CN105060419B - 用于高氨氮废水的多室多维电凝聚装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于高氨氮废水的多室多维电凝聚装置，所述多室多维电凝聚装置包括电凝聚装置外壳、高压脉冲电源、外壳内设置有阳极板、阴极板、隔板、粒子电极、曝气区，所述外壳上还设置有辅助组件，所述阳极板、阴极板均带复合催化剂涂层，分别与高压脉冲电源的正、负极相连。所述多室多维电凝聚装置利用高压脉冲电源作为装置电源，并在阴极板和阳极板之间填充有粒子电极，不仅可以大幅度降低能耗，而且还可以增大电极比表面积，提高电流效率，同时电解过程中产生的微小气泡还可起到气浮作用，从而在总体上大大提高了装置对废水的处理效果。该装置整操作方便，集电絮凝、电催化、气浮工艺为一体，可通过多室实现连续对废水进行多级处理。

Description

用于高氨氮废水的多室多维电凝聚装置

技术领域

本发明涉及一种高氨氮废水处理装置，具体涉及一种用于高氨氮废水的多室多维电凝聚装置。

背景技术

近年来，随着环境保护工作的日益加强，水体中有机物的代表指标-COD基本得到了有效控制，但是高氨氮废水达标排放却没有得到有效控制，未经处理的含氮废水排放给环境造成了极大的危害，如易导致湖泊富营养化，海洋赤潮等。经过初步检索，目前氨氮废水的处理方法主要有吹脱法、化学氧化、生物脱氮工艺-硝化/反硝化法；吹脱法是将废水中的离子态铵(NH₄ ⁺)，通过调节pH值转化为分子态氨，随后被通入的空气或蒸汽吹出，吹脱法一般采用填料吹脱塔，主要特征是在塔内装置一定高度的填料层，利用大表面积的填充塔来达到气水充分接触，以利于气水间的传质过程。炼钢、石油化工、化肥、有机化工等行业的废水，常含有很高浓度的氨，因此常用蒸汽吹脱法处理。蒸汽吹脱法通常用于高浓度氨氮废水的预处理，该处理技术除氮效果较好，但运行成本高、设备易腐蚀结垢，并且容易造成二次污染。化学氧化技术主要包括折点加氯法和催化湿式氧化法。折点加氯法是通过投加足量氯气至使废水中NH₃-N氧化成无害氮气的方法。催化湿式氧化法是在一定温度、压力和催化剂作用下，经空气氧化，使污水中的有机物和氨分别氧分解成CO₂、N₂、H₂O等无害物质，从而达到净化的目的。虽然化学氧化法反应迅速完全，所需设备投资较少，但运行费用很高，不适合大水量高浓度氨氮废水的处理。硝化/反硝化法是废水中的氨氮在好氧菌作用下，最终氧化生成硝酸盐，这一过程称为硝化反应。反硝化反应是指在无氧条件下，反硝化菌将硝酸盐氮（NO₃-）还原为氮气（N₂）的过程。生物脱氮工艺运行费用低，是目前应用最为广泛的脱氮技术，但生物脱氮工艺对氨氮的去除效果有限，由于高氨氮废水会对水中的微生物产生毒害作用，仅适合中低浓度废水的处理。因此，迫切的需要一种新的技术方案解决现有技术中存在的技术问题。

发明内容

为了解决上述存在的问题，本发明公开了一种用于高氨氮废水的多室多维电凝聚装置，该装置整体结构设计巧妙，操作方便，利用多室多维电凝聚技术对高氨氮废水进行多维凝聚及催化氧化，大幅度的降低废水中的氨氮、COD等污染物浓度，同时降低运行成本。

为了实现上述目的，本发明的技术方案如下，用于高氨氮废水的多室多维电凝聚装置，其特征在于,所述多室多维电凝聚装置包括电凝聚装置外壳、高压脉冲电源、外壳内设置有阳极板、阴极板，所述外壳上还设置有辅助组件，所述阳极板、阴极板分别通过铜导线与高压脉冲电源的正、负极相连。所述外壳内设置有隔板，所述隔板将整个电凝聚装置分隔为多个导流室，所述阴极板、阳极板之间装填粒子电极，粒子电极的装填密度为10%，粒径为2～5mm。阴极板和阳极板之间填充有粒子电极，增大了电极比表面积，可提高电流效率，降低能耗和废水处理成本，同时反应过程中可以产生微小气泡起到气浮作用，从而提高装置整体废水处理效果。所述外壳底部设置曝气区，不仅可以使粒子电极在装置运行时呈悬浮状态以提高反应效果，而且还能减轻极板污染以及粒子电极堵塞。

作为本发明的一种改进，所述阴极板、阳极板采取多级交替布置方式，所述阴极板、阳极板之间的极板间距2～3cm，阴极板、阳极板交替布置方式可以提高氨氮的去除效果，并且阴、阳极板的就近组合能快速、充分地对废水进行处理，使高氨氮废水的处理效果更加稳定。

作为本发明的一种改进，所述阴极板为带复合催化剂涂层的铁板,所述阳极板为带复合催化剂涂层的石墨板。所述涂层均为含钛的复合金属氧化物，主要成分为TiO₂、SnO₂、MnO₂，其质量比例为2:1:1。

作为本发明的一种改进，所述粒子电极材料由废铁屑、活性炭颗粒和带催化剂涂层的陶粒组成，该技术方案采用废铁屑、活性炭颗粒和带催化剂涂层的陶粒作为粒子电极进一步净化高氨氮废水，对废水中的氨氮、有机物、色度等具有很高的去除效果，对氨氮的去除率可达90%以上，对COD的去除率可达75%以上。

作为本发明的一种改进，所述带催化剂涂层的陶粒的涂层为含钛的复合金属氧化物，所述复合金属氧化物含有TiO₂、SnO₂、MnO₂，其体积比为2：1：1，以该比例配制催化剂涂层可以充分发挥催化剂的协同效应，并且其成本也较为低廉。

作为本发明的一种改进，所述多室多维电凝聚装置底部设有曝气区，所述曝气区内通过曝气管曝气。

作为本发明的一种改进，所述辅助组件为排泥管、溢流堰。

作为本发明的一种改进，所述电凝聚装置外壳由塑料、玻璃钢、不锈钢或者碳钢制成。

相对于现有技术，本发明的优点如下，1）整个技术方案设计巧妙，结构紧凑， 2）该技术方案集电絮凝、电催化、气浮工艺为一体，处理效果明显优于常规单一的电凝聚、电催化、气浮以及电解设备，能耗也较低，阴极板和阳极板之间填充有粒子电极，增大了电极比表面积，可提高电流效率，降低能耗和废水处理成本，同时反应过程中可以产生微小气泡起到气浮作用，从而提高装置的整体废水处理效果；3）该技术方案采用废铁屑、活性炭颗粒和带催化剂涂层的陶粒作为粒子电极，对废水中的氨氮、有机物、色度等具有很高的去除效果，对氨氮的去除率可达90%以上，对COD的去除率可达75%以上；采用废铁屑作为部分粒子电极，不仅可以实现废物的回收利用，而且还可降低成本；采用颗粒活性炭作为部分粒子颗粒，不仅可以利用其多孔特性来增大与废水的接触面积，而且还可以起到吸附和生物载体的作用；4）装置采用高压脉冲电源，在节电的同时也可大幅度降低了铁极板的损耗，装置自动化程度高，效果好，见效快、操作简单、适用范围广、不受废水中有毒物质影响，且装置运行稳定，成本较低、使用寿命长、维护较方便；5）该技术方案烘干时间大大缩短，工作效率高，维护方便，成本较低，便于推广应用。

附图说明

图1为本发明整体结构示意图；

图中：1进水管，2阴极板，3阳极板，4高压脉冲电源，5铜导线，6排泥管，7导流室，8溢流堰，9出水管，10 设备外壳，11曝气管，12粒子电极，13 隔板。

具体实施方式

为了加深对本发明的认识和理解，下面结合附图和具体实施方式，进一步阐明本发明。

实施例1：

参见图1，用于高氨氮废水的多室多维电凝聚装置，所述多室多维电凝聚装置包括电凝聚装置外壳10、高压脉冲电源4、外壳内设置有阳极板2、阴极板3，导流室7，粒子电极12、隔板13、曝气区，所述外壳上还设置有辅助组件，所述阳极板2为带催化剂涂层的石墨板，所述阴极板3为催化剂涂层的铁板，分别通过铜导线5与高压脉冲电源4的正、负极相连，阴极板和阳极板之间填充有粒子电极12，增大了电极比表面积，可提高电流效率，降低能耗和废水处理成本，同时反应过程中可以产生微小气泡起到气浮作用，从而提高装置的整体废水处理效果。所述粒子电极的装填密度为10%，粒径为2～5mm，材料由废铁屑、活性炭颗粒组成，其质量比为1：1。所述隔板为不透水隔板，隔板与两边池壁需密封处理，通过隔板形成多个导流室起到多级电凝聚串联的作用，一般的装置中隔板的数量为6～12个，具体可根据现场空间大小、废水处理效果等要求设定，图1中的隔板为6个，所述曝气区内通过曝气管11曝气。该技术方案整体结构设计巧妙、紧凑，采用高压脉冲电源，在节电的同时也可大幅度降低了铁极板的损耗，装置自动化程度高，效果好，见效快、操作简单、适用范围广、不受废水中有毒物质影响，且装置运行稳定，成本较低、使用寿命长、维护较方便。

实施例2：

参见图1，作为本发明的一种改进，所述阴极板、阳极板采取多级交替布置方式，所述阴极板2、阳极板3之间的极板间距2～3cm，一般的装置中阴、阳极板设置为2～4级，每级包含1块阴极板和1块阳极板，具体可根据废水水量大小来设定，图1中的阴、阳极板为2级。

实施例3：

参见图1，作为本发明的一种改进，所述阴极板为带复合催化剂涂层的铁板,所述阳极板为带复合催化剂涂层的石墨板。所述涂层均为含钛的复合金属氧化物，其成分为TiO₂、SnO₂、MnO₂，质量比例为2:1:1。

实施例4：

参见图1，作为本发明的一种改进，所述粒子电极材料由废铁屑、活性炭颗粒和带催化剂涂层的陶粒组成,其质量比例为2：2：1,该粒子电极可以充分发挥铁屑和催化剂的联合强化催化功能，并且其成本也较为低廉。该技术方案采用废铁屑、活性炭颗粒和带催化剂涂层的陶粒作为粒子电极，对废水中的氨氮、有机物、色度等具有很高的去除效果，对氨氮的去除率可达90%以上，对COD的去除率可达75%以上；采用废铁屑作为部分粒子电极，不仅可以实现废物的回收利用，而且还可降低成本；其余结构和优点与实施例1完全相同。

实施例5：

参见图1，作为本发明的一种改进，所述带催化剂涂层的陶粒中的涂层为含钛的复合金属氧化物，所述复合金属氧化物包括TiO₂、SnO₂、MnO₂，其质量比为2：1：1，以该比例配制的氧化剂涂层一方面可以充分发挥多种催化剂的协同作用，另一方面价格也较为低廉。其余结构和优点与实施例1完全相同。

实施例6：

参见图1，作为本发明的一种改进，所述多室多维电凝聚装置底部设有曝气区，所述曝气区内设置有微孔曝气器。运行过程中通过曝气一方面使粒子电极呈悬浮状态以提高反应效果，另一方面减轻极板污染以及粒子电极堵塞。其余结构和优点与实施例1完全相同。

实施例7：

参见图1，作为本发明的一种改进，所述辅助组件为排泥管6、溢流堰8中的一个或者二个。其余结构和优点与实施例1完全相同。

实施例8：

参见图1，作为本发明的一种改进，所述电凝聚装置外壳由塑料、玻璃钢、不锈钢或者碳钢制成。其余结构和优点与实施例1完全相同。

工作原理：如图1所示，高氨氮废水经进水管1进入多室多维电凝聚装置后，首先通过调节高压脉冲电源4上的旋钮来调节电凝聚反应需要的电压和电流，然后阴极板2、阳极板3及粒子电极12在高压脉冲电流的作用下电解水产生HO·和强氧化剂，如ClO^- 等，并在含钛复合催化剂的作用下对废水中的氨氮、COD等污染物进行催化氧化分解，将大分子破碎成小分子，再参与水中的电子流运动得到电子或失去电子，使电解床产生电子迁移，形成电化学反应，最终再与铁盐产生共沉析出，同时电解过程中阳极板3、阴极板2表面不断产生氧气和氢气，形成很小的气泡，分散度高，作为载体可以粘附水中的悬浮固体而上浮除去。

经过催化电解和凝聚反应后的高氨氮废水通过出水管9排放或进行下一级的生物深化处理。多室多维电凝聚装置上设有排泥管6，进行定期排泥，以防止泥砂污染阴极板2和阳极板3和堵塞粒子电极12。

应用实例1：

表1是山东某制药废水的处理实例，反应时间60min,经过该装置处理前后的废水所含污染物对照如下：

应用实例2：

表2是江苏某制药废水的处理实例，反应时间60min,经过该装置处理前后的废水所含污染物对照如下：

应用实例3：

表3是安徽某垃圾渗滤液的处理实例，反应时间60min,经过该装置处理前后的废水所含污染物对照如下：

应用实例4：

表4是安徽某化工废水的处理实例，反应时间60min,经过该装置处理前后的废水所含污染物对照如下：

可以看出，经过该装置处理后的上述废水污染物的含量大大降低，并且该装置设计合理，在处理过程中不会产生二次污染，成本较低，便于大规模的推广应用。

本发明还可以将实施例2、3、4、5、6、7、8所述技术特征中的至少一个与实施例1组合，形成新的实施方式。

需要说明的是，上述实施例仅仅是本发明的较佳实施例，并没有用来限定本发明的保护范围，在上述技术方案的基础上作出的等同替换或者替代，均属于本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种用于高氨氮废水的多室多维电凝聚装置，其特征在于，所述多室多维电凝聚装置包括电凝聚装置外壳、高压脉冲电源、外壳内设置有阳极板、阴极板，所述外壳上还设置有辅助组件，所述阳极板、阴极板分别通过铜导线与高压脉冲电源的正、负极相连，所述外壳内设置有隔板，所述隔板将整个电凝聚装置分隔为多个导流室，所述阴极板、阳极板采取多级交替布置方式，所述阴极板、阳极板之间的极板间距2～3cm，所述阳极板为带复合催化剂涂层的铁板，所述阴极板为带复合催化剂涂层的石墨板，所述复合催化剂涂层均为含钛的复合金属氧化物，主要成分为TiO₂、SnO₂、MnO₂，其质量比例为2:1:1，所述阴极板、阳极板之间装填粒子电极，粒子电极的装填密度为10%，粒径为2～5mm，所述粒子电极材料由废铁屑、活性炭颗粒和带催化剂涂层的陶粒组成,其质量比例为2：2：1，所述带催化剂涂层陶粒的涂层为含钛的复合金属氧化物，所述复合金属氧化物含有TiO₂、SnO₂、MnO₂，其质量比为2：1：1。

2.根据权利要求1所述的用于高氨氮废水的多室多维电凝聚装置，其特征在于，所述多室多维电凝聚装置底部设有曝气区，所述曝气区内通过曝气管曝气。

3.根据权利要求2所述的用于高氨氮废水的多室多维电凝聚装置，其特征在于，所述辅助组件为排泥管、溢流堰中的一个或者二个。

4.根据权利要求3所述的用于高氨氮废水的多室多维电凝聚装置，其特征在于，所述电凝聚装置外壳由塑料、玻璃钢、不锈钢或者碳钢制成。