CN109734245A - 一种中小型污水处理设备的电解除磷设备及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种中小型污水处理设备的电解除磷设备及方法，该设备包括：电解板；可调式供电电源设备，用于给电解板提供可变的电源电压，以控制电解出来的铁离子或铝离子量；时间控制器，用于提供时间信号至电解板，以通过可调式供电电源设备自动改变电解板的正负极；中间继电器，用于将时间信号以及可调式供电电源设备输出的电源信号传送至电解板；电压电流表，用于实时采样电解板的实时电压电流，本发明通过将电解除磷设备置放在缺氧区前，通过电解进水和系统高含氧量的回流液，且在通过缺氧区设置的多级沉淀结构和专有填料及多级折流的方式使得总磷能够有效去除，通过调整电压电流和正负极自动调换的方式可有效的节约能耗和延长维护周期。
Description
技术领域
本发明涉及污水处理技术领域，特别是涉及一种中小型污水处理设备的电 解除磷设备及方法。
背景技术
我国目前处于农村改造快速发展时期，其中农村污水排放问题尤其突出， 污水量大、且分散，不易集中处理，因此中小型污水处理设备具有实施易、分 布广、环境受限少等特点，能够得到农村市场的广泛运用。
目前，污水除磷方法通常有两种：生物法和化学沉淀法及其联合工艺。但 是，生物法除磷效率不够稳定，无法满足日益严格的污水排放标准；化学沉淀 法被广泛应用于各种污水处理工艺中，需额外增加储药罐和计量泵，且需专人 进行设备维护和药剂配置，占地面积偏大，应用到农村市场的中小型污水处理 领域很不方便。
电解除磷能够有效的针对中小型污水处理设备的除磷问题，具有能耗低、 更换周期长、除磷效果好、无人值守等特点，特别适用于中小型污水处理设备 的除磷。
目前，电解除磷极板材料多用双铝板、铝/铁板和双铁板，其中双铁板的使 用寿命较长。双铁板的问题在于出水中过多的铁离子或铝离子使水呈黄色或红 色，影响水质的色度，从而达不到排放的要求；而铝在电解过程中，能耗较低 时铝板表面易钝化，需要超声波等除垢装置及时处理，但同时也增加了设备的 成本。电解除磷板放置于好氧池中的应用最多，在好氧池中利用曝气不仅能够 冲刷电极板的表面，而且还能提供氧气将Fe2+氧化为Fe3 +，促进除磷反应，但是 也带来了电极板消耗过快的缺点，若采用铁板除磷，往往出水呈黄色或红色。 本发明旨在通过改进电解除磷设备的结构与工艺方法解决上述存在的技术难点。
发明内容
为克服上述现有技术存在的不足，本发明之目的在于提供一种中小型污水 处理设备的电解除磷设备及方法，通过利用双铁电解板或双铝电解板或铝/铁板， 将其放置在缺氧区前段，解决了阳极钝化和出水呈红色的问题，电解的是曝气 池或沉淀池的回流液，无需单独曝气，且通过正负极调换，也增长了使用时间， 降低电压和缺氧区投放专用填料实现中小型污水处理设备稳定除磷的目的，电 解除磷板不易钝化且能耗也低，对其他指标无不利影响。
为达上述目的，本发明提出一种中小型污水处理设备的电解除磷设备，包 括
电解板，为双铁电解板或双铝电解板或铝铁电解板；
可调式供电电源设备，用于给所述电解板提供可变的电源电压，以控制所 述电解板电解出来的铁离子或铝离子量；
时间控制器，用于提供时间信号至所述电解板，以通过所述可调式供电电 源设备提供的电源电压定时自动改变所述电解板的正负极；
中间继电器，用于将所述时间控制器输出的时间信号以及可调式供电电源 设备输出的电源信号传送至所述电解板；
电压电流表，用于实时采样所述电解板的实时电压电流。
优选地，所述电解板包括形状大小一致的两块矩形铁板，板间距为 5mm～40mm。
优选地，所述可调式供电电源设备提供5V～28V直流电压。
优选地，所述可调式供电电源设备针对不同进水量和不同进水总磷的浓 度，有效调节电流，制定出不同进水量和不同浓度的电解方案，以控制所述电 解板电解出来的铁离子或铝离子量，达到既有效处理掉水中的磷，又防止电解 多余的铁离子或铝离子对好氧区硝化作用产生影响。
为达到上述目的，本发明还提供一种中小型污水处理设备的电解除磷方 法，包括如下步骤：
步骤S1，将所述电解除磷设备的电解板设置于缺氧区之前，其进水来源于 曝气池或沉淀池回流液；
步骤S2，通过利用可调式供电电源设备给所述电解板提供电压以电解进水 和系统高含氧量的回流液。
优选地，于步骤S2中，所处理水质中高氧含氧量将电解出的Fe2+离子转 化成Fe3+离子，铁离子或铝离子通过多级折流的方式，与进水中的磷酸根迅速 反应生成沉淀并有效沉淀在化粪和缺氧区。
优选地，多余的铁离子或铝离子与氢氧根生成絮凝物，与水中的电解质反 应，通过压缩双电子层、吸附电中和等原理破坏水中胶体的稳定程度，使可溶 性胶体不稳并产生沉淀一共沉淀去除。
优选地，于步骤S2中，所述可调式供电电源设备针对不同的进水总磷的 浓度和水量，通过调整电压电流和正负极自动调换的方式控制电解出来的铁离 子或铝离子量，达到既有效处理掉水中的磷，又防止电解多余的铁离子或铝离 子对好氧区硝化作用产生影响。
优选地，所述方法还包括：于缺氧区设置多级沉淀结构和专有填料，使磷 酸铁和磷酸铝等物质能有效沉降，电解设备产生的剩余铁离子或铝离子、氢氧 化铁和氢氧化铝在缺氧区继续参与除磷反应。
优选地，所述电解板包括形状大小一致的两块矩形铁板或两块矩形铝板或 两块矩形铝/铁板，板间距为5mm～40mm。
与现有技术相比，本发明一种中小型污水处理设备的电解除磷设备及方法 通过将双铁电解板或双铝电解板或铝铁电解板放置在缺氧区前段，并在缺氧区 设置多级沉淀结构和专有填料，使磷酸铁和磷酸铝等物质能有效沉降，以解决 阳极钝化和出水呈红色的问题，并提高铁离子或铝离子或铝离子的利用效率， 由于电解的是曝气池或沉淀池的回流液，无需单独曝气，电解板不易结垢，使 用寿命长，且本发明通过正负极调换，也增长了使用时间，降低电压和缺氧区 投放专用填料实现中小型污水处理设备稳定除磷的目的，电解除磷板不易钝化 且能耗也低，对其他指标无不利影响。
附图说明
图1为本发明一种中小型污水处理设备的电解除磷设备的结构示意图；
图2为本发明具体实施例中电解除磷设备的连线示意图；
图3为本发明一种中小型污水处理设备的电解除磷方法的步骤流程图；
图4为本发明具体实施例之中小型污水处理设备的电解除磷过程示意图；
图5a-图5f分别为本发明实施例中6组实验的电解除磷过程示意图。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例并结合附图说明本发明的实施方式，本领域技术 人员可由本说明书所揭示的内容轻易地了解本发明的其它优点与功效。本发明 亦可通过其它不同的具体实例加以施行或应用，本说明书中的各项细节亦可基 于不同观点与应用，在不背离本发明的精神下进行各种修饰与变更。
图1为本发明一种中小型污水处理设备的电解除磷设备的结构示意图，图 2为本发明具体实施例中电解除磷设备的连线示意图。如图1及图2所示，本发 明一种中小型污水处理设备的电解除磷设备，包括
电解板101，所述电解板101为双铁电解板或双铝电解板或铝/铁板，其包 括形状大小一致的两块矩形电解板，尺寸大小根据设备具体结构而定，板间距 5mm～40mm。
可调式供电电源设备102，用于通过给电解板101提供可变的电源电压， 以控制电解板101电解出来的铁离子或铝离子量。在本发明具体实施例中，该 可调式供电电源设备102提供5V～28V直流电压；具体地，可调式供电电源设 备102根据不同进水量和不同进水总磷的浓度，可有效调节电流，制定出不同 进水量和不同浓度的电解方案，在本发明具体实施例中，在一定范围内，电流 与总磷浓度和水量的关系可以表示为I＝a·Q进水量*C磷浓度，其中a为调节系数， 同时电流的大小主要由电压和电阻决定，可以表示为I＝U/R，其中R主要由电 解板材质、板间距、电解板大小等因素决定，也就是说，本发明针对不同的进 水总磷的浓度和水量，通过调节可调式供电电源设备102的电压达到调节电流 的目的，即控制电解板101电解出来的铁离子或铝离子量，达到既有效处理掉 水中的磷，又防止电解多余的铁离子或铝离子对好氧区硝化作用产生影响，同 时还起到降低能耗的目的。
时间控制器103，用于提供时间信号至电解板101，以通过可调式供电电 源设备102提供的电源电压定时自动改变所述电解板的正负极；本发明通过时 间控制器和可调式供电电源设备达到定时自动改变所述电解板正负极的目的， 具有耐表面钝化、腐蚀速度慢等优点，同时能够两块电解板一起电解完毕，方 便更换，且是单块板有效时间的两倍，延长了更换周期。
中间继电器104，用于将时间控制器102输出的时间信号以及可调式供电 电源设备102输出的电源信号传送至电解板101。
电压电流表105，用于实时采样电解板101的实时电压电流，方便实时调 节。
图3为本发明一种中小型污水处理设备的电解除磷方法的步骤流程图，图 4为本发明具体实施例之中小型污水处理设备的电解除磷过程示意图。如图3及 图4所示，本发明一种中小型污水处理设备的电解除磷方法，包括如下步骤：
步骤S1，将所述电解除磷设备的电解板设置于缺氧池(缺氧区)前，其进 水来源于曝气池或沉淀池回流液，所处理水质中氧含量高，不需单独曝气；所 处理水质中杂质少，利于提高电解除磷效率(处理水质中高含氧量将电解出的 Fe2+离子转化成Fe3+离子，与进水中的磷酸根迅速反应生成沉淀，同时消耗氧气， 为缺氧区营造良好的缺氧环境)。一般生活污水，进水总磷6mg/L以内，使用 该电解除磷方式能够有效稳定使出水低于0.5mg/L，去除率高，达到90％以上。
步骤S2，通过利用可调式供电电源设备给电解板提供电压以电解进水和系 统高含氧量的回流液。具体地，处理水质中高含氧量将电解出的Fe2+离子转化 成Fe3+离子，铁离子或铝离子通过多级折流的方式，与进水中的磷酸根迅速反 应生成沉淀并有效沉淀在化粪和缺氧区，不至于流到好氧区影响硝化反应，多 余的铁离子或铝离子与氢氧根生成絮凝物，与水中的电解质反应，通过压缩双 电子层、吸附电中和等原理破坏水中胶体的稳定程度，使可溶性胶体不稳并产 生沉淀一共沉淀去除，从而达到净水目的。进一步地，在一定范围内，电流与 总磷浓度和水量的关系可以表示为I＝a·Q进水量*C磷浓度，同时电流的大小主要由 电压和电阻决定，可以表示为I＝U/R，其中R主要由电解板材质、板间距、电 解板大小等因素决定，本发明针对不同的进水总磷的浓度和水量，调节可调式 供电电源设备的电压达到调节电流的目的，即控制电解出来的铁离子或铝离子 量，达到既有效处理掉水中的磷，又防止电解多余的铁离子或铝离子对好氧区 硝化作用产生影响，同时还起到降低能耗的作用，本发明通过可调式供电电源 设备调整电压电流和正负极自动调换的方式能够有效的节约能耗和延长维护周 期。
步骤S3，于缺氧区设置多级沉淀结构和专有填料，使磷酸铁和磷酸铝等物 质能有效沉降，电解设备产生的剩余铁离子或铝离子、氢氧化铁和氢氧化铝等 在缺氧区继续参与除磷反应，延长了反应时间并提高了除磷效率，使出水色度 也得到了改观。
图5a-图5f分别为本发明实施例中6组实验的电解除磷过程示意图。在本 发明实施例中，该中小型污水处理设备的电解除磷设备，包括可调式供电电源 设备、电极控制器、电压电流表、电解板和连接线，图5a-图5f分别表示为有无 电解除磷和三组不同位置的双铁电解除磷的实验和双铝、铝铁电解除磷实验对 比流程示意图，其中实验1组为对照组，实验设备未放置电解板。
实验2组的电解板置放位置为O3区(好氧区)，电解板大小为 100mm*200mm，板间距大小为5mm～40mm，电解板厚5mm，电压为5～28V， 电流值0.3A～5.0A，正负极交换周期为定期交换。
实验3组的电解板置放位置为化粪1区，电解板大小为100mm*200mm， 板间距大小为5mm～40mm，电解板厚5mm，电压为5～28V，电流值0.3A～5.0A 正负极交换周期为定期交换。
实验4组的电解板情况与实验3组基本一致，只是在A区未装有多级沉淀 结构和专有填料。
实验5组的电解板情况与实验3组基本一致，只是电解板用的是双铝电解 板，其中铝板厚5mm。
实验6组的电解板情况与实验3组基本一致，只是电解板用的是铝铁电解 板，其中铝板厚5mm，铁板厚5mm。
实验时间为2018年1月23日——2018年6月22日，数据对比如下表1 所示：
表1
| 项目(单位：mg/L) | COD | 氨氮 | TN | 总磷 | SS | 色度 | 有效时长(天) |
| 进水 | 367 | 40.1 | 47.0 | 5.6 | 未测 | ||
| 实验1组出水 | 34 | 3.3 | 15.6 | 3.9 | 13 | 26 | —— |
| 实验2组出水 | 55 | 6.8 | 16.3 | 0.86 | 16 | 56 | 146 |
| 实验3组出水 | 29 | 1.3 | 15.6 | 0.43 | 9 | 22 | 151 |
| 实验4组出水 | 40 | 2.3 | 17 | 0.72 | 15 | 37 | 149 |
| 实验5组出水 | 33 | 1.7 | 15.8 | 0.39 | 7 | 18 | 87 |
| 实验6组出水 | 41 | 1.4 | 16.2 | 0.41 | 7 | 21 | 98 |
上述数据为试验阶段所有数据的平均值。
从表1可看出，实验3组、实验5组和实验6组电解板置放位置为化粪1 区时，总磷出水分别为0.43、0.39和0.41，除磷效果相对较好，但同时考虑到 有效时长，认为实验3组的双铁电解板经济性最好。
综上所述，本发明一种中小型污水处理设备的电解除磷设备及方法通过将 双铁电解板或双铝电解板或铝/铁板放置在缺氧区前段，以解决阳极钝化和出水 呈红色的问题，由于电解的是曝气池或沉淀池的回流液，无需单独曝气，且本 发明通过正负极调换，降低电压和缺氧区投放专用填料手段实现了中小型污水 处理设备稳定除磷的目的，且对其他指标无不利影响。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。 任何本领域技术人员均可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行 修饰与改变。因此，本发明的权利保护范围，应如权利要求书所列。
Claims (10)
1.一种中小型污水处理设备的电解除磷设备，包括
电解板，为双铁电解板或双铝电解板或铝/铁板；
可调式供电电源设备，用于给所述电解板提供可变的电源电压，以控制所述电解板电解出来的铁离子或铝离子量；
时间控制器，用于提供时间信号至所述电解板，以通过所述可调式供电电源设备提供的电源电压定时自动改变所述电解板的正负极；
中间继电器，用于将所述时间控制器输出的时间信号以及可调式供电电源设备输出的电源信号传送至所述电解板；
电压电流表，用于实时采样所述电解板的实时电压电流。
2.如权利要求1所述的一种中小型污水处理设备的电解除磷设备，其特征在于：所述电解板包括形状大小一致的两块矩形铁板，板间距为5mm～40mm。
3.如权利要求1所述的一种中小型污水处理设备的电解除磷设备，其特征在于：所述可调式供电电源设备提供5V～28V直流电压。
4.如权利要求1所述的一种中小型污水处理设备的电解除磷设备，其特征在于：所述可调式供电电源设备针对不同进水量和不同进水总磷的浓度，有效调节电流，制定出不同进水量和不同浓度的电解方案，以控制所述电解板电解出来的铁离子或铝离子量，达到既有效处理掉水中的磷，又防止电解多余的铁离子或铝离子对好氧区硝化作用产生影响。
5.一种中小型污水处理设备的电解除磷方法，包括如下步骤：
步骤S1，将所述电解除磷设备的双铁电解板或双铝电解板或铝/铁板设置于缺氧区之前，其进水来源于曝气池或沉淀池回流液；
步骤S2，通过利用可调式供电电源设备给所述电解板提供电压以电解进水和系统高含氧量的回流液。
6.如权利要求5所述的一种中小型污水处理设备的电解除磷方法，其特征在于：于步骤S2中，所处理水质中高氧含氧量将电解出的Fe2+离子转化成Fe3+离子，铁离子或铝离子通过多级折流的方式，与进水中的磷酸根迅速反应生成沉淀有效沉淀在化粪和缺氧区。
7.如权利要求6所述的一种中小型污水处理设备的电解除磷方法，其特征在于：多余的铁离子或铝离子与氢氧根生成絮凝物，与水中的电解质反应，通过压缩双电子层、吸附电中和等原理破坏水中胶体的稳定程度，使可溶性胶体不稳并产生沉淀一共沉淀去除。
8.如权利要求7所述的一种中小型污水处理设备的电解除磷方法，其特征在于：于步骤S2中，所述可调式供电电源设备针对不同的进水总磷的浓度和水量，通过调整电压电流和正负极自动调换的方式控制电解出来的铁离子或铝离子量，达到既有效处理掉水中的磷，又防止电解多余的铁离子或铝离子对好氧区硝化作用产生影响。
9.如权利要求5所述的一种中小型污水处理设备的电解除磷方法，其特征在于，所述方法还包括：于缺氧区设置多级沉淀结构和专有填料，使磷酸铁或磷酸铝等物质能有效沉降，电解设备产生的剩余铁离子或铝离子、氢氧化铁和氢氧化铝在缺氧区继续参与除磷反应。
10.如权利要求5所述的一种中小型污水处理设备的电解除磷方法，其特征在于：所述双铁电解板或双铝电解板或铝/铁板包括形状大小一致的两块矩形铁板或铝板，板间距为5mm～40mm。
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