一种污水电解槽的螺旋型转动电极论文和设计-韦志锋

全文摘要

一种污水电解槽的螺旋型转动电极以两块长条状导电薄板的母线与转轴轴线倾斜一定角度，螺旋状均匀地盘绕固定在同一根绝缘转轴外表面，形成一个螺旋状圆台形的活动电极体，两极板分别对接电源正负极。在电解处理污水过程中，电极体缓慢转动，极板上不产生絮状物的附着、积聚，堵塞现象。连续的倾斜的螺旋电极极板结构对污水的驱动作用增强，可以人为的控制污水的处理反应时间，耐冲击；螺旋型转动电极具有电化学反应有效面积大，比表面积大，电解处理效率高，占地面积小等优点。

主设计要求

1.一种污水电解槽的螺旋型转动电极，其特征是：两块条状导电极板取适当间距，两块极板始终保持相互绝缘，相互平行状态，以向内收敛外侧倾斜外扬、母线均与转轴轴线相互倾斜一定角度的圆台形，螺旋状均匀地盘绕固定在同一根绝缘转轴上，形成一个由双线螺旋电极极板+绝缘转轴的电极体；一个极板接电源正极，另外一个极板接电源负极；在电解槽阴阳极之间，夹1～6道与阴阳极板相互平行的、相互独立、绝缘的金属板；电极体浸在污水电解槽内，由传动装置驱使绝缘转轴以较低的角速度在电解槽内转动；电解槽内充满污水，水流在电解槽中沿转轴的轴向流动，从转轴一端流入电解槽，从另一端流出电解槽；槽底有贮泥斗。

设计方案

设计说明书

技术领域

本实用新型涉及一种通过电化学对污水进行氧化和消毒，澄清水体，提高污水处理效果的污水电解槽的螺旋型转动电极，属于污水电解处理领域。

背景技术

近些年，我国经济高速发展，城市污水排放量持续增加，城市水环境受到严重污染，污水问题已是当前中国一个严峻的环保和经济问题。由于污水处理成本高，财政投入难以为继，使得我国污水处理率很低，污水处理的成本和处理效率极大地制约了污水处理业的发展。因此，研究和开发成本低，速度快、效率高的污水处理新工艺、新设备是污水处理业的发展方向。

污水电解处理方法就是在电解槽内装置极板通电，使废水中有害物质在阴、阳两极上分别发生氧化和还原反应，转化成为无害物质以实现废水净化的方法。

在多种可用作电极的金属材料中，铝和铁由于其良好的溶解性和相对低廉的价格最经常被选做电解槽极板。当工业废水含有大量重金属污染物、酸碱污染物等，多采用铁作电极；而对于污染相对较轻的生活污水，则多采用金属铝作电极。这是由于铝电极出水稳定、清洁，能满足较高的处理需求。电解槽要求两极板间取适当间距，以保证电能消耗较少而又便于安装、运行和维修。

这种水处理法包括电极表面上的电化学作用、间接氧化和间接还原作用（利用电极-液相界面产生的化学产物与水中物质发生化学反应）、电浮选作用（利用电解过程中产生的微小O_{2<\/sub>、H_{2<\/sub>气泡的上浮）、电絮凝作用（由于铁或铝制金属阳极溶解的离子进一步水解，成为氢氧化亚铁或氢氧化铝等不溶于水的金属氢氧化物活性混凝剂。这种物质呈多孔性凝胶结构，具有表面电荷作用和较强的吸附作用，能对废水中的有机或无机污染物起抱合凝聚作用，使污染物相互凝聚而从废水中分离出来）等。}}

电解法处理的优点是：使用低压直流电源，不耗费大量化学药剂，在常温常压下操作，管理简便；如废水中污染物浓度发生变化，可以通过调整电压和电流的方法,保证出水水质稳定；处理装置占地面积小。缺点是：处理大量废水时耗电，它的溶解性阳极消耗较大，溶解的阳极粒子作为核点形成絮凝剂，使污水中悬浮固体物沉淀，大量絮状悬浮物附着在电极板上，造成过水流量低，而且会附着在电极板上越来越多，造成电极板间絮凝装置故障，电场电压高，频繁报警，导致整体设备停用。

发明内容

为解决溶解性阳极消耗大，大量絮状悬浮物附着在电极板上，造成过水流量低、频发电极板间絮凝装置故障等缺陷，本实用新型创造性地发明了转动结构型电极：两极板取适当间距，以保证电能消耗较少而又便于安装、运行和维修；两电极薄板相互平行，呈螺旋状缠绕在同一根绝缘转轴上，形成一个工作时转动的螺旋体电极。转动的螺旋体电极具有电化学反应有效面积大，比表面积大，电解处理效率高的特点；传动装置驱动电极轴体以低的角速度在电解槽内转动，转动的倾斜极板促使沉淀物在重力和周向剪切力的作用下滑动下移，最后从倾斜极板上落入池底，沉入贮泥斗，从而不会在倾斜极板上产生吸附、积聚，堵塞现象。

由于倾斜极板随转轴转动。通过快速转动转轴，形成强烈湍动的剪切流，即可对倾斜极板造成高速冲刷作用，清除可能的淤积、堵塞非常方便。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案：

一种污水电解槽的螺旋型转动电极，其特征是：两块长条状导电极板（材质为铁或者铝）取适当间距，两块极板始终保持相互绝缘，相互平行状态，以向内收敛外侧倾斜外扬、母线均与转轴轴线相互倾斜一定角度的圆台形，螺旋状均匀地盘绕固定在同一根绝缘转轴上，形成一个由双线螺旋电极极板+绝缘转轴的电极体；一个极板接电源正极，另外一个极板接电源负极；在电解槽阴阳极之间，可以夹1～6道与阴阳极板相互平行的、相互独立、绝缘的金属板；电极体浸在污水电解槽内，由传动装置驱使绝缘转轴以较低的角速度在电解槽内转动；电解槽内充满污水，水流在电解槽中沿转轴的轴向流动，从转轴一端流入电解槽，从另一端流出电解槽；槽底有贮泥斗。

本实用新型的有益效果是，螺旋型转动电极极板上不产生絮状物的附着、积聚，堵塞现象；连续的倾斜的螺旋电极极板结构对污水的驱动作用增强，可以人为的控制污水的处理反应时间，耐冲击，处理效果好，去除率高；转动的螺旋体电极，具有电化学反应有效面积大，比表面积大，电解处理效率高，占地面积小等优点；在电解槽阴阳极之间，若再加入一块或一系列的平行金属板，则这些金属板向着阳极面的显阴极性，向着阴极面的显阳极性，形成双极性电极，所构成的电解槽即为双极性电解槽；螺旋型转动电极连接简单，运行安全，耗电量显著减少，从而达到节能效果。

附图说明

下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。

图1是本实用新型的立体图。

图2是本实用新型的工作纵向剖视图。

图3是本实用新型的三线螺旋电极极板立体图。

图中：1．电解槽 2．污水 3．中心进水管 4．反射板 5．出水孔

6．出水堰 7．出水槽 8．沉淀污物 9．贮泥斗 10．排泥管

11．双螺旋电极板 12．中空转轴。

具体实施方式

在图2所示实施例中，材质为铝的本实用新型（11）套在中心污水进水管（3）外，由支架支撑。一个极板接电源正极，另外一个极板接电源负极，电路分别通过中空转轴（12）的集电环供电。污水（2）由设在电解槽（1）中心的进水管（3）自上而下进入槽(1)内，管下伞形挡板（4）使废水水平均匀扩散，受倾斜电极极板（11）形成的伞形罩状空间限制后，污水（2）聚集于电极极板（11）下楔形，附着在电极极板（11）的下表面，在极板(11)的螺旋缝中盘绕向上流动，在电极板(11)上发生一系列电化学反应被净化处理，从极板(11)上端流出，漫过出水堰(6)溢出，进入出水槽(7)，再由出水孔(5)输到下一工序。

从进水口（3）流入的污水(2)，分别流进入极板 (11)间隙形成的系列长度很长的螺旋窄隙缝，弯曲的壁板限制了流体的运动方向，具有不同的分速度的运动颗粒在各个方向上撞向壁板。由于固体壁面附近的边界层粘性大，运动颗粒碰撞后失速，再碰撞再失速，最后运动速度降低为零，在固－液边界耗尽能量，沉淀或者粘附在壁板上。固－液边界区域是悬浮物形成聚集的主要区域。

在电极固－液边界上，电解产生强氧化性的活性氧原子O，或与污水中的细菌接触，消灭污水中的细菌，或与污水中的有机物发生氧化分解反应，分解为CO_{2<\/sub>和H_{2<\/sub>O；失去电子的铁或铝离子溶解进入水体，进一步水解形成氢氧化亚铁或氢氧化铝等不溶于水的金属氢氧化物活性絮凝剂。这种物质呈多孔性凝胶结构，具有表面电荷作用和较强的吸附作用，作为核点形成絮凝剂，能对废水中的有机或无机污染物起抱合凝聚作用，使污水中的悬浮固体物、污染物相互凝聚沉淀，从而净化水体。}}

沉淀污物(8)沿径向斜面下滑，方向始终与螺旋上升的水流方向相垂直，水流动力对沉泥(8)下滑干扰很小，避免了同向流或异向流沉淀，水流动力对悬浮颗粒所受重力的影响或干扰，因而可获得较理想的沉淀效果。

在污水流在极板的螺旋缝中盘绕向上流动，电化学反应始终如影相伴，时时发生，螺旋极板的长度越长，电化学反应就越充分，污水的净化愈彻底。

传动装置驱动电极轴体(12)以低的角速度在电解槽(1)内转动。转动的倾斜极板(11)促使沉淀物(8)在重力和周向剪切力的作用下滑动下移，最后从倾斜极板(11)上的落入池底，沉入贮泥斗(9)，从而不会在倾斜极板(11)上产生吸附、积聚，堵塞现象。

由于倾斜极板(11)随转轴(12)转动。通过快速转动转轴(12)，倾斜外扬的倾斜极板(11)就犹如高速飞转的桨叶，形成强烈湍动的剪切流，即可对倾斜极板(11)造成高速冲刷作用，清除可能的淤积、堵塞非常方便。

两电极薄板相互平行呈螺旋状缠绕在同一根绝缘转轴(12)上，并且转动，不仅仅避免絮状悬浮物附着电极(11)的问题缺陷，还具有相对增大液相-电极极板接触面积、增大传质系数和反应速度，促进电化学反应进程，提高反应效率的作用。

旋转电极极板(11)的运动轨迹所形成的空间柱体内的所有物质，包括水分子、悬浮物、微生物等等，在一个转动周期内都有与电极(11)表面直接接触的机会，充分参与电极(11)表面上电化学作用、间接氧化和间接还原作用（利用电极附近产生的化学产物与水中物质发生化学反应）、电浮选作用（利用电解过程中产生的微小O_{2<\/sub>、H_{2<\/sub>气泡的上浮）、电絮凝作用等，而不是仅仅依靠液体(2)中物体缓慢的扩散作用来实现；转动的螺旋体(11)对水体(2)的搅拌作用，在搅拌的作用下，电极区域与非电极区域物料之间具有较强流动性，从而提高了传质速率。加快了电极表面上的电化学反应、间接氧化和间接还原反应、电絮凝反应进程，所以具有电化学作用有效反应面积大，比表面积大，处理效率高的特点。}}

图3是本实用新型的三线螺旋电极极板立体图，左右两端的极板分别接电源的正负极，中间所夹的金属板不接电源。在两极电场的感应下，该板向着阳极面的显阴极性，向着阴极面的显阳极性，形成双极性电极。该板没有通电，但却依然起电解污水的作用，从而达到节能效果。

设计图

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