CN102153173A - 一种电磁脉冲辅助脉冲电絮凝处理餐饮废水的装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电磁脉冲辅助脉冲电絮凝处理分散式餐饮废水的装置及方法，属于餐饮废水处理领域，以铁片为阳极和阴极对餐饮废水进行脉冲直流电电解，辅助电磁脉冲施加于带微型磁铁的电极铁片上产生切向振动，及时将沉积在铁片电极上的污垢清除，从而能够最大程度地消除电极的钝化，节省电能。该处理方法简单高效，同时具有设备工艺简单，易操作等优点，是节能处理餐饮废水的有效方法之一，具有非常重要的市场开发前景。

Description

一种电磁脉冲辅助脉冲电絮凝处理餐饮废水的装置及方法

[技术领域]

本发明属于餐厨垃圾处理技术领域，特别涉及一种餐厨垃圾的固液分离装置及方法。

[技术背景]

随着我国城市和城市化进程的快速发展，人民生活水平的逐渐提高，我国的餐饮业等第三产业的发展异常迅速，宾馆、酒店、食堂、饭馆的规模日益扩大，数量也逐年增加。直接导致了餐饮废水的排放量剧增。据不完全统计，我国每年餐饮行业排放的未经处理的废水达上亿吨，约占城市生活污水排放量的3％，但是生活污水BOD₅和COD_cr含量的30％均由餐饮行业提供，是城市周围水体受污染的主要原因之一，餐饮废水的成分较为复杂，有机物含量很高，而这些有机物如果不经过处理直接排放到江河湖海，极易造成水体的富营养化，使水质变差，有机物在细菌的分解作用下散发出的恶臭味严重影响环境，同时容易造成疾病的迅速传播，给人们的身心健康带来重大的影响。随着我国城市管理水平的提高以及废水排放标准的日益严格，餐饮废水的超标排放越来越受到重视和关注，因此研究开发治理餐饮废水的新方法新工艺具有非常重要的现实意义。

餐饮废水的成分较为复杂，主要包括食物纤维，淀粉，动植物油脂，各种佐料，蛋白质，合成洗涤剂，微生物等，这些物质通常以胶体状态存在，少部分以悬浮物形式存在，且胶体呈负电性，容易通过压缩双电层降低电位和离子碰撞消除稳态而使悬浮物凝聚沉淀。因此可采用混凝法处理餐饮废水，但是混凝法虽然具有成本低廉，效率高的优点，但是它也具有处理效果不稳定，出水容易造成二次化学污染，不适合分散式餐饮废水处理的缺点；生物法是当前污水处理领域中应用最为广泛的方法，其处理餐饮废水具有处理效率，抗冲击负荷能力强等优点，由于餐饮废水中的BOD₅和COD_cr含量大，具有可生化性好的特点，在先除去油脂，不影响后续生化反应的前提下，可利用生物法处理餐饮废水；膜生物处理法将生物法的高效降解作用和膜的高效分离作用结合而形成的一种废水处理方法，具有悬浮物和有机物去除率高，出水水质好等优点。但是因兼有生物法难以适应餐饮废水量少源多，水质变化大的特点和膜分离法膜组件价格太高，膜的清洗-恢复等技术问题有待解决等缺点，不易大规模应用于分散式餐饮废水的处理；电絮凝法处理餐饮废水的酸度范围较宽，同时具有设备简单，操作方便，不需要投加化学药剂，便于集成化等优点，是一种对环境友好的水处理技术，但是目前电絮凝方法存在的主要问题为耗电量大，运行成本偏高。

电絮凝法处理餐饮废水是一种靠电流的电子传递作用使电极发生氧化还原反应而产生具有去污活性离子的方法，其产生的阳离子具有破坏废水中悬浮粒子的的带电特性，能使悬浮物聚集而沉淀，将污染物从废水中除去。通常用于水处理的电极材料为铁和铝或铁铝的混合物，阳极在电流的作用下失电子而发生溶解作用生成Al³⁺、Fe²⁺、Fe³⁺等阳离子，同时在阳极析出少量的O₂微气泡，在阴极上析出H₂微气泡，电絮凝的作用机理包括电解、脱稳、凝聚、气浮等过程，电解作用是指电阳极溶解产生阳离子的过程：电极在电流的作用下发生电解氧化还原反应，Fe或Al电极在阳极失电子产生Fe²⁺或Al³⁺。其中Fe²⁺在氧气的作用下迅速转变为Fe³⁺。水中的OH^-失电子生成O₂形成气泡逸出。在阴极，水分子解离形成的H⁺得电子生成H₂气泡逸出。脱稳作用是指阳极溶解产生的Fe³⁺、Al³⁺等离子与OH^-作用形成Fe(OH)₃和Al(OH)₃胶体物质与废水中的悬浮粒子发生电荷相互作用，使悬浮粒子脱除稳态而发生凝聚反应形成沉淀，然后在电解产生的O₂和H₂微气泡作用下吸附并浮载至水面，达到固液分离的效果。对于餐饮废水来说，因其含有大量的有机物如油脂，高分子蛋白质，多糖等粘性物质，当进行电絮凝反应的时候，部分有机物会粘附到电极表面覆盖电极，加上电解本身产生的氢氧化物絮凝剂也容易沉积于电极表面，从而使电极加速钝化，使电解所需的电能越来越大，耗电量大增，严重影响电絮凝反应的用电成本。因此去除电极粘附物和减少电极钝化的诱因将可大大节省电絮凝过程所消耗的电能，将电絮凝的潜能充分发挥出来，最终降低电絮凝的成本，使其具有较好的环保效益。

[发明内容]

本发明的目的在于：针对现有电絮凝处理餐饮废水技术上的不足，提供一种电磁脉冲辅助脉冲电絮凝处理餐饮废水的装置及方法。

本发明的目的是这样实现的：

一种电磁脉冲辅助脉冲电絮凝处理餐饮废水的装置，包括：废水进水口，上清液出口，污泥出口，电絮凝池盖，脉冲电磁铁，永久磁铁，绝缘固定支架，铁电极，可动绝缘固定装置及交流电源；所述的脉冲电磁铁设于所述的电絮凝池盖上，该脉冲电磁铁与所述的交流电源电连接，所述铁电极的底端与所述的可动绝缘固定装置活动连接，所述的铁电极可在所述可动绝缘固定装置上左右摆动，所述铁电极的上端与绝缘固定支架相接，该绝缘固定支架与电絮凝池壁相连且固定，所述永久磁铁嵌设于该绝缘固定支架上，该永久磁铁的磁极方向与所述脉冲电磁铁的磁极方向相一致。

作为上述技术方案的改良，本发明的进一步技术方案如下：

进一步，上述的永久磁铁嵌设于所述绝缘固定支架的中间部位。

进一步，上述的铁电极包括一阳极和一阴极，所述阳极和阴极的间距为30mm。

进一步，上述的交流电源为脉冲交流电源，其提供的电流强度为1A-8A。

进一步，上述的脉冲交流电源提供的交流脉冲占空比为0.6。

进一步，上述脉冲电磁铁的脉冲频率为50Hz。

7、一种电磁脉冲辅助脉冲电絮凝处理餐饮废水的方法，所述的方法使用了上述的一种电磁脉冲辅助脉冲电絮凝处理餐饮废水的装置，该方法包括如下步骤：

(1)餐饮废水由废水进水口进入电絮凝池进行电絮凝反应，在铁电极上施加交变脉冲电流。

(2)在电絮凝反应的过程中，可溶性的铁电极在电流的作用下产生Fe²⁺离子，同时在铁电极上析出H₂、O₂微气泡，产生的Fe²⁺离子经过水解、氧化、再水解产生Fe(OH)₃，Fe(OH)₂等沉淀和絮凝剂，该絮凝剂与废水中的高分子有机物等进行絮凝作用形成有机絮凝团，部分伴随O₂和H₂微气泡的浮载作用浮生至水面，部分在Fe(OH)₂的沉降网捕作用下沉淀至电絮凝池底部，通过污泥出口排出，上浮的絮凝团则通过上清液出口排出并与清水分离。

(3)在电絮凝反应进行到一定程度时，开启脉冲电磁铁，交变频率为50Hz，脉冲电磁铁置于电絮凝池的盖子上，供以低压交流电，电极以一端固定并可小范围转动的方式连接于电絮凝池下部的固定绝缘支架上，电极的上部则通过绝缘工程塑料连在一起并各自通以交变低压脉冲电流，绝缘工程塑料通过中间内置的永久磁铁与电絮凝池盖上的脉冲电磁铁联合作用产生振动带动电极发生2mm振幅的剧烈振动，方向与电解离子流运动方向相互垂直，这时沉积于电极上的有机质迅速与电极脱离，由此电极达到清洁的目的，电磁铁在电絮凝过程中每隔10分钟开启一次，持续时间1分钟，周期性进行。

进一步，上述的交变脉冲电流的电流强度为2～12A，交变脉冲周期为3～15秒，交变脉冲占空比为0.7。

在餐饮废水处理过程中，交变脉冲电絮凝可在一定程度上克服电极板的钝化和极化间题，延长电极板的使用寿命。

本发明将交流脉冲电絮凝和电磁脉冲技术相融合的方式应用于分散式餐饮废水的处理，交流脉冲电絮凝在一定程度上克服了餐饮废水电絮凝处理过程中电极的钝化和极化现象，具有降低能耗，处理效率高的特点，同时具有气浮和电解氧化还原的作用，但是对于餐饮废水高分子有机物含量大，易粘附的特点，交流脉冲电絮凝则仍然难以适应这方面的要求；电磁脉冲引发的振动是利用交变电流在磁感应线圈上产生交变磁场，通过电磁铁磁场的吸合作用作用于永久磁铁而产生周期性的吸合-排开周期性运动，带动电极发生周期性的往复运动，电极的往复运动方向始终与电极电解离子流运动的方向垂直，如此可有效与水流相切运动而达到冲洗电极的目的，同时根据电源电流的指示选择恰当的时间开启电磁振动装置，可有效节省电磁振动所需的电能，大大提高用电效率，经过电磁振动辅助的交流脉冲电絮凝电能利用效率可提高5％左右。

本发明与现有技术相比，具有以下突出优点：工艺流程简单，维护管理方便，投资少，节省电能，电极使用寿命长，具有相当重要的实际应用价值。

[附图说明]

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明另一角度的结构示意图。

[具体实施方式]

以下结合附图及具体实施例，对本发明进一步详细说明，应当理解，此处所描述的实施例仅仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。

如附图所示，本实施例包括：废水进水口1，上清液出口2，污泥出口3，电絮凝池盖4，脉冲电磁铁5，永久磁铁6，绝缘固定支架7，铁电极8，可动绝缘固定装置9及交流电源10；脉冲电磁铁5设于电絮凝池盖4上，该脉冲电磁铁5与交流电源10电连接，铁电极8的底端与可动绝缘固定装置9活动连接，铁电极8可在可动绝缘固定装置9上左右摆动，铁电极8的上端与绝缘固定支架7相接，该绝缘固定支架7与电絮凝池壁相连且固定，永久磁铁6嵌设于该绝缘固定支架7上，该永久磁铁6的磁极方向与脉冲电磁铁5的磁极方向相一致。

本实施例的永久磁铁6嵌设于绝缘固定支架7的中间部位。

本实施例的铁电极8包括一阳极和一阴极，阳极和阴极的间距为30mm。

本实施例的交流电源10为脉冲交流电源，其提供的电流强度为1A-8A。

本实施例的脉冲交流电源提供的交流脉冲占空比为0.6。

本实施例脉冲电磁铁的脉冲频率为50Hz。

本实施例所述的方法使用了上述的一种电磁脉冲辅助脉冲电絮凝处理餐饮废水的装置，该方法包括如下步骤：

(1)餐饮废水由废水进水口进入电絮凝池进行电絮凝反应，在铁电极上施加交变脉冲电流。

(2)在电絮凝反应的过程中，可溶性的铁电极在电流的作用下产生Fe²⁺离子，同时在铁电极上析出H₂、O₂微气泡，产生的Fe²⁺离子经过水解、氧化、再水解产生Fe(OH)₃，Fe(OH)₂等沉淀和絮凝剂，该絮凝剂与废水中的高分子有机物等进行絮凝作用形成有机絮凝团，部分伴随O₂和H₂微气泡的浮载作用浮生至水面，部分在Fe(OH)₂的沉降网捕作用下沉淀至电絮凝池底部，通过污泥出口排出，上浮的絮凝团则通过上清液出口排出并与清水分离。

(3)在电絮凝反应进行到一定程度时，开启脉冲电磁铁，交变频率为50Hz，脉冲电磁铁置于电絮凝池的盖子上，供以低压交流电，电极以一端固定并可小范围转动的方式连接于电絮凝池下部的固定绝缘支架上，电极的上部则通过绝缘工程塑料连在一起并各自通以交变低压脉冲电流，绝缘工程塑料通过中间内置的永久磁铁与电絮凝池盖上的脉冲电磁铁联合作用产生振动带动电极发生2mm振幅的剧烈振动，方向与电解离子流运动方向相互垂直，这时沉积于电极上的有机质迅速与电极脱离，由此电极达到清洁的目的，电磁铁在电絮凝过程中每隔10分钟开启一次，持续时间1分钟，周期性进行。

本方法的交变脉冲电流的电流强度为2～12A，交变脉冲周期为3～15秒，交变脉冲占空比为0.7。

在餐饮废水处理过程中，交变脉冲电絮凝可在一定程度上克服电极板的钝化和极化问题，延长电极板的使用寿命。

本发明将交流脉冲电絮凝和电磁脉冲技术相融合的方式应用于分散式餐饮废水的处理，交流脉冲电絮凝在一定程度上克服了餐饮废水电絮凝处理过程中电极的钝化和极化现象，具有降低能耗，处理效率高的特点，同时具有气浮和电解氧化还原的作用，但是对于餐饮废水高分子有机物含量大，易粘附的特点，交流脉冲电絮凝则仍然难以适应这方面的要求；电磁脉冲引发的振动是利用交变电流在磁感应线圈上产生交变磁场，通过电磁铁磁场的吸合作用作用于永久磁铁而产生周期性的吸合-排开周期性运动，带动电极发生周期性的往复运动，电极的往复运动方向始终与电极电解离子流运动的方向垂直，如此可有效与水流相切运动而达到冲洗电极的目的，同时根据电源电流的指示选择恰当的时间开启电磁振动装置，可有效节省电磁振动所需的电能，大大提高用电效率，经过电磁振动辅助的交流脉冲电絮凝电能利用效率可提高5％左右。

以下例举几个实例来说明本发明的的效果，但本发明的权利要求范围并非仅限于此。

实例一：废水来源为某餐馆餐厨垃圾固液分离后废水，水质条件为：COD_cr含量为3500～5000mg/L，BOD₅含量为1500～2000mg/L，SS含量为1000mg/L，氨氮含量为900mg/L。设置交变脉冲电流强度为6A，交变脉冲周期为0.2Hz，占空比为0.7，脉冲电磁铁单个功率为2W，脉冲频率为50Hz，脉冲电磁铁在电絮凝开始进行时每隔10分钟自动开启，持续时间为1分钟。最终出水COD_cr去除率为70％，BOD₅去除率为68％，SS去除率为76％，氨氮浓度小于20mg/L，出水达到污水排入城市下水道水质标准。

实例二：废水来源为某酒店餐饮废水，水质条件为：COD_cr含量为3000～4500mg/L，BOD₅含量为1400～1800mg/L，SS含量为980mg/L，氨氮含量为850mg/L。设置交变脉冲电流强度为6A，交变脉冲周期为0.2Hz，占空比为0.7，脉冲电磁铁单个功率为2W，脉冲频率为50Hz，脉冲电磁铁在电絮凝开始进行时每隔10分钟自动开启，持续时间为1分钟。最终出水COD_cr去除率为73％，BOD₅去除率为71％，SS去除率为80％，氨氮浓度小于20mg/L，出水达到污水排入城市下水道水质标准。

上述实施例为本发明较佳的实施例，倘若对本发明的这些修改和变型，属于本发明权利要求及等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若对本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (8)

1.一种电磁脉冲辅助脉冲电絮凝处理餐饮废水的装置，其特征在于，包括：废水进水口，上清液出口，污泥出口，电絮凝池盖，脉冲电磁铁，永久磁铁，绝缘固定支架，铁电极，可动绝缘固定装置及交流电源；所述的脉冲电磁铁设于所述的电絮凝池盖上，该脉冲电磁铁与所述的交流电源电连接，所述铁电极的底端与所述的可动绝缘固定装置活动连接，所述的铁电极可在所述可动绝缘固定装置上左右摆动，所述铁电极的上端与绝缘固定支架相接，该绝缘固定支架与电絮凝池壁相连且固定，所述永久磁铁嵌设于该绝缘固定支架上，该永久磁铁的磁极方向与所述脉冲电磁铁的磁极方向相一致。

2.根据权利要求1所述的一种电磁脉冲辅助脉冲电絮凝处理餐饮废水的装置，其特征在于：所述的永久磁铁嵌设于所述绝缘固定支架的中间部位。

3.根据权利要求1所述的一种电磁脉冲辅助脉冲电絮凝处理餐饮废水的装置，其特征在于：所述的铁电极包括一阳极和一阴极，所述阳极和阴极的间距为30mm。

4.根据权利要求1所述的一种电磁脉冲辅助脉冲电絮凝处理餐饮废水的装置，其特征在于：所述的交流电源为脉冲交流电源，其提供的电流强度为1A-8A。

5.根据权利要求4所述的一种电磁脉冲辅助脉冲电絮凝处理餐饮废水的装置，其特征在于：所述的脉冲交流电源提供的交流脉冲占空比为0.6。

6.根据权利要求1所述的一种电磁脉冲辅助脉冲电絮凝处理餐饮废水的装置，其特征在于：所述脉冲电磁铁的脉冲频率为50Hz。

7.一种电磁脉冲辅助脉冲电絮凝处理餐饮废水的方法，所述的方法使用了根据权利要求1-6所述的一种电磁脉冲辅助脉冲电絮凝处理餐饮废水的装置，其特征在于：所述的方法包括如下步骤：

(1)餐饮废水由废水进水口进入电絮凝池进行电絮凝反应，在铁电极上施加交变脉冲电流。

(2)在电絮凝反应的过程中，可溶性的铁电极在电流的作用下产生Fe²⁺离子， 同时在铁电极上析出H₂、O₂微气泡，产生的Fe²⁺离子经过水解、氧化、再水解产生Fe(OH)₃，Fe(OH)₂等沉淀和絮凝剂，该絮凝剂与废水中的高分子有机物等进行絮凝作用形成有机絮凝团，部分伴随O₂和H₂微气泡的浮载作用浮生至水面，部分在Fe(OH)₂的沉降网捕作用下沉淀至电絮凝池底部，通过污泥出口排出，上浮的絮凝团则通过上清液出口排出并与清水分离。

(3)在电絮凝反应进行到一定程度时，开启脉冲电磁铁，交变频率为50Hz，脉冲电磁铁置于电絮凝池的盖子上，供以低压交流电，电极以一端固定并可小范围转动的方式连接于电絮凝池下部的固定绝缘支架上，电极的上部则通过绝缘工程塑料连在一起并各自通以交变低压脉冲电流，绝缘工程塑料通过中间内置的永久磁铁与电絮凝池盖上的脉冲电磁铁联合作用产生振动带动电极发生2mm振幅的剧烈振动，方向与电解离子流运动方向相互垂直，这时沉积于电极上的有机质迅速与电极脱离，由此电极达到清洁的目的，电磁铁在电絮凝过程中每隔10分钟开启一次，持续时间1分钟，周期性进行。

8.根据权利要求7所述的一种电磁脉冲辅助脉冲电絮凝处理餐饮废水的方法，其特征在于：所述的交变脉冲电流的电流强度为2～12A，交变脉冲周期为3～15秒，交变脉冲占空比为0.7。

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