申請日2013.09.24

　　公開(公告)日2013.12.25

　　IPC分類號C02F1/469

　　摘要

　　本發(fā)明涉及電化學工業(yè)循環(huán)冷卻水處理、污水處理領域，具體為一種復合陰極以及采用這種陰極的電化學多級水處理設備。該設備解決了目前電化學方法去除工業(yè)循環(huán)冷卻水、污水中的重金屬離子不夠徹底的技術問題。一種復合電極，將鈦、銅、銀三種金屬熔化后，再加入鐵、鋅、鋁、鎘、鉛、鉻、鎳、錳(或者其中某幾種)熔化均勻，成型，得到復合電極;以質量分數(shù)計算，鈦60-100份，銅50-70份，銀20-30份，鐵80-120份，鋅55-90份，鋁70-80份，鎘100-120份，鉛100-150份，鉻40-50份，鎳45-65份，錳35-45份。本發(fā)明所述的復合陰極通過多種重金屬元素以及各元素之間的配比關系實現(xiàn)了對被處理的水中各種重金屬離子的去除，去除效果顯著。

　　權利要求書

　　1.一種復合陰極，其特征在于：將鈦、銅、銀三種金屬熔化后，再加入鐵、鋅、鋁、鎘、鉛、鉻、鎳、錳中的任意一種或兩種或三種或四種或五種或六種或七種以及八種熔化均勻，成型，得到復合陰極;以質量分數(shù)計算，鈦60-100份，銅50-70份，銀20-30份，鐵80-120份，鋅55-90份，鋁70-80份，鎘100-120份，鉛100-150份，鉻40-50份，鎳45-65份，錳35-45份。

　　2.一種電化學多級水處理設備，包括呈筒狀且上端口設有上端蓋(2)的缸體(1);缸體(1)的上端蓋(2)上開有進水口(3);缸體(1)的底部設有排污口(4)，排污口(4)連接有排污管路，排污管路上設有排污閥門(5);缸體(1)的上端蓋(2)上開有出水口(6);其特征在于：所述缸體(1)內部設有多個直徑不等的筒狀網型陽極(7);缸體(1)內部還設有一個筒狀陰極(8)或多個直徑不等的筒狀陰極(8);所述筒狀網型陽極(7)與筒狀陰極(8)的上下端均開口，所述筒狀網型陽極(7)與筒狀陰極(8)相互交替嵌套排列;筒狀網型陽極(7)與筒狀陰極(8)的下端部與缸體(1)內底面有間隔;位于最內側的為筒狀網型陽極(7)，位于最外側與缸體(1)內壁相鄰的也為筒狀網型陽極(7);所述筒狀網型陽極(7)與筒狀陰極(8)的上端部與缸體(1)的上端蓋(2)的下端面相固定連接;筒狀網型陽極(7)與上端蓋(2)之間絕緣連接;所述每個筒狀網型陽極(7)的上端均通過多個絕緣接線端(9)穿過開在上端蓋(2)上的孔伸出缸體(1);所述筒狀陰極(8)包括呈筒狀的碳鋼陰極(10)以及覆蓋在碳鋼陰極(10)表面的如權利要求1所述的復合陰極(11);所述缸體(1)內側壁上也覆蓋有一層如權利要求1所述的復合陰極(11)。

　　3.如權利要求2所述的電化學多級水處理設備，其特征在于，筒狀網型陽極(7)與筒狀陰極(8)的軸線均與缸體(1)的軸線相重合;還包括陰極除污裝置;所述陰極除污裝置包括豎直設置在缸體(1)內部的刮刀連動軸(12)以及設在缸體(1)外部的驅動刮刀連動軸(12)的動力系統(tǒng);所述動力系統(tǒng)包括電機(13)以及由電機(13)驅動的減速器(14)，所述減速器(14)的傳動軸(26)由位于缸體(1)上端蓋(2)中心的孔伸入缸體(1)內部并與刮刀連動軸(12)的上端相連接;所述缸體(1)內通過設置在缸體(1)內壁上的水平支架(15)設有一個位于缸體(1)下中部中心的低于筒狀網型陽極(7)以及筒狀陰極(8)下端面的軸承(16)，刮刀連動軸(12)的下端設在軸承(16)內;靠近刮刀連動軸(12)下端處由刮刀連動軸(12)向外水平輻射設有若干個環(huán)繞刮刀連動軸(12)均勻排列且等長的支撐板(17);每個筒狀陰極(8)均配有多個底部設在支撐板(17)上的豎直設置的第一刮刀，所述每個第一刮刀包括以刀刃相對且分別位于筒狀陰極(8)內外兩側的豎直設置的呈長條形的第一刀片(18)與第二刀片(19);第一刀片(18)以及第二刀片(19)的底部均設在支撐板(17)上;對應一個筒狀陰極(8)的多個第一刮刀組成一組;所述每組第一刮刀的第一刀片(18)之間由下向上水平設有多個第一連接圈(20)，第二刀片(19)之間由下向上水平設有多個第二連接圈(21);對于每組第一刮刀，第一連接圈(20)與第二連接圈(21)成對設置;每個支撐板(17)的一端與刮刀連動軸(12)相連接，每個支撐板(17)的另一端上均豎直設有一個第二刮刀(22)，所述第二刮刀(22)刀刃向外并與缸體(1)內側壁的復合陰極(11)相配合;所述第二刮刀(22)之間由下而上水平設有若干個第三連接圈(23)。

　　4.如權利要求3所述的電化學多級水處理設備，其特征在于，缸體(1)的中下部呈向下收縮的漏斗狀，所述排污口(4)設在漏斗狀缸體的最下端;所述水平支架(15)設在缸體(1)中下部口徑開始收縮的位置。

　　5.如權利要求3或4所述的電化學多級水處理設備，其特征在于，所述筒狀網型陽極(7)為兩個，筒狀陰極(8)為一個;所述第一刮刀共有一組，第一刮刀相互間均勻環(huán)布;第二刮刀(22)相互間均勻環(huán)布。

　　6.如權利要求3或4所述的電化學多級水處理設備，其特征在于，所述筒狀網型陽極(7)為三個，筒狀陰極(8)為兩個;位于最內側的筒狀陰極(8)的上部開有導流口(28);所述第一刮刀共有兩組，每組第一刮刀相互間均勻環(huán)布;第二刮刀(22)相互間均勻環(huán)布。

　　7.如權利要求3或4所述的電化學多級水處理設備，其特征在于，所述筒狀網型陽極(7)為四個，筒狀陰極(8)為三個;所述第一刮刀共有三組，每組第一刮刀相互間均勻環(huán)布;第二刮刀(22)相互間均勻環(huán)布。

　　8.如權利要求3或4所述的電化學多級水處理設備，其特征在于，所述支撐板(17)之間還設有底部連接圈(27);所述底部連接圈(27)包括連接在支撐板(17)的另一端之間的外部連接圈以及連接在支撐板(17)之間的中部連接圈;中部連接圈包括連接在相鄰支撐板(17)之間與每個第一刮刀對應的位置處的多個圓弧狀連接板，對應于同一組第一刮刀的多個圓弧狀連接板組成一個中部連接圈。

　　9.如權利要求3或4所述的電化學多級水處理設備，其特征在于，刮刀連動軸(12)的上端設有卡槽(24)，刮刀連動軸(12)通過卡槽(24)與減速器(14)的傳動軸(26)相連接。

　　10.如權利要求5所述的電化學多級水處理設備，其特征在于，刮刀連動軸(12)的上端設有卡槽(24)，刮刀連動軸(12)通過卡槽(24)與減速器(14)的傳動軸(26)相連接。

　　說明書

　　復合陰極以及采用這種陰極的電化學多級水處理設備

　　技術領域

　　本發(fā)明涉及電化學工業(yè)循環(huán)冷卻水處理、污水處理領域，具體為一種復合陰極以及采用這種陰極的電化學多級水處理設備。

　　背景技術

　　目前用于工業(yè)循環(huán)冷卻水處理、污水處理的電化學方法一般是通過陰陽兩電極對工業(yè)循環(huán)冷卻水、污水進行電解處理，在外加電流作用下：方法1、犧牲陽極法：如電解法使陽極(陽極采用Fe、Al)在電解時產生大量的陽離子(如Fe離子、Al離子等)，與氫氧根離子結合生成的Fe(OH)2具有絮凝、吸附和沉淀的作用，能夠對被處理水中的眾多雜物進行絮凝、吸附、沉淀去除。方法2、電化學陰極保護法：陽極采用貴金屬涂層，阻止陽極犧牲，通過電解產生的化學反應，使被處理的水中需要去除的物質在專用陰極吸附、結垢析出(比如碳酸鹽、重金屬)，通過刮垢使其從陰極脫落，再通過反沖洗方法把需要去除的物質排出運行系統(tǒng)。目前工業(yè)用水、廢水中還包含有多種成分的重金屬元素，對于重金屬元素的去除，電化學方法一般采用鈦或者碳鋼作為陰極，對重金屬元素進行吸附去除，但由于污水中重金屬元素種類較多，采用鈦作為陰極去除重金屬的去除效果并不顯著，去除不夠徹底，滿足不了當前對環(huán)境保護的要求。因此需要一種去除重金屬種類多、去除效果顯著的陰極材料。

　　目前常用的電化學法去除含重金屬水中的重金屬離子的處理設備，由于電極與被處理水接觸面積較小、陰極材料存在缺陷，水中的有毒有害物質去除效果不明顯，不能達到回用或者排放的標準，因此需要一種去除能力強的綜合去除多種重金屬的水處理設備。

　　發(fā)明內容

　　本發(fā)明為解決目前電化學方法去除工業(yè)用水、污水中的重金屬離子不夠徹底的技術問題，提供一種復合陰極以及采用這種陰極的電化學多級水處理設備。

　　本發(fā)明所述復合陰極是采用以下技術方案實現(xiàn)的：一種復合陰極，將鈦、銅、銀三種金屬熔化后，再加入鐵、鋅、鋁、鎘、鉛、鉻、鎳、錳中的任意一種或兩種或三種或四種或五種或六種或七種以及八種熔化均勻，成型，得到復合陰極;以質量分數(shù)計算，鈦60-100份，銅50-70份，銀20-30份，鐵80-120份，鋅55-90份，鋁70-80份，鎘100-120份，鉛100-150份，鉻40-50份，鎳45-65份，錳35-45份。

　　金屬鈦目前已應用于水處理中對于重金屬的去除，鈦對鈦族元素有較強的吸附能力，但是對于鈦族以外的鎘、鉛、鉻、鎳、銅等金屬元素，其吸附能力不明顯。本發(fā)明在熔化后的銅、銀、鈦中加入一定質量比的鋅、鋁、鉻、鎘、鉛、鎳、錳中的任意一種或兩種或三種或四種或五種或六種或七種以及八種，制成陰極，該陰極可以將被處理水中的上述重金屬元素的陽離子和被處理水中的碳酸鹽一起吸附在其表面，對各種重金屬元素起到良好的去除效果，金屬鈦還可以對吸附作用起到較好的誘導作用，促進重金屬元素在陰極的吸附、附著;銅、銀和鈦的按照所屬比例混合并熔化后有利于其它重金屬元素的熔合成型;所述重金屬元素的組分比則能夠促進其與銅、銀和鈦的熔合成型。一般在電解作用時某族金屬元素對本族金屬或者相鄰的族的金屬元素有較好的吸附效果，因此本發(fā)明所加入的各種元素還能吸附與其同族或相鄰族的重金屬元素。大量的實驗表明本發(fā)明所述的銅、銀和鈦以及鋅、鋁、鉻、鎘、鉛、鎳、錳之間的質量比在處理含重金屬離子的污水時能夠達到最佳的吸附效果，污水的處理效果符合國家相關標準。

　　本發(fā)明所述的電化學多級水處理設備是采用以下技術方案實現(xiàn)的：一種電化學多級水處理設備，包括呈筒狀且上端口設有上端蓋的缸體;缸體上端蓋上開有進水口;缸體的底部設有排污口，排污口連接有排污管路，排污管路上設有排污閥門;缸體的上端蓋上開有出水口;所述缸體內部設有多個直徑不等的筒狀網型陽極;缸體內部還設有一個筒狀陰極或多個直徑不等的筒狀陰極;所述筒狀網型陽極與筒狀陰極的上下端均開口，所述筒狀網型陽極與筒狀陰極相互交替嵌套排列;筒狀網型陽極與筒狀陰極的下端部與缸體內底面有間隔;位于最內側的為筒狀網型陽極，位于最外側與缸體內壁相鄰的也為筒狀網型陽極;所述筒狀網型陽極與筒狀陰極的上端部與缸體的上端蓋的下端面相固定連接;筒狀網型陽極與上端蓋之間絕緣連接;所述每個筒狀網型陽極的上端均通過多個絕緣接線端穿過開在上端蓋上的孔伸出缸體;所述筒狀陰極包括呈筒狀的碳鋼陰極以及覆蓋在碳鋼陰極表面的復合陰極;所述缸體內壁上也覆蓋有一層復合陰極。

　　被處理水由缸體上部的進水口進入缸體內部，并逐漸充滿缸體，缸體內的陽極與陰極兩兩配對，其中位于最外側的陽極與缸體內壁上的復合陰極配對，將陽極的絕緣接線端與電源正極連接，缸體的外殼與電源負極連接，這樣陰陽極通過電流的作用，開始對被處理水中的有害物質特別是重金屬離子進行電化學吸附處理。重金屬離子被吸附在陰極上，形成重金屬物質在陰極析出。由于采用了復合陰極，對重金屬離子的吸附能力更強;且由于采用多對筒狀的陽極以及陰極，擴大了陰極與被處理水的接觸面積，同樣起到了增強吸附的功能，復合陰極以及多級電極的設置，使得吸附作用更加顯著，除污效果更好。吸附結束后，陰極表面的重金屬物質和碳酸鹽可通過刀片刮落，重金屬物質和碳酸鹽向下落至缸體底部，并反沖洗經底部的排污口排出。被處理的水經過出水口排出循環(huán)利用。筒狀陽極與筒狀陰極的下端部與缸體內底面有間隔，這樣需要處理的水能夠經筒狀陽極與筒狀陰極與缸體內底面之間的間隔充滿整個缸體。所述網型陽極表面呈網格狀，有利于污水的流動以及水中雜物的吸附。

　　進一步的，筒狀網型陽極與筒狀陰極的軸線均與缸體的軸線相重合;還包括陰極除污裝置;所述陰極除污裝置包括豎直設置在缸體內部的刮刀連動軸以及設在缸體外部的驅動刮刀連動軸的動力系統(tǒng);所述動力系統(tǒng)包括電機以及由電機驅動的減速器，所述減速器的傳動軸由位于缸體上端蓋中心的孔伸入缸體內部并與刮刀連動軸的上端相連接;所述缸體內通過設置在缸體內壁上的水平支架設有一個位于缸體下中部中心的低于筒狀陽極以及筒狀陰極下端面的軸承，刮刀連動軸的下端設在軸承內;靠近刮刀連動軸下端處由刮刀連動軸向外水平輻射設有若干個環(huán)繞刮刀連動軸均勻排列且等長的支撐板;每個筒狀陰極均配有多個底部設在支撐板上的豎直設置的第一刮刀，所述每個第一刮刀包括以刀刃相對且分別位于筒狀陰極內外兩側的豎直設置的呈長條形的第一刀片與第二刀片;第一刀片以及第二刀片的底部均設在支撐板上;對應一個筒狀陰極的多個第一刮刀組成一組;所述每組第一刮刀的第一刀片之間由下向上水平設有多個第一連接圈，第二刀片之間由下向上水平設有多個第二連接圈;對于每組第一刮刀，第一連接圈與第二連接圈成對設置;每個支撐板的一端與刮刀連動軸相連接，每個支撐板的另一端上均豎直設有一個第二刮刀，所述第二刮刀刀刃向外并與缸體內壁的復合陰極相配合;所述第二刮刀之間由下而上水平設有若干個第三連接圈。

　　陰極吸附結束后，開啟電機帶動刮刀連動軸轉動并帶動支撐板以及設在支撐板上的第一刮刀以及第二刮刀轉動，將筒狀陰極表面以及缸體內壁復合陰極上的吸附、結垢物刮掉，被刮掉的吸附、結垢物落入缸體的底部，打開排污口通過反沖洗將吸附、結垢物以及其它雜物排出缸體。所述第一刮刀與筒狀陰極相配，是指第一刮刀的兩個刀片分別位于筒狀陰極的內外兩側，且與筒狀陰極的間距可以保證刮刀正常轉動將陰極表面吸附的重金屬、結垢物質刮掉，同時又不會對陰極產生損害，所述第二刮刀與缸體的內側壁相配合，也是指第二刮刀可以將缸體內壁上的復合陰極表面的吸附、結垢物刮掉，同時不會損壞復合陰極。采用了在陰極表面去除吸附、結垢物質的刮刀裝置后除污實現(xiàn)了自動化，除污更快且效果更好。第一連接圈與第二連接圈用于加固第一刮刀的第一、第二刀片，第三連接圈用于加固第二刮刀。

　　本發(fā)明所述的復合電極通過多種重金屬元素以及幾個元素之間的配比關系實現(xiàn)了對水中各種重金屬離子的去除，去除效果顯著;本發(fā)明所述的水處理設備采用多級結構進行水處理，水與電極接觸面積大，去污能力強;陰極除污裝置的設計實現(xiàn)了陰極吸附、結垢物的自動化清理，極大的提高了工作效率。