一种用于垃圾渗滤液处理的多级圆柱形电化学装置

本技术属于污水处理领域，具体涉及一种用于垃圾渗滤液处理的多级圆柱形电化学装置。

背景技术：

1、随着全球人口快速增长和消费需求不断提高，我国垃圾产量持续增长，填埋法因其技术可靠、操作简单、成本低廉，广泛应用于垃圾处理领域。而在垃圾压榨破碎以及填埋过程中，均会产生成分复杂、含盐量高及可生化性差的垃圾渗滤液。然而，针对垃圾渗滤液这种高浓度有机废水，现有的水处理技术往往因操作条件苛刻、运行成本高昂等原因难以满足处理需求。近几十年中，电化学技术因具有操作条件温和、占地面积小、处理能力强等优点在工业水处理领域表现出广阔的应用前景，然而电流效率低、运行能耗高、污染物降解选择性差等问题限制其工程应用。因此，在电化学技术中如何提高污染物降解选择性、精准调控电流密度、降低运行能耗至关重要。

技术实现思路

1、本实用新型的目的在于克服现有技术的缺陷，并提供一种用于垃圾渗滤液处理的多级圆柱形电化学装置。本实用新型采用三种不同材料的阳极分步去除垃圾渗滤液中的氮及难降解有机污染物，并通过水质在线监测系统与plc控制系统实时调控电流密度，实现污染物降解的精准调控，从而提高电流效率、降低运行能耗。

2、本实用新型所采用的具体技术方案如下：

3、本实用新型提供了一种用于垃圾渗滤液处理的多级圆柱形电化学装置，包括电化学反应装置、供电系统、水质在线监测装置、自动调控系统和尾气吸收装置；

4、所述电化学反应装置为通过绝缘外壳构成的密封结构，包括位于内部上方的气体区和位于内部下方的阴极内柱和阳极外环，阴极内柱和阳极外环同轴间隔套设且两者之间构成横截面为环形的反应区；所述反应区通过竖直设置的三个导流板均匀分为横截面相同的三级柱形电化学反应池，使废水能依次流经第一级电化学反应池、第二级电化学反应池和第三级电化学反应池；每级电化学反应池的阳极外环材料均不相同，阴极内柱和阳极外环分别以单独受控的形式与供电系统相连；第一级电化学反应池上部的进水区设有进水口，第三级电化学反应池底部的出水区设有出水口，水流流向于三级电化学反应池中依次为由上至下、由下至上和由上至下；所述第一级电化学反应池的反应区中设有若干粒子填料，以构成三维电化学反应池；所述水质在线监测装置用于在线检测和实时读取三级电化学反应池内的污水水质指标；所述自动调控系统分别与电化学反应装置和水质在线监测装置相连，能根据水质在线监测装置的实时数据调节电化学反应装置中废水的电导率与施加的电流大小；所述尾气吸收装置底部通过排气管与电化学反应装置的气体区相连，用于净化吸收电化学反应装置中产生的酸性有毒尾气，并收集副反应产生的氢气。

5、作为优选，所述第一级电化学反应池的上部进水区与下部反应区之间、第三级电化学反应池的上部反应区与下部出水区之间均设有能覆盖所在电化学反应池横截面的水平多孔挡板；所述第一级电化学反应池和第二级电化学反应池的底部相连通；所述第一级电化学反应池的反应区中由上至下间隔设有若干可拆卸式的绝缘网板，绝缘网板的孔隙尺寸小于粒子填料的尺寸；所述第二级电化学反应池和第三级电化学反应池之间导流板上部的水平高度低于其余两个导流板，且第一级电化学反应池和第二级电化学反应池之间导流板下部的水平高度高于其余两个导流板以构成水流通道。

6、作为优选，所述第一级电化学反应池底部设有均匀分布并与外部曝气机相连的曝气管道，曝气管道上设有若干扰动第一级电化学反应池中粒子填料的曝气支管。

7、作为优选，所述粒子填料为改性沸石-活性炭复合材料，其粒径均为2～6mm；粒子填料在第一级电化学反应池中的填充密度为50～400g/l。

8、作为优选，所述阳极外环和阴极内柱均通过固定架固定于电化学反应装置内，且三块不同材料的阳极外环间利用法兰连接；其中第一级电化学反应池中阳极外环的材料为掺硼金刚石，第二级电化学反应池中阳极外环的材料为钛镀钌铱，第三级电化学反应池中阳极外环的材料为钛镀二氧化铅，阴极内柱材料为钛或不锈钢。

9、作为优选，所述阳极外环和阴极内柱上部分别设有用于实现电流均匀分布的钛铜复合材料包边。

10、作为优选，所述供电系统的负极通过电缆线与阴极内柱相连，正极通过电缆线分别与每级电化学反应池的阳极外环相连；供电系统连接有用于调控供电系统施加电流大小的电流调控系统。

11、作为优选，所述水质在线监测装置包括监测探头、数据传输系统和显示器；监测探头伸入每级电化学反应池的液面下方，用于测量三级电化学反应池的化学需氧量、氨氮、总氮和氯离子指标的浓度以及电导率值；数据传输系统与监测探头相连，能通过通讯协议将监测探头测得的指标结果传输于显示器。

12、作为优选，所述自动调控系统包括plc控制系统、加药装置和电流调控系统；plc控制系统与水质在线监测装置、加药装置和电流调控系统相连，将水质在线监测装置测得的指标结果反馈于加药装置和电流调控系统；所述加药装置包括储药槽、加药管和加药装置开关；储药槽通过加药管与第一级电化学反应池相连通，槽内储存有硫酸钠溶液或氯化钠溶液；加药装置开关位于电化学反应装置外的加药管上。

13、作为优选，所述尾气吸收装置包括填料塔、排气管、管道式风机和氢气收集装置；所述排气管将所述气体区和填料塔内底部相连，管径为80～150mm；所述管道式风机位于排气管内；所述填料塔内包括由上至下均匀分布的三层填料层，设有用于吸收液循环的循环喷淋器，内顶部气体出口处外接氢气收集装置；所述吸收液为氢氧化钠溶液，浓度为10％～15％；所述填料塔填料为pp鲍尔环或拉西环，规格为25～38mm。

14、本实用新型相对于现有技术而言，具有以下有益效果：

15、1)通过导流板在同一圆柱形反应器中设置三级电化学反应池串联体系，在节省占地面积的同时增大废水在反应器中的停留时间，根据电化学降解污染物先后顺序，对于氮及难降解有机物依次使用三种不同阳极材料，显著提高污染物降解的选择性，分步且有效地实现各类污染物的降解，提高每一级电化学反应池的电流效率，降低整体运行能耗。

16、2)绝缘网板为粒子填料提供限位作用，防止其进入出水并影响出水水质；而多层绝缘网板的布设将粒子填料均匀分布于第一级电化学反应池中，增大废水与填料的接触面积，提高吸附效率；网板装填方式也有利于填料的更换，可定期取出绝缘网板，清洗并更换填料，节约时间和降低更换难度。

17、3)第一级电化学反应池底部曝气管为粒子填料起到搅动作用，使粒子填料在池体内形成流化床体系，均匀分布于第一级电化学反应池中，增大粒子填料与污染物之间的接触面积，充分吸附废水中的污染物。

18、4)选用改性沸石-活性炭复合材料作为第一级电化学反应池中的粒子填料，形成吸附-电催化体系，提高传质效率；相较于一般沸石，该复合材料提高了导电能力，降低体系内阻，节省运行能耗；而相较于一般活性炭，该复合材料提高了废水中污染物特异性吸附能力。

19、5)通过水质在线监测系统实时监测废水水质情况与各污染物在多级电化学反应池中的降解情况，并通过plc控制系统与加药装置和电流调控系统相连，实时调控加药量，精准施加电流，自动化程度高，同时避免因电流过大引起的能源浪费。

20、6)本实用新型的尾气吸收装置采用填料塔的形式，吸收因电化学反应产生的酸性有毒气体，并将副反应产生的氢气收集，供二次利用，减少电化学反应器对外界的污染，并提高资源回收利用；管道式风机的布设有助于气体的流动，防止小范围集聚导致氢气局部浓度达到爆炸极限，保障使用安全。