基于铝空气电池的拌合站废水处理装置和方法制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种基于铝空气电池的拌合站废水处理装置和方法，属于金属空气电池和污水处理技术领域，包括进水箱、铝空电池系统、储能系统、超滤系统、中间水箱、反渗透系统，产水箱；铝空电池系统由多个三明治结构电池组成，三明治结构电池为顺序叠放的夹板、空气正极、分隔材料、铝负极、分隔材料、空气正极和夹板组成的双正极

【技术实现步骤摘要】
基于铝空气电池的拌合站废水处理装置和方法


[0001]本专利技术涉及金属空气电池和污水处理
，具体涉及一种基于铝空气电池的拌合站废水处理装置和方法。

技术介绍

[0002]工程施工及施工期间配套的拌合站会产生大量废水，这些废水不可直接排放，否则会对环境产生严重的负面的影响。目前已有学者关注到施工期间排放的污废水相关的处理，但对拌合站废水的处理还略显不足。一般情况下的拌合站废水仅通过简单的三级沉淀去除悬浮固体用于工地地面冲洗等简单回用，但是沉淀后的拌合站废水仍存在高pH、高碱度、高硬度、高含盐等问题，如果直接排放严重影响周边水体环境与生态。因此，开发可持续高效低耗的拌合站水处理技术具有重要现实意义。
[0003]针对现有拌合站废水处理技术，主要通过投加有机酸或者通入CO2等方式进行降低废水碱度，但是上述方式不仅需要大量药投入，有机酸的投入还会引起COD升高，CO2酸化虽然不会引入COD，但是CO2转运和过高成本也限制了该技术的大规模应用。如何充分利用拌合站高盐分，高pH特点，针对性地开发低耗、可持续废水处理工艺。近年来，基于自供电的可持续净水技术成为水污染控制领域的研究热点。铝空气电池由于铝材料廉价、来源广泛特点，以及铝产物具有絮凝、除磷、碱性条件下发电效果优异特点，是作为拌合站废水的优选工艺。但是目前尚无采用铝空气电池处理拌合站废水的相关研究和技术体系开发。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种基于铝空气电池的拌合站废水处理装置和方法，以解决上述
技术介绍
中存在的至少一项技术问题。
[0005]为了实现上述目的，本专利技术采取了如下技术方案：
[0006]一方面，本专利技术提供一种基于铝空气电池的拌合站废水处理装置，包括：进水箱、铝空电池系统、储能系统、超滤系统、中间水箱、反渗透系统，产水箱，各个系统通过管路连接；
[0007]所述的铝空电池系统由长方体外壳和放置在外壳内部的铝空气电池组件组成。铝空电池单个组件依次由夹板、空气正极、分隔材料、铝负极、分隔材料、空气正极和夹板组成的双正极
‑
单负极结构，空气正极和铝负极分别通过电路与储能系统相连。
[0008]所述的储能系统由蓄电池构成。铝空电池产生的电能通过电路连接蓄电池，把电能转化为化学能进行储存，需要用电时再次把化学能转换为电能输出到用电器。
[0009]所述超滤系统由膜壳、外压式超滤膜组件组成。超滤膜组件由亲水改性的PVDF、PTFE材质的中空纤维膜组成。超滤膜底部设置有曝气盘，曝气盘与空气泵相连，用于定期吹扫膜表面污物。超滤膜组件顶部为膜出水口，膜壳侧壁设置有进水口和反洗排污口。
[0010]所述反渗透系统由耐污染卷式反渗透膜组件组成。反渗透系统通过引入中间水箱内的超滤出水进行深度净化，进一步去除系统内部的残余溶解性固体，最终出水水质达到
城市回用水标准。
[0011]优选地，铝空电池夹板由带有多孔的耐腐蚀板状材料构成，如PVDF、PTFE板等。多孔结构有助于拌合站废水与电池组件充分接触，提高处理效果。耐腐蚀特性在更换三明治电池组件时有利于循环使用。
[0012]优选地，空气正极包括集流体、导电活性层、正极催化层、空气扩散层组成，所述空气正极厚度为0.5mm
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1mm。
[0013]优选地，集流体为空气阴极骨架，是空气阴极的基础，将通过空气阴极的电流导出，支撑电极和传递电子。可选定为钛网、镍网、泡沫镍、碳布、活性炭毡的导电多孔基体。
[0014]优选地，导电活性层为活性炭、炭黑、石墨烯、石墨粉，或活性炭、炭黑、石墨烯、石墨粉的复合物。
[0015]优选地，正极催化层为Ir氧化物、Ru氧化物、Co氧化物、Mn氧化物、Fe氧化物、Pt、炭黑，或Ir氧化物、Ru氧化物、Co氧化物、Mn氧化物、Fe氧化物、Pt的复合物。催化层是空气阴极面向电解液的一层，决定着氧还原反应的效率。
[0016]优选地，空气扩散层为聚四氟乙烯涂层，是空气阴极中面向空气的一层，位于分隔材料端，传递氧气和防止漏水。相较于不含扩散层的阴极，电流效率增加了117％，电流密度增加了42％。
[0017]优选地，铝负极为铝或铝与镁、铁、锌、锡、镓中任意一种或两种的合金，其中铝含量大于95％。
[0018]优选地，铝负极的厚度为0.001mm
‑
0.5mm。
[0019]优选地，分隔材料为纯棉材质、全涤纶材质的无纺布或者纸张等可吸水材料。
[0020]优选地，分隔材料的厚度为0.1mm
‑
1mm。
[0021]优选地，蓄电池使用锂离子电池，可随时进行电能收集和释放。
[0022]优选地，超滤膜为亲水改性的PVDF、PTFE材质的中空纤维膜，具有较好的化学稳定性和通量。
[0023]优选地，反渗透膜为耐污染的卷式反渗透膜。
[0024]第二方面，本专利技术提供一种利用上述装置进行污水处理的方法，包括：
[0025]首先，拌合站废水收集至进水箱，经水泵泵入铝空电池反应系统进行初步处理。一方面，铝空电池系统的两端设有进水口和出水口，系统内的电池组件沿系统长方向两边垂直交错布置形成折流通道，进入系统的废水与电池组件充分接触，使得铝负极在废水和空气正极的作用下，发生自腐蚀反应，产生的电子经过储能系统迁移到空气正极上，进一步与空气中氧气发生还原反应，最后产生电能储存至储能系统；另一方面，自腐蚀产生的铝离子与废水中的磷酸根反应产生磷酸铝沉淀，同时铝离子还会产生氢氧化铝胶体对废水中的溶解性污染物进行絮凝并去除；最后，氢氧化铝胶体通过粘附附着在分隔材料上用于阻燃，待铝负极消耗完之后，对所述分隔材料回收。
[0026]其次，经过铝空电池系统处理过的废水进入超滤系统，以在膜外侧加压产生的压力差为驱动力，使流过膜表面原液中的水及一些小分子物质通过成为透过液，而原液中体积大于膜表面微孔径的物质则被截留在膜的进液侧成为浓缩液，实现对原液的净化、分离和浓缩。
[0027]最后，对进入中间水箱的超滤出水加压进入反渗透系统，以压力差为推动力，进一
步去除残余的溶解性固体，使最终出水达到城市回用水标准。
[0028]本专利技术有益效果：
[0029]1、集成了前端铝空电池预处理、中端超滤处理和末端反渗透深度处理，避免了传统处理方法中沉淀池等构筑物的建设，小型集约化的设备节省了场地，并可根据场地和处理水量进行快速移动或多台同步运行；
[0030]2、本套装置的三明治结构电池以铝或铝合金作为负极材料，具有较锂离子十倍的能量密度，并且丰富的储量、价格便宜而且无毒无害的特性也使得铝成为负极材料的最佳选择；
[0031]3、本套装置以铝作为负极空气为双正极的三明治结构电池，通过使用毫米级的分割材料最大化的缩小了电极间的距离，可最大限度的降低了电池体系的内阻，同时分割材料的孔隙结构可将电解质与氧气一起输送到电极从而显著提升产电效率。
[0032]4、本套本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于铝空气电池的拌合站废水处理装置，其特征在于，包括：进水箱；所述进水箱连通铝空电池系统；所述铝空电池系统连通超滤系统；所述超滤系统连通有中间水箱；所述中间水箱连通反渗透系统；所述反渗透系统连通产水箱；所述缕空电池系统包括外壳和放置在外壳内部的多个铝空气电池组件；所述铝空电池组件为依次由第一夹板、第一空气正极、第一分隔材料、铝负极、第二分隔材料、第二空气正极和第二夹板组成的双正极
‑
单负极结构，第一空气正极、第二空气正极和铝负极分别通过电路与储能系统相连。2.根据权利要求1所述的基于铝空气电池的拌合站废水处理装置，其特征在于，所述超滤系统由膜壳、外压式超滤膜组件组成；超滤膜组件由亲水改性的PVDF、PTFE材质的中空纤维膜组成；超滤膜底部设置有曝气盘，曝气盘与空气泵相连，用于定期吹扫膜表面污物；超滤膜组件顶部为膜出水口，膜壳侧壁设置有进水口和反洗排污口。3.根据权利要求1所述的基于铝空气电池的拌合站废水处理装置，其特征在于，所述第一空气正极、第二空气正极均包括依次设置的集流体、导电活性层、正极催化层、空气扩散层组成。4.根据权利要求3所述的基于铝空气电池的拌合站废水处理装置，其特征在于，所述集流体为空气阴极骨架，是空气阴极的基础，用于将通过空气阴极的电流导出，支撑电极和传递电子。5.根据权利要求3所述的基于铝空气电池的拌合站废水处理装置，其特征在于，导电活性层为活性炭、炭黑、石墨烯或石墨粉中的一种或多种的组合物。6.根据权利要求3所述的基于铝空气电池的拌合站废水处理装置，其特征在于，正极催化层为Ir氧化物、Ru氧化物、Co氧化物、Mn氧化物、Fe氧化物或Pt中的一种或多种的组合物。7.根据权利要求3所述的基于...

【专利技术属性】
技术研发人员：李新洋，惠凯，姚宏，
申请(专利权)人：北京交通大学，
类型：发明
国别省市：