CN103951090B - 低电压电化学深度脱除生活污水厂尾水中氮和磷的处理装置 - Google Patents
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Abstract
低电压电化学深度脱除生活污水厂尾水中氮和磷的处理装置，属于污水资源化领域，解决了高效脱除生活污水厂尾水中含氮和磷的问题。该装置的阳极板和阴极板顺序并均匀排列在箱体内的进水环路布水管及支管(14)和进气环路布气管及支管(16)之上，阴阳电极板间填充生物颗粒载体，阴阳电极板通过阴阳极联接电缆与稳压电源连接。污水处理厂尾水经低电压电化学深度脱除生活污水厂尾水中氮和磷的处理装置处理，最后出水COD小于20mg/L，阴离子表面活性剂小于0.2mg/L，NH3-N小于1mg/L，NO3 --N小于2mg/L，NO2 --N小于0.2mg/L，TN小于5mg/L，TP小于0.15mg/L，总镉小于0.005mg/L，总铬小于0.1mg/L，六价铬小于0.05mg/L，总砷小于0.1mg/L，总铅小于0.05mg/L，pH为8.5左右。尾水处理后达到地表水3类以上水质。
Description
技术领域
本发明涉及一种高效脱除生活污水厂尾水中含氮和磷物质的处理技术，属于污水资源化领域。
背景技术
城镇污水处理厂经生化二级处理后，即使达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》GB18918—2002一级标准，其尾水中仍含有较高的总氮和磷，总氮为15～20mg/L，氨氮为10mg/L左右、总磷为1mg/L左右，排入河流中仍会引起河流的富营养化。
由于污水处理厂出水尾水中有机物含量低，若采用进一步生物深度脱氮除磷，需向水中投加新碳源，这对最终处理水质不利，并会产生二次污染，因此目前对尾水的处理多局限于反渗透(RO)、超滤(UF)或臭氧活性炭等吸附过滤处理，这些处理技术存在一些弊端如操作复杂、处理成本较高等问题，因此在实际尾水处理应用中很难得到广泛应用。研发污水处理厂出水尾水的处理新技术是当务之急。目前鲜见有关低电压电化学深度脱除生活污水厂尾水中氮和磷的报导。本发明受国家自然科学基金资助项目(51278034)的资助。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是如何利用低电压电化学反应与生物颗粒载体直接脱氮进行化学与生物耦合，在不加碳源的情况下，深度脱除生活污水厂尾水中含氮和磷，而提出的一种高效、四季皆可稳定运行的处理技术。
本发明的技术方案：
低电压电化学深度脱除生活污水厂尾水中氮和磷的处理装置，该装置包括：箱体，出水槽，出水溢流堰，出水管，第一阳极板、第二阳极板直至第n阳极板，第一阳极板接线柱、第二阳极板接线柱直至第n阳极板接线柱，第一阴极板、第二阴极板直至第n阴极板，第一阴极板接线柱、第二阴极板接线柱直至第n阴极板接线柱，阳极板接线板，阴极板接线板，第一部分生物颗粒载体、第二部分生物颗粒载体、第三部分生物颗粒载体直至第m部分生物颗粒载体，进水阀门，进水总管，进水环路布水管及支管，反冲洗进水阀门，反冲洗进水总管，进气阀门，进气总管、进气环路布气管及支管、排空和排泥阀门、稳压电源，阳极连接电缆，阴极连接电缆。出水槽设置在箱体的任一侧；
第一阳极板和第一阴极板、第二阳极板和第二阴极板直至第n阳极板和第n阴极板顺序并均匀排列在箱体内。第一阳极板、第二阳极板直至第n阳极板分别通过第一阳极板接线柱、第二阳极板接线柱、直至第n阳极板接线柱与阳极板接线板连接；
阳极板接线板通过阳极连接电缆与稳压电源的正极连接；
第一阴极板、阴极板直至第n阴极板分别通过阴极板接线柱、阴极板接线柱、直至第n阴极板接线柱与阴极板接线板连接；
阴极板接线板通过阴极连接电缆与稳压电源的负极连接；
在所述的顺序并均匀排列在箱体内，进气环路布气管及支管之上的第一阳极板和第一阴极板之间填充第一部分生物颗粒载体、在第一阴极板和第二阳极板之间填充第二部分生物颗粒载体、第二阳极板和第二阴极板之间填充第三部分生物颗粒载体直至第n阳极板和第n阴极板之间填充第m部分生物颗粒载体。进水阀门通过进水总管与进水环路布水管及支管连通，进水环路布水管及支管固定在箱体内底面上；进水环路布水管及支管上均匀布置出水孔；
反冲洗进水阀门通过反冲洗进水总管和进水总管连通，再与进水环路布水管及支管连通；进气阀门通过进气总管与进气环路布气管及支管连通，进气环路布气管及支管固定在箱体内底面上，且设置在进水环路布水管及支管之上；进气环路布气管及支管上均匀布置出气孔；
排空和排泥阀门与箱体底部连接并相通。
第一阳极板、第二阳极板直至第n阳极板为钌、铱、钛、铂、钯、铅、锑、锡多元钛基质复合催化氧化电极；第一阴极板、第二阴极板直至第n阴极板为不锈钢板表面催化氧化处理后而成，阴阳极板间距为50mm～500mm；
阴阳电极板间填充的第一部分生物颗粒载体直至第m部分生物颗粒载体是粒径为5～20mm的好氧低碳氮比污水氨氮直接脱氮生物颗粒载体，m＝n-1，填充高度为箱体净深度的1/2～2/3。
稳压电源的运行电压为2V～8V。
本发明的有益效果：
本发明将低电压电化学处理方法与生物颗粒载体的直接脱氮技术整合为一体，从而实现污水处理厂出水尾水(出水水质达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》GB18918—2002一级A标准)处理达到地表水3类及以上水质要求。
在处理装置外加电压为2～8V，生物颗粒载体首先将尾水中NO3 --N和NO2 --N转化成N2或部分NH3-N，将尾水中的磷和重金属通过化学反应生成难溶磷酸盐和金属沉淀物而沉积在生物颗粒载体上。尾水中的NH3-N在电场及微生物的共同作用下，通过电化学反应、微生物硝化反应而将其去除，从而在反应装置内形成氮的转换，最终实现尾水中有机物、NH3-N、NO3 --N、NO2 --N、TN、TP和其他有毒有害物质及重金属被快速去除，去除效率平均可达85％以上，且出水pH值为弱碱性。
污水处理厂尾水经低电压电化学深度脱除生活污水厂尾水中氮和磷处理装置的处理，最后出水COD小于20mg/L，阴离子表面活性剂小于0.2mg/L，NH3-N小于1mg/L，NO3 --N小于2mg/L，NO2 --N小于0.2mg/L，TN小于5mg/L，TP小于0.15mg/L，总镉小于0.005mg/L，总铬小于0.1mg/L，六价铬小于0.05mg/L，总砷小于0.1mg/L，总铅小于0.05mg/L，pH为8.5左右。
本发明具有处理效率高，结构简单紧凑，占地面积小，操作方便，运行稳定，出水水质好，无需向水中投加碳源，无二次污染，运行成本低，并适应于不同季节、不同温度、不同地区的污水厂尾水的处理。可实现产业化，具有良好的市场前景和推广价值。
附图说明
图1为两块阳极板的低电压电化学深度脱除生活污水厂尾水中氮和磷的处理装置结构图。
图2为图1的俯视图。
图3为进气布气管路图。
图4为进水布水管路图。
图5为n块阳极板的低电压电化学深度脱除生活污水厂尾水中氮和磷的处理装置结构图。
图6为图5的俯视图。
具体实施方式
结合附图对本发明作进一步说明。
实施方式一：
低电压电化学深度脱除生活污水厂尾水中氮和磷的处理装置，如图1、2，该装置包括：箱体1，出水槽2，出水溢流堰3，出水管4，第一阳极板5-1、第二阳极板5-2，第一阳极板接线柱6-1、第二阳极板接线柱6-2，第一阴极板7-1、第二阴极板7-2，第一阴极板接线柱8-1、第二阴极板接线柱8-2，阳极板接线板9，阴极板接线板10，第一部分生物颗粒载体11-1、第二部分生物颗粒载体11-2、第三部分生物颗粒载体11-3，进水阀门12，进水总管12-1，进水环路布水管及支管14，，反冲洗进水阀门13，反冲洗进水总管13-1，进气阀门15，进气总管15-1、进气环路布气管及支管16、排空和排泥阀门17、稳压电源18，阳极连接电缆19、阴极连接电缆20。
出水槽2设置在箱体1的任一侧。
第一阳极板5-1和第一阴极板7-1、第二阳极板5-2和第二阴极板7-2顺序并均匀排列在箱体1内，且设置在进气环路布气管及支管16之上100～200mm处，即选用100mm或200mm或其间的任意值均可。
第一阳极板5-1、第二阳极板5-2分别通过第一阳极板接线柱6-1、第二阳极板接线柱6-2与阳极板接线板9连接。
阳极板接线板9通过阳极连接电缆19与稳压电源18的正极连接。
第一阴极板7-1、第二阴极板7-2分别通过第一阴极板接线柱8-1、第二阴极板接线柱8-2与阴极板接线板10连接。
阴极板接线板10通过阴极连接电缆20与稳压电源18的负极连接。
在所述的顺序并均匀排列在箱体1内，进气环路布气管及支管16之上的第一阳极板5-1与第一阴极板7-1之间填充第一部分生物颗粒载体11-1；第一阴极板7-1与第二阳极板5-2之间填充第二部分生物颗粒载体11-2；第二阳极板5-2与第二阴极板7-2之间填充第三部分生物颗粒载体11-3；其生物颗粒载体均为2013年03月22日提交申请号为：201310093411.5，发明名称为：“好氧低碳氮比污水氨氮直接脱氮生物颗粒载体及制备方法”的好氧低碳氮比污水氨氮直接脱氮生物颗粒载体的制备方法所制备出的好氧低碳氮比污水氨氮直接脱氮生物颗粒载体。
如图4，进水阀门12通过进水总管12-1与进水环路布水管及支管14连通，并固定在箱体1内底面上；进水环路布水管及支管14上均匀布置出水孔，进水环路布水管及支管14上所设置的支管数为阳极板个数n+1。
如图3，进气阀门15通过进气总管15-1与进气环路布气管及支管16连通，进气环路布气管及支管16设置在进水环路布水管及支管14之上；进气环路布气管及支管16上均匀布置出气孔，进气环路布气管及支管16上所设置的支管数为阳极板个数n+1。
反冲洗进水阀门13通过反冲洗进水总管13-1和进水总管12-1连接，再与进水环路布水管及支管14连通。
排空和排泥阀门17与箱体1底部连接并相通，用于箱体1排除产生的污泥。实施方式二：
低电压电化学深度脱除生活污水厂尾水中氮和磷的处理装置，如图5、6，该装置包括：箱体1，出水槽2，出水溢流堰3，出水管4，第一阳极板5-1、第二阳极板5-2直至第n阳极板5-n，第一阳极板接线柱6-1、第二阳极板接线柱6-2直至第n阳极板接线柱6-n，第一阴极板7-1、第二阴极板7-2直至第n阴极板7-n，第一阴极板接线柱8-1、第二阴极板接线柱8-2直至第n阴极板接线柱8-n，阳极板接线板9，阴极板接线板10，第一部分生物颗粒载体11-1、第二部分生物颗粒载体11-2、第三部分生物颗粒载体11-3直至第m部分生物颗粒载体11-m，进水阀门12，进水总管12-1，进水环路布水管及支管14，反冲洗进水阀门13，反冲洗进水总管13-1，进气阀门15，进气总管15-1,进气环路布气管及支管16,排空和排泥阀门17,稳压电源18，阳极连接电缆19,阴极连接电缆20。
出水槽2设置在箱体1的任一侧。
第一阳极板5-1和第一阴极板7-1、第二阳极板5-2和第二阴极板7-2直至第n阳极板5-n和第n阴极板7-n顺序并均匀排列在箱体1内，且设置在进气环路布气管及支管16之上100～200mm处，即选用100mm或200mm或其间的任意值均可。
第一阳极板5-1、第二阳极板5-2直至第n阳极板5-n分别通过第一阳极板接线柱6-1、第二阳极板接线柱6-2、直至第n阳极板接线柱6-n与阳极板接线板9连接。
阳极板接线板9通过阳极连接电缆19与稳压电源18的正极连接。
第一阴极板7-1、第二阴极板7-2、直至第n阴极板7-n分别通过第一阴极板接线柱8-1、第二阴极板接线柱8-2、直至第n阴极板接线柱8-n与阴极板接线板10连接。
阴极板接线板10通过阴极连接电缆20与稳压电源18的负极连接。
在所述的顺序并均匀排列在箱体1内进气环路布气管及支管16上的第一阳极板5-1与第一阴极板7-1之间填充第一部分生物颗粒载体11-1；第一阴极板7-1与第二阳极板5-2之间填充第二部分生物颗粒载体11-2；第二阳极板5-2与第二阴极板7-2之间填充第三部分生物颗粒载体11-3直至第n阳极板5-n与第n阴极板7-n之间填充第m部分生物颗粒载体11-m。所述的m部分生物颗粒载体均为2013年03月22日提交申请号为：201310093411.5，发明名称为：“好氧低碳氮比污水氨氮直接脱氮生物颗粒载体及制备方法”的好氧低碳氮比污水氨氮直接脱氮生物颗粒载体的制备方法所制备出的好氧低碳氮比污水氨氮直接脱氮生物颗粒载体。
进气阀门15通过进气总管15-1与进气环路布气管及支管16连通，并固定在箱体1内底面上的进水环路布水管及支管14之上；进气环路布气管及支管16上所设置的支管数为阳极板个数n+1，其上均匀布置出气孔。
进水阀门12通过进水总管12-1与进水环路布水管及支管14连通，进水环路布水管及支管14固定在箱体1内底面上；进水环路布水管及支管14上所设置的支管数为阳极板个数n+1，其上均匀布置出水孔。
反冲洗进水阀门13通过反冲洗进水总管13-1和进水总管12-1连接，再与进水环路布水管及支管14连通。
排空和排泥阀门17与箱体1底部连接并相通，用于箱体1排除产生的污泥。
两个实施方式中第一阳极板5-1至第n阳极板5-n均为钌、铱、钛、铂、钯、铅、锑、锡多元钛基质复合催化氧化电极；第一阴极板7-1至第n阴极板7-n为不锈钢板表面催化氧化处理后而成，阴阳极板间距为50mm～500mm，n值由阴阳极板间距和箱体内尺寸决定。
阴阳电极板间填充的第一部分生物颗粒载体11-1直至第m部分生物颗粒载体11-m是粒径为5～20mm的好氧低碳氮比污水氨氮直接脱氮生物颗粒载体，m＝n-1，填充高度为箱体1净深度的1/2～2/3，即选用两个端值或其之间的任意值均可。
实施方式中所述的稳压电源18的电压为0V～10V，电流为0A～100A，运行电压为2V～8V，即选用两个端值或其之间的任意值均可。
箱体1由混凝土、砖混、塑料板或钢板内衬塑制成。箱体1外型可设计成圆形或方形，具体尺寸可根据处理水量而设计。
该装置处理尾水的流程为：首先将生活污水厂尾水通过进水阀门12送入进水环路布水管及支管14，将尾水均匀进入箱体1内；尾水自下而上通过阳极板、阴极板和电极板间填充的生物颗粒载体,最后出水由出水溢流堰3进入出水槽2经出水管4排出。
将气水比为5︰1的压缩空气通过进气阀门15送入进气环路布气管及支管16，将压缩空气均匀进入箱体1内，通过电极板间填充的生物颗粒载体自由释放。
稳压电源18是为处理装置的正常运行提供电源。稳压电源18将电压调整为2V～8V。
反冲洗时，反冲洗水通过反冲洗进水阀门13送入进水环路布水管及支管14，将反冲洗水均匀进入箱体1内；反冲洗水自下而上通过阳极板、阴极板和电极板间填充的生物颗粒载体,最后由出水溢流堰3进入出水槽2经出水管4排出。
箱体1产生的污泥经排空和排泥阀门17排出。
Claims (4)
1.低电压电化学深度脱除生活污水厂尾水中氮和磷的处理装置，其特征在于：
该装置包括：箱体(1)，出水槽(2)，出水溢流堰(3)，出水管(4)，第一阳极板(5-1)、第二阳极板(5-2)直至第n阳极板(5-n)，第一阳极板接线柱(6-1)、第二阳极板接线柱(6-2)直至第n阳极板接线柱(6-n)，第一阴极板(7-1)、第二阴极板(7-2)直至第n阴极板(7-n)，第一阴极板接线柱(8-1)、第二阴极板接线柱(8-2)直至第n阴极板接线柱(8-n)，阳极板接线板(9)，阴极板接线板(10)，第一部分生物颗粒载体(11-1)、第二部分生物颗粒载体(11-2)、第三部分生物颗粒载体(11-3)直至第m部分生物颗粒载体(11-m)，进水阀门(12)，进水总管(12-1)，进水环路布水管及支管(14)，反冲洗进水阀门(13)，反冲洗进水总管(13-1)，进气阀门(15)，进气总管(15-1)，进气环路布气管及支管(16)，排空和排泥阀门(17)，稳压电源(18)，阳极连接电缆(19)，阴极连接电缆(20)，箱体(1)由混凝土、砖混、塑料板或钢板内衬塑制成；
出水槽(2)设置在箱体(1)的任一侧；
第一阳极板(5-1)和第一阴极板(7-1)、第二阳极板(5-2)和第二阴极板(7-2)直至第n阳极板(5-n)和第n阴极板(7-n)顺序并均匀排列在箱体(1)内；
第一阳极板(5-1)、第二阳极板(5-2)直至第n阳极板(5-n)分别通过第一阳极板接线柱(6-1)、第二阳极板接线柱(6-2)直至第n阳极板接线柱(6-n)与阳极板接线板(9)连接；
阳极板接线板(9)通过阳极连接电缆(19)与稳压电源(18)的正极连接；
第一阴极板(7-1)、第二阴极板(7-2)直至第n阴极板(7-n)分别通过 第一阴极板接线柱(8-1)、第二阴极板接线柱(8-2)直至第n阴极板接线柱(8-n)与阴极板接线板(10)连接；
阴极板接线板(10)通过阴极连接电缆(20)与稳压电源(18)的负极连接；
在所述的顺序并均匀排列在箱体(1)内进气环路布气管及支管(16)之上的第一阳极板(5-1)和第一阴极板(7-1)之间填充第一部分生物颗粒载体(11-1)、在第一阴极板(7-1)和第二阳极板(5-2)之间填充第二部分生物颗粒载体(11-2)、第二阳极板(5-2)和第二阴极板(7-2)之间填充第三部分生物颗粒载体(11-3)直至第n阳极板(5-n)和第n阴极板(7-n)之间填充第m部分生物颗粒载体(11-m)；进水阀门(12)通过进水总管(12-1)与进水环路布水管及支管(14)连通，进水环路布水管及支管(14)固定在箱体(1)内底面上；进水环路布水管及支管(14)上均匀布置出水孔；
反冲洗进水阀门(13)通过反冲洗进水总管(13-1)和进水总管(12-1)连通，再与进水环路布水管及支管(14)连通；
进气阀门(15)通过进气总管(15-1)与进气环路布气管及支管(16)连通，进气环路布气管及支管(16)固定在箱体(1)内底面上的进水环路布水管及支管14之上；进气环路布气管及支管(16)上均匀布置出气孔；
排空和排泥阀门(17)与箱体(1)底部连接并相通。
2.根据权利要求1所述的低电压电化学深度脱除生活污水厂尾水中氮和磷的处理装置，其特征在于：
第一阳极板(5-1)、第二阳极板(5-2)直至第n阳极板(5-n)为钌、铱、钛、铂、钯、铅、锑、锡多元钛基质复合催化氧化电极；第一阴极板(7-1)、第二阴极板(7-2)直至第n阴极板(7-n)为不锈钢板表面催化氧化处理后而 成，阴阳极板间距为50mm～500mm。
3.根据权利要求1所述的低电压电化学深度脱除生活污水厂尾水中氮和磷的处理装置，其特征在于：所述的第一部分生物颗粒载体(11-1)、第二部分生物颗粒载体(11-2)、第三部分生物颗粒载体(11-3)直至第m部分生物颗粒载体(11-m)均为好氧低碳氮比污水氨氮直接脱氮生物颗粒载体，其粒径为5～20mm的；m＝n-1，填充高度为箱体(1)净深度的1/2～2/3。
4.根据权利要求1所述的低电压电化学深度脱除生活污水厂尾水中氮和磷的处理装置，其特征在于：
所述的稳压电源(18)的运行电压为2V～8V。
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