一种EPT高浓度有机废水电催化氧化设备的制作方法

本发明属于废水处理技术领域，尤其涉及一种EPT高浓度有机废水电催化氧化设备。

背景技术：

目前，废水处理技术发展至今，针对不同领域的水质特征已出现了许多技术成熟的工艺方法，从整个废水处理技术发展历程中来看，活性污泥微生物法是众多废水处理技术中应用范围最广、处理方法最高效、投资成本最低、运行管理最为方便的一种普遍技术。然而，随着现代工业不断发展壮大，大量高难降解的污染物开始进入到外环境中，尤其是石油、化工、制革、印染、制药、食品等领域产生的废水，其含有的污染物种类多、成分复杂、有毒性、难降解等特征，给环境带来了日益严重威胁和危害的同时亦严重威胁着人类健康。

电催化氧化技术由于其具有其他氧化技术不具备的众多优势，而常被应用于高难度废水处理领域，因其在降解污染物过程中无任何有毒有害物质产生，并可将有毒有害物质转化为无毒无害产物，因此也被誉为是二十一世纪最为有效的废水清洁处理技术之一。其优势在于：可参与对废水中难降解有机质的进一步氧化过程，且不产生二次污染；反应条件温和，常温下即可实现；反应装置简单、可操作性强、运行维护方便、稳定性高。

然而，电催化氧化技术同样存在弊端：其中主要表现在电极板易产生钝化、电能耗能高、电极材料易消耗、电解过程中易在极板中间和电解反应室底部堆积沉降物、出水浑浊、电解效果不稳定等问题。上述问题直接导致了电解效果难以高效发挥。

综上所述，现有技术存在的问题是：现有的电催化氧化(电解)设备普遍存在电压值与电流值多为固定限值，电源电压、电流不可任意调节，这对于浓度波动较大的污染物的降解处理具有较大的局限性；

现有的电催化氧化设备普遍为箱式敞口设计无相应渣水分离设施，内部易漂浮堆积大量的浮渣泡沫，不易去除，易给催化氧化设备周围造成污染；

现有的刮渣装置通常采用减速机链轮驱动方式，其设备配置较多、链条传动过程复杂，存在故障率频繁、运行不稳定、运行成本高、需要定期保养维护等缺陷；

现有的电催化氧化设备内部电极反应过程与絮凝沉降过程同处于一空间环境下，极板间形成的众多絮凝体颗粒物将大量附着于两极板间，使得极板有效面积较小，减弱相邻极板间污染物基质的电解效率；另，电极反应过程中产生的大量气体将以微小气泡的形式随空间内的细小悬浮絮体碰撞结合，势必会影响其絮凝、混凝效果；

现有的电催化氧化设备其内部电极板极易因电解过程中产生的金属离子氧化物和非金属离子氧化物的附着而又无相应的消除附着措施，极易导致极板钝化的发生。

现有的电催化氧化设备均不具备对进水污染物浓度不稳定状态下的调节均质功能，在有限的电解时间和电解空间条件下，电解效果极不稳定。

技术实现要素：

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种EPT高浓度有机废水电催化氧化设备。

本发明是这样实现的，一种电催化氧化设备，包括：

对不同处理要求的废水在指定电流、电压范围内调节的稳压整流电源设备；

与稳压整流电源设备的阴阳极板接线端子对应连接的多个高纯铝板阳极板和多个不锈钢网阴极板。

进一步，所述稳压整流电源设备包括整流器、变压器、示波器、时间继电器、数显电压电流表和调节旋钮；

所述变压器、示波器、时间继电器、数显电压电流表和调节旋钮均通过导线与整流器连接。

进一步，所述多个高纯铝板电极板和多个不锈钢网电极板交叉承插式排列。

本发明另一目的在于提供一种包含上述的电催化氧化设备的EPT高浓度有机废水电催化氧化设备，所述EPT高浓度有机废水电催化氧化设备还包括：

上部设置有均质搅拌机的进水均质室；

与进水均质室连通的电极反应室；

设置在电极反应室中上部位置，由多个高纯铝板电极板作为阳极板和多个不锈钢网电极板作为阴极板构成的并列式电解反应室。

进一步，所述EPT高浓度有机废水电催化氧化设备还包括：设置在絮凝沉降室底部的锥形泥斗、喇叭口形的排泥盘管和排泥放空阀；

设置在絮凝沉降室中下部位置的穿孔出水管和连接在清水室中上部位置的水位调节器。

进一步，所述EPT高浓度有机废水电催化氧化设备还包括：

与PLC控制系统通过导线连接，用于渣水分离的往复式渣水分离系统；

与PLC控制系统通过导线连接，用于对往复式渣水分离系统分离的水进行循环再处理的回流液循环系统；

与PLC控制系统通过导线连接，用于对待处理的废水进行均质搅拌的均质搅拌机。

PLC控制系统，用于实现往复式渣水分离系统、回流液循环系统和均质搅拌机自动化控制；所述PLC控制系统还通过导线与稳压整流电源设备连接。

进一步，所述往复式渣水分离系统包括：空气压缩机、气动助推器、压力表、导轨、换向开关、浮渣管和浮渣刮板；

所述空气压缩机通过高压空气管线与气动助推器连接；气动助推器通过连杆螺栓与浮渣刮板连接；压力表连通在空气压缩机上部；浮渣管与电催化氧化设备的絮凝沉降室和清水室之间的隔板相焊接；浮渣刮板与导轨通过滑轮连接；

所述回流液循环系统通过镀锌管将电催化氧化设备的清水室与进水均质室连接；循环水回流出水管与电催化氧化设备的污废水进水管和电解质投加管相连接。

进一步，所述EPT高浓度有机废水电催化氧化设备还包括：

由回转曝气风机、微孔曝气装置构成的曝气增氧系统；

所述回转曝气风机通过导线与PLC控制系统连接；

所述回转曝气风机通过管道与微孔曝气装置连接。

本发明的优点及积极效果为：在本发明中，使用的电源设备可为常规的直流电源设备，但优选使用同时具有稳压整流功能的电源设备(电压0-36V可调；电流0-1000A可调)。

根据本发明的优选实施方案，所述稳压整流电源设备包括整流器、变压器、示波器、时间继电器、数显电压电流表、调节旋钮。优选地以先进的软开关逆变技术为核心，主控系统采用特有的多环控制技术，采用可调节直流稳压技术，采用纳米基材料的主频变压器原件。在所述的稳压整流电源设备中以进口大功率绝缘栅双极型晶体管元件，全数字化设计以单片机、DSP为CPU，控制精准，电源控制简单易行。优选对有不同处理要求的污染物可在指定电流、电压范围内灵活调节，适用范围较强。

在本发明中，根据本发明的优选实施方案，所述的电极板由高纯铝板阳极板和不锈钢网阴极板构成。优选在电极反应室中分两室并列设置，设置方式为交叉承插式排列，阴阳极板数为偶数对设置形式，单侧设置结构由前向后依次为阳极板、阴极板、阳极板、......、阴极板。当阴阳极板间间距改变时，同样水质条件下，当极板间距小于15mm时阳极板板消耗速率加快，极板间距优选不小于15mm；当极板间距大于35mm时，极板间电流强度大幅减弱，极板间距优选不大于35mm。

在本发明中，根据本发明的优选实施方案，所述电催化氧化设备上部位置安装有气动助推的往复式渣水分离系统，并设置相应的滑轮导轨、浮渣刮离板和浮渣卸污口，该系统在PLC控制系统作用下对电极反应室产生的浮渣进行往复刮扫，有效避免了浮渣泡沫外溢情况的发生；同时气动式助推刮渣设备配置简单、动力可调、操作方便、投资较低、运行稳定。

在本发明中，根据本发明的优选实施方案，所述电极反应室下部设置曝气增氧系统，通过曝气风机的运行可大幅提高混合废水中的溶解氧含量，提高部分有机物的降解效率，同时又可对极板板表面形成切向力扫洗作用，有效防止电解过程产生的金属和非金属离子氧化物在极板表面的附着，有效减缓了极板钝化的速度。

在本发明中，根据本发明的优选实施方案，所述电催化氧化设备清水室出水端设置相应的回流液循环系统，将处理后的废水通过回流液循环系统回流至进水均质室，可有效调节或稀释进水污染物的浓度，最终确保电解设备电解效果的高效稳定发挥。

在本发明中，根据本发明的优选实施方案，将电催化氧化设备内部进行分区设计，优选地在进水段设置电解质投加均质室，通过定量投加NaCl溶液参与电解来提高Cl^-、Na⁺、O₂的含量进而提高电解效率。更优选地在出水段设置独立的絮凝沉降室，外力干扰作用相对较弱，经电极反应后的出水在该室内进行充分的絮凝沉降作用后，沉降物可定期由排污放空口排出，澄清液则通过穿孔出水管排至清水室，尽可能地确保絮凝效果的高效发挥。

根据本发明，所述的EPT高浓度有机废水处理电催化氧化设备的制作过程通过以下方式实现：

外加电源380V，变压为0-36V，电流密度视污水水质而定。电极反应室规格尺寸：长1600-3000mm,优选1800-2600mm，更优选2000-2200mm；单侧宽度400-800mm，优选450-650mm，更优选500-600mm；有效高700-1400mm，优选800-1200,更优选900-1000mm。废水处理当量为5m³/h,处理时长为12h/d，废水处理量为60m³/d。

利用高纯铝板阳极电极板22片，不锈钢网阴极电极板22片，优选各24片，更优选各25片；间距为30mm,优选27.5mm,更优选26.4mm。

本发明的电催化氧化设备，其优选的技术方案中，起始电流为240-400A，优选285-380A，更优选300-340A；起始电压为30-35V，优选31-34，更优选32-33V；30分钟后电流为260-430A，优选280-360A，更优选320-410A；30分钟后电压为25-32V，优选26-31，更优选28-30V；60分钟后电流为280-460A，优选310-360A，更优选350-430A；60分钟后电压为20-28V，优选22-26，更优选23-25V；120分钟后电流为420-560A，优选430-450A，更优选450-460A；120分钟后电压为15-21V，优选16-20，更优选18-19V。

本发明的废水处理设备运行工艺流程为，将高浓度有机废水通过输送设备定量地输送至进水均质室中，在电解质投加系统的参与下，进水会同回流液循环系统出水一同进入到设置有均质搅拌机的均质室中；出水连续进入并列设置的电极反应室中，并在曝气增氧系统的作用下共同参与电解反应；此后，含浮渣废水进入到絮凝沉降室，并在往复式渣水分离系统的作用下对浮渣进行刮除，经浮渣管排至储泥池，沉降于各室底部的沉积物将随放空管排至储泥池，经过反应的上清液则通过设置在絮凝沉降室中下部位置的穿孔出水管，以及设置在清水室中间位置的水位调节器作用下进入到清水室中，由此实现废水的最终处理。

在PLC控制系统及外加380V电压作用下，经过本发明的一种EPT高浓度有机废水处理电催化氧化设备，可最终确保处理后的出水长期稳定性达标。经过长达3个多月的连续随机检测，该设备出水达标率维持在90.0％以上，极板更换周期在360天以上。解决了电化学处理技术领域中由于进水浓度随机变化而引起的出水水质不稳定问题，亦解决了极板电极易钝化、极板更换周期短、运行成本高等问题。本发明的最终出现将为高浓度有机废水的高效低耗处理提供新的解决思路，亦为更好地推进清洁生产型废水处理技术开启新的篇章。

附图说明

图1是本发明实施例提供的EPT高浓度有机废水处理电催化氧化设备结构示意图；

图2是本发明实施例提供的EPT高浓度有机废水处理电催化氧化设备平面示意图；

图3是本发明实施例提供的EPT高浓度有机废水处理电催化氧化设备立面示意图；

图4是本发明实施例提供的电源的稳压整流电源设备示意图；

图5是本发明实施例提供的PLC控制系统示意图；

图中：1、稳压整流电源设备；2、PLC控制系统；3、均质搅拌机；4、进水均质室；5、电极反应室；6、高纯铝板阳极板；7、不锈钢网阴极板；8、往复式渣水分离系统；9、空气压缩机、10、气动助推器、11、絮凝沉降室；12、清水室；13、水位调节器；14、曝气增氧系统；15、回转曝气风机；16、微孔曝气装置；17、回流液循环系统；18、排泥放空阀；19、穿孔出水管；20、主体反应箱，21、废水进水口；22、电解质投加口；23、导线。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

下面结合附图对本发明的应用原理作详细描述。

如图1至图5所示，本发明实施例提供的EPT高浓度有机废水处理电催化氧化设备，它包括稳压整流电源设备1(含整流器、变压器、示波器、时间继电器、数显电压电流表、调节旋钮)、PLC控制系统2、均质搅拌机3、进水均质室4、电极反应室5、高纯铝板阳极板6、不锈钢网阴极板7、往复式渣水分离系统(含空气压缩机、气动助推器、压力表、滑轮导轨、换向开关、浮渣管、浮渣刮板)8、空气压缩机9、气动助推器10、絮凝沉降室11、清水室12、水位调节器13、曝气增氧系统14、回转曝气风机15、微孔曝气装置16、回流液循环系统17、排泥放空阀18、穿孔出水管19、主体反应箱(含进水均质室4、电极反应室5、絮凝沉降室11、清水室12)20、废水进水口21、电解质投加口22、23、导线。

其中，进水均质室4、电极反应室5和絮凝沉降室11均设置有排泥放空阀18；回流液循环系统17的进水口与清水室12底部出水口相连接，出水回流至进水均质室前端，电极反应室5内部分区设置的高纯铝板阳极板6和不锈钢网阴极板7与稳压整流电源设备1的阴阳极板接线端子对应连接；往复式渣水分离系统8在空气压缩机、气动助推器、滑轮导轨、换向开关、浮渣管和浮渣刮板、的共同配合下进行周而复始的渣水分离工作；

絮凝沉降室11中经沉降后的污废水上清液通过其底部设置的穿孔出水管19，并在水位调节器13的作用下进行连续产水。

本发明充分利用了由稳压整流电源设备、高纯铝板阳极板、不锈钢网阴极板构成的分区式电解槽装置，由回转曝气风机、微孔曝气装置构成的曝气增氧系统，由气动助推器、空气压缩机、压力表、滑轮导轨、换向开关、浮渣管和浮渣刮板共同构成的往复式渣水分离系统，以及由通过镀锌管将清水室与进水均质室连接而形成的回流液循环系统，最终与PLC控制系统共同构成了一种EPT高浓度有机废水处理电催化氧化设备。

PLC控制系统2，其用于对所述稳压整流电源设备，往复式渣水分离系统，回流液循环系统，均质搅拌机设备通过导线23连接以实现整套设备的自动化控制运行。

该EPT设备在有效降解废水中的高难降解污染物基质的过程中，可通过曝气增氧系统的微曝气过程使得电极室内电解出的二价金属离子进一步氧化为易与OH^-等离子形成稳定絮凝效果的高价金属离子络合物，以对进入到絮凝沉降室内絮凝体的沉降作用进一步强化。进入絮凝沉降室后混合液中的各种络合物离子间的压缩双电层、吸附电中和、聚沉、沉淀网作用将被充分利用，共同脱除废水中的胶体颗粒和部分溶解性物质，极大地提高了污染物基质的去除效率。另外，随着NaCl电解质溶液的有效投加，在均质搅拌机的作用下污废水与电解质溶液充分地混匀均质，进入到电极反应室中的NaCl电解质将在电极反应室电场的作用下在阴阳极发生相应的电极反应，其中在阳极板上发生放氯反应：2Cl^--2e＝Cl₂；因Cl₂为强氧化剂，Cl₂可与Na⁺和O₂进一步生成NaClO，NaClO具有更强的氧化性，可进一步与污废水中的难降解有机污染物大分子进行反应，使其长键断裂，将大分子基团断裂为小分子基团，或将小分子物质彻底氧化为CO₂和H₂O；在阴极板上发生产氢反应：2H⁺+2e＝H₂，阴极产生的H₂可带动周围空间内的絮状物向上运动到表层，经刮渣机的表面刮扫作用可得到去除，剩余的絮状物将进入到絮凝沉降室中进行进一步的反应，反应结束后沉积在其底部的积泥经排污放空管道排出，从而达到去除和削减污染物基质的目的。回流液循环系统的设置可将处理好的污废水重新回流至进水均质室，可有效稀释和进水中的污染物基质浓度，以保证电解设备电解效果稳定高效发挥。本发明中的一种EPT高浓度有机废水处理电催化氧化设备的相关研究目前尚未报到，实为首创。

下面结合工作原理对本发明作进一步描述：

首先，污废水经提升泵作用提升至进水均质室内，进水口处设置有电解投加口(可根据实际需要进行电解质溶液的)，进入均质室内的污废水与电解质的混合溶液在均质搅拌机的搅拌作用下实现均质和混合，紧接着混合废水进入到电极反应室内，此时混合废水将与回流液在曝气增氧系统的共同作用下进行混合接触，并在电极反应室内部参与阴极、阳极电解反应，此过程中产生的浮渣将在往复式渣水分离系统的自动运行下实现刮除，废水中含较大颗粒的悬浮物受絮凝聚沉作用而逐渐沉积在电极反应室的底部，并通过定期排泥方式从系统中排出。其次，含有小颗粒悬浮性的混合液出水则流经至絮凝沉降室，并在该室中参与众多絮体的絮凝和混凝过程，浮渣被往复式渣水分离系统刮除，废水溶液中的颗粒絮体不断与周围的其他游离态絮体共聚沉淀于设备底部，经排泥放空管道排出系统。最终，经电解处理后的废水上清液则通过穿孔出水管溢流进入清水室中，最终实现污废水的有效降解和净化。此外，部分清水将作为循环水重新回流至进水均质室，另一部分将排放至下一阶段进行下一步处理。整个电解过程将在随机配置的PLC控制系统作用下实现其自动化运行。

其PLC具体控制方式为：

本发明通过PLC自动化编程系统对各处理设备实现控制。其具体工作原理如下：首先，进入PLC控制系统页面，显示系统自动运行和系统手动运行两种运行模式，点击系统自动按钮，将进入自动运行模式，此时，进水提升泵在PLC控制系统作用下进行连续供水，提升泵设置相应的低液位延时保护和高液位保护；当提升井内的污废水处于低液位时PLC接收到低液位信号并立即做出低液位报警指示，待液位回升到正常液位10min后，提升泵重新启动并正常运行，直至出现下一次低液位报警指示，依此进行；为避免EPT高浓度有机废水处理电催化氧化设备因出水管道堵塞或其他影响出水不正常的情况发生时，PLC将启动高液位保护来停止提升泵的工作，避免废水外溢情况的发生，高液位不设延时保护。均值搅拌机间歇性运行，间歇时间和运行时间均可调(根据实际需要设定)，流经污废水与电解质溶液充分混匀后依次进入到电极反应室内，在PLC控制系统作用下回流液循环系统将连续不断地向进水均质室补充回流液，回流液循环系统则一直处于连续运行状态，仅当回流液循环系统浮球处于低液位时停止其运行的同时整套设备亦将自动停止运转，待水位恢复到正常液位10min后整套设备重新恢复正常运转状态。在PLC控制系统作用下往复式渣水分离系统间歇性启动运行，以实现渣水分离动作，其间歇时间和运行时间均可调。曝气增氧系统在PLC控制下实现连续性运行状态，并可通过控制阀门的开启度来调节曝气量大小。对于电极反应室设置的分区式极板而言，PLC控制系统的默认电压值为24V，默认电流值为500A，可手动调整电极板的输入端电压(0-36V)和电流(0-1000A)，配独立的电源稳压整流设备，操作方面、安全性、稳定性较高。最终，在PLC控制系统的控制作用下该电催化氧化设备将实现其自动化运行。

对于整套系统而言，当需要对某一局部设备进行操作时，进入系统以后，点击系统自动停止按钮，结束系统自动运行模式，再通过点击系统手动按钮，进入系统手动运行模式，根据需要，可具体到对每一台进行手动控制，仅需进入操作页面点击对应设备启动按钮即可实现。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。