CN100551841C

CN100551841C - 铁接触除磷装置及方法

Info

Publication number: CN100551841C
Application number: CNB2008100193403A
Authority: CN
Inventors: 王世和; 陆敏博
Original assignee: Southeast University
Current assignee: Southeast University
Priority date: 2008-01-04
Filing date: 2008-01-04
Publication date: 2009-10-21
Anticipated expiration: 2028-01-04
Also published as: CN101215037A

Abstract

铁接触除磷装置及方法是一种以铁碳合金和比铁碳合金更具惰性的材料作为电化学腐蚀两极系统的高效除磷装置及方法，此装置及方法在有效去除有机物等的同时，可高效去除不同浓度特别是高浓度含磷污(废)水中的磷。该装置包括进水管(1)、出水管(5)、极板组件(2)、曝气系统(3)、污泥斗(4)；污水通过进水管进入铁接触除磷装置，在铁接触除磷装置内经过迂回曲折的流程后流入沉淀池，沉淀池出水可直接排放或回流至调节池再行后续处理，同时，铁接触除磷装置和沉淀池的污泥通过污泥管回收后对其再利用。

Description

铁接触除磷装置及方法

技术领域

本发明是一种从污(废)水中脱除磷的装置及方法，属水处理技术领域。

背景技术

磷是导致水体富营养化的主要原因，同时也是生命体不可或缺的营养元素，是一种难以再生、日益枯竭的资源。

目前，从污水中除磷的方法主要包括生物法和化学法。生物法除磷工艺复杂，且出水稳定性较差；化学法除磷虽处理效果好，但应用的除磷材料(药剂)多为石灰、铝盐、铁盐、亚铁盐及镁盐等工业产品，除磷药剂费用较高、污泥量较大，造成该法在实际应用中的瓶颈。

此外，铁制材料在有氧或无氧含磷酸盐水中通过电化学腐蚀和(或)生物化学腐蚀作用析出铁离子，铁离子通过发生一系列的腐蚀次生过程，最终通过排出磷酸铁盐等沉淀物的形式达到去除水中磷的目的。此法稳定状态下腐蚀速度为10～25mdd。在合理的停留时间下，这样的腐蚀速度只适用于处理低浓度含磷污(废)水。

有鉴于此，本发明对上述方法进行改良，提供一种由铁碳合金和比铁碳合金更具惰性的材料作为电化学腐蚀两极系统的高效除磷装置及方法。通过本发明的装置及方法，按常规污水处理流程，可使含磷污(废)水在去除有机物的同时，实现高效除磷。由于该装置及方法强化了有氧水环境中的腐蚀作用和增大了水力流程，因此，可实现铁接触材料较高和稳定的腐蚀速率，以高效去除不同浓度特别是高浓度含磷污(废)水(如城市生活污水，工业废水，厌氧富磷上清液等)中的磷。

发明内容

技术问题：本发明的目的是提供一种以铁碳合金和比铁碳合金更具惰性的材料作为电化学腐蚀两极系统的高效铁接触除磷装置及方法，此装置及方法在有效去除有机物等的同时，可高效去除不同浓度特别是高浓度含磷污(废)水中的磷。

技术方案：本发明的铁接触除磷方法，是指常规城市污水或厌氧富磷上清液通过进水管进入铁接触除磷装置，在铁接触除磷装置内经过迂回曲折的流程，可同时去除有机污染物和磷，之后再流入沉淀池进行沉淀分离，沉淀池出水可直接排放或回流至调节池再行后续处理(视进水水质)。铁接触除磷装置和沉淀池的污泥通过污泥管收集排出，由于其含有高浓度的磷和铁，可加以回收利用。

本发明的铁接触除磷装置包括进水管、出水管、极板组件、曝气系统、污泥斗；进水管设置在铁接触除磷装置前端中下部，出水管设置在铁接触除磷装置尾端中上部；根据处理的水质条件、浓度及规模，铁接触除磷装置中至少设两个对应大小的极板组件；曝气系统由曝气机、曝气于管和曝气支管组成；极板组件中的一个下通道惰性金属板位于铁接触除磷装置顶部，下部为通道；另一个上通道惰性金属板位于铁接触除磷装置底部，上部为通道，如此交错布置，将铁接触除磷装置分隔成若干个小室，每个小室下部至少设置一根曝气支管；污泥斗设置在铁接触除磷装置下部；每个极板组件下部设置3个污泥斗；每个污泥斗连接一根排泥管；与极板组件接触的污泥斗上缘开一与极板组件厚度相当的凹槽，以便极板组件能垂直嵌入。所述的极板组件由若干块铁碳合金板及与之垂直连接的比铁碳合金更具惰性的两块上通道惰性金属板、两块下通道惰性金属板组合而成。

污水经进水管进入铁接触除磷装置，在铁接触除磷装置内经过迂回曲折的流程后流入沉淀池，沉淀池出水可直接排放或回流至调节池再行后续处理；同时，铁接触除磷装置和沉淀池的污泥通过污泥管回收后对其再利用，各步骤工况条件为：

a.铁接触除磷装置：曝气方式为间歇曝气，曝气/停歇时间比为3/1～3/2，且停歇时间不宜超过30min，曝气强度(以单位体积、单位时间的供气量表示)为3～15m³/(m³·h)，水力停留时间为6～9h；

b.沉淀池：水力停留时间为5～8h；

c.排泥：铁接触除磷装置和沉淀池的排泥频率均为每1～3周一次，每次排泥为各自总污泥量的1/2～2/3。

通过本发明的除磷装置及方法处理总磷浓度为3～7mg/L的常规城市污水时，可使出水达标(≤0.5mg/L)排放；处理总磷浓度为30～50mg/L的厌氧富磷上清液时，可使出水总磷浓度降至5mg/L以下，出水回流至调节池再行后续处理，可大大削减后续处理工艺负荷，并使最终出水总磷浓度达到国家《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918-2002)中的一级(A)标准，减轻水体的富营养化，改善区域环境。通过对本发明的除磷装置及方法产生的污泥中磷资源和铁资源的回收利用，可实现污泥的资源化，取得良好的社会效益和经济效益。

本发明的铁接触除磷装置，根据需处理的污(废)水中磷的含量高低决定极板组件的个数和铁碳合金板使用量的多少。惰性金属板将装置分成若干个小室；上通道惰性金属板顶部应低于液面；下通道惰性金属板顶部须高出液面一定尺寸。这样的设计，使水流整体呈推流状态，增大了流程，并防止短流的出现。

有益效果：本发明的铁接触除磷装置及方法通过强化有氧水环境中的电偶腐蚀作用和增大水力流程，在完成有机物等污染物去除的同时，通过铁合金析出的铁离子可以高效除磷。调节极板组件的个数和铁合金板的数目(即析出铁离子量)，可高效去除不同浓度特别是高浓度含磷污(废)水中的磷。发明者已进行的试验和测定结果表明：该方法的碳钢平均腐蚀速率为58mdd，为不强化腐蚀作用时的2倍多；平均进水总磷浓度为38.8mg/L时，可使出水总磷浓度平均值降至3mg/L以下，平均去除率达92％以上；出水总铁浓度平均值为3mg/L。处理高浓度含磷污(废)水时，该除磷装置的出水回流至调节池再行后续处理，可大大削减后续处理工艺的负荷，并增强后续处理工艺的生化作用和物化作用，从而使最终出水总磷浓度达到国家《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918-2002)中的一级(A)标准，减轻水体富营养化，改善区域环境。通过对本发明的除磷装置及方法产生的污泥中磷资源和铁资源的回收利用，可实现污泥的资源化，取得良好的社会效益和经济效益。

附图说明

图1：本发明的铁接触除磷方法流程图。

图2：本发明的铁接触除磷装置剖面图(以两个极板组件为例)。

图3：本发明的铁接触除磷装置的极板组件结构图(以一块铁碳合金板为例)。

图4：本发明的铁接触除磷装置的极板组件组装方法。

图5：本发明的铁接触除磷装置的曝气系统示意图。

其中有：进水管1、极板组件2、曝气系统3、污泥斗4、出水管5、上通道惰性金属板6、下通道惰性金属板7、铁碳合金板8、曝气机31、曝气干管32、曝气支管33、排泥管41、污泥斗上缘凹槽42、铁碳合金板下左凹槽81、铁碳合金板下右凹槽82、铁碳合金板上左凹槽83、铁碳合金板上右凹槽84。

具体实施方式

若是处理总磷浓度为3～7mg/L的常规城市污水(参照图1)，本发明的铁接触除磷方法，是指常规城市污水通过进水管进入铁接触除磷装置，在铁接触除磷装置内停留一定时间后流入沉淀池，沉淀池出水可直接排放。铁接触除磷装置和沉淀池的污泥通过污泥管进入后续污泥回收利用系统。铁接触除磷装置的运行方式：采取间歇曝气方式，曝气/停歇时间比为3/1～3/2，且停歇时间不宜超过30min，曝气强度为3～6m³/(m³·h)，水力停留时间为7～9h，排泥频率为每2～3周一次，每次排泥为总污泥量的1/2～2/3。沉淀池的运行工况：水力停留时间为6～8h，排泥频率为每2～3周一次，每次排泥为沉淀池总污泥量的1/2～2/3。

若是处理总磷浓度为30～50mg/L的厌氧富磷上清液(参照图1)，本发明的铁接触除磷方法，是指厌氧富磷上清液通过进水管进入铁接触除磷装置，在铁接触除磷装置内停留一定时间后流入沉淀池，沉淀池出水回流至调节池再行后续处理。铁接触除磷装置和沉淀池的污泥通过污泥管进入后续污泥回收利用系统。铁接触除磷装置的运行方式：采取间歇曝气方式，曝气/停歇时间比为3/1～3/2，且停歇时间不宜超过30min，曝气强度为12～15m³/(m³·h)，水力停留时间为6～8h，排泥频率为每1～2周一次，每次排泥为总污泥量的1/2～2/3。沉淀池的运行工况：水力停留时间为5～7h，排泥频率为每1～2周一次，每次排泥为总污泥量的1/2～2/3。

参照图2、图3、图4和图5，本发明的铁接触除磷装置，包括进水管1、极板组件2、曝气系统3、污泥斗4、出水管5等。进水管1设置在铁接触除磷装置前端中下部；出水管5设置在装置尾端中上部；铁接触除磷装置至少设两个极板组件2(视处理规模大小)，极板组件2由若干块铁碳合金板8(如碳钢、铸铁等)和比铁碳合金更具惰性的两块上通道惰性金属板6、两块下通道惰性金属板7(如不锈钢、黄铜等)垂直交叉紧密结合而成，两块上通道惰性金属板6分别插入铁碳合金板下左凹槽81和铁碳合金板下右凹槽82，两块下通道惰性金属板7分别插入铁碳合金板上左凹槽83和铁碳合金板上右凹槽84(极板组件结构如图3，极板组件组装方法见图4)；铁碳合金推荐使用碳含量接近0.4％的碳钢；惰性金属推荐使用钝态不锈钢；两种不同形状的上通道惰性金属板6、下通道惰性金属板7在一侧以相同间距切割相同长度的长方形槽，其宽度与铁碳合金板8厚度基本相同(如图4)。同样，铁碳合金板8切割4个长方形槽，即铁碳合金板下左凹槽81、铁碳合金板下右凹槽82、铁碳合金板上左凹槽83和铁碳合金板上右凹槽84，其宽度与上通道惰性金属板6、下通道惰性金属板7厚度基本一致。上通道惰性金属板6、下通道惰性金属板7与装置等宽，保证水流不从上通道惰性金属板6、下通道惰性金属板7两侧流过而只能上、下折流；当其中一个极板组件2的铁碳合金板8表面防腐蚀性膜过厚致使腐蚀速率过低时，可将其整体取出异位清洗，也可原位清洗；极板组件2可根据需要交替清洗，约2～3周一次，这样可保证一定的总腐蚀速率和装置连续运行；根据需处理的污(废)水中磷的含量高低决定极板组件2的个数和铁碳合金板8使用量的多少。曝气系统3由曝气机31、曝气干管32、若干曝气支管33组成；上通道惰性金属板6、下通道惰性金属板7将装置分隔成多个小室，离进水端最近的记为a室，中间按离进水端近远顺序分别记为b室，c室，d室，e室，f室，g室，h室，i室，每个小室下部至少设置一根曝气支管33；曝气机31间歇供氧，曝气/停歇时间比为3/1～3/2，且停歇时间不宜超过30min。污泥斗4设置在装置下部；每个极板组件2下部设置3个污泥斗4；每个污泥斗4连接一根排泥管41；与上通道惰性金属板6接触的污泥斗上边缘开一与上通道惰性金属板6厚度近乎一致的凹槽42，以便上通道惰性金属板6能垂直嵌入，此上通道惰性金属板6顶部须低于液面；不与污泥斗上边缘接触的下通道惰性金属板7顶部须高于液面一定尺寸，一般控制为30cm。

参照图2，在理想状态下，进水由a室下侧的进水管1流入后，由于上通道惰性金属板6的阻隔，水流只能向上到a室顶部再流入b室，而不能从下侧直接流入b室。由于b室与c室之间的下通道惰性金属板7顶部高于液面，所以水流只能折返向下到b室底部再流入c室。同理，进入c室的水流必须折流向上进入d室，再折流向下进入e室，依此类推，最后由i室上方的出水管5出水。这样的设计，使水流整体呈推流状态，增大了流程，并防止短流的出现。

Claims

1.一种铁接触除磷装置，其特征在于该装置包括进水管(1)、出水管(5)、极板组件(2)、曝气系统(3)、污泥斗(4)；进水管(1)设置在铁接触除磷装置前端中下部，出水管(5)设置在铁接触除磷装置尾端中上部；根据处理的水质条件、浓度及规模，铁接触除磷装置至少设有两个对应大小的极板组件，曝气系统(3)由曝气机(31)、曝气干管(32)和曝气支管(33)组成；极板组件(2)中的一个下通道惰性金属板(7)位于铁接触除磷装置顶部，下部为通道，另一个上通道惰性金属板(6)位于铁接触除磷装置底部，上部为通道，如此交错布置，将铁接触除磷装置分隔成若干个小室，每个小室下部至少设置一根曝气支管(33)；污泥斗(4)设置在铁接触除磷装置下部；每个极板组件(2)下部设置3个污泥斗(4)；每个污泥斗(4)连接一根排泥管(41)；与极板组件(2)接触的污泥斗(4)上缘开一与极板组件(2)厚度相同的凹槽(42)，以便极板组件(2)能垂直嵌入；极板组件由若干块铁碳合金板及与之垂直连接的比铁碳合金更具惰性的两块上通道惰性金属板、两块下通道惰性金属板组合而成。

2.一种如权利要求1所述的铁接触除磷装置的除磷方法，其特征在于污水通过进水管进入铁接触除磷装置，在铁接触除磷装置内经过迂回曲折的流程后流入沉淀池，沉淀池出水直接排放或回流至调节池再行后续处理，同时，铁接触除磷装置和沉淀池的污泥通过污泥管回收后对其再利用，各步骤工况条件为：

a.铁接触除磷装置：曝气方式为间歇曝气，曝气/停歇时间比为3/1～3/2，且停歇时间不超过30min，曝气强度以单位体积、单位时间的供气量表示，为3～15m³/(m³·h)，水力停留时间为6～9h；

b.沉淀池：水力停留时间为5～8h；