CN108862487A - 一种水处理系统及工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种水处理系统，包括调节池A和PLC控制器，调节池A上部出水口连接电动阀A和提升泵A，调节池A中设置有第一液位计及第一在线监测仪，提升泵A与电容吸附装置的进水口连接，且提升泵A与电容吸附装置之间管路上设置流量计A和电动阀C，电容吸附装置的出水口设置有第二在线监测仪和电动阀F，PLC控制器分别与电动阀A、提升泵A、液位计、第一在线监测仪、流量计A、电动阀C、第二在线监测仪和电动阀F电连接。本发明的有益效果是：可根据调试过程确定的运行参数进行PLC设置，采用PLC控制器全过程自动控制设备运行，操作简单，可实现全过程自动化运行，有利于提高设备运行效率。
Description
技术领域
本发明涉及污水处理技术领域，特别是一种水处理系统及工艺。
背景技术
近年来，随着人类工业及农业生产活动的增加，不可避免的会对河流、湖库等水体造成污染。而水体中磷酸盐的超标将直接导致水体富营养化，主要表现为藻类以及其他浮游生物的大量繁殖、水体溶解氧的下降、水体水质急剧恶化，水体生态平衡被破坏等。目前城镇污水处理厂出水为《城镇污水处理厂污染物排放标准》中的一级A标，其总磷排放浓度为0.5mg/L，而《地表水环境质量标准》中Ⅳ类标准中河流中总磷浓度为0.3mg/L，湖库中总磷浓度为0.1mg/L。污水处理厂的出水直排进入地表水，将会引起湖泊中总磷超标，导致湖泊富营养化。因此，在污水处理厂出水排入地表水之前，还需要对出水进一步处理，使其达到《地表水环境质量标准》中Ⅳ类标准。
传统的除磷方法包括有：生物除磷、化学除磷等。生物除磷受外界影响因素较大，且微生物的生长周期较长，会影响生物除磷的稳定性，一般比较难达到良好的控制条件；化学除磷处理效果较稳定，但化学沉淀使用的钙盐、铁盐药剂费用高，产生的化学污泥含水量大，脱水困难，易产生二次污泥污染，同时污泥中的磷无法实现回收处理，造成磷资源的浪费。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的缺点，提供一种水处理系统及工艺，采用改良的电容吸附技术对低浓度含磷废水进行吸附，且能够实现磷资源的回收利用。本发明的水处理系统不仅可以用于含磷废水的深度处理，也可用于含重金属、有机污染物、硝酸根、氯离子、硫酸根等阴离子废水的深度处理。
本发明的目的通过以下技术方案来实现：
本发明一方面提供一种水处理系统，包括调节池A和PLC控制器，调节池A上部出水口连接提升泵A，且调节池A出水口与提升泵A之间管路上设置有电动阀A，调节池A中设置有第一液位计及第一在线监测仪，提升泵A与电容吸附装置的进水口连接，且提升泵A与电容吸附装置之间管路上设置流量计A和电动阀C，电容吸附装置的出水口设置有第二在线监测仪和电动阀F，PLC控制器分别与电动阀A、提升泵A、液位计、第一在线监测仪、流量计A、电动阀C、第二在线监测仪和电动阀F电连接。
优选的，所述的电容吸附装置还通过回流管路连接调节池A，回流管路上设置有电动阀E，电动阀E与PLC控制器电连接。
优选的，所述的水处理系统还包括解吸系统，所述的解吸系统包括盛装有解吸液的调节池B，调节池B内设置有第二液位计及第三在线监测仪，电容吸附装置的出水口通过管路连接调节池B的进水口，且电容吸附装置与调节池B之间管路上设置有电动阀G，调节池B的出水口通过提升泵B连接电容吸附装置的进水口，且调节池B出水口与提升泵B之间管路上设置有电动阀B，提升泵B与电容吸附装置之间管路上设置有电动阀D和流量计B。阳极板、阴极板、第二液位计、第三在线监测仪、电动阀G、提升泵B、电动阀B、电动阀D和流量计B分别与PLC控制器电连接。
优选的，所述的调节池B上设置有解吸液进水口。
优选的，电容吸附装置的控制设计电压为2.4-3.6V、设计流量为0.6~1.2mL/s，设计原水浓度为0.5~1mg/L，根据原水浓度可控制停留时间为3~6h，进水pH为6.5~8.5。
电吸附装置用于吸附阴阳离子，电吸附装置吸附的阳离子包括钠离子、钙离子、镁离子、镉离子、铜离子、铁离子、铅离子、砷离子等重金属离子，电吸附装置吸附的阴离子包括氯离子、硫酸根离子、硝酸根离子、氟离子等离子。
电容吸附技术的基本原理是在电极两端施加一定电压，溶液中阴阳离子或带电粒子在电场力和浓度梯度作用下分别向两迁移，吸附于电极表面。与传统的除磷工艺相比，电容吸附技术的优点在于简单，方便同时能够回收利用磷资源。
发明人在研究中发现电容吸附装置中电极板间距对吸附性能影响较大，极板间距较小时，电流较强，形成的电容量大，对离子的吸附量大，但极板间距过小，极易造成电极短路，同时也会增加通过极板间的水流的传质阻力，影响电吸附效果。极板间距大，形成的电容量小，电吸附的驱动力小，对离子的去除效果差。实际运行中的电容吸附装置极板间距为固定间距，间距控制不当导致极板短路或间距过大，降低电容吸附效率。
因而，本发明进一步提供一种用于上述水处理系统的电容吸附装置，包括壳体和设置于壳体上的滑轨，壳体内设置有多个沿滑轨延伸方向交替间隔设置的阳极板和阴极板，滑轨上滑动安装有与所述阳极板和阴极板一一对应的滑块，所述的阳极板和阴极板均与对应的滑块固定连接。
从而，可根据进水浓度调节电吸附材料的组数，并可以根据需要精确调节阳极板和阴极板的间距，最大程度的利用电极材料使其达到最佳利用率。所述的阳极板和阴极板并联或串联。
优选的，所述的壳体上设置有进水口和排水口
可选的，所述的阳极板和阴极板采用石墨板或钛网等集流体、电极材料制成。优选的，所阳极板和阴极板均包括石墨板、以及在石墨板的双面或单面填充的电极材料。
优选的，所述的滑轨上设置有刻度。
优选的，相邻的阳极板和阴极板间通过伸缩杆连接。
本发明另一方面提供一种水处理工艺，包括以下步骤：
S1、污水厂尾水出水口通过管路连接调节池A的进水口，污水经调节池调节水质后进入电容吸附装置内，待处理污水在电容吸附装置内停留时间为3~6h，经第二在线监测仪测试达预设总磷标准后，PLC控制器控制电动阀F打开排放至地表水，若第二在线监测仪测试不达标，则PLC控制器控制电磁阀E打开，通过回流管回流至调节池A再次继续处理；
S2、电容吸附装置吸附3~6h后，通过PLC控制器将电容吸附装置电极反接切换为解吸过程，调节池B内的解吸液通过提升泵B泵入电容吸附装置，电容吸附装置的出水通过管路循环至调节池B，循环解吸2h后，将解吸液回至调节池B，浓缩至一定浓度后通过处理形成磷肥。
所述的预设总磷标准可以为《地表水环境质量标准》Ⅳ类标准中的总磷标准。
所述的水处理工艺还包括：调节池A的第一液位计和调节池B的第二液位计设置为低液位、中液位及高液位，调节池A或调节池B处于低液位时，水泵A或水泵B不运行，中液位设置为启动液位，启动液位的深度通过PLC控制器调节，处于高液位时，PLC控制器控制报警。
所述的水处理工艺还包括：电动阀A、电动阀B处于常开状态，同时电动阀A、电动阀B可与水泵联动，水泵受启动液位控制，低液位时，PLC控制器控制水泵自动停止，同时控制电动阀A或电动阀B关闭。
所述的水处理工艺还包括：PLC控制器通过控制电动阀C、电动阀D的开启度进行流量控制，PLC控制器通过流量计A、流量计B反馈的流量数据来控制电容吸附装置的进水流量，第二在线监测仪监测pH值及总磷进行反馈，超标时PLC控制器自动通过回流管道回至调节池。
本发明具有以下优点：
1、可根据调试过程确定的运行参数进行PLC设置，采用PLC控制器全过程自动控制设备运行，操作简单，可实现全过程自动化运行，有利于提高设备运行效率。
2、电容吸附装置中设置有多组电极，其极板间距可精确调节实现，可解决目前装置中极板间易短路或电吸附效率不高的问题，同时具有很高的灵活性。
3、废水中存在一定浓度的氯离子时，电容吸附装置在一定电压下会在阳极产生氯气，继而生产次氯酸，起到一定的消毒作用。
4、采用电容吸附装置吸附污水处理厂出水中的磷，一方面可使城镇污水处理厂出水中总磷从《城镇污水处理厂污染物排放标准》中的一级A标或B标提高至《地表水环境质量标准》中Ⅳ类标准，再排放至地表水中，从源头控制总磷浓度；另一方面通过电极反接可将吸附的磷进行浓缩回收。
5、电容吸附装置吸附饱和后通过电极反接并通入解吸液实现电极解吸，电解液浓缩至一定浓度后通过处理形成磷肥资源化利用。
6、技术一次性投资低廉，后期运行成本低，人员操作简单安全。
附图说明
图1 为本发明的水处理系统结构框图；
图2 为本发明的电容吸附装置结构示意图。
图中，1-壳体，2-阳极板，3-阴极板，4-滑块，5-伸缩杆，6-滑轨。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步的描述：
如图1所示，本发明一方面提供一种水处理系统，包括调节池A和PLC控制器，调节池A上部出水口连接提升泵A，且调节池A出水口与提升泵A之间管路上设置有电动阀A，调节池A中设置有第一液位计及第一在线监测仪，提升泵A与电容吸附装置的进水口连接，且提升泵A与电容吸附装置之间管路上设置流量计A和电动阀C，电容吸附装置的出水口设置有第二在线监测仪和电动阀F，PLC控制器分别与电动阀A、提升泵A、液位计、第一在线监测仪、流量计A、电动阀C、第二在线监测仪和电动阀F电连接。
优选的，所述的电容吸附装置还通过回流管路连接调节池A，回流管路上设置有电动阀E，电动阀E与PLC控制器电连接。
优选的，所述的水处理系统还包括解吸系统，所述的解吸系统包括盛装有解吸液的调节池B，调节池B内设置有第二液位计及第三在线监测仪，电容吸附装置的出水口通过管路连接调节池B的进水口，且电容吸附装置与调节池B之间管路上设置有电动阀G，调节池B的出水口通过提升泵B连接电容吸附装置的进水口，且调节池B出水口与提升泵B之间管路上设置有电动阀B，提升泵B与电容吸附装置之间管路上设置有电动阀D和流量计B。阳极板、阴极板、第二液位计、第三在线监测仪、电动阀G、提升泵B、电动阀B、电动阀D和流量计B分别与PLC控制器电连接。
优选的，所述的调节池B上设置有解吸液进水口。
优选的，电容吸附装置的控制设计电压为2.4-3.6V、设计流量为0.6~1.2mL/s，设计原水浓度为0.5~1mg/L，根据原水浓度可控制停留时间为3~6h，进水pH为6.5~8.5。
电吸附装置用于吸附阴阳离子，电吸附装置吸附的阳离子包括钠离子、钙离子、镁离子、镉离子、铜离子、铁离子、铅离子、砷离子等重金属离子，电吸附装置吸附的阴离子包括氯离子、硫酸根离子、硝酸根离子、氟离子等离子。
如图2所示，本发明进一步提供一种用于上述水处理系统的电容吸附装置，包括壳体1和设置于壳体1上的滑轨6，壳体1内设置有多个沿滑轨6延伸方向交替间隔设置的阳极板2和阴极板3，滑轨6上滑动安装有与所述阳极板2和阴极板3一一对应的滑块4，所述的阳极板2和阴极板3均与对应的滑块4固定连接。
从而，可根据进水浓度调节电吸附材料的组数，并可以根据需要精确调节阳极板2和阴极板3的间距，最大程度的利用电极材料使其达到最佳利用率。所述的阳极板2和阴极板3并联或串联。
优选的，所述的壳体1上设置有进水口和排水口
可选的，所述的阳极板2和阴极板3采用石墨板或钛网等集流体、电极材料制成。优选的，所阳极板2和阴极板3均包括石墨板、以及在石墨板的双面或单面填充的电极材料。
优选的，所述的滑轨6上设置有刻度。
优选的，相邻的阳极板和阴极板间通过伸缩杆5连接。
本发明另一方面提供一种水处理工艺，包括以下步骤：
S1、污水厂尾水出水口通过管路连接调节池A的进水口，污水经调节池调节水质后进入电容吸附装置内，待处理污水在电容吸附装置内停留时间为3~6h，经第二在线监测仪测试达预设总磷标准后，PLC控制器控制电动阀F打开排放至地表水，若第二在线监测仪测试不达标，则PLC控制器控制电磁阀E打开，通过回流管回流至调节池A再次继续处理；
S2、电容吸附装置吸附3~6h后，通过PLC控制器将电容吸附装置电极反接切换为解吸过程，调节池B内的解吸液通过提升泵B泵入电容吸附装置，电容吸附装置的出水通过管路循环至调节池B，循环解吸2h后，将解吸液回至调节池B，浓缩至一定浓度后通过处理形成磷肥。
所述的预设总磷标准可以为《地表水环境质量标准》Ⅳ类标准中的总磷标准。
所述的水处理工艺还包括：调节池A的第一液位计和调节池B的第二液位计设置为低液位、中液位及高液位，调节池A或调节池B处于低液位时，水泵A或水泵B不运行，中液位设置为启动液位，启动液位的深度通过PLC控制器调节，处于高液位时，PLC控制器控制报警。
所述的水处理工艺还包括：电动阀A、电动阀B处于常开状态，同时电动阀A、电动阀B可与水泵联动，水泵受启动液位控制，低液位时，PLC控制器控制水泵自动停止，同时控制电动阀A或电动阀B关闭。
所述的水处理工艺还包括：PLC控制器通过控制电动阀C、电动阀D的开启度进行流量控制，PLC控制器通过流量计A、流量计B反馈的流量数据来控制电容吸附装置的进水流量，第二在线监测仪监测pH值及总磷进行反馈，超标时PLC控制器自动通过回流管道回至调节池。
实施例1：
某污水处理厂尾水处理。总磷浓度为0.3~0.5mg/L，pH为6.5~7.5，吸附电压为3.0~3.2V，废水设计流量为0.6~1.0mL/s。电容吸附装置中电极材料制备阳极采用双氧水改性后的活性炭+乙炔炭黑+聚偏氟乙烯，阴极为石墨板，极板间距为6mm，电容吸附装置中循环处理3~4h后，总磷出水为0.05~0.1mg/L，处理后的尾水可达《地表水环境质量标准》中Ⅳ类标准，而后排入河流中。之后运行解吸程序，电极装置中电极反接，解吸液通过提升泵提升至电容吸附装置，设计进水流量为0.2~0.5mL/s，循环处理1h后即可实现电极材料的再生。
实施例2：
某污水处理厂尾水处理。总磷浓度为0.4~1.0mg/L，pH为6.8~8.2，吸附电压为3.2~3.6V，废水设计流量为0.8~1.2mL/s。电容吸附装置中活性炭电极设置有35块电极，每块电极有效面积为1m2，电极材料制备阳极采用双氧水改性后的活性炭+碳纳米管+聚四氟乙烯，阴极为石墨板，电容吸附装置中极板间距为4mm，尾水在电容吸附装置中停留4~5h后，总磷出水为0.05~0.1 mg/L，处理后的尾水可达《地表水环境质量标准》中Ⅳ类标准。之后运行解吸程序，电极装置中电极反接，解吸液通过提升泵提升至电容吸附装置，设计进水流量为0.3~0.6mL/s，循环处理2h后即可实现电极材料的再生。反复解吸20次，解吸液达到一定浓度后进行相应处理后回收作为磷肥。相比于改性前的活性炭制备电极材料对总磷40%的去除，改性后活性炭制备的电极材料在相同时间对总磷的去除可达82.5%，去除率提高了一倍。
Claims (10)
1.一种水处理系统，其特征在于：包括调节池A和PLC控制器，调节池A上部出水口连接提升泵A，且调节池A出水口与提升泵A之间管路上设置有电动阀A，调节池A中设置有第一液位计及第一在线监测仪，提升泵A与电容吸附装置的进水口连接，且提升泵A与电容吸附装置之间管路上设置流量计A和电动阀C，电容吸附装置的出水口设置有第二在线监测仪和电动阀F，PLC控制器分别与电动阀A、提升泵A、液位计、第一在线监测仪、流量计A、电动阀C、第二在线监测仪和电动阀F电连接。
2.根据权利要求1所述的一种水处理系统，其特征在于：所述的电容吸附装置还通过回流管路连接调节池A，回流管路上设置有电动阀E，电动阀E与PLC控制器电连接。
3.根据权利要求1所述的一种水处理系统，其特征在于：水处理系统还包括解吸系统，所述的解吸系统包括盛装有解吸液的调节池B，调节池B内设置有第二液位计及第三在线监测仪，电容吸附装置的出水口通过管路连接调节池B的进水口，且电容吸附装置与调节池B之间管路上设置有电动阀G，调节池B的出水口通过提升泵B连接电容吸附装置的进水口，且调节池B出水口与提升泵B之间管路上设置有电动阀B，提升泵B与电容吸附装置之间管路上设置有电动阀D和流量计B，阳极板、阴极板、第二液位计、第三在线监测仪、电动阀G、提升泵B、电动阀B、电动阀D和流量计B分别与PLC控制器电连接。
4.根据权利要求1所述的一种水处理系统，其特征在于：电吸附装置用于吸附阴阳离子，电吸附装置吸附的阳离子包括钠离子、钙离子、镁离子、镉离子、铜离子、铁离子、铅离子和砷离子中的一种或多种，电吸附装置吸附的阴离子包括氯离子、硫酸根离子、硝酸根离子和氟离子中的一种或多种。
5.根据权利要求1-4中任意一项所述的一种水处理系统，其特征在于：所述的电容吸附装置包括壳体和设置于壳体上的滑轨，壳体内设置有多个沿滑轨延伸方向交替间隔设置的阳极板和阴极板，滑轨上滑动安装有与所述阳极板和阴极板一一对应的滑块，所述的阳极板和阴极板均与对应的滑块固定连接。
6.根据权利要求5所述的一种水处理系统，其特征在于：所述的阳极板和阴极板均包括石墨板、以及在石墨板的双面或单面填充的电极材料。
7.根据权利要求5所述的一种水处理系统，其特征在于：相邻的阳极板和阴极板间通过伸缩杆连接。
8.根据权利要求5所述的一种水处理系统，其特征在于：所述的滑轨上设置有刻度。
9.一种水处理工艺，其特征在于：包括以下步骤：
S1、污水厂尾水出水口通过管路连接调节池A的进水口，污水经调节池调节水质后进入电容吸附装置内，待处理污水在电容吸附装置内停留时间为3~6h，经第二在线监测仪测试达预设总磷标准后，PLC控制器控制电动阀F打开排放至地表水，若第二在线监测仪测试不达标，则PLC控制器控制电磁阀E打开，通过回流管回流至调节池A再次继续处理；
S2、电容吸附装置吸附3~6h后，通过PLC控制器将电容吸附装置电极反接切换为解吸过程，调节池B内的解吸液通过提升泵B泵入电容吸附装置，电容吸附装置的出水通过管路循环至调节池B，循环解吸2h后，将解吸液回至调节池B，浓缩至一定浓度后通过处理形成磷肥。
10.根据权利要求9所述的一种水处理工艺，其特征在于：还包括：调节池A的第一液位计和调节池B的第二液位计设置为低液位、中液位及高液位，调节池A或调节池B处于低液位时，水泵A或水泵B不运行，中液位设置为启动液位，启动液位的深度通过PLC控制器调节，处于高液位时，PLC控制器控制报警。
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