一种电芬顿反应装置的制作方法

本发明属于废水处理，涉及一种电芬顿反应装置。

背景技术：

1、废水的可生化性 (biodegradability)，也称废水的生物可降解性，即废水中有机污染物被生物降解的难易程度，是废水的重要特性之一。

2、废水存在可生化性差异的主要原因在于废水所含的有机物中，除一些易被微生物分解、利用外，还含有一些不易被微生物降解、甚至对微生物的生长产生抑制作用，这些有机物质的生物降解性质以及在废水中的相对含量决定了该种废水采用生物法处理(通常指好氧生物处理)的可行性及难易程度。在特定情况下，废水的可生化性除了体现废水中有机污染物能否可以被利用以及被利用的程度外，还反映了处理过程中微生物对有机污染物的利用速度：一旦微生物的分解利用速度过慢，导致处理过程所需时间过长，在实际的废水工程中很难实现，因此，一般也认为该种废水的可生化性不高。

3、由于工业废水存在大量难降解、有毒有害的污染物，导致无法直接由生物法处理。目前最成熟最常用的高级氧化法是芬顿氧化技术，但是该技术需要调酸调碱，步骤繁琐，药剂投加量大，产泥量大，运行成本高。

4、电芬顿是在芬顿试剂的作用基础上发展起来的电化学处理系统之一。电芬顿氧化技术作为污水处理的高级氧化技术，如图1所示，主要机理是阴极氧气还原生成的h2o2，并与系统中fe2+反应生成羟基自由基（•oh），进而氧化去除污染物质；氧化去除的机理主要是利用活性羟基自由基进攻大分子有机物并与之反应，从而破坏有机物分子结构，使难降解有机物转化为co2、h2o和有机小分子等，达到氧化去除有毒有害污染物的目的，实现对污染物的高效氧化处理。

5、电芬顿氧化技术对污染物的降解去除作用机理基于羟基自由基的强氧化作用，由于电芬顿的形式不一，其次产生羟基的方式也不一样，但在对污染物的降解中，主要是两极作用产生的羟基自由基的强氧化作用氧化分解污染物，同时达到消除污染的目的。

6、电芬顿氧化技术对废水具有简单快速、可絮凝、无二次污染等优点，能有效地降解醚类、苯酚类、芳香族胺类、多环芳香族等多种有毒有害难降解的有机污染物。

7、与传统芬顿技术和电化学氧化技术相比，电芬顿技术主要有优势如下：

8、（1）电芬顿可以直接阴极电化学合成h2o2，有效避免传统芬顿技术中运输、存储和使用高浓度h2o2带来的风险；

9、（2）电芬顿能够稳定产生羟基自由基，克服了化学芬顿反应中污染物降解不均匀现象，保证整个芬顿反应持续高效；

10、（3）电芬顿在反应过程中无需添加硫酸亚铁和双氧水，加药量少，显著降低药剂成本，只产生少量的污泥，是传统芬顿技术污泥量的1/5-1/10；

11、（4）电芬顿设备简单，占地面积小，停留时间比化学芬顿短，反应速率快，操作简便。

12、但同时，现在的电芬顿装置普遍存在以下缺点：

13、（1）电能利用率不高；

14、（2）电芬顿反应装置对中低浓度污水处理效率不高；

15、（3）处理周期长。

技术实现思路

1、为解决现有技术中存在的问题，本发明提供一种电芬顿反应装置，此装置可有效提高中低浓度废水的生化反应活性，提高废水处理效率，而且整体工艺运行维护成本较低，还有工艺简便、处理周期较短等优点。

2、为达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：

3、一种电芬顿反应装置，包括电解池，电解池上设有进水口和出水口，电解池内设有正电极板和负电极板，负电极板为铁电极板，电解池内设有2个以上绝缘板，在电解池内间隔交错设置，将电解池的内部空间分隔成2个以上廊道，所有的廊道串联形成大蛇形流道，大蛇形流道的一端与进水口连接，另一端与出水口连接；负电极板和正电极板在每个廊道内间隔交错设置，将每个廊道分隔成小蛇形流道。

4、本发明要解决的技术问题之一是现有技术的电芬顿反应装置对中低浓度污水处理效率不高，处理周期长，具体原理为：电解池内由于正电极板和负电极板的间隔交错设置，一方面可以在内部形成多个电芬顿反应区域，有效提高了电能的利用率与污水的处理效率，另一方可以使污水在交替的空间中顺序流过电极板组件，达到连续均匀反应，使cod下降的更加均匀彻底，避免因污水与电极板接触不均匀导致的反应不彻底和过度的情况出现。由于本发明的电芬顿反应装置可以使污水依次蛇形流过电极板组件的各个小的电芬顿反应区域，在有限的空间内，加长了电解反应过程和反应时间，不仅占地面积小，成本低，还可以达到在中低浓度污水处理上连续高效的目的，处理过程相对清洁，只产生少量的污泥，且易于收集，适用于对中低浓度废水的处理，可直接降解cod和将高分子结构有机物降解为易生物降解的小分子有机物，提高b/c比，易于和其它方法结合，实现废水的综合治理。正负电极板交错排列通过使废水在反应装置内停留时间延长的方式有效增加电芬顿反应时间，使其对中低浓度废水的处理更加充分。正负电极板交错排列使得电芬顿反应不再拘泥于极板的一端，而是在有限的反应装置内通过正负电极板间两两互为一组小“电芬顿反应池”的方式有效提高了电能的利用率。同时，由于其在内部所形成的多级电解反应，还可有效提高中低浓度废水的处理效率（较单极板电芬顿工艺而言）。

5、作为优选的技术方案：

6、如上所述的一种电芬顿反应装置，电解池包括上盖和下底，绝缘板为竖直板，沿着水平方向交错设置。

7、如上所述的一种电芬顿反应装置，绝缘板的一端与上盖或下底连接，另一端位于电解池内。

8、如上所述的一种电芬顿反应装置，电解池包括左侧壁和右侧壁；负电极板和正电极板为水平板，在所述廊道内，沿垂直方向交替排列；负电极板的左端与电解池的左侧壁或绝缘板的右侧壁连接，右端位于电解池内；正电极板的右端与电解池的右侧壁或绝缘板的左侧壁连接，左端位于电解池内；进水口位于电解池的下方，出水口位于电解池的上方；本发明的电芬顿反应装置为上流式结构，可以使得经反应后产生的污泥沉积在底部，便于收集。

9、如上所述的一种电芬顿反应装置，电芬顿反应装置还包括电源、中控装置，电源包括正电极和负电极；电解池内安装有cod在线监测探头，出水口上安装有电磁控制阀；cod在线监测探头与中控装置连接，中控装置与电磁控制阀连接，中控装置用于接收cod在线监测探头发送的信息并控制电磁控制阀启闭。

10、如上所述的一种电芬顿反应装置，绝缘板的左侧壁与正电极板的右端通过上下移动装置连接，上下移动装置用于带动正电极板上下移动。

11、如上所述的一种电芬顿反应装置，各廊道内，所有的正电极板等间距排列，所有的负电极板等间距排列。

12、如上所述的一种电芬顿反应装置，各廊道内，与绝缘板的左侧壁连接的相邻两个正电极板之间安装有一个用于实时检测二者间距的电阻式位置传感器；各廊道内，所有的负电极板同时与负电极连接，所有的电阻式位置传感器串联后与正电极连接，所有的电阻式位置传感器都同时与一个信号接收与传导装置连接；所有廊道内的信号接收与传导装置同时与中控装置连接；

13、上下移动装置均与所述中控装置连接；

14、所述中控装置还用于接收信号接收与传导装置发送的信息，并与cod在线监测探头发送的信息一起进行分析，判断抑制cod去除率降低所需的上下移动装置移动方向和移动距离，并控制上下移动装置按所述移动方向和移动距离进行运动；，其中，代表反应t时刻的cod去除率，代表反应开始时的cod值，代表反应t时刻的cod值；

15、或者，进一步地，电芬顿反应装置还包括示数显示器和极板间距控制装置；示数显示器与cod在线监测探头连接，用于实时显示cod在线监测探头发送的信息；极板间距控制装置与上下移动装置连接，用于控制上下移动装置的移动方向和移动距离；操作人员可根据示数显示器显示的cod在线监测探头发送的信息实时调整上下移动装置的移动方向和移动距离，以达到抑制cod去除率降低的目的；

16、上述两种调节极板间距的方式，即分别为自动模式和人工模式，根据所需，选择其中一种模式进行使用。

17、自动模式的控制方法为：以污水注满装置（此时反应装置的进出水电磁控制阀处于关闭状态）为程序启动时间，并记录下此时的cod值（记）以及各个廊道的电流值（其廊道内部电路简图如图3所示，由于各廊道内，所有的正电极板等间距排列，所有的负电极板等间距排列，调整时亦然，因此可以根据此来调节正电极板间距，，为第个廊道内的正电极板的数量，为第个廊道内每个电阻式位置传感器所传导的电流值，单位为a；然后再根据公式可得正电极板间距以及匀强电场，为电阻式位置传感器的外加电压值，单位为v；为电阻式位置传感器的横截面积，单位为m2；为电阻式位置传感器的电导率，单位为ω·m；为正负极板外加电压，单位为v；为正负极板间距，单位为m；同时，由于负电极板位置固定，移动的仅为正电极板，每次装置启动时，装置会先根据每组正负极此时板间场强（一左一右为一组）得到初始的正负极板间距，则每次调整正负极板间距后，正负极板间距，为调整后的相邻两正电极板间距，单位为m；为初始的相邻两正电极板间距，单位为m；并据此反推此时极板间场强，上述数据将由中控装置20自行计算得出），设定欲达到的cod去除率，记为，反应t时刻的cod值，记为，由中控装置20计算此时的cod去除率，记为（），然后比较设定值与实际值，只有当实际值在不大于设定值的情况下，装置的进出口电磁控制阀才会打开；否则，将由中控装置控制电压、极板间距来调节电芬顿反应条件，从而调控cod的去除率以达到或小于设定值（若初期去除率满足要求，而后期某一时间节点去除率不满足要求，进出水电磁控制阀也会关闭），此程序当cod在线监测探头处无示数后会自动关闭出水电磁控制阀，待有污水进入并可维持整个装置的流动状态时（出口cod可以测出）再行打开；算法的流程如图4所示，大致如下：

18、（1）开始；

19、（2）设定装置欲达到的cod去除效率，记为；

20、（3）记录此时cod值，记为；

21、（4）调节电压u以及极板间距（以电流形式体现）；

22、（5）中控装置接收由电阻式位置传感器19汇总至每个廊道内的信号接收与传导装置21所发送的信息，接收cod在线监测探头发送的当前t时刻的信息，记为；

23、（6）计算此时cod去除率，记为；

24、（7）判断是否小于等于，若满足，则自动打开进出水电磁控制阀；否则，返回第（3）步；

25、（8）判断是否为空，若满足，则自动关闭出水电磁控制阀；否则，返回第（7）步，维持出水电磁控制阀的开启状态。

26、人工控制过程方式为：以污水初次注满装置（此时反应装置的出水电磁控制阀处于关闭状态）为开始调节节点，并关闭进水电磁控制阀，中控装置20记录下此时的cod值（记）以及各个廊道的电流值，设定欲达到的cod去除率，记为，反应t时刻的cod值，记为，由中控装置20计算此时的cod去除率，记为（），利用中控装置20上的相应旋钮控制电压、极板间距来调节电芬顿反应条件，调节时，会由中控装置20计算此时的反应条件（正负极板间距、场强、电流密度等）并反应在示数显示器1上，从而调控cod的去除率以达到或小于设定值然后根据示数显示器上的读数比较设定值与实际值，并根据实际情况下，控制装置的进出口电磁控制阀开启与否（若初期去除率满足要求，而后期某一时间节点去除率不满足要求时，进出水电磁控制阀会自动关闭，并报警提示需要调节）。

27、本发明要解决的技术问题之二是现有技术的电芬顿反应装置电能利用率不高，本发明通过多孔多极板交错配置、cod在线监测探头、中控装置、电磁控制阀的配合有效解决了该问题。

28、如上所述的一种电芬顿反应装置，正电极板为碳电极板。

29、如上所述的一种电芬顿反应装置，铁电极板和碳电极板均为多孔电极板；

30、多孔电极是由高比表面积的粉末状活性物质和具有导电性的固体微粒混合，经过压制、烧结或化成等方法制备而成，从电化学极化角度考虑，采用多孔电极，可以大大提高电极的有效反应面积，减小电流密度，有利于·oh的产生和积累，从而减小电化学极化，提高供电设备的输出性能（电压和电流）。另外，采用多孔电极，还可以减小扩散层的厚度，提高活性材料的利用率。

31、多孔电极板中的空隙可以让电解液更好的接触电极表面，增大了表面积，让·oh更容易通过电极/电解液表面。而孔与孔之间的“墙”较薄，减小了·oh在固相中的扩散路径，且大量的空隙可以为活性材料的膨胀提供空间，这样可以容纳更多的·oh。由于多孔电极板的应用可以将·oh的利用率最大化，提高了其对中低浓度废水的处理效率（相较市面上现行的电芬顿处理中低浓度废水而言）。

32、如上所述的一种电芬顿反应装置，电解池内安装有ph探头，ph探头与中控装置连接，中控装置还用于接收ph探头发送的信息并控制电磁控制阀启闭以调整反应的时间。

33、如上所述的一种电芬顿反应装置，电解池内设有h2o2加药装置和ph调节剂加药装置，h2o2加药装置与位于电解池外的h2o2加药控制装置连接，ph调节剂加药装置与位于电解池外的ph调节剂加药控制装置连接，如此设计可便于维持电芬顿的最佳反应条件。

34、如上所述的一种电芬顿反应装置，电解池内设有交错布置的多孔极板并且和cod在线监测探头、中控装置以及电磁控制阀相连接，既可由中控装置直接调控反应装置内的相关参数以实现电能利用率的最大化，亦可由人工的方式根据相关示数调节之，同时，ph探头、ph调节剂加药装置、h2o2加药控制装置的配置便于维持电芬顿的最佳反应条件。

35、如上所述的一种电芬顿反应装置，负电极板或正电极板的数量为6个以上；在污水流速不变的情况下，可通过增加或减少正、负电极板数量改变电解区域的数量，改变污水在电极板组件内的反应时间，避免污水在电芬顿反应区域反应过程中会出现不彻底或反应过度的情况，从而适用于不同的情况，适用范围广，调节方便。

36、有益效果

37、（1）本发明的电芬顿反应装置对中低浓度污水处理效率高，处理周期短；

38、（2）本发明的电芬顿反应装置可以调控ph；

39、（3）本发明的电芬顿反应装置可以使废水在其中呈三维流动状态，有利于水中污染物的充分反应；

40、（4）本发明的电芬顿反应装置中的大蛇形流道与小蛇形流道的设计保证了废水的水力停留时间以及电芬顿反应的完全；

41、（5）本发明的电芬顿反应装置中极板间距的实时调整可以保证电芬顿反应效率的可控性。