CN101549896A

CN101549896A - 一体化电解脱氮除磷废水处理方法

Info

Publication number: CN101549896A
Application number: CNA2009100507886A
Authority: CN
Inventors: 尚晓; 欧阳超; 王欣泽; 彭亢晋; 孔海南
Original assignee: Shanghai Jiaotong University
Current assignee: Shanghai Jiaotong University
Priority date: 2009-05-07
Filing date: 2009-05-07
Publication date: 2009-10-07

Abstract

本发明涉及一种一体化电解脱氮除磷废水处理方法，实现在同一个电解槽中去除废水中的氮、磷营养盐以及有机污染物。采用石墨和铁板作为电极，通过间歇调换电极极性，交替改变电解除磷和电解脱氮过程，从而去除废水中的氮、磷营养盐以及有机污染物。本发明根据电解除磷和电解脱氮过程中的电解时间、电流密度、pH值、污染物去除率等参数的变化特点进行优化整合，过程中无需添加药剂即可在短时间内高效去除废水中的氮、磷营养盐以及有机物，具有占地面积小、处理时间短、污染物去除效率高的特点。

Description

一体化电解脱氮除磷废水处理方法

技术领域

本发明涉及一种一体化电解脱氮除磷废水处理方法，适用于生活废水、畜禽养殖废水、垃圾渗滤液等各种浓度范围的氮磷有机废水的处理，是控制废水中氮、磷营养盐以及有机物进入自然水域的高效废水处理方法，属于环境工程废水处理领域。

背景技术

废水中的氮、磷营养盐是导致封闭或半封闭水域富营养化的主要因素，如何去除废水中的氮、磷是控制水体富营养化的主要问题所在。传统生物法具有水力停留时间长，占地面积大，氮、磷处理效率不稳定，特别是磷的去除效率低等缺点，出水常常需要增加物理和化学强化处理工艺进行深度处理，水质才能达标排放。在污水排放标准日趋严格的背景下，需要开发一种投资省、效率高、占地小、操作简单、适用范围广的一体化脱氮除磷废水处理方法。

电解法是一种高效的废水处理方法，由于它操作简单，综合电絮凝、沉淀和气浮多种协同效应，不出现二次污染，以及产泥量小且污泥易处置等特点，近年来备受各国学者关注。电解除磷方面，国外进行了比较全面的研究，初步确定了电解除磷过程中主要运行参数的变化趋势和优化条件；而电解脱氮方面研究，折点余氯法已成为运用较为广泛、工艺较为成熟的常用脱氮和消毒手段。研究表明，电解除磷和电解脱氮过程各自具有不同的运行条件，两过程单独运行时具有酸碱度不平衡、电极易发生钝化现象、占地面积大等缺点；也同时发现两种过程具有较多相同点和互补之处，如能协调和控制好运行条件，优化整合脱氮除磷过程，能够取得理想脱氮除磷效果。目前少有将两种电解过程进行一体化整合的废水处理方法。

公开号为CN101139153的专利公开了一种组合式养殖废水净化方法及装置。针对养殖废水COD(化学需氧量)、总氮、总磷和固体悬浮物含量高的特点，设计了分步式处理流程，但是整个过程复杂，设备和装置多，占地面积大。

公开号为CN101037238的专利公开了一种废水脱氮处理装置，包括废水反应器，曝气管，装有微波发生器的箱体。脱氮后废水氨氮浓度显著降低，处理效率高，但是不能在此装置中同时去除水中的磷。

发明内容

本发明目的在于针对现有技术的不足，提供一种一体化电解脱氮除磷废水处理方法，具有占地面积小、处理时间短、污染物去除效率高的特点。

为实现上述目的，本发明提供的一体化电解脱氮除磷废水处理方法，实现在同一个电解槽中处理废水中的氮、磷营养盐以及有机污染物。采用石墨和铁板作为电极，通过间歇调换电极极性，交替改变电解除磷和电解脱氮过程，高效去除废水中的氮、磷营养盐以及有机污染物。

本发明的方法具体包括如下步骤：

(1)在电解槽中放置1-2排电极，共有4-20对电极对，每对电极由铁板电极和石墨电极构成；将废水由进水管引入电解槽中，开启电解槽底部的曝气装置。

(2)首先，以石墨电极为阳极，铁板电极为阴极，对废水进行电解脱氮处理；溶液pH值低于5时，调换电流方向使得铁板电极为阳极，石墨电极为阴极，对废水进行电解除磷处理；溶液pH值高于8时，再次调换电流方向；如此循环进行电解脱氮和电解除磷的处理过程2-3次；处理过程中pH值始终维持在5～8之间。

(3)处理结束，关闭曝气装置，静置10-20分钟。

(4)打开阀门将沉积污泥由排泥管排出，同时通过排水管排水。

本发明中，所述电极对之间的间距为30-50mm，所述铁板电极和石墨电极之间的间距为10-15mm。

所述电解脱氮处理过程的电流密度范围为20mA/cm²-150mA/cm²，所述电解除磷处理过程的电流密度范围为5mA/cm²-35mA/cm²。

本发明采用石墨和铁板作为电极，通过间歇调换电极极性，控制pH和电解时间，整合两过程的运行参数，实现电解脱氮和电解除磷过程的交换，以保持电解脱氮除磷过程始终处于最佳运行状态。脱氮和除磷过程以及废水中有机物的分解所产生的酸碱度达到一定程度的平衡，将溶液有效维持在最佳pH值范围内；电极极性的间歇调换消除了除磷过程中阳极钝化现象的发生；电解除磷过程中电导率和水温分别呈现上升和下降的趋势，而电解脱氮过程中电导率和水温分别呈现下降和上升的趋势，一体化工艺中参数变化得到有效中和，整个过程中参数运行稳定；电解过程中氮、磷和有机污染物得到有效去除。

实验表明，电解脱氮和电解除磷工艺最佳pH范围在5～8之间，当石墨电极为阳极，铁板电极为阴极时，电解过程处于脱氮状态，此过程中溶液由于氯气的溶解生成大量酸度，同时有机物的分解弥补了溶液中的碱度，溶液的pH呈现先升上后下降的趋势；而溶液中的电导率呈现下降的趋势；该过程中有机污染物、氨氮得到去除，脱氮时间越长，污染物去除效率越高。当pH下降至5时调换电极，使铁板为阳极，石墨为阴极，溶液进入除磷状态，该过程溶液中产生碱度、同时电导率上升，磷酸盐污染物得到快速去除；当pH上升达到8时，改变电极极性进入电解脱氮状态。以此反复，通过循环改变电极极性，废水处理始终保持在比较理想的脱氮除磷运行条件下。电解过程的电解时间、极板数量、电流密度、等参数可根据实际废水浓度和水量来具体确定。

本发明方法中采用了曝气装置。试验证明，曝气条件不仅有效提高有机物去除率，且能增加溶液扰动，减缓钝化现象发生，减少溶液阻抗，降低过程能耗，并能增强气浮效应，加速去除溶液中胶体和颗粒物。

本发明具有显著的有益效果和实质性特点：

1、本发明是一种脱氮除磷的污水处理方法，通过整合电解脱氮和电解除磷过程，在同一电解槽内实现废水中氮、磷和有机污染物的去除。

2、本发明方法有效的克服了传统生物法处理时间长，占地面积大，氮、磷处理效率低等缺点，是控制废水中氮、磷营养盐和有机物进入自然水域的高效处理方法。

3、本发明对于高浓度氮、磷废水处理效果尤为明显，例如，畜禽养殖废水、垃圾渗滤液等各种高浓度氮、磷废水的处理。

附图说明

图1为本发明采用的装置结构示意图。

图1中，1为进水管，6为排泥管，7为排水管。

图2为图1中A-A剖视图。

图2中，2为电解槽，3为底部曝气装置，4为石墨电极，5为铁板电极。

具体实施方式

以下结合附图和具体的实施例对本发明的技术方案作进一步描述。以下实施例不构成对本发明的限定。

实施例1

工程处理每天产生养猪废水10吨一个小型集中式养猪场，处理原水为化粪池上清液出水，主要水质指标为溶液pH值7.6，溶解性磷浓度约为200mg/L，氨氮浓度约为2000mg/L，TOC浓度约为1500mg/L。为此建造一个1.5m*1.5m*0.5m的电解槽，按图1图2所示，在电解槽2中放置两排共8对电极，每排4对电极对，每对电极对由铁板电极5和石墨电极4构成，电极对之间的间距为40mm，铁板电极5和石墨电极4之间的间距为15mm，槽体两侧为倾角30度的锥形体，底部设有2mm孔径针孔PVC管道用于微孔曝气。

首先，打开进水泵，污水从进水管道进入电解槽，进水完毕后，以石墨电极为阳极，铁板电极为阴极进行电解，并同时打开电解槽底部的曝气装置进行曝气搅拌。约80分钟后，当溶液pH值低于5时，调换电极极性，使得以铁板电极为阳极，石墨电极为阴极。约40分钟后，溶液pH值高于8时，再次交换电极极性，重复操作上述步骤。运行完3个周期后，关闭曝气装置，静置15分钟，打开阀门将电解槽内的底部沉积污泥从排泥管6排出，最后通过排水管7排水。工艺总停留时间约为200分钟。

出水主要污染物去除率分别为溶解性磷＞99.5％、氨氮62.4％、TOC83.7％。说明本发明电解脱氮除磷废水处理方法处理高浓度氮、磷废水有显著效果。

实施例2

工程处理每天产生2吨垃圾渗滤液，主要水质指标pH值为5.6，溶解性磷浓度约为60mg/L，氨氮浓度约为2100mg/L，COD浓度约为20000mg/L。为此建造一个0.5m*0.5m*0.5m的电解槽，在电解槽中放置2对电极，电极对由铁板电极和石墨电极构成，电极对之间的间距为40mm，铁板电极和石墨电极之间的间距为15mm，槽体两侧为倾角30度的锥形体，底部设有2mm孔径针孔PVC管道用于微孔曝气。

首先，打开进水泵，污水从进水管道进入电解槽，进水完毕后，以石墨电极为阳极，铁板电极为阴极进行电解，并同时打开电解槽底部的曝气装置进行曝气搅拌。约120分钟后，溶液pH值低于5，调换电极极性，使得以铁板电极为阳极，石墨电极为阴极。约40分钟后，溶液pH值高于8时，再次交换电极极性，重复操作上述步骤。运行完3个周期后，关闭曝气装置，静置15分钟，打开阀门将电解槽内的底部污泥排出，最后通过排水管道排水。工艺总停留时间约为300分钟。

出水主要污染物去除率分别为溶解性磷＞99.0％、氨氮73.3％、COD75.7％，说明电解脱氮除磷废水处理方法处理高浓度氮、磷废水有显著效果。

实施例3

工程处理每天产生20吨生活污水，主要水质指标溶液pH值为6.3，溶解性磷浓度为3.2mg/L，氨氮浓度为24.7mg/L，COD浓度约为327.9mg/L。为此建造一个2.5m*1.5m*0.5m的电解槽，在电解槽中放置两排共12对电极，每排6对由铁板电极和石墨电极构成的电极对，电极对之间的间距为40mm，铁板电极和石墨电极之间的间距为15mm，槽体两侧为倾角30度的锥形体，底部设有2mm孔径针孔PVC管道用于微孔曝气。

首先，打开进水泵，污水从进水管道进入电解槽，进水完毕后，以石墨电极为阳极，铁板电极为阴极进行电解，并同时打开曝气装置进行曝气搅拌。约20分钟后，溶液pH值低于5，调换电极极性，使得以铁板电极为阳极，石墨电极为阴极。约20分钟后，溶液pH值高于8，再次交换电极极性，重复操作上述步骤。运行完2个周期后，关闭曝气装置，静置15分钟，打开阀门将电解槽内的底部污泥排出，最后通过排水管道排水。工艺总停留时间约为80分钟。

出水主要污染物去除率分别为溶解性磷＞99.0％、氨氮62.5％、COD83.7％，说明电解脱氮除磷废水处理方法处理生活污水有显著效果。

Claims

1、一种一体化电解脱氮除磷废水处理方法，其特征在于包含以下步骤：

1)在电解槽(2)中放置1-2排电极，共有4-20对电极对，每对电极由铁板电极(5)和石墨电极(4)构成；将废水由进水管(1)引入电解槽(2)中，开启电解槽底部的曝气装置(3)；

2)首先，以石墨电极(4)为阳极，铁板电极(5)为阴极，对废水进行电解脱氮处理；溶液pH值低于5时，调换电流方向使得铁板电极(5)为阳极，石墨电极(4)为阴极，对废水进行电解除磷处理；溶液pH值高于8时，再次调换电流方向；如此循环进行电解脱氮和电解除磷的处理过程2-3次；处理过程中pH值始终维持在5～8之间；

3)处理结束，关闭曝气装置，静置10-20分钟；

4)打开阀门将沉积污泥由排泥管(6)排出，同时通过排水管(7)排水。

2、根据权利要求1的一体化电解脱氮除磷废水处理方法，其特征在于所述电极对之间的间距为30-50mm，所述铁板电极(5)和石墨电极(4)之间的间距为10-15mm。

3、根据权利要求1的一体化电解脱氮除磷废水处理方法，其特征在于所述电解脱氮处理过程的电流密度范围为20mA/cm²-150mA/cm²，所述电解除磷处理过程的电流密度范围为5mA/cm²-35mA/cm²。