本发明专利技术涉及电化学絮凝沉淀技术，旨在提供一种自产电的电化学絮凝方法和装置。该装置包括絮凝池，以及至少一组金属阳极和空气阴极；空气阴极竖向安装并作为絮凝池的侧壁，由依次分层布置的催化层、集电体和扩散层组成，金属阳极和空气阴极通过导线连接构成电路，电路中接有一个负载；其中扩散层面向絮凝池外部的空气一侧，催化层面向絮凝池腔体一侧。与传统絮凝和电絮凝方法相比，本发明专利技术不需外加电能，不需添加化学絮凝剂，因而方法简单，成本低。在达到絮凝处理效果的同时，产生电能，进一步降低成本。通过调节电路负载调控产生的电能和絮凝物产量，易达到对不同水质有效处理并产生一定的电能。
【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术涉及电化学絮凝沉淀技术，旨在提供一种自产电的电化学絮凝方法和装置。该装置包括絮凝池，以及至少一组金属阳极和空气阴极；空气阴极竖向安装并作为絮凝池的侧壁，由依次分层布置的催化层、集电体和扩散层组成，金属阳极和空气阴极通过导线连接构成电路，电路中接有一个负载；其中扩散层面向絮凝池外部的空气一侧，催化层面向絮凝池腔体一侧。与传统絮凝和电絮凝方法相比，本专利技术不需外加电能，不需添加化学絮凝剂，因而方法简单，成本低。在达到絮凝处理效果的同时，产生电能，进一步降低成本。通过调节电路负载调控产生的电能和絮凝物产量，易达到对不同水质有效处理并产生一定的电能。【专利说明】自产电的电化学絮凝方法和装置
本专利技术涉及一种电化学絮凝沉淀技术，属于新能源与污水处理领域。
技术介绍
絮凝沉淀技术是废水处理过程中最重要的物化处理方法之一，它通过物理、化学和电化学的途径在废水中引入絮凝物，絮凝物使水溶液中溶质、细小悬浮颗粒和胶体微粒凝聚成较粗大的颗粒而沉淀得以与水分离，使废水得到净化。絮凝的方法主要有投加絮凝剂法和电絮凝法，投加絮凝剂法是目前最常用的方法，常用的絮凝剂主要无机絮凝剂、有机絮凝剂、微生物絮凝剂和复合絮凝剂，如铁盐和铝盐类的三氯化铁、硫酸亚铁、硫酸铁、聚合硫酸铁、硫酸铝、明矾、碱式氯化铝、聚合氯化铝等。投加絮凝剂法虽得到了广泛应用，但还存在絮凝剂耗量较大、形成的絮团小、沉降速度慢，且具有一定的腐蚀性和操作工人的劳动强度较大，有的还因选型不宜或使用方法不当，絮凝澄清效果不理想等缺陷。电絮凝法是通过外加电流的作用使可溶性阳极如铝材和铁材溶解产生大量阳离子，阳离子经过水解、聚合形成一系列多核羟基络合物和氢氧化物，这些产物吸附能力很强，起到凝聚、吸附等作用，从而达到有效去除污水中的重金属、阴离子、色度、有机物、悬浮固体甚至砷等有毒物质。电絮凝具有设备体积小，占地面积少，操作简单灵活，污泥量少，一般不需要 添加化学药剂，后续处理简单等特点，是一种对环境二次污染较小的废水处理技术。近年来在国内外正逐步应用于电镀、化工、印染、制药、制革、造纸等多种工业废水的处理以及给水净化等领域。但电絮凝法需要投入大量电能，运行成本偏高，如处理屠宰废水其耗电量高达10-46kWh/m3，总处理废水成本达到6_30元/m3。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是，克服现有技术中的不足，提供一种低成本的电化学絮凝方法，并将其应用在废水处理中。本专利技术的解决方案是:提供一种自产电的电化学絮凝装置，包括絮凝池，絮凝池的底部和上部分别设置进水口、出水口 ；该装置还包括至少一组金属阳极和空气阴极；金属阳极和空气阴极通过导线连接构成电路，电路中接有一个负载；所述空气阴极竖向安装并作为絮凝池的侧壁，由依次分层布置的催化层、集电体和扩散层组成；其中扩散层面向絮凝池外部的空气一侧，催化层面向絮凝池腔体一侧；所述金属阳极是铝或铝合金、铁或铁合金；所述催化层是由活性炭粉、聚四氟乙烯乳液和异丙醇混合成的膏状，并涂敷或压制在集电体的一侧表面上；所述活性炭粉:聚四氟乙烯乳液:异丙醇的质量比为1: 2.4: 0.4，其中聚四氟乙烯乳液的质量浓度为20%。所述集电体是碳布、不锈钢网或泡沫镍；所述扩散层是由碳粉和聚四氟乙烯乳液混合成的膏状，并涂覆或压制在集电体的另一侧表面上；所述碳粉:聚四氟乙烯乳液的质量比为1: 1.5，其中聚四氟乙烯乳液的质量浓度为60%。本专利技术中，该装置包括至少η个絮凝池，η为大于I的自然数；各絮凝池依次组合装配，且相邻絮凝池之间设空气通道；所述空气阴极的扩散层面向空气通道，空气通道具有空气进口和空气出口。本专利技术中，所述负载是电阻或用电设备。本专利技术中，所述金属阳极的形状为杆状、片状或网状。本专利技术中，在空气阴极的催化层外侧设置有2_厚的玻璃纤维隔膜。本专利技术进一步提供了基于前述任意一种电化学絮凝装置的自产电的电化学絮凝方法:将废水加入所述电化学絮凝装置的絮凝池中，以导线依次连接空气阴极、负载和金属阳极，通过调节负载的功率大小来改变絮凝产物的多少和产电量的大小；在电化学絮凝装置的两极发生如下电化学反应或化学反应:在阳极上:4nT+12e-=4m3+(I)在阴极上:302+6H20+12e-=120!T(2)总反应式:4m+302+6H20=4m(0H)3(3)上述各式中，m为Al或Fe。本专利技术是通过铝材或铁材阳极和空气阴极组成电路回路，在电路上连接一负载，阳极铝或铁发生溶解产生絮凝物和电子，电子通过电路到达空气阴极与氧气结合生成水，这样产生电能。本专利技术的电化学絮凝方法和装置在生产絮凝物的同时产生电能，不需要外加电能，从而有效降低成本。还可针对不同水质调节电路负载调控产生的絮凝物产量，有效提闻絮凝效果。当废水加入絮凝池后，在中性介质中铝质阳极发生氧化反应，其电位为-0.8V至-1.5V (相对SCE)，阴极上发生氧还原反应，其电位为0.84V(相对SCE)，总反应式(3)为自发反应，可产生1.64V至2.34V的电压。当阳极与阴极相连，在电路中产生电流，从而获得电能。同时铝在阳极溶解成Al3+，随后水解生成氢氧化铝絮凝物。絮凝物使水溶液中溶质、细小悬浮颗粒和胶体微粒凝聚成较粗大的颗粒而沉淀得以与水分离，使废水得到净化。装置产生的电能和氢氧化铝絮凝物由电路负载如电阻控制，依据不同水质调节电路负载调控产生的电能和絮凝物产量，有效提高产电功率和废水絮凝处理效果。与现有技术相比，本专利技术的有益效果在于:(I)与传统絮凝和电絮凝方法相比，本专利技术不需外加电能，不需添加化学絮凝剂，因而方法简单，成本低。(2)在达到絮凝处理效果的同时，产生电能，进一步降低成本。(3)通过调节电路负载调控产生的电能和絮凝物产量，易达到对不同水质有效处理并产生一定的电能。【专利附图】【附图说明】图1为本专利技术实施例1所述的单阴极电化学装置结构示意图。图2为本专利技术实施例2所述的双阴极电化学装置结构示意图。图3为本专利技术实施例3所述的组合电化学装置结构示意图。附图标记:反应器箱体I，空气阴极2，铝阳极3，玻璃纤维隔膜4，外电路5，负载6，进水口 7，出水口 8，废水溶液9，空气进口 10，空气出口 11，组合反应器结束块12。【具体实施方式】具体实施例1:本实施例所述用于同步产电、絮凝的单阴极电化学装置，如图1所示，包括反应器箱体I，空气阴极2，铝阳极3，玻璃纤维隔膜4，外电路5，负载6，进水口 7，出水口 8，废水溶液9。所述的反应器腔体为内经为3厘米长为4厘米的有机玻璃圆柱体，容积为28毫升；所述的空气阴极其面积为7平方厘米，空气阴极的扩散层面向空气侧，催化层面向溶液；所述的阳极为铝或铝合金板，其尺寸为2X2X1厘米，靠近阳极侧的圆柱体用实心盖板密封；所述隔膜是2毫米厚的玻璃纤维；所述催化层是由活性炭粉、聚四氟乙烯乳液和异丙醇混合成的膏状，并涂敷或压制在集电体的一侧表面上；所述活性炭粉:聚四氟乙烯乳液:异丙醇的质量比为1: 2.4: 0.4，其中聚四氟乙烯乳液的质量浓度为20%。所述集电体是碳布；所述扩散层是由碳粉和聚四氟乙烯乳液混合成的膏状，并涂覆或压制在集电体的另一侧表面上；所述碳粉:聚四氟乙烯乳液的质量比为1: 1.5，其中聚四氟乙烯乳液的质量浓度为60%。装置运行时本文档来自技高网...
【技术保护点】
自产电的电化学絮凝装置，包括絮凝池，絮凝池的底部和上部分别设置进水口和出水口；其特征在于，该装置还包括至少一组金属阳极和空气阴极；金属阳极和空气阴极通过导线连接构成电路，电路中接有一个负载；所述空气阴极竖向安装并作为絮凝池的侧壁，由依次分层布置的催化层、集电体和扩散层组成；其中扩散层面向絮凝池外部的空气一侧，催化层面向絮凝池腔体一侧；所述金属阳极是铝或铝合金、铁或铁合金；所述催化层是由活性炭粉、聚四氟乙烯乳液和异丙醇混合成的膏状，并涂敷或压制在集电体的一侧表面上；所述活性炭粉∶聚四氟乙烯乳液∶异丙醇的质量比为1∶2.4∶0.4，其中聚四氟乙烯乳液的质量浓度为20%；所述集电体是碳布、不锈钢网或泡沫镍；所述扩散层是由碳粉和聚四氟乙烯乳液混合成的膏状，并涂覆或压制在集电体的另一侧表面上；所述碳粉∶聚四氟乙烯乳液的质量比为1∶1.5，其中聚四氟乙烯乳液的质量浓度为60%。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：成少安，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：浙江;33
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