合作用下，处理初级净化水，再进入阳极 内部，最后通过出水口排出，即得净化水。
[0023]步骤(a)中可以利用进水栗对水体进行增压、增速，使水体高速、切向进入反应装 置；
[0024] 此外，上述方法中还可以包括步骤(d):与水处理同步的，利用气液密度差，反应过 程中通过多孔曝气板和进气栗，生成以及通入气体将对滤网进行反冲洗，避免了滤网污染 堵塞。
[0025]技术效果:本发明与现有技术相比，具有如下技术效果：
[0026] -、利用切向进水口使水力旋流分离，并通过两级过滤网过滤、电化学氧化还原等 技术之间存在的互补、协同作用，显著提高处理效果，实现传统电化学水处理难以达到的效 果;该工艺能够提高处理效率，降低处理成本，对污水净化彻底，避免产生二次污染，环保可 靠，具有广阔的市场前景。
[0027] 二、利用特殊的反应装置结构设计，可在同一反应区间实现水力旋流分离、两级滤 网过滤，电化学氧化还原等多种反应及他们之间的协同效应，使反应器结构紧凑，提高处理 效果的同时显著缩小反应器体积，使反应装置携带、使用更方便。
[0028] 在水力旋流初步净化后，逐步通过粗孔过滤和微孔过滤不但可以较彻底地去除水 中的固体杂质，而且极大地提高了滤网的过滤效率，减小了滤网堵塞的概率。
[0029]三、利用电化学过程中生成的氢气和氧气使滤网在气泡上升过程中得到反冲洗， 避免了反冲洗程序和装置的增设，可实现设备连续工作，减小了设备体积，降低了处理成 本。
[0030] 四、利用超声和臭氧等技术耦合不但实现多种协同降解反应，同时可加强水体传 质，清洗滤网和电极，避免污垢沉积，使之能够长期有效运行，管理方便。
[0031] 五、通过自控单元与各部件相连接以及传感器数据反馈，可实现处理过程的全自 动、智能化控制。
[0032] 相对于现有技术，本发明设备通过巧妙的工艺构思，在同一反应装置内实现各工 艺的协同耦合作用，使其互补互促，克服各自单一作用时的缺点，显著提高处理效果并降低 能耗，优化反应器结构，缩小占地面积;利用该设备的水处理方法工艺简单、处理效率高，能 够有效、经济、环保、一体化的通过水力旋流分离、两级过滤网过滤、电化学氧化还原进行水 处理。
【附图说明】
[0033] 图1是实施例1的电化学水处理设备的结构示意图；
[0034]图2为实施例1的电化学水处理设备的俯视示意图；
[0035] 图3是实施例2的电化学水处理设备的结构示意图；
[0036] 图4是实施例3的电化学水处理设备的结构示意图；
[0037] 图5是实施例4的电化学水处理设备的结构示意图。
【具体实施方式】
[0038]根据下述实施例，可以更好地理解本发明。然而，本领域的技术人员容易理解，实 施例所描述的具体的物料配比、工艺条件及其结果仅用于说明本发明，而不应当也不会限 制权利要求书中所详细描述的本发明。
[0039] 实施例1
[0040] 电化学水处理设备，见图1至2,包括进水栗1、流量计2、反应装置3、一级粗过滤网 4、二级细过滤网5、阴极6、阳极7、电源8、排气阀9、排污栗10和氢气浓度报警装置14。
[0041] 进水栗1与反应层的进水口连接;反应装置3上部为圆筒形，下部为倒置圆台形，上 部设有切向进水口 3-1、底部下端设有出水口 3-2，底部侧壁设有排污口 3-3与排污栗10相连 接;一级粗过滤网4为圆筒形不锈钢过滤网，设于反应装置3中心顶部;所述二级细过滤网5 为圆形不锈钢过滤网，设于一级粗过滤网4底部;所述阳极7为圆筒形钛基二氧化锡电极，设 于一级粗过滤网4下方，通过二级细过滤网5分隔；所述阴极6和一级粗过滤网4 一起将反应 装置3分割为外层旋流分离区和内层过滤-反应区。所述阴极6为圆筒形不锈钢电极，外侧密 封绝缘处理，设于阳极7外侧，并和阳极7平行;所述阳极7和阴极6分别与电源8连接;所述排 气阀9设于反应装置3旋流分离区顶部，其后连接氢气浓度报警装置14。
[0042] 阴极6两端分别与一级粗过滤网4底部和反应装置3底部密封连接;一级粗过滤网4 底部设有二级细过滤网5,其内部液体通过二级细过滤网5仅能进入阴极6和阳极7中间的位 置，然后再通过阳极7表面的孔隙进入阳极7内部；
[0043] 本发明中，反应装置3上部为圆筒形，下部为倒置圆台形，上部设有切向进水口 3-1、底部下端设有出水口 3-2，底部侧壁设有排污口 3-3与排污栗10相连接。可选地，反应装置 3也可以为其他任意形状;然而，本发明中的圆筒形反应装置3能够使进水呈涡旋型，从而易 使较大密度的杂质离心分离、沉淀。
[0044] 本发明中，一级粗过滤网4为圆筒形不锈钢过滤网，过滤精度Imm;可选地，一级粗 过滤网4可以为光滑型或曲折型的不锈钢或钛过滤网，过滤精度可根据需要合理选择，优选 0.5-2_。二级细过滤网5为圆形片状，中间（阳极7内部上端)实心不透水，外围（阴极6和阳 极7中间位置)为不锈钢过滤网，过滤精度0.2_;可选地，二级细过滤网5可以为不锈钢或钛 过滤网，过滤精度可根据需要合理选择，优选0.01-0.5mm。
[0045] 待处理水体由进水栗1增压、增速后由反应装置3的进水口高速、切向进入反应装 置3;由反应装置3的出水口 3-2流出，在反应装置3的腔体内形成处理区间。
[0046] 实施例2
[0047]电化学水处理设备，见图3,与实施例1基本相同，不同之处在于:还包括超声装置 11，超声装置11为震杆式，设于阴极6和阳极7之间，与电源8相连接。
[0048] 实施例3
[0049] 电化学水处理设备，见图4,与实施例1基本相同，不同之处在于:还包括进气栗13 和多孔曝气板12,进气栗13通过设于反应装置3底部的多孔曝气板12将气体通入反应装置 3;可选地，所通入的气体可为空气、氮气、臭氧化气体等。
[0050] 实施例4
[0051]电化学水处理设备，见图5,与实施例1至3基本相同，不同之处在于:还包括第一压 力传感器15、第二压力传感器16、沉积物液位传感器17和自控单元18;所述第一压力传感器 15设于反应装置3上端侧壁内，所述第二压力传感器16设于出水管路上，沉积物液位传感器 17设于反应装置3下端侧壁内；所述自控单元18分别与进水栗1、流量计2、电源8、排污栗10、 进气栗13、氢气浓度报警装置14、第一压力传感器15、第二压力传感器16、沉积物液位传感 器17等连接;所述第一压力传感器15、第二压力传感器16、沉积物液位传感器17、氢气浓度 报警装置14等输出检测信号至自控单元18,所述自控单元18输出控制信号至进水栗1、电源 8、排污栗10和进气栗13。
[0052]通过压力传感器和电源8与自控单元18信号输入输出连接，可实现工艺设计，参数 设定、调节，故障反馈，报警与记录等功能，在实际运行中进行智能化的操作，从而使之具备 更强的实用性。控制管理是水处理运行过程中的重要环节，通过设置监测装置和自控单元 18可实现处理的智能化运行，适用于各种环境。
[0053] 实施例5
[0054] 利用实施例1至4所述的电化学水处理设备进行水处理，包括以下步骤：
[0055] (a)利用进水栗1对水体进行增压、增速，使水体通过进水口 3-1高速、切向进入反 应装置3;
[0056] (b)水体在反应装置3外层旋流区内作旋流运动，利用产生的离心力使密度较大的 杂质沿反应装置3内壁滑落至底部，定时或根据压差通过排污栗10排除;初步净化的水体再 依次经一级粗过滤网4孔过滤和二级细过滤网5过滤，得初级净化水进入电化学反应区，即 阴极6和阳极7中间；
[0057] (c)在电化学或电化学与超声、臭氧等耦合作用下，处理初级净化水，再进入阳极7 内部，最后通过出水口 34排出，即得净化水。
[0058] (d)与水处理同步的，利用气液密度差，电化学反应生成的气体以及通过多孔曝气 板12和进气栗13通入的气体将对滤网进行反冲洗，避免了滤网污染堵塞。
[0059]对微污染地表水体进行处理，处理参数及效果见表1。
[0060]表1本发明电化学水处理设备进行水处理方法及效果
【主权项】
1. 一种电化学水处理设备，其特征在于，包括反应装置(3)，设置在反应装置(3)上部侧 壁的切向进水口（3-1 )、底部下端的出水口（3-2)以及底部侧壁的排污口（3-3)，设于反应装 置(3)内部中心顶部的一级粗过滤网（4)，设于一级粗过滤网（4)下方的阳极(7)，二级细过 滤网（5)，阴极(6)、电源(8)以及排气阀（9); 所述阴极(6)平行设置于阳极(7)外侧，并且其两端分别与一级粗过滤网（4)底部和反 应装置(3)底部密封连接;所述一级粗过滤网(4)底部设有二级细过滤网（5)，其内部液体通 过二级细过滤网（5)仅能进入阴极(6)和阳极(7)中间的位置，然后再通过阳极(7)表面的孔 隙进入阳极(7)内部;所述阴极(6)外侧为密封绝缘状态，其和一级粗过滤网(4)一起将反应 装置(3)分割为外层旋流分离区和内层过滤-反应区； 所述阴极(6)和阳极(7)分别连接电源(8)，出水口（3-2)与阳极(7)内部相联通，排气阀 (9)设于反应装置(3)旋流分离区顶部。2. 根据权利要求1所述的电化学水处理设备，其特征在于，所述一级粗过滤网（4)为圆 筒形金属、塑料或尼龙滤网，二级细过滤网（5)为圆形片状，中间（阳极7内部上端)实心不透 水，外围（阴极6和阳极7中间位置)为金属、塑料或尼龙滤网，且二级细过滤网（5)过滤精度 高于一级粗过滤网（4); 所述阴极(6)和阳极(7)均为圆筒型，其中阳极(7)为导电多孔滤网，过滤精度高于二级 细过滤网（5); 所述反应装置(3)上部为圆筒形，下部为倒置圆台形。3. 根据权利要求1所述的电化学水处理设备，其特征在于，所述进水口（3-1)外面依次 连接有流量计(2)和进水栗(1);排污口（ 3-3)外面连接有排污栗(IO)。4. 根据权利要求1所述的电化学水处理设备，其特征在于，还包括超声装置（11)，超声 装置(11)为震杆式，设于阴极(6)和阳极(7)之间，与电源(8)相连接。5. 根据权利要求1所述的电化学水处理设备，其特征在于，还包括多孔曝气板（12)和进 气栗（13)，所述进气栗（13)通过设于反应装置(3)底部的多孔曝气板（12)将气体通入反应 装置(3);所通入的气体为空气、氮气或臭氧化气体。6. 根据权利要求1所述的电化学水处理设备，其特征在于，还包括氢气浓度报警装置 (14) ，其设于排气阀（9)之后。7. 根据权利要求1所述的电化学水处理设备，其特征在于，还包括第一压力传感器 (15) 、第二压力传感器(16)、沉积物液位传感器(17)和自控单元(18);所述第一压力传感器 (15)设于反应装置(3)上端侧壁内，所述第二压力传感器（16)设于出水口（3-2)后面的出水 管路上，沉积物液位传感器(17)设于反应装置(3)下端侧壁内；所述自控单元（18)能接收所 连接各部件的信号，然后再输出控制信号，从而控制整个设备的进水、电源、排污或者进气。8. 利用权利要求1至7任一项所述电化学水处理设备处理水的方法，其特征在于:包括 以下步骤： (a) 通过切向进水口（ 3-1 )，使水体高速、切向进入反应装置(3); (b) 水体在反应装置(3)外层旋流分离区内作旋流运动，利用产生的离心力使密度较大 的杂质沿反应装置(3)内壁滑落至底部，定时或根据压差通过排污口（3-3)排除；初步净化 的水体再依次经一级粗过滤网(4)孔过滤和二级细过滤网（5)过滤，得初级净化水进入电化 学反应区，即阴极⑻和阳极⑴中间； (C)在电化学或电化学与超声、臭氧等耦合作用下，处理初级净化水，再进入阳极(7)内 部，最后通过出水口（ 3-2)排出，即得净化水。
【文档编号】C02F9/06GK105923849SQ201610324252
【公开日】2016年9月7日
【申请日】2016年5月16日
【发明人】吴东海, 刘宇轩, 王永花, 李颖, 孙琴, 李轶
【申请人】河海大学