[实用新型]一种密闭可收集电解产气的电解槽

说明书

技术领域

本实用新型属于环境电化学领域，尤其涉及一种密闭可收集电解产气的电解槽，适用于对难处理的废液进行电化学处理时的电解槽，用于对电解过程中废气的收集、处理和分析。

背景技术

环境电化学技术就是利用外加电场作用，在特定的电化学反应器内，通过一系列设计的化学反应、电化学过程或物理过程，达到预期的去除废液中有毒有害、难生物降解的物质或对重金属进行回收等目的。

早在20世纪40年代，国外就有人提出利用电化学方法处理废水，但由于电力缺乏，成本较高，发展缓慢。20世纪60年代初期，随着现代发电技术的快速发展以及全球经济的稳定增长，具有独特优越性的电化学法也愈来愈被各国重视。与其他高级氧化过程 (AOP)相比，环境电化学技术的优点在于：1)电子转移只在电极及废液组份间进行，不需另外添加氧化还原剂，避免了由另外添加药剂而引起的二次污染问题；2)可以通过改变外加电流、电压随时调节反应条件，可控制性较强；3)过程中可能产生的自由基无选择地直接与废液中的有机污染物反应，将其降解为二氧化碳、水和简单有机物，没有或很少产生二次污染；4)反应条件温和，电化学过程一般在常温常压下就可进行；5)反应器设备及其操作一般比较简单，如果设计合理，费用并不昂贵；6)若排污规模较小，可实现就地处理；7)当废液中含有金属离子时，阴、阳极可同时起作用(阴极还原金属离子，阳极氧化有机物)，以使处理效率尽可能提高，同时回收再利用有价值的化学品或金属；8)既可以作为单独处理，又可以与其他处理相结合，如作为前处理，可以提高废液的可生物降解性； 9)兼具气浮、絮凝、消毒作用；10)作为一种清洁工艺，其设备占地面积小，特别适合于场地拥挤废液处理厂使用。

电化学法的基本原理就是通过电极的作用，使得有机污染物产生直接或者间接的氧化反应，将其分解成为无机小分子化合物的过程，并在此基础上衍生出了多种方法。利用电化学法处理废液，其原理主要包括:1)氧化作用。通过在阳极发生的直接氧化作用，或者通过阳极反应产物(如C1₂，ClO^－，·OH，O₂等)进行的间接氧化作用。电解时水中的OH^－可以在阳极放电生成具有强氧化能力的氧:4OH^－－4e→2H₂O+2[O]，同时兼具氧化及气浮作用。2)还原作用。电解时在阴极的H⁺放电会产生有很强还原作用的氢:2H⁺+2e→H₂。同时兼具还原及气浮作用。

因此，电化学水处理技术被称为“环境友好”技术，在绿色工艺方面极具潜力。但是，环境电化学技术在使用过程中，电极反应可能会产生多种气体如H₂、O₂、N₂、CO₂、 Cl₂等，所产生的气体除了产生气浮作用外，有时可能带来不利影响，如无组织排放到电化学技术使用的环境中(尤其是油气田生产高危环境)的H₂、O₂可能会引起爆炸危险；同时，电极的析氧的多少与电极材料、电极表面析氧电位有关，析氧电位低，电量消耗于析氧副反应，导致电化学氧化能力不强；析氧电位越高，越有益于电氧化反应的发生，因此可以通过收集分析电解产气中的氧来筛选电极材料、控制电解电位参数、判断电化学处理工艺在工况条件下的安全性；此外，还可根据产生的气体如N₂、CO₂、Cl₂等，来推导废液中污染物的降解历程和机理等。

虽然，在CN202808445U中公开了一种新型污水处理设备，也是通过电解的方式对污水进行处理，而且能够对电解过程中产生的气体进行收集，但是此电解槽中设有离子膜，且离子膜把电解槽分成了阳极腔室和阴极腔室，因此，此新型污水处理设备实际上也就是在一种很成熟的“电渗析”器上附加了抽气、换热及防护罩。该设备处理的污水的原理、与污水的种类与电渗析器是一致的。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种能够收集电解处理废液产生气体的电解槽设备，该设备能够对难处理的废液，例如：各种废水、废钻井液、废压裂液等返排废液、废活性污泥等液状废物，进行电化学处理时的电解槽，可以收集设备运行产生的各种气体，方便分析废液中有害物质去除效果和机理，同时判断电化学工艺能否在特殊工况条件下使用的安全性，评价筛选电极材料、电解工艺参数，成本较低，操作方便。