CN108249529A - 一种电絮凝除磷装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种电絮凝除磷装置，包括：反应腔、阳极板、阴极板和电源；所述阳极板和所述阴极板设于所述反应腔内且与所述电源连接；所述阳极板与所述阴极板相对设置；所述阳极板的材料包括：铁或铝。通过本发明实施例的电絮凝除磷装置，尤其是一种微电解絮凝装置，不需要投加化学药剂，管理简单，不会产生化学污泥，避免污泥转运带来的二次污染，也避免了药剂投加和化学污泥处置所带来的运行成本，而且出水水质十分稳定。

Description

一种电絮凝除磷装置

技术领域

本发明涉及污水处理技术领域，尤其涉及一种电絮凝除磷装置。

背景技术

当今社会，由于人类数量的增加和活动的频繁，其生产、生活产生的污水总量越来越大，已经超出自然水体的容受能力，如直接排放将对水体造成污染。这种情况在在我国尤为明显，大部分农村目前均没有对污水进行处理，而是采取就近水体排放的方式，已经造成农村大量水体污染，对农村环境、居民健康产生风险。如果采取现有城镇污水管网收集集中处理的方式处理农村污水，由于污染源分布广且分散，单点污水量少等原因，造成管网投资巨大，从可行性上是不合理的，因此必须建立分散式污水处理装置对农村污水进行处理。而处理的目的就是降低污水中对自然水体产生污染的物质浓度。其中，有机物、氮和磷是最主要的污染物质，当前使用最多、也最经济有效的污水处理方法是生化法，即利用微生物对水中污染物质的降解、转化和吸收等作用，对污水进行净化处理。在上述主要污染物质中，微生物对有机物和氮的去除效果是比较明显和易于控制的，但对磷的去除效果由于工艺条件的限制，很难满足排放指标的要求。

目前在分散式污水处理装置中普遍采用在生化处理后增设化学加药除磷装置。化学加药除磷装置由加药泵、混合设备、加药箱、固液分离设备等组成。加药箱中配置有一定浓度的药剂，比如聚合氯化铝(PAC，Poly Aluminium Chloride)溶液，通过加药泵加入到水管中，利用混合设备与水充分接触混合后产生化学反应，水中的磷酸根与药剂中的铝元素结合产生磷酸铝沉淀，然后通过沉淀、旋流等固液分离设备加以分离，从而降低水中的磷的浓度，达到排放标准。然而其具有如下缺点：由于要产生化学作用，必须采用过量投加的方式，一方面造成药剂的大量消耗，另一方面产生大量的化学污泥，产生以下的一系列问题：

(一)投加化学药剂，运行管理比较复杂；

(二)产生化学污泥，污泥转运容易造成二次污染；

(三)药剂投加和污泥的处置所产生的运行成本高；

(四)容易造成出水水质的波动。

发明内容

本发明提供一种电絮凝除磷装置，以解决现有的污水处理技术中生化处理除磷效果差而增设的化学加药除磷装置又存在诸多缺陷的问题。

本发明提供的电絮凝除磷装置，包括：反应腔、阳极板、阴极板和电源；

所述阳极板和所述阴极板设于所述反应腔内且与所述电源连接；

所述阳极板与所述阴极板相对设置；

所述阳极板的材料包括：铁或铝。

进一步，本发明所述的电絮凝除磷装置，所述阳极板和所述阴极板之间设有微电解填充层；

所述微电解填充层分别与所述阳极板和所述阴极板电接触；

所述微电解填充层包括：阳极颗粒和阴极颗粒。

进一步，本发明所述的电絮凝除磷装置，所述阳极颗粒的材料包括：铁或铝；

所述阴极颗粒的材料包括：活性炭或石墨或钛。

进一步，本发明所述的电絮凝除磷装置，所述阳极颗粒与所述阴极颗粒的体积比为1.5:1～2.5:1。

进一步，本发明所述的电絮凝除磷装置，所述阳极颗粒和所述阴极颗粒的尺寸为2～3mm。

进一步，本发明所述的电絮凝除磷装置，所述阳极板和所述阴极板相互间隔设置。

进一步，本发明所述的电絮凝除磷装置，所述阴极板和所述阳极板的材料相同；

控制所述阴极板和所述阳极板的电源根据预设周期进行极性变换。

进一步，本发明所述的电絮凝除磷装置，所述电絮凝除磷装置的本体的出口和所述反应腔之间设有过滤填充层。

进一步，本发明所述的电絮凝除磷装置，所述过滤填充层与所述反应腔之间设有分流机构；

所述分流机构设有通过分流板相分隔的至少两个分流通道。

进一步，本发明所述的电絮凝除磷装置，在所述反应腔朝向所述电絮凝除磷装置的本体的入口的一侧设有清洗机构。

进一步，本发明所述的电絮凝除磷装置，所述反应腔为标准化模块。

进一步，本发明所述的电絮凝除磷装置，所述电絮凝除磷装置的本体的出口设有磷离子检测单元；

当所述磷离子检测单元检测到的磷离子检测信号值超过预设上限值时，控制增大所述电源的电流；

当所述磷离子检测单元检测到的磷离子检测信号值低于预设下限值时，控制减小所述电源的电流。

进一步，本发明所述的电絮凝除磷装置，还包括：排液机构；

所述排液机构包括：第一容置腔和至少二个第二容置腔；

所述第一容置腔的进口连通所述电絮凝除磷装置的本体的出口；

所述第一容置腔的出口位于顶部，且所述第一容置腔的出口的尺寸大于所述第一容置腔的进口的尺寸；

所述第二容置腔室仅具有顶部开口，各所述第二容置腔依次降低高度排布；

所述第一容置腔的出口在地面的投影与最高的所述第二容置腔的顶部开口在地面的投影具有重叠部分。

本发明提供的电絮凝除磷装置，阳极板和阴极板通电，在污水中产生铝离子或铁离子，与污水中的磷酸根产生沉淀以过滤污水中的磷元素，可以有效去除污水中的磷，代替了现有的化学加药除磷装置，避免了化学加药除磷装置的缺点。

附图说明

通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为本发明实施例的电絮凝除磷装置的一种实施方式的内部结构示意图；

图2为本发明实施例的电絮凝除磷装置的另一种实施方式的内部结构示意图；

图3为本发明实施例的电絮凝除磷装置的再一种实施方式的内部结构示意图。

附图标记说明：

电絮凝除磷装置的本体10；反应腔1；阳极板11；第一导线111；阴极板12；第二导线121；电源2；微电解填充层3；过滤填充层4；分流机构5；分流板51；分流通道52；磷离子检测单元6；清洗机构7；本体的入口81；本体的出口82；排液机构9；第一容置腔91；第一容置腔的进口911；第一容置腔的出口912；第一容置腔的缺口913；第二容置腔92；第二容置腔的顶部开口921；第二容置腔的缺口922。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细描述。

图1为本发明实施例的电絮凝除磷装置的一种实施方式的内部结构示意图，如图1所示，本发明实施例的电絮凝除磷装置的本体10包括：反应腔1、阳极板11、阴极板12和电源2。

其中，阳极板11和阴极板12设于反应腔1内。阳极板11与阴极板12相对设置。阳极板11和阴极板12的数量可以为多个，各阳极板11和阴极板12相互间隔设置。即相邻的阳极板11之间设有一个阴极板12，或者，相邻的阴极板12之间设有一个阳极板11。相邻的阳极板11通过第一导线111相串联，相邻的阴极板12通过第二导线121相串联。阳极板11连接电源2的正极，阴极板12连接电源2的负极。阳极板11的材料包括：铁或铝。例如，阳极板11为铁或铝制成的金属板。阴极板12可以石墨板，也可以为铁或铝制成的金属板。

工作时，污水从本体10底部进入反应腔1，自下而上流经反应腔1，从本体10顶部流出。电源2通电后，通过阳极板11产生铁离子或铝离子，与流经反应腔1的液体内的磷，例如磷酸根，发生化学反应，产生沉淀103，落入反应腔1底部，从而过滤掉磷元素。阳极板11和阴极板12不宜采用铁或铝之外的其他金属，以避免在污水中添加入其他金属离子，造成二次污染。

通过本发明实施例的电絮凝除磷装置，不需要投加化学药剂，管理简单，不会产生化学污泥，避免污泥转运带来的二次污染，也避免了药剂投加和化学污泥处置所带来的运行成本，而且出水水质十分稳定。

在本发明一个可选实施例中，本发明提供一种电絮凝除磷装置，尤其是一种微电解絮凝装置，阳极板11和阴极板12之间设有微电解填充层3。微电解填充层3分别与阳极板11和阴极板12电接触。即相邻的阳极板2和阴极板3之间的微电解填充层3分别与该阳极板11和阴极板12相接触且满足通电要求。

其中，微电解填充层3包括：阳极颗粒和阴极颗粒。例如，阳极颗粒采用铁或铝制成的尺寸为2～3mm的金属颗粒，阴极颗粒采用活性炭或石墨等非金属阴极材料制成的尺寸为2～3mm的颗粒物。微电解填充层3为阳极颗粒和阴极颗粒组成的混合物，通过设于边缘的滤网、纱网等将其固定于阳极板11和阴极板12之间。在阳极板11和阴极板12通电后，若干阳极颗粒和阴极颗粒形成若干微电池结构组合，其具有以下四个方面的作用：

一、如果没有微电解填充层3，只会在阳极板11附近形成铝离子或铁离子，对于没有流经阳极板11附近的污水，除磷效果差。通过设置微电解填充层3，工作时污水流经微电解填充层3的整个填充区域，由于电池本身的电势差，同时在外加电流的作用下，阳极颗粒都会产生失电子反应，从而在整个填充区域形成均匀分布的铝离子或铁离子，增加了接触面积，极大地提升了除磷效率。

二、由于微电解填充层3有阳极板11和阴极板12提供的外接电流通过，可以催化提升铝离子或铁离子的形成速度，从而加快与磷的结合沉淀的化学反应速度，进一步提升除磷效率。

三、微电解填充层3可以降低阳极板11和阴极板12之间的极间电阻。微电解填充层3在保证一定的电流时(除磷效果与电流成正比)，电压将会下降，从而有效降低能耗。由于污水处理时，除磷装置需要长时间持续工作，一般需要保持电絮凝除磷装置在低能耗情况下工作，通过微电解填充层3降低电阻，可以大幅降低电絮凝除磷装置的工作能耗。

四、由于污水情况不同，有的含磷高，有的含磷低。在不改变电絮凝除磷装置任何部件结构的情况下，可以通过调整电源的电流，增大阳极板11和阴极板12之间的电流，增加铝离子或铁离子的产生效率，来处理含磷高的污水，或者降低阳极板11和阴极板12之间的电流，降低铝离子或铁离子的产生效率，来处理含磷低的污水并避免多余铝离子或铁离子产生二次污染。

进一步，阴极颗粒优选活性炭，活性炭本身具有微孔结构，便于水流通过而且增大接触面积，可提升除磷效率。此外，阴极颗粒也可选用钛材料制成。由于主要消耗的是阳极材料，因此阳极颗粒的尺寸应大于阴极颗粒的尺寸；为了有效组成若干微电池结构，阳极颗粒与阴极颗粒的尺寸又应当相近。优选地，阳极颗粒与阴极颗粒的体积比为1.5:1～2.5:1，能够最有效的满足上述要求。

进一步，阴极板11和阳极板12的材料相同。例如阳极板11为铝金属板，则阴极板12也为铝金属板。在此情况下，控制电源2根据预设周期进行极性变换。阴极板12原本不限制其材料，也可采用石墨制成。然而阳极板11由于产生铝离子或铁离子，会因大幅腐蚀而消耗，而作为阴极板12的石墨本身不会受到影响。但是更换反应腔1时，阴极板12会连同阳极板11一起被更换，造成浪费。因此，将阴极板12与阳极板11的材料设为相同，例如同为铝制成，则可以通过控制变换电源2的极性使原阳极板和原阴极板进行调换。例如原阳极板11连接电源2正极，原阴极板12连接电源2的负极，电源2的极性变换后，原阳极板连接电源负极而变为新阴极板，原阴极板连接电源正极而变为新阳极板，从而使新阳极板进行消耗。通过周期进行变换，可以使阳极板和阴极板同步消耗，当更换反应腔时，阳极板和阴极板均已经充分消耗，从而避免浪费，并延长了反应腔的工作寿命。

图2为本发明实施例的电絮凝除磷装置的另一种实施方式的内部结构示意图，如图2所示，电絮凝除磷装置的本体10的出口82和反应腔1之间设有过滤填充层4。其中，过滤填充层4可以包括：砂粒或活性炭颗粒及其混合物。砂粒的尺寸为1～3mm，活性炭颗粒的尺寸为1～2mm。经过除磷处理的液体流过砂粒间隙和活性炭孔洞结构，进一步滤除液体中的悬浮颗粒，例如磷与铝离子、铁离子形成的固态颗粒，或者液体中的其它悬浮颗粒。

进一步，过滤填充层4与反应腔1之间设有分流机构5。其中，分流机构5设有通过分流板51相分隔的至少两个分流通道52。从反应腔1流出的液体经过若干分流通道72进行分流，使液体速度均匀地流入过滤填充层4，可在满足过滤要求的情况下设减少过滤填充层4的厚度。

进一步，在反应腔1朝向电絮凝除磷装置的本体10的入口81的一侧设有清洗机构7。电絮凝除磷装置工作一段时间后，固态颗粒会充满微电解填充层3以及过滤填充层4，降低通过电絮凝除磷装置的液体流速，影响工作效率。通过清洗机构7沿液体流动方向(沿入口81至出口82的方向)喷射洗液，洗液依次流经微电解填充层3和过滤填充层4，一方面冲洗掉了过量的固态颗粒，另一方面使微电解填充层3和过滤填充层4的填充物质变得疏松，便于液体通过。

进一步，反应腔1为标准化模块。标准化模块是指反应腔1符合标准化设计，即符合统一的安装尺寸以及安装标准配件，以达到不论电絮凝除磷装置采取何种结构或尺寸，都可以将标准模块化的反应腔安设于不同的电絮凝除磷装置内。采取标准化模块，可以便于循环使用，即在原有反应腔内的阳极板或者阳极颗粒耗尽时，可以即时更换新的反应腔，避免整个污水处理系统的停机等动作。此外，由于在农村采用分散式污水处理系统，各个污水处理系统分布于不同位置，因此通过标准的模块化设计，不仅可以使反应腔部件的运输效率提高，还能符合不同地区采用不同污水处理系统的要求，从而形成即时在线更换的污水处理系统运营网络，满足农村污水处理点分散、根据污水处理点特殊情况对污水处理系统进行自定义设计、统一回收管理反应腔等要求。

进一步，电絮凝除磷装置的本体10的出口82设有磷离子检测单元6。

其中，磷离子检测单元6对经过除磷过滤后的液体进行检测，当检测到的磷离子检测信号值超过预设上限值时，说明还有过量的磷并未去除，通过控制增大电源2的电流，增大铝离子或铁离子的产生效率，提升除磷效率，自动对过量的磷进行去除。

当检测到的磷离子检测信号值低于预设下限值时，说明不需要在当前大功率条件下工作即可满足除磷标准要求，通过控制减小的电源2的电流，在满足除磷标准的情况下自动降低电絮凝除磷装置的功耗。

通过磷离子检测信号作为反馈信号，控制单元自动调整电源电流，实现根据污水不同情况进行智能调整。

图3为本发明实施例的电絮凝除磷装置的再一种实施方式的内部结构示意图，如图3所示，本发明的电絮凝除磷装置还包括：排液机构9。

排液机构9包括：第一容置腔91和至少二个第二容置腔92。

第一容置腔91的进口911连通电絮凝除磷装置的本体10的出口82。第一容置腔91的出口912位于顶部，且第一容置腔91的出口912的尺寸大于第一容置腔91的进口911的尺寸。第二容置腔室92仅具有顶部开口921，各第二容置腔92依次降低高度排布。第一容置腔91的出口912在地面的投影与最高的第二容置腔92的顶部开口921在地面的投影具有重叠部分。

工作时，符合过滤标准的液体从电絮凝除磷装置的本体10的出口82涌出，进入第一容置腔91，然后通过第一容置腔91的出口912处的缺口913，即出口912在地面的投影与最高的第二容置腔92的顶部开口921在地面的投影的重叠部分的位置处，从最高的第二容置腔92的顶部开口921流入第二容置腔92，然后从最高的第二容置腔92依次通过顶部开口921边缘位置的缺口922，依次流入下一个位置较低的第二容置腔92，在各个容置腔内依次流通后排出。

本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的发明后，将容易想到本发明的其它实施方案。本申请旨在涵盖本发明的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本发明的一般性原理并包括本公开未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本发明的真正范围和精神由下面的权利要求指出。

应当理解的是，本发明并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。

Claims (13)

1.一种电絮凝除磷装置，其特征在于，包括：反应腔、阳极板、阴极板和电源；

所述阳极板和所述阴极板设于所述反应腔内且与所述电源连接；

所述阳极板与所述阴极板相对设置；

所述阳极板的材料包括：铁或铝。

2.根据权利要求1所述的电絮凝除磷装置，其特征在于，所述阳极板和所述阴极板之间设有微电解填充层；

所述微电解填充层分别与所述阳极板和所述阴极板电接触；

所述微电解填充层包括：阳极颗粒和阴极颗粒。

3.根据权利要求2所述的电絮凝除磷装置，其特征在于，

所述阳极颗粒的材料包括：铁或铝；

所述阴极颗粒的材料包括：活性炭或石墨或钛。

4.根据权利要求2所述的电絮凝除磷装置，其特征在于，所述阳极颗粒与所述阴极颗粒的体积比为1.5:1～2.5:1。

5.根据权利要求2所述的电絮凝除磷装置，其特征在于，所述阳极颗粒和所述阴极颗粒的尺寸为2～3mm。

6.根据权利要求1所述的电絮凝除磷装置，其特征在于，所述阳极板和所述阴极板相互间隔设置。

7.根据权利要求1所述的电絮凝除磷装置，其特征在于，所述阴极板和所述阳极板的材料相同；

控制所述阴极板和所述阳极板的电源根据预设周期进行极性变换。

8.根据权利要求1所述的电絮凝除磷装置，其特征在于，所述电絮凝除磷装置的本体的出口和所述反应腔之间设有过滤填充层。

9.根据权利要求8所述的电絮凝除磷装置，其特征在于，所述过滤填充层与所述反应腔之间设有分流机构；

所述分流机构设有通过分流板相分隔的至少两个分流通道。

10.根据权利要求1所述的电絮凝除磷装置，其特征在于，在所述反应腔朝向所述电絮凝除磷装置的本体的入口的一侧设有清洗机构。

11.根据权利要求1所述的电絮凝除磷装置，其特征在于，所述反应腔为标准化模块。

12.根据权利要求1至11中任一项所述的电絮凝除磷装置，其特征在于，所述电絮凝除磷装置的本体的出口设有磷离子检测单元；

当所述磷离子检测单元检测到的磷离子检测信号值超过预设上限值时，控制增大所述电源的电流；

当所述磷离子检测单元检测到的磷离子检测信号值低于预设下限值时，控制减小所述电源的电流。

13.根据权利要求1至11中任一项所述的电絮凝除磷装置，其特征在于，还包括：排液机构；

所述排液机构包括：第一容置腔和至少二个第二容置腔；

所述第一容置腔的进口连通所述电絮凝除磷装置的本体的出口；

所述第一容置腔的出口位于顶部，且所述第一容置腔的出口的尺寸大于所述第一容置腔的进口的尺寸；

所述第二容置腔室仅具有顶部开口，各所述第二容置腔依次降低高度排布；

所述第一容置腔的出口在地面的投影与最高的所述第二容置腔的顶部开口在地面的投影具有重叠部分。