CN106115986B - 一种电化学增强的防污堵的虹吸式滤网过滤装置 - Google Patents

Abstract

一种电化学增强的防污堵的虹吸式滤网过滤装置，包括导电性材料制成的滤网，滤网与电解电源负极连接；滤网上方和下方分别设有阳极盘，阳极盘与电解电源正极连接；滤网和阳极盘置于净水箱内，净水箱底部连接污泥斗，净水箱被滤网分隔为上下两部分；净水箱通过进水管与净水调节水箱连接，进水管出口位于滤网与污泥斗之间；净水调节水箱高度高于净水箱高度；净水箱内进水管出口处斜置进水挡板。本发明可实现滤网的防污堵，同时将污废水中滤出的颗粒物及生物体进行浓缩；滤网防污堵的实现主要得益于电解过程阴极产生氢气泡在脱离过程中所产生的巨大张力，可使附着在滤网上的颗粒物及生物体快速脱离，无法形成稳定附着，同时电场具有一定的杀生效应。

Description

一种电化学增强的防污堵的虹吸式滤网过滤装置

技术领域

本发明属于环境技术领域，具体涉及一种电化学增强的防污堵的虹吸式滤网过滤装置。

背景技术

过滤是一种简单高效且没有二次污染的物理分离技术，几十年来，过滤技术一直广泛应用于污废水的净化工艺中，水中的固体颗粒、胶体、部分有机物等都可以通过过滤技术得到有效的去除。目前，滤网过滤多与混凝等工艺结合，有效降低污废水的色度和浊度。滤网材质多使用不锈钢等，不锈钢滤网具有良好的机械强度，过滤性能稳定、精细，且可根据需要设计制作各种型号的产品。过滤装置中，污废水通常在重力的作用下由上而下通过滤网，污废水中的颗粒物及生物体在重力及水流的作用下会污堵在滤网上，且在设备运行过程中无法排出，这样经过一段时间的过滤之后，滤膜的过滤性能就会大大降低，甚至滤网直接被堵塞，传统的处理方法为装置停机，对滤网进行反冲洗或机械刮除滤网表面污堵物质，但该方法有时很难对污堵物质尤其是黏附在滤网上的藻类等生物体进行彻底的清除。

发明内容

为克服现有技术不足，本发明提出了一种电化学增强的防污堵的虹吸式滤网过滤装置及水处理方法。在本装置中，水流通过虹吸作用自下而上经过滤网，污废水中大量的颗粒物及生物体在重力作用下直接沉降于装置底部的污泥斗，剩余到达滤网并污堵在其表面，此时，通过电解，作为阴极的滤网产生氢气，使得污堵在其上的颗粒物及生物体脱离并在重力作用下沉降于污泥斗并进行一定程度的污泥浓缩，污泥斗中的污泥进行定期排出。

为实现上述目的，本发明采取了如下技术方案：

一种电化学增强的防污堵的虹吸式滤网过滤装置，包括导电性材料制成的滤网，滤网与电解电源的负极连接；滤网上方和下方分别设有阳极盘，阳极盘与电解电源正极连接；所述滤网和阳极盘设置于净水箱内，净水箱底部连接污泥斗，净水箱被滤网分隔为上下两部分；净水箱通过进水管与净水调节水箱连接，进水管出口位于位于滤网下方、污泥斗上方处；净水调节水箱高度高于净水箱高度，确保净水调节水箱内的水通过虹吸力流入净水箱；净水箱内的进水管出口处斜置进水挡板，进水挡板距离进水管口较近一端朝上倾斜，进水挡板用于防止进水干扰下沉颗粒物。

所述进水挡板的材质为塑料、树脂、铸铁或不锈钢。

所述进水挡板的倾斜角度为45-60度。

所述滤网的孔径介于1-100微米。

所述滤网为由导电性材料制成的编织网或烧结网；所述编织网、烧结网的编织形式为平纹编织、斜纹编织、平纹荷兰编织、人字形编织或席型编织。

制备滤网所采用的导电材料为不锈钢、黄铜、蒙乃尔镍铜合金、镍或银。

所述阳极盘选用材质为石墨或铂的惰性阳极盘，或者选用材质为铁或铝的非惰性阳极盘。

所述净水箱外形为圆筒或方筒形，所述阳极盘选用与净水箱匹配的圆盘或方盘。

所述电解电源的电压范围为1-10V。

一种使用上述滤网过滤装置处理废水的方法，净水调节水箱内的水通过虹吸作用进入净水箱，由下至上通过滤网，过滤后溢流排出；启动电解电源，电压为1-10V，作为阴极的滤网产生氢气气泡，使得污堵在滤网上的颗粒物或生物膜脱离；颗粒物或生物膜脱离滤网后通过沉降作用沉于装置底部的污泥斗，并在重力作用下进行污泥的浓缩，定期从排泥口排泥。

本发明装置的结构示意图见图1，该装置包括导电性材料制成的滤网，滤网的孔径介于1-100微米，制备滤网所采用的导电材料为不锈钢、黄铜、蒙乃尔镍铜合金、镍或银，该滤网可以截留污废水中悬浮的颗粒物质，结合絮凝可有效降低污废水的色度和浊度。滤网与电解电源（电压范围为1-10V）负极连接，作为电化学过程的阴极。滤网的安装方式可以为法兰盘固定，也可使用其他固定方式，但固定方式要保证滤网的稳定性以及方便外接电解电源。滤网上方距离滤网一定距离处设置一个阳极盘即上部阳极盘，滤网下方距离滤网一定距离处设置一个阳极盘即下部阳极盘，上、下部阳极盘分别与电解电源正极连接，作为电化学过程的阳极。上、下部阳极盘为材质为石墨或铂的惰性阳极盘，或者为材质为铁或铝的非惰性阳极盘。滤网和阳极盘设置于净水箱内，净水箱底部连接污泥斗，净水箱被滤网分隔为上下两部分；净水箱通过进水管与净水调节水箱连接，进水管出口位于滤网下方、污泥斗上方；净水调节水箱高度高于净水箱高度，确保净水调节水箱内的水通过虹吸力流入净水箱；净水箱内的进水管出口处斜置材质为塑料、树脂、铸铁或不锈钢的进水挡板，进水挡板距离进水管口较近一端朝上倾斜，进水挡板的存在可以有效的防止进水对下沉颗粒物质的冲击。

使用本发明装置处理废水的方法为：

水流通过虹吸作用，经由进水管进入净水箱，并从滤网的下方向上流动经过滤网，从净水箱上方溢流排出，此过程中污废水中大部分的颗粒物和生物体由于重力作用沉降于装置底部的污泥斗中并进行一定程度的浓缩，剩余颗粒物或生物体到达滤网被滤网拦截。本装置通过带电运行的方式，可防止滤网的污堵，实现免反冲洗。工作时，电解电源同时供电电解，或者过滤一段时间，出水量明显下降后，启动电解，恢复滤网的过滤性能。电解过程中作为阴极的滤网不断产生氢气气泡，氢气气泡在长大过程中产生的巨大的“气泡”压力，使污堵滤网的颗粒物和生物体等迅速脱离，滤网材料迅速恢复过滤性能，脱离滤网的颗粒物或生物体也通过沉降作用沉于装置底部的污泥斗，一段时间后对污泥斗进行排泥。在含有电解质氯离子、硫酸根等情况下，还可以产生氧化性物质，杀灭微生物和藻类，使生物污堵不会发生。该装置简单实用，可以解决单纯滤网容易污堵的问题，使得滤网的过滤性能长时间保持，装置系统稳定的运行，实现对污水的连续处理。本装置除用于污废水中颗粒物的去除，还可用于河湖水中藻类的去除。当装置用于水体除藻时，下部阳极盘和阴极滤网之间形成电场，可以杀灭藻类，使其失去生物活性，从而在重力的作用下沉降于污泥斗。

本发明装置的操作方法为：

将进水调节水箱置于高处，待处理废水自流或泵入进水调节水箱，开启电解电源，电压为1-10V，污废水通过进水管进入装置，经过滤网并溢流排出，排出的水进行下一步处理或排放。根据选用滤网孔径大小的不同和污废水水质的不同，可对进水调节水箱的放置高度进行调整，同时可对电解电压进行调整。本装置可充分利用地形，将进水调节水箱置于较高地面处，实现处理全程水的自流，无需外界水泵加压提升，节约能源。

与现有的技术和装置相比，本发明可以实现滤网的防污堵，同时将污废水中滤出的颗粒物及生物体进行浓缩。滤网防污堵的实现主要得益于电解过程阴极产生氢气泡在脱离过程中所产生的巨大的张力，可使附着在滤网上的颗粒物及生物体快速脱离，无法形成稳定附着。同时，用于除藻时拥有比传统过滤设备更优的性能，电场的存在可以有效的对藻类进行灭活，从而保持除藻的效率以及比较大的水通量。

附图说明

图1为本发明的装置示意图；

图2为实例1水通量保持率随处理时间变化图；

图3为实例2不同孔径滤网的出水浊度；

图4为实例3水通量保持率随处理时间变化图（内部小图为洗煤水处理前后的图片）；

图中：1-进水，2-进水调节水箱，3-进水管，4-污泥斗，5-排泥口，6-进水挡板，7-下部阳极盘，8-滤网，9-上部阳极盘，10-法兰盘，11-出水溢流槽，12-出水口，13-电解电源，14-净水箱。

具体实施方式

以下通过具体实施例来说明本发明技术方案，但本发明的保护范围并不局限于本实例。

实例1：模拟污废水处理

如图1所示实验装置，滤网选用500目（对应的孔径约为30微米）的不锈钢滤网，滤网由法兰盘固定并保证装置不漏水，两个阳极盘（上部阳极盘和下部阳极盘）均为惰性石墨阳极，装置主体为塑料材质，无导电性。滤网由导线引出并与电解电源的负极相连，上部阳极盘和下部阳极盘分别由导线引出并与电解电源的正极相连。

污废水为人工调配废水，内含2g/L的过筛细粘土及木屑，2g/L的氯化钠，加少量的硫酸铝絮凝剂。进行污废水处理时，启动电解电源，电压为5V，将废水引入进水调节水箱，开始废水处理，连续运行，观察并记录装置单位时间处理污水的水量。

结果表明，当开启电解电源时，该装置可在20天后依然保持较高的水处理量（初始水通量为10L/min，20天后为9.4L/min，通量保持率大于94%），这表明滤网的滤过性能保持良好。而当电解电源未开启时，该装置在5天后水通量即有较快下降，后期水处理能力变弱（初始水通量为10L/min，20天后为3.1L/min，通量保持率仅为30%左右），观察滤网表面附着了大量颗粒物，造成滤网的污堵。如图2所示为电解电源开启和未开启时，装置水通量保持率与处理时间的关系。

实例2：高浊度的泥沙水处理

图1所示装置，滤网选用100目（对应的孔径约为150微米）、200目（对应的孔径约为77微米）、400目（对应的孔径为40微米）的不锈钢滤网，滤网由法兰盘固定并保证装置不漏水，两个阳极盘（上部阳极盘和下部阳极盘）均为惰性石墨阳极，装置主体为工程塑料材质，无导电性，滤网由导线引出并与电解电源的负极相连，上部阳极盘和下部阳极盘分别由导线引出并与电解电源的正极相连。

处理对象为高浊度的泥沙水，原水测定浊度，之后加入适量絮凝剂，将水引入进水调节箱，进行对河水的处理。此时的电解电压保持在10V，观察并记录处理装置的水通量，同时对出水水质进行浊度的测定。图3分别为滤网孔径目数为100、200、400目时对应的出水的浊度。可以看出，在原水浊度高达400NTU的情况下，通过本过滤装置，水的浊度均有大幅下降，且滤网孔径越小，对颗粒物的去除效果越好。

同时，对装置水通量的检测表明，装置可以在20天的时间里保持一个较稳定较好的水通量，而不加电解的话装置处理水量在6天左右即出现明显的下降，趋势与图2中的曲线类似。横向对比，滤网的孔径越小，则水通量越小。

实例3：洗煤废水的处理

洗煤废水是煤矿湿法洗煤加工工艺的工业尾水，其中含有大量的煤泥和泥砂，给矿区附近的环境造成了严重的污染。洗煤废水已是煤炭工业的主要污染源之一，越来越受到人们的重视。洗煤废水特别稳定，静置几个月也不会自然沉降，因此处理非常困难。在不进行任何适当处理的条件下排入外环境，无疑将对地表水、地下水及地貌环境的安全造成危害。

使用本装置对洗煤废水进行处理，图1所示装置，滤网选用200目（对应的孔径约为40微米）的不锈钢滤网，滤网由法兰盘固定并保证装置不漏水，两个阳极盘（上部阳极盘和下部阳极盘）均为惰性石墨阳极，装置主体为工程塑料材质，无导电性，滤网由导线引出并与电解电源的负极相连，上部阳极盘和下部阳极盘分别由导线引出并与电解电源的正极相连。

在原水中加入适量絮凝剂（聚丙烯酰胺和聚合硫酸铁），将水引入进水调节箱，此时的电解电压保持在10V，观察并记录处理装置的水通量，同时对出水水质进行监测。

对装置水通量的检测表明，装置可以在15天的时间里保持一个较稳定较好的水通量，而不加电解的话装置处理水量在4天左右即出现明显的下降，如图4所示。同时可以发现，装置对洗煤水的处理效果较好，出水较为澄清。

实例4：富营养水体的除藻

目前，我国大量的河流和湖泊出现了富营养化的情况，富营养水体中藻类大量繁殖生长，影响到水质及其他水生生物的生存。利用本装置可对水体中的藻类进行物理分离，同时分离出来的藻类还可进行生物质的利用。

使用本装置对水体进行除藻，图1所示装置，滤网选用200目（对应孔径约为40微米）的不锈钢滤网，滤网由法兰盘固定并保证不漏水，上部和下部阳极盘均选用惰性石墨阳极。

将含有大量藻类的水引入装置中，藻类在净水箱中由于电场的作用被杀死，通过重力作用沉积在污泥斗中。装置运行一周后运行良好。

Claims (6)

1.一种电化学增强的防污堵的虹吸式滤网过滤装置，其特征在于：包括导电性材料制成的滤网，滤网与电解电源的负极连接；滤网上方和下方分别设有阳极盘，阳极盘与电解电源正极连接；所述滤网和阳极盘设置于净水箱内，净水箱底部连接污泥斗，净水箱被滤网分隔为上下两部分；净水箱通过进水管与净水调节水箱连接，进水管出口位于滤网下方、污泥斗上方处；净水调节水箱高度高于净水箱高度，确保净水调节水箱内的水通过虹吸力流入净水箱；净水箱内的进水管出口处斜置进水挡板，进水挡板距离进水管口较近一端朝上倾斜；使用所述虹吸式滤网过滤装置处理废水的方法为：净水调节水箱内的水通过虹吸作用进入净水箱，由下至上通过滤网，过滤后溢流排出；启动电解电源，作为阴极的滤网产生氢气气泡，使得污堵在滤网上的颗粒物或生物膜脱离；颗粒物或生物膜脱离滤网后通过沉降作用沉于装置底部的污泥斗，并在重力作用下进行污泥的浓缩，定期从排泥口排泥；制备滤网所采用的导电材料为不锈钢、黄铜、蒙乃尔镍铜合金、镍或银；所述阳极盘选用材质为石墨或铂的惰性阳极盘。

2.根据权利要求1所述的滤网过滤装置，其特征在于：所述进水挡板的材质为塑料、树脂、铸铁或不锈钢；倾斜角度为45-60度。

3.根据权利要求1所述的滤网过滤装置，其特征在于：所述滤网的孔径介于1-100微米。

4.根据权利要求1所述的滤网过滤装置，其特征在于：所述滤网为由导电性材料制成的编织网或烧结网；所述编织网、烧结网的编织形式为平纹编织、斜纹编织、平纹荷兰编织、人字形编织或席型编织。

5.根据权利要求1所述的滤网过滤装置，其特征在于：所述净水箱外形为圆筒或方筒形，所述阳极盘选用与净水箱匹配的圆盘或方盘。

6.根据权利要求1所述的滤网过滤装置，其特征在于，所述电解电源的电压范围为1-10V。