CN104787859A - 一种采用多极板折流电絮凝技术处理含磷废水的方法及装置 - Google Patents

一种采用多极板折流电絮凝技术处理含磷废水的方法及装置 Download PDF

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Abstract

本发明属于环境工程污水处理技术领域，具体的说是一种采用多极板折流电絮凝技术处理含磷废水的方法及装置。将废水经碱液调节其PH值至7.0-8.0；调节后经蠕动泵泵入电絮凝槽通过多极板的折叠流动，同时在曝气条件下，进行电解絮凝处理，而后通过溢流槽排出，收集排出水静置30min，排出上清液，回收絮体；所述电絮凝槽电源为直流电源，电流密度为1.27-5.08mA/cm2，电解时间为2min-48h。本发明的技术特点是：废水沿极板折叠流动，避免废水短流，增加了废水中污染物与电解板处的高浓絮凝剂的接触机会，利于絮凝沉淀，从而提高了污染物的处理效果。本发明多极板折流电絮凝除磷技术适合处理中、低浓度的无机磷废水，所需设备简单、易操作、成本低、运行稳定，是一种非常有潜力的电化学除磷技术。

Description

一种采用多极板折流电絮凝技术处理含磷废水的方法及装置
技术领域
本发明属于环境工程污水处理技术领域，具体的说是一种采用多极板折流电絮凝技术处理含磷废水的方法及装置。
背景技术
含磷废水大多来源于生活污水、化工污水、畜牧污水、耕地肥料流失等。磷素是引起水体富营养化的主要元素之一，水体富营养化使浮游生物大量繁殖，导致水质变黑变臭，破坏生活环境的美观，影响水生生物的生存，造成地面水体恶化，威胁人类健康。据我国《城镇污水处理厂排放标准》(GB18918-2002)规定，2006年1月1日起建设的城镇污水处理厂总磷排放一级A标准为0.5mg/L(以P计)，一级B标准为1.0mg/L，二级排放标准为3.0mg/L。随着我国对含磷废水排放标准要求的日益严格及人民卫生水平的提高，政府和企业不得不重视含磷废水的处理。
目前，国内外含磷废水的处理方法主要有化学除磷法、生物除磷法及化学和生物结合除磷法。生物除磷工艺如A2/O工艺、A/O工艺、氧化沟工艺、SBR工艺等。应用电絮凝技术处理含磷废水的相关专利文献很少，专利含磷废水的臭氧强化电絮凝处理方法(CN 101618905A)采用臭氧强化电絮凝组合技术批式处理KH2PO4模拟废水，施加臭氧废水处理较好。但现有的电絮凝废水处理技术有几个缺点：第一，通电电解后阳极生成高浓度的金属阳离子，电极附近溶液的离子浓度与本体溶液间形成离子浓度梯度，浓差极化会影响极板电解效率；第二，铁电极电解产生亚铁离子，亚铁离子与水中成色物质反应生成难以絮凝沉降的有机铁化合物，使原水变色；第三，絮凝沉淀物很快沉入池底，反应不完全。第四，多极板并联电解容易发生电解短路现象。
进而需提供一种能够高效性、同时减缓极板钝化、避免电解短路并不引入二次污染的处理含磷废水的方法。
发明内容
本发明针对现有除磷技术的不足，提供一种采用多极板折流电絮凝技术处理含磷废水的方法及装置。
为实现上述目的，本发明采用技术方案为：
一种采用多极板折流电絮凝技术处理含磷废水的方法，将废水经碱液调节其PH值至7.0-8.0；调节后经蠕动泵泵入电絮凝槽并通过多极板的折叠流动，同时在曝气条件下，进行电解絮凝处理，而后通过溢流槽排出，收集排出水静置，排出上清液，回收絮体；所述电解絮凝为2min-48h。
所述电絮凝槽内多极板为多组阳阴极板并联而成，阳极和阴极分别与电源的正极和负极相连接，阳阴极板间各设一个感应电极板。
所述阴极板、阳极板间距为1-4cm。优选间距为1-3cm。
所述曝气条件曝气量为0.5-1.5L/(L·min)，电导率为150-200μS/cm；所述废水中无机磷浓度为0.5-100mgP/L；
所述电絮凝槽电源为直流电源，电流密度为1.27-5.08mA/cm2。
一种采用多极板折流电絮凝技术处理含磷废水方法的专用装置，包括调节池兼进水池、进水蠕动泵、多极板、电絮凝槽、曝气系统、直流电源、溢流槽；电絮凝槽两侧分别通过管路与调节池兼进水池溢流槽相连，电絮凝槽与调节池兼进水池相连的管路上设有进水蠕动泵；多极板和曝气系统分别设于电絮凝槽内；多极板的阳极板和阴极板分别与直流电源的正极和负极相连接，
所述电解室内多极板为多组阳阴极板并联而成，两两相邻的阳阴极板间设有感应电极板。
所述阳极板和感应电极板为铁板，阴极板为铝板；多极板的排列顺序依次为铁板(阳极)-铁板(感应板)-铝板(阴极)-铁板(感应板)-铁板(阳极)-铁板(感应板)-铝板(阴极)。
所述废水进水池，再通过蠕动泵调节水量进入电絮凝槽，进入电絮凝槽的废水水流沿着多极板折叠流动电解的同时，配有曝气系统；曝气系统为折流式曝气电解，使废水经极板折流电絮凝处理后，从电解槽另一侧的溢流堰排出。
本发明所具有的优点：
本发明与现有除磷技术相比，本发明采用电絮凝除磷技术具有高效节能，处理成本低，工艺简单，易操作等优点，同时解决了化学沉淀法引起二次污染，生物法除磷效率低，运行周期长等问题。电絮凝技术高效、成本低、不引入二次污染，是种对环境友好的污水处理技术。较现有的电絮凝污水处理技术相比，本发明多极板折流电絮凝除磷技术采取折叠流动水流方式、引入曝气系统和感应电极板、多组电极板并联电解等措施，提高了污染物的处理效率、降低了处理成本、避免了电解短路，出水达到生活污水排放标准。本发明多极板折流电絮凝除磷技术及装置适合处理中、低浓度的无机磷废水；较其它除磷技术，本发明电絮凝除磷技术具有高效、成本低、运行稳定等优点。本发明多极板折流电絮凝除磷技术的高效性在于废水的折叠流动方式、曝气系统和感应电极板的引入。曝气减小了极板附近溶液的离子浓度与本体溶液的浓度梯度，避免了因浓差极化引起的电解效率下降。曝气还能使亚铁离子快速氧化成铁离子，增强了絮凝除磷能力。感应电极板的引入增加了阴阳极板间的板间距，避免了电解短流。
本发明使废水沿极板折叠流动，避免了废水短流，增加了废水中污染物与电解板处的高浓絮凝剂的接触机会，利于絮凝沉淀，从而提高了污染物的处理效果。本发明引入曝气系统，有两个作用。第一，曝气降低了电极附近溶液的离子浓度与本体溶液间的浓度梯度，避免了因浓差极化影响极板性能；第二，曝气使电解产生的Fe2+快速氧化成Fe3+，提高了絮凝除磷能力。另外，本发明引入感应电极板，避免了电解短路现象。废水泵入电解室进行电絮凝处理，通过控制电流密度和水力停留时间，使无机磷废水生成含磷污泥沉淀，将处理后的废水作为景观水回用。本发明多极板折流电絮凝除磷技术适合处理中、低浓度的无机磷废水，所需设备简单、易操作、成本低、运行稳定，是一种非常有潜力的电化学除磷技术。
本发明采用连续流电解，初始磷浓度为10mg/L的废水，电流密度均为2.54mA/cm2，曝气量为0.5L/(L·min)，处理水量为32L/h，电解15min后，感应电絮凝除磷效率为81％，比非感应电解除磷效率提高了25％，电解20min后，感应电絮凝除磷效率达95.8％，达到城镇污水处理厂一级排放A标准，处理成本为(2.54÷1000)A/cm2×71.5cm2×4(极板数)×10.5V÷1000Wh×0.78元÷32L＝0.19元/吨，感应电絮凝除磷效果显著。沿极板折叠流动的含高浓污染物废水与极板附近的高浓金属离子及时反应，且避免了短流现象和浓差极化，折叠流感应电解除磷效率提高了23％。采用连续水流电解，初始磷浓度为0.5mg/L的废水，电流密度为1.27mA/cm2，处理水量为40L/h，电解2min，废水含磷量降低了93.6％，处理成本仅为0.04元/吨。初始磷浓度为30mg/L的废水，电流密度为5.08mA/cm2，处理水量为26L/h，电解25min，废水含磷量为0.182mg/L，磷去除率达到99.4％，连续流电解48h，磷去除率没有下降并稳定在99％以上，处理成本合0.9元/吨。初始磷浓度为100mg/L的废水，电流密度为5.08mA/cm2，处理水量为10L/h，电解25min，废水含磷量为8.1mg/L，磷去除率达到91.9％，连续流电解48h，废水中没有检测磷，磷去除率达100％，处理成本合2.4元/吨。本装置除磷具有高效、成本低等优点，对于初始磷浓度10mg/L，出水达到一级A标准，采用本装置电絮凝除磷处理成本为0.19元/吨，而化学除磷处理成本约为0.42-0.81元，电絮凝除磷效果、稳定性及处理成本差异显著。
附图说明
图1是本发明实施例提供的多极板折流电絮凝装置的结构示意图。其中，1.调节池兼进水池；2.进水蠕动泵；3.电絮凝槽；4.阳极铁板，共2块；5.感应电极铁板，共3块；6.阴极铝板，共2块；7.曝气管；8.直流电源；9.出水池。
具体实施方式
实施例1
含磷废水的多极板折流电絮凝处理工艺采用高分子有机树脂为电解槽，规格200mmx200mmx200mm，有效体积为4L。以铁板、铝板为电极，极板规格为105mmx87mmx2mm，有效面积为78.8cm2，设置8种阴阳极及排列方式，板间距均为1.5cm。采用NaOH溶液调节废水的PH值为7.0-8.0，初始总磷浓度为10.0mg/L，采用直流电源批式电解处理，电流密度为2.54mA/cm2，曝气量为0.25L/(L·min)，电解总时间为15-30min。排出水静置30min后，测定样品总磷浓度。采用不同阴阳极板及极板排列方式电絮凝除磷效果如表1。
表1 电絮凝除磷效果随极板及极板排列不同变化
实施例2
含磷废水的多极板折流电絮凝处理工艺采用高分子有机树脂为电解槽，规格200mmx200mmx200mm，有效体积为4L。以铁板为阳极、铝板为阴极，极板规格为105mmx87mmx2mm，有效面积为78.8cm2。阳阴极板间距设置4个水平，1cm、1.5cm、3cm、4cm。采用NaOH溶液调节废水的PH值为7.0-8.0，初始总磷浓度为10.0mg/L，采用直流电源批式电解处理，电流密度2.54mA/cm2，曝气量为0.25L/(L·min)，电解时间均为30min。排出水静置30min后，测定样品总磷浓度。采用不同板间距电絮凝除磷效果如表2。
表2 电絮凝除磷随板间距变化
板间距 处理水磷浓度(mg/L) 总磷去除率(％)
1cm 0.325 96.8
1.5cm 0.247 97.5
3cm 0.795 92.1
4cm 1.221 87.8
实施例3
含磷废水的多极板折流电絮凝处理工艺采用高分子有机树脂为电解槽，规格140mmx55mmx185mm，有效体积约1.20L。设置两组电解，一组非感应，电极连接方式为Fe(+)-Fe(-)-Fe(+)，另一组设置为感应电解，电极排列方式为Fe(+)-Fe(感应极板)-Fe(-)，极板规格均为145mmx60mmx2mm，单板有效面积71.5cm2，阳阴板间距1.5cm。采用折流电解方式，废水沿着极板折叠流动，采用NaOH溶液调节废水的PH值为7.0-8.0，初始总磷浓度为10.0mg/L，直流电源连续流电解处理，电导率150μS/cm，电流密度均为2.54mA/cm2，曝气量为0.5L/(L·min)，处理水量为32L/h，每隔5min取一次样品。处理水静置30min后，测定样品总磷浓度。感应与非感应电絮凝除磷对比如表3。
表3 感应与非感应电絮凝除磷效果对比
电解时间 非感应电絮凝(mg/L) 总磷去除率(％) 感应电絮凝(mg/L) 总磷去除率(％)
5min 8.24 14.6 7.472 25.3
10min 6.16 38.4 4.336 56.6
15min 4.392 56.1 1.896 81.0
20min 2.816 71.8 0.42 95.8
25min 0.702 93.0 0.047 99.5
30min 0.19 98.1 0.052 99.5
实施例4
含磷废水的多极板折流电絮凝处理工艺采用高分子有机树脂为电解槽，规格140mmx55mmx185mm，有效体积约1.20L。设置两组电解，一组折流电解，另一组为非折流电解。电极排列方式均为Fe(+)-Fe(感应极板)-Fe(-)，极板规格均为145mmx60mmx2mm，单板有效面积71.5cm2，阳阴板间距1.5cm。采用NaOH溶液调节废水的PH值为7.0-8.0，初始总磷浓度为10.0mg/L，直流电源连续流电解处理，电导率150μS/cm，曝气量为0.5L/(L·min)，处理水量为32L/h，电解15min。处理水静置30min后，测定样品总磷浓度。折流与非折流电絮凝除磷对比如表4。
表4 折流与非折流电絮凝除磷效果对比
电解时间 折流电解 总磷去除率(％) 非折流电解 总磷去除率(％)
15min 1.32 86.8 3.61 63.8
实施例5
含磷废水的多极板折流电絮凝处理工艺采用高分子有机树脂为电解槽，规格140mmx55mmx185mm，有效体积约1.2L。以铁板为阳极、铝板为阴极，两组极板并联，3块感应铁电解板置于阴阳极板间，极板规格均为145mmx60mmx2mm，单板有效面积71.5cm2，阳阴板间距1.5cm。废水沿着极板折叠流动，采用NaOH溶液调节废水的PH值为7.0-8.0，初始总磷浓度为0.5、30、100mg/L，直流电源连续流电解处理，电流密度分别为1.27、2.54、5.08mA/cm2，曝气量为0.5L/(L·min)，处理水量分别为40、32、26、10L/h，取样，样品静置30min后，测定总磷浓度。不同磷浓度絮凝除磷效果如表5。
表5 不同磷浓度电絮凝除磷效果

Claims (7)

1.一种采用多极板折流电絮凝技术处理含磷废水的方法，其特征在于：将废水经碱液调节其PH值至7.0-8.0；调节后经蠕动泵泵入电絮凝槽并通过多极板的折叠流动，同时在曝气条件下，进行电解絮凝处理，而后通过溢流槽排出，收集排出水静置，排出上清液，回收絮体；所述电解絮凝为2min-48h。
2.按权利要求1所述的采用多极板折流电絮凝技术处理含磷废水的方法，其特征在于：所述电絮凝槽内多极板为多组阳阴极板并联而成，阳极和阴极分别与电源的正极和负极相连接，阳阴极板间各设一个感应电极板。
3.按权利要求2所述按权利要求1所述的采用多极板折流电絮凝技术处理含磷废水的方法，其特征在于：所述阴极板、阳极板间距为1-4cm。
4.按权利要求1所述的采用多极板折流电絮凝技术处理含磷废水的方法，其特征在于：所述曝气条件曝气量为0.5-1.5L/(L·min)，电导率为150-200μS/cm；所述废水中无机磷浓度为0.5-100mgP/L；
所述电絮凝槽电源为直流电源，电流密度为1.27-5.08mA/cm2。
5.一种权利要求1所述的采用多极板折流电絮凝技术处理含磷废水方法的专用装置，其特征在于：包括调节池兼进水池(1)、进水蠕动泵(2)、多极板、电絮凝槽(3)、曝气系统(7)、直流电源(8)、出水池(9)；电絮凝槽(3)两侧分别通过管路与调节池兼进水池(1)出水池(9)相连，电絮凝槽(3)与调节池兼进水池(1)相连的管路上设有进水蠕动泵(2)；多极板和曝气系统(7)分别设于电絮凝槽(3)内；多极板的阳极板(4)和阴极板(6)分别与直流电源(8)的正极和负极相连接，
所述电解室内多极板为多组阳阴极板并联而成，两两相邻的阳阴极板间设有感应电极板(5)。
6.按权利要求5所述的采用多极板折流电絮凝技术处理含磷废水方法的专用装置，其特征在于：所述阳极板和感应电极板为铁板，阴极板为铝板。
7.按权利要求5所述的采用多极板折流电絮凝技术处理含磷废水方法的专用装置，其特征在于：所述废水进水池，再通过蠕动泵调节水量进入电絮凝槽，进入电絮凝槽的废水水流沿着多极板折叠流动电解的同时，配有曝气系统；曝气系统为折流式曝气电解，使废水经极板折流电絮凝处理后，从电解槽另一侧的溢流堰排出。
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