脱氢装置、脱氢方法及废水处理系统与流程

1.本发明涉及水处理领域，进一步的，涉及一种脱氢装置、脱氢方法及废水处理系统，尤其涉及一种采用电化学方法对废水进行电氧化及电絮凝处理的脱氢装置、脱氢方法及废水处理系统。


背景技术：

2.电氧化及电絮凝技术主要是针对废水进行净化处理的一种电化学方法。电氧化和电絮凝反应器内的阴阳两极在外加直流电场作用下发生氧化还原反应，在一定的时间内产生大量氢气微气泡，微气泡会在较短时间内释放出来，从而汇集成大量的纯氢气。如果氢气在空气中点燃则可能发生爆炸，氢气爆炸极限是4.0％～75.6％(体积浓度)，即如果氢气在空气中的体积浓度在4.0％～75.6％之间，有火花且温度在7000℃以上时，就会发生爆炸；如果氢气在混合物中的浓度低于爆炸下限，由于空气所占的比例很大，可燃物质浓度不够，即使遇到明火，既不会发生爆炸，也不会燃烧；如果氢气在混合物中的浓度高于爆炸上限，由于含有大量的可燃物质，即使空气不足，缺少氧气的助燃，遇到明火，虽然不会爆炸，但由于接触空气也会燃烧。其中：氢气与氧气按照体积比2：1反应时，爆炸最猛烈。由于氧气在空气中的体积分数为21％，恰好反应时所需的空气体积与氢气的体积比约为5：2，即氢气在空气中的体积浓度为28.6％时，爆炸最猛烈。
3.现阶段，电氧化和电絮凝反应器的出水在进入下一级处理装置之前，依靠自然逸散或用风扇大风量吹散从而对产生的氢气进行稀释，从而防止氢气发生爆炸。但是上述对氢气进行稀释的方法可控性差，对氢气的稀释速度较慢，一旦遇到空间较小、工作人员重视程度不够等问题时，很容易导致稀释后的氢气依然处于氢气爆炸极限范围之内，如果发生爆炸不仅影响工作的正常进行，而且对工作人员的人身安全造成极大的威胁，后果不堪设想。
4.针对相关技术中废水净化处理过程所产生的氢气稀释方法可控性差、对氢气的稀释效果不佳的问题，目前尚未给出有效的解决方案。
5.由此，本发明人凭借多年从事相关行业的经验与实践，提出一种脱氢装置、脱氢方法及废水处理系统，以克服现有技术的缺陷。


技术实现要素：

6.本发明的目的在于提供一种脱氢装置、脱氢方法及废水处理系统，不仅能够对电化学处理装置所产生的废水进行脱氢处理，保证废水中的氢气充分析出，而且能够快速对析出的氢气进行稀释，将氢气的浓度降低至1％以下的安全浓度范围内，并引出至开阔区域进行排放，实现了对氢气快速稀释、对废水进行快速处理的目的，另外，提高了废水脱氢处理安全性，保证了工作人员的人身安全。
7.本发明的目的可采用下列技术方案来实现：
8.本发明提供了一种脱氢装置，所述脱氢装置包括气液旋流分离器、可燃气体检测
仪和鼓风机，其中：
9.所述气液旋流分离器包括气液分离管，所述气液分离管为沿竖直方向设置的筒状结构，所述气液分离管的顶端和底端分别开设有与所述气液分离管的内部相连通的排气口和排液口，所述可燃气体检测仪设置于所述气液分离管的排气口处，所述气液分离管的上部侧壁上分别开设有与所述气液分离管的内部相连通的进气口和进液口，所述气液分离管的进液口沿所述气液分离管的内壁的切线方向开设，所述气液分离管的进液口与外部的来液管路连接，所述气液分离管的进气口与所述鼓风机的出风口连接。
10.在本发明的一较佳实施方式中，所述气液分离管包括上段管体和下段管体，所述上段管体为沿竖直方向设置的直筒状结构，所述下段管体为沿竖直方向设置的倒锥形筒状结构，所述上段管体的底端与所述下段管体的顶端连接，所述上段管体的内部与所述下段管体的内部相贯通；
11.所述气液分离管的排气口位于所述上段管体的顶端，所述气液分离管的排液口位于所述下段管体的底端，所述气液分离管的进气口和进液口均位于所述上段管体的上部侧壁上。
12.在本发明的一较佳实施方式中，所述上段管体与所述下段管体一体成型。
13.在本发明的一较佳实施方式中，所述气液分离管的进液口处连接有进液管，所述气液分离管通过所述进液管与外部的所述来液管路连接。
14.在本发明的一较佳实施方式中，所述进液管的轴向与所述气液分离管的内壁的切线方向相平行，以使所述进液管中的液体沿所述气液分离管的内壁的切线方向流入至所述气液分离管的内部。
15.在本发明的一较佳实施方式中，所述气液分离管的进气口位于所述气液分离管的进液口的上方，所述气液分离管的进气口与所述气液分离管的进液口开设方向相同，且所述气液分离管的进气口沿所述气液分离管的内壁的切线方向开设，所述气液分离管的进气口处连接有进气管，所述进气管与所述进液管相平行，所述气液分离管通过所述进气管与所述鼓风机的出风口连接。
16.在本发明的一较佳实施方式中，所述气液旋流分离器还包括导流管和出气管，所述导流管沿竖直方向设置于所述气液分离管的排气口处，所述导流管的底端穿过所述气液分离管的排气口并伸入至所述气液分离管的内部，所述导流管的顶端与所述出气管连接，所述可燃气体检测仪的检测端伸入至所述出气管的内部。
17.在本发明的一较佳实施方式中，所述脱氢装置还包括控制柜，所述控制柜的内部设置有控制器和变频器，所述控制器的检测信号接收端与所述可燃气体检测仪的检测信号输出端电连接，所述控制器的控制信号输出端与所述变频器的控制信号接收端电连接，所述变频器的控制信号输出端与所述鼓风机控制端电连接。
18.在本发明的一较佳实施方式中，所述控制柜上设置有触控屏，所述触控屏的控制信号输出端与所述控制器的控制信号接收端电连接。
19.本发明提供了一种脱氢方法，所述脱氢方法包括如下步骤：
20.步骤s1：将经电化学处理后所产生的含有氢气的废水通过气液分离管的进液口沿所述气液分离管的内壁的切线方向高速通入至所述气液分离管的内部，以沿所述气液分离管的内壁形成高速旋转的流体；
21.步骤s2：所述废水与以微小气泡形式存在于所述废水内的氢气相分离；
22.步骤s3：启动鼓风机通过所述气液分离管的进气口向所述气液分离管的内部通入空气，所述空气与所述氢气相混合，以将所述气液分离管内的氢气浓度稀释至氢气爆炸极限以下；
23.步骤s4：所述空气与所述氢气的混合气体通过所述气液分离管的排气口对外排出，并通过可燃气体检测仪实时对排出的所述混合气体中的氢气浓度进行检测；
24.步骤s5：与所述氢气相分离后的所述废水通过所述气液分离管的排液口排出至下一级废水处理装置内。
25.在本发明的一较佳实施方式中，所述步骤s2中，降低所述气液分离管内的压强。
26.在本发明的一较佳实施方式中，所述步骤s3中，向所述气液分离管内通入所述空气的方向与向所述气液分离管内通入所述废水的方向相同。
27.本发明提供了一种废水处理系统，所述废水处理系统包括废水净化装置、电源和上述的脱氢装置，所述废水净化装置上设置有对其内部的废水进行通电以对废水进行氧化或者絮凝处理的电极，所述电源的供电端与所述废水净化装置上的电极连接，所述废水净化装置的排液口与所述脱氢装置的进液口连接。
28.在本发明的一较佳实施方式中，所述废水处理系统还包括提升泵，所述提升泵设置于所述废水净化装置的进液口处，所述提升泵的控制端与控制器的控制信号输出端电连接。
29.在本发明的一较佳实施方式中，所述废水净化装置为电催化氧化反应器或者电絮凝反应器。
30.在本发明的一较佳实施方式中，所述电源为直流脉冲电源，所述电源的控制端与控制器的控制信号输出端电连接。
31.由上所述，本发明的脱氢装置、脱氢方法及废水处理系统的特点及优点是：气液分离管的进液口与外部的来液管路连接，且气液分离管的进液口沿气液分离管的内壁的切线方向开设，电化学处理装置所产生的废水依次通过来液管路和气液分离管的进液口通入至气液分离管的内部，混有氢气的废水沿气液分离管的内壁旋转流动，从而可利用旋流分离的原理将废水中的氢气充分析出，由于气液分离管的进气口处连接有鼓风机，在氢气析出的同时可向气液分离管的内部通入空气，使空气在气液分离管的内部与废水同向旋转，进而空气与析出的氢气快速混合，将氢气的浓度进行稀释，保证了工作人员的人身安全和作业安全。另外，在气液分离管的排气口处设置有可燃气体检测仪，可实时对外排的混合气体中氢气的浓度进行检测，从而对鼓风机的空气通入量进行控制，确保将氢气的浓度稀释至安全浓度范围内，可控性强，满足电化学处理中对氢气安全处理的要求，适于推广使用。
附图说明
32.以下附图仅旨在于对本发明做示意性说明和解释，并不限定本发明的范围。
33.其中：
34.图1：为本发明脱氢装置的结构示意图。
35.图2：为本发明脱氢装置中气液旋流分离器的结构示意图。
36.图3：为图2中a-a位置的横向截面图。
37.图4：为本发明废水处理系统的结构示意图。
38.图5：为本发明废水处理系统的电气连接框图。
39.本发明中的附图标号为：
40.1、气液旋流分离器；
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
101、气液分离管；
41.1011、上段管体；
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
1012、下段管体；
42.102、进气管；
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
103、进液管；
43.104、导流管；
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
105、出气管；
44.106、排液口；
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
2、鼓风机；
45.3、可燃气体检测仪；
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
4、控制柜；
46.5、废水净化装置；
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
6、提升泵；
47.7、电源；
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
8、控制器；
48.9、变频器；
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
10、触控屏。
具体实施方式
49.为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图说明本发明的具体实施方式。
50.实施方式一
51.如图1至图5所示，本发明提供了一种脱氢装置，该脱氢装置包括气液旋流分离器1、可燃气体检测仪3和鼓风机2，其中：气液旋流分离器1包括气液分离管101，气液分离管101为沿竖直方向设置的圆筒状结构，气液分离管101的顶端开设有与气液分离管101的内部相连通的排气口，气液分离管101的底端开设有与气液分离管101的内部相连通的排液口106，可燃气体检测仪3设置于气液分离管101的排气口处，气液分离管101的上部侧壁上分别开设有与气液分离管101的内部相连通的进气口和进液口，气液分离管101的进液口沿气液分离管101的内壁的切线方向开设，气液分离管101的进液口通过水管线与外部的来液管路连接，气液分离管101的进气口通过气管线与鼓风机2的出风口连接。
52.本发明中气液分离管101的进液口与外部的来液管路连接，且气液分离管101的进液口沿气液分离管101的内壁的切线方向开设，电化学处理装置所产生的废水依次通过来液管路和气液分离管101的进液口通入至气液分离管101的内部，混有氢气的废水沿气液分离管101的内壁旋转流动，从而可利用旋流分离的原理将废水中的氢气充分析出，由于气液分离管101的进气口处连接有鼓风机2，在氢气析出的同时可向气液分离管101的内部通入空气，使空气在气液分离管101的内部与废水同向旋转，进而空气与析出的氢气快速混合，将氢气的浓度进行稀释，保证了工作人员的人身安全和作业安全。另外，在气液分离管101的排气口处设置有可燃气体检测仪3，可实时对外排的混合气体中氢气的浓度进行检测，从而对鼓风机2的空气通入量进行控制，确保将氢气的浓度稀释至1％以下的安全浓度范围内，可控性强，满足电化学处理中对氢气安全处理的要求，适于推广使用。
53.在本发明的一个可选实施例中，如图1、图2所示，气液分离管101包括上段管体1011和下段管体1012，上段管体1011为沿竖直方向设置的直圆筒状结构，下段管体1012为沿竖直方向设置的倒圆锥形筒状结构，上段管体1011的底端与下段管体1012的顶端连接，上段管体1011的内部与下段管体1012的内部相贯通；气液分离管101的排气口位于上段管
体1011的顶端，气液分离管101的排液口106位于下段管体1012的底端，气液分离管101的进气口和进液口均位于上段管体1011的上部侧壁上。上段管体1011的设置保证废水通入气液分离管101内以后能够沿内壁进行旋转流动，确保在离心力的作用下废水中的氢气能够与废水向分离，与氢气分离后的废水由于自身重力下流至下段管体1012，并通过下段管体1012将废水引流至排液口106处对外排出，达到气、液的彻底分离。
54.进一步的，上段管体1011与下段管体1012之间可为但不限于一体成型。
55.在本发明的一个可选实施例中，如图1至图3所示，气液分离管101的进液口处连接有进液管103，气液分离管101通过进液管103与外部的来液管路连接。进液管103的轴向与气液分离管101的内壁的切线方向相平行，以使进液管103中的液体沿气液分离管101的内壁的切线方向流入至气液分离管101的内部。
56.进一步的，如图1、图2所示，气液分离管101的进气口位于气液分离管101的进液口的上方，气液分离管101的进气口与气液分离管101的进液口开设方向相同，且气液分离管101的进气口沿气液分离管101的内壁的切线方向开设，气液分离管101的进气口处连接有进气管102，进气管102与进液管103相平行，气液分离管101通过进气管102与鼓风机2的出风口连接，从而确保鼓风机2通入的空气在气液分离管101内的流向与废水在气液分离管101内的流向相同，以使两者能够一同旋转流动，在旋转流动的过程中完成空气与氢气的混合，以达到对氢气快速稀释的效果。
57.在本发明的一个可选实施例中，如图1、图2所示，气液旋流分离器1还包括导流管104和出气管105，导流管104沿竖直方向设置于气液分离管101的排气口处，导流管104的底端穿过气液分离管101的排气口并伸入至气液分离管101的内部，导流管104的顶端与出气管105的一端连接，可燃气体检测仪3的检测端伸入至所述出气管105的内部。通过导流管104起到引流的作用，出气管105的另一端可连接气管线，通过气管线将混合气体排出至空旷的区域，避免对周边环境和工作人员的健康造成影响，达到了快速稀释、安全运行的要求。
58.在本发明的一个可选实施例中，如图1、图5所示，脱氢装置还包括控制柜4，控制柜4的内部设置有控制器8和变频器9，控制器8的检测信号接收端与可燃气体检测仪3的检测信号输出端电连接，控制器8的控制信号输出端与变频器9的控制信号接收端电连接，变频器9的控制信号输出端与鼓风机2控制端电连接。通过控制器8能够实时对变频器9进行控制，进而控制鼓风机2的运转速度，调节鼓风机2向气液分离管101内通入的进风量和风压，确保外排的混合气体中可燃气体(即：氢气)的浓度低于1％的设定值。控制鼓风机2处于低速运行时，能够降低噪音，避免对其他工人员的正常工作造成影响。
59.进一步的，鼓风机2采用高压鼓风机，以确保能够向气液分离管101内通入足够的空气量。
60.进一步的，如图5所示，控制柜4上设置有触控屏10，触控屏10的控制信号输出端与控制器8的控制信号接收端电连接，工作人员可通过触控屏10进行操控，从而对外发送控制信号。
61.在本发明的一个可选实施例中，在导流管104的内壁上设置有抽气泵，抽气泵的控制端与控制器8的控制信号输出端电连接，在氢气与废水分离之前，通过控制器8控制抽气泵启动，通过抽气泵对气液分离管101内原有的空气进行外排，从而降低气液分离管101的
内部压力，由于气体在溶液中的溶解度与压力成正比，当气液分离管101的内部压力降低时，氢气在废水中的溶解度减小，随着气泡的聚并，对氢气的分离速度进一步加快，提高氢气的析出效率。当氢气从废水中析出后，即可关闭抽气泵，避免抽气泵将析出的氢气直接抽出至外部。
62.本发明中脱氢装置的特点及优点是：
63.一、该脱氢装置采用气液旋流分离器1，利用气体与液体密度不同的性质差异，将悬浮在水中的游离和微气泡形式的氢气析出分离。利用鼓风机2的压缩空气迅速将析出的氢气浓度稀释到1％以下的安全浓度范围内，并将混合气体引到开阔的区域进行排放，达到了快速稀释、安全运行的目的。
64.二、该脱氢装置在排气口处设置有可燃气体检测仪3，实时检测外排的混合气体中的可燃气体含量，并通过变频器9对鼓风机2的运转速度进行实时调节，使其通入的空气量达到外排的混合气体中可燃气体含量低于1％的设定值，确保排放安全。
65.三、该脱氢装置采用较低的处理压力，不仅提高了溶解气体在溶液中的释放程度，并且降低了处理能耗，达到彻底气液分离。
66.四、该脱氢装置结构紧凑、体积小、重量轻，工作稳定可靠，操作维护简单，能够对氢气进行高效分离，适于推广使用。
67.实施方式二
68.本发明提供了一种脱氢方法，该脱氢方法包括如下步骤：
69.步骤s1：将经电化学处理(即：废水经电催化氧化反应器或者电絮凝反应器反应后所排出的废水)后所产生的含有氢气等气体的废水通过气液分离管101的进液口沿气液分离管101的内壁的切线方向高速通入至气液分离管101的内部，以使废水沿气液分离管101的内壁形成高速旋转的流体；
70.步骤s2：废水在高速旋转过程汇总产生的离心力远大于其自身的重力，由于气体与液体密度的不同，液体与气体混合并一同旋转流动过程中，液体所受到的离心力大于气体所受到的离心力，在不同离心力的作用下，能够加速将悬浮在废水中的以微小气泡形式存在的氢气从废水中析出，使氢气与废水相分离，同时也可将废水中混有的其它气体同步分离；
71.步骤s3：启动鼓风机2，鼓风机2将压缩空气通过气液分离管101的进气口通入至气液分离管101的内部，通入的空气与氢气相混合，迅速将气液分离管101内的氢气浓度稀释至1％以下的安全浓度范围；
72.步骤s4：空气与氢气的混合气体通过气液分离管101的排气口对外排出至开阔的区域，在外排过程中通过可燃气体检测仪3实时对排出的混合气体中的氢气浓度进行检测，从而可调节鼓风机2的运转速度，进而对其通入的空气量进行调节，以达到外排的混合气体中可燃气体(即：氢气)含量低于1％的设定值；
73.步骤s5：与氢气相分离后的废水通过气液分离管101的排液口106排出至下一级废水处理装置内，从而完成脱氢过程。
74.在本发明的一个可选实施例中，所述步骤s2中，通过控制抽气泵启动，通过抽气泵对气液分离管101内原有的空气进行外排，以降低气液分离管101内的压强，由于气体在溶液中的溶解度与压力成正比，当气液分离管101的内部压力降低时，氢气在废水中的溶解度
减小，随着气泡的聚并，对氢气的分离速度进一步加快，提高氢气的析出效率。当氢气从废水中析出后，即可关闭抽气泵，避免抽气泵将析出的氢气直接抽出至外部。
75.在本发明的一个可选实施例中，所述步骤s3中，向气液分离管101内通入空气的方向与向气液分离管101内通入废水的方向相同，以使两者能够一同旋转流动，在旋转流动的过程中完成空气与氢气的混合，以达到对氢气快速稀释的效果。
76.实施方式三
77.如图4、图5所示，本发明提供了一种废水处理系统，该废水处理系统包括废水净化装置5、电源7和上述的脱氢装置，废水净化装置5上设置有对其内部的废水进行通电以对废水进行氧化或者絮凝处理的电极，电源7的供电端与废水净化装置5上的电极连接，废水净化装置5的排液口与脱氢装置的进液口连接。
78.在本发明的一个可选实施例中，如图4、图5所示，废水处理系统还包括提升泵6，提升泵6设置于废水净化装置5的进液口处，提升泵6的控制端与控制器8的控制信号输出端电连接，通过控制器8对提升泵6的工作状态进行控制，进而通过提升泵6将废水提升至废水净化装置5内，保证氧化或者絮凝反应的顺利进行。
79.进一步的，废水净化装置5可为但不限于电催化氧化反应器或者电絮凝反应器。
80.在本发明的一个可选实施例中，如图4、图5所示，电源7为直流脉冲电源，电源7的控制端与控制器8的控制信号输出端电连接，通过控制器8控制电源7向废水净化装置5进行充电。
81.本发明的废水处理系统的特点及优点是：
82.该废水处理系统不仅能够对电化学处理装置所产生的废水进行脱氢处理，保证废水中的氢气充分析出，而且能够快速对析出的氢气进行稀释，将氢气的浓度降低至1％以下的安全浓度范围内，并引出至开阔区域进行排放，实现了对氢气快速稀释、对废水进行快速处理的目的，提高了废水脱氢处理安全性，保证了工作人员的人身安全，该脱氢方法简单实用、操作方便，适于推广使用。
83.以上所述仅为本发明示意性的具体实施方式，并非用以限定本发明的范围。任何本领域的技术人员，在不分离本发明的构思和原则的前提下所作出的等同变化与修改，均应属于本发明保护的范围。