CN112358014B - 一种基于电场的絮凝处理工艺 - Google Patents

Abstract

本发明属于废水处理领域，其公开了一种基于电场的絮凝处理工艺，所述方法具体为：将含有有机物的污水从布水模块注入，水力负荷为2‑12立方米/平方米.小时，废水中的有机物在电场处至少部分被分解，并和废水中其他杂质形成絮凝物经过刮渣模块刮除，净水经过排水模块排出；所述电场发生模块的电流密度为20～30mA/㎡，直流，电压为20～30V，水流在电场发生模块的水力停留时间为5‑60s。该工艺能够持久的、有效的提高污水中有机物的去除效果。

Description

一种基于电场的絮凝处理工艺

技术领域

本发明涉及废水处理领域，特别是一种基于电场的絮凝处理工艺。

背景技术

专利号为CN201420831681.1的一项发明专利申请，公开了一种竖流式臭氧气浮设备，包括气浮罐、空压机、溶气罐和臭氧发生器，气浮罐竖直设置，气浮罐内底部安装有气浮分离室，空压机与溶气罐底部连通，溶气罐底部还通过溶气出水管连接有溶气释放器，臭氧发生器通过臭氧供气管道连接有臭氧释放器，溶气释放器和臭氧释放器均设置在气浮分离室内底部，气浮罐上设置有一端伸入气浮分离室内的进水管，溶气释放器和臭氧释放器均位于进水管的出水口下方，气浮罐下部安装有多孔集水管，多孔集水管与设置在气浮罐外的出水管连通，气浮罐上部设有排渣斗，气浮罐顶部安装有刮渣机构。

微纳米气泡进行气浮的方案可参考发明专利ZL201410623880.8，该发明微纳米气泡导入系统连接至曝气头，PAC投加系统、PAM投加系统连接源水提升系统，源水提升系统连接至布水头，提升桶及提升叶轮设置在絮凝-气浮区中部，提升叶轮连接电机；絮凝-气浮区下部进入布水区，经斜管区上部连接出水槽，下部连接浓缩区。该发明克服了高效沉淀工艺带来的机械絮凝效果较差、PAC药剂投加量多、额外投加PAM促凝剂和环境污染问题。该发明利用微纳米气泡可通过多相流泵的抽吸将空气吸入到泵内，并通过叶轮的高速切削产生，也可采用专门的微纳米气泡发生装置产生。微纳米气泡相对于传统的加压罐释放的气泡，具有气泡尺寸小、比表面积大、吸附效率高、在水中上升速度慢等特点。

一项发明专利ZL200810171459.2，公开了一种整体式纳米气泡发生装置，包括与构成为系统的组件整体形成的压力罐及可选择地适配系统的动力部，以扩大系统的使用范围。该装置包括整体式气泡发生部，其包含将进水管道中流动的水供应到气泡发生部和动力部中的任一个的三向电子阀，检测进水管中压力的压力检测部，供给外部空气到压力罐的第一真空室，控制三向电子阀的动力控制部，压力检测部和第一真空室及压力罐将水与内部预定压力下的空气混合并物理地喷散，以生成纳米气泡的水；动力部，其包含由电机操作的泵，第二真空室，其经过单向阀将外部空气与空气供应管道中流动的空气供应到泵中，及动力控制部，其控制单向阀和m阀第二真空室，其中整体式气泡发生部直接耦接到水龙头或淋浴头上。

上述方案仅仅是采用微米气泡或纳米气泡进行气浮操作。

一种利用电场进行污水处理的技术，申请号为201610472152.0，公开了一种基于高压纳秒脉冲电场技术的工业污水治理工艺，包括步骤一：初步处理：采用微滤膜技术结合混凝、吸附法对待处理污水进行初步处理，去除污水中的悬浮颗粒、纤维、细菌；步骤二：高压电脉冲场处理：将微滤后污水经雾化器雾化，雾化后的水雾处于多针板异形电极之间，在电极间施加高压电脉冲，产生高电压脉冲电场，使水雾中有机物质发生降解，实现污水净化。

我司在本设备开发过程中，试图将微纳米气泡和电场结合进行污水处理，可以发现，微纳米气泡和电场协同作用是可以起到加强去污的效果的，但是对于有机物含量较多的废水，其去除率并不满意，特别是运行一段时间后，去除效果明显降低。

本方案所要解决的问题是：1、如何提高污水中有机物的去除效果；2、如何持久的提高污水中有机物的去除效果。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于电场的絮凝处理工艺，该工艺能够持久的、有效的提高污水中有机物的去除效果。

本发明提供的技术方案为：一种基于电场的絮凝处理工艺，所述工艺通过絮凝处理设备进行处理，所述絮凝处理设备包括絮凝腔室、设置在絮凝腔室底部的排水模块、设置在絮凝腔室上部的布水模块、设置在排水模块上方的微纳米气泡发生模块、设置在布水模块下方的电场发生模块，以及设置在絮凝腔室顶部的刮渣模块，其中，所述微纳米气泡发生器的微纳米气泡为直径为100-500nm的气泡；所述电场发生模块距离布水模块的距离为5-40cm；

所述工艺具体为：将含有有机物的污水从布水模块注入，水力负荷为2-12立方米/平方米.小时，废水中的有机物在电场处至少部分被分解，并和废水中其他杂质形成絮凝物经过刮渣模块刮除，净水经过排水模块排出；

所述电场发生模块的电流密度为20～30mA/㎡，直流，电压为20～30V，水流在电场发生模块的水力停留时间为5-60s。

在上述的基于电场的絮凝处理工艺中，所述气泡为臭氧气泡；微纳米气泡发生模块和电场发生模块之间设有填料层，所述填料层内填充有臭氧催化剂

在上述的基于电场的絮凝处理工艺中，所述电场发生模块由多组正极板和负极板之间的间距为15-30cm，正极板和负极板的材质为碳板或铝板。

需要说明的是：正极板和负极板之间的间距过小导致间隙容易堵塞，安装不便。若正极板和负极板之间的间距过大，则能耗过大。

在上述的基于电场的絮凝处理工艺中，所述臭氧催化剂为以氧化铝或碳基为载体，搭载或不搭载活性成分的臭氧催化剂。

需要说明的是：本发明所使用的臭氧催化剂是本领域在售的任何臭氧催化剂，一般来说，根据废水类型的不同，选用不同的臭氧催化剂，比如江西慧骅科技有限公司所提供的陶基或氧化铝基的催化剂等。

在上述的基于电场的絮凝处理工艺中，所述填料层距离微纳米气泡发生模块之间的间距并不严格限制，在以电场的位置和微纳米气泡爆破位置的对应的工艺环境中，填料层的位置对于污水处理结果并无决定性的影响，该填料层仅扮演对于臭氧活化成为羟基自由基的基本功能。

在上述的基于电场的絮凝处理工艺中，所述布水模块包括若干根彼此独立或相互连通的布水管以及进水总管，所述布水管连接至进水总管；

所述布水管上设有若干朝向斜上方开孔的布水孔。

在上述的基于电场的絮凝处理工艺中，所述布水管距离液面的高度是5-10cm。

在上述的基于电场的絮凝处理工艺中，所述排水模块包括多根排水管，布置在絮凝腔室的底部，所述排水管的侧下方有条状的进水口。

在上述的基于电场的絮凝处理工艺中，还包括缓冲腔，所述缓冲腔与排水模块连通，所述缓冲腔通过管道和外界连通。

在上述的基于电场的絮凝处理工艺中，所述微纳米气泡发生器和布水模块的高度差为100-200cm。

在上述的基于电场的絮凝处理工艺中，所述微纳米气泡发生模块包括一个或多个设置在絮凝腔室底部的微纳米气泡发生器、溶气泵，所述溶气泵的进水端连接进水管，所述溶气泵的出水端连接出水管，所述溶气泵上连接有与泵体连通的注气管；所述出水管和微纳米气泡发生器之间设有溶气罐；所述注气管、溶气泵的进水端输入的气水体积比为6:94-30:70。

本发明在采用上述技术方案后，其具有的有益效果为：

本方案的方法将竖流式的污水处理方式、微纳米臭氧气泡、电场、臭氧催化处理结合，可以有效的、持久的提高污水中的有机物的处理效果，使有机物可以尽量多的分解并形成絮凝物去除。

附图说明

图1是本发明的实施例1的主视图；

图2是本发明的实施例1的右视图

图3是本发明的实施例1的布水模块的立体图；

图4是本发明的实施例1的排水管的立体图。

具体实施方式

下面结合具体实施方式，对本发明的技术方案作进一步的详细说明，但不构成对本发明的任何限制。

实施例1：

在产生本发明的方法前，先对絮凝处理设备进行详细分析。

参考图1-4，本实施例的絮凝处理设备包括絮凝腔室1、设置在絮凝腔室1底部的排水模块2、设置在絮凝腔室1上部的布水模块3、设置在排水模块2上方的微纳米气泡发生模块4、设置在布水模块3下方的电场发生模块5、设置在微纳米气泡发生模块4和电场发生模块5之间的填料层6，以及设置在絮凝腔室1顶部的刮渣模块7，通过上述描述可以得知，本实施例的絮凝腔室1为由上而下的布置方式布置，水流从布水模块3到最下方的排水模块2流动，气泡从下部的微纳米气泡发生模块4至顶部流动，气液在填料层6、电场发生模块5位置交汇，是典型的竖流式的污水处理设备。

其中，所述微纳米气泡发生器41的微纳米气泡为直径为100-500nm的臭氧气泡；本实施例所述100-500nm的臭氧气泡是指气泡的大部分直径分布在该直径范围内，由于微纳米气泡发生器41的不同，不排除少量的气泡不在该范围内。

所述电场发生模块5距离布水模块3的距离为5-40cm；电场发生模块5和布水模块3的距离是比较重要的，因为微纳米气泡至少部分在电场发生模块5位置爆破。

根据实测，本发明的所述的直径的微纳米气泡在5-40cm(距离布水模块)的深度范围内，深度越深，其爆破量越少。

所述填料层6内填充有臭氧催化剂。

微纳米气泡在电场处发生爆破可以产生以下作用：

作用一：清理电场极板表面，微纳米气泡爆破产生高能量，电极板在工作过程中，会积聚大量污染物，如果不清理，后续电场效能作用会迅速降低，因此，微纳米气泡在此处爆破可以有效的保持电极板的工作有效性。

以铝为代表性的电极板为例，电极板的表面特别是在臭氧的作用下，会形成坚固的氧化铝、氢氧化铝的氧化层和氢气析出形成的析氢现象，本发明采用微纳米气泡能够持续性的将这些氧化层破坏，防止极板出现析氢现象，保持极板的活性。

以不锈钢为代表的电极板也有同样效果。

作用二：电场和微纳米气泡的爆破能量的综合作用，可促进有机物的化学键断裂和金属离子的氧化，形成小分子的有机物、无机物、金属氧化物，使水体中的有机物、金属离子的含量降低。

作用三：微纳米气泡爆破可使污染物产生絮凝倾向，电场可使微纳米气泡所含电荷显著增加，当微纳米气泡在电场处爆破后会形成带电的更为微小的气泡吸附子污染物表面，加速污染物的絮凝作用。

需要说明的是，在部分工艺中，臭氧气泡和填料层6并不是必要的。

一般来说，污水中金属离子、P的含量较少或不含的情况下，就无需臭氧处理，采用空气气泡即可。当然，即使是空气，其也会在爆破过程中产生臭氧。

填料层6的作用在于：催化臭氧转化成为羟基自由基，使污水中金属离子、P被氧化，形成絮凝物。

额外的说明：在很多时候，如果我们要电絮凝含苯酚等难于处理的废水时需要采用Pt电极等，在含有填料层6的情况下，电场的极板的选择就会变得更为宽松，如铝、铁。

所以通过上述的分析可以知道，通过本发明的方案的处理，可以保证本设备的持久有效性、有机物处理的有效性。

所述工艺具体为：将含有有机物的污水从布水模块3注入，水力负荷为2-12立方米/平方米.小时，废水中的有机物在电场处至少部分被分解，并和废水中其他杂质形成絮凝物经过刮渣模块7刮除，净水经过排水模块2排出；

所述电场发生模块5的电流密度为20～30mA/㎡，直流，电压为20～30V，水流在电场发生模块5的水力停留时间为5-60s。

作为进一步优选的方案，水力负荷为4-10立方米/平方米.小时；电场发生模块5的电流密度为22～27mA/㎡，直流，电压为22～27V，水流在电场发生模块5的水力停留时间为20-40s；

作为进一步优选的方案，水力负荷为5-8立方米/平方米.小时；电场发生模块5的电流密度为24～26mA/㎡，直流，电压为24～26V，水流在电场发生模块5的水力停留时间为25-35s。

经过试验证实，上述的范围的选择都是有效的，区别在于，不同的范围的选择，其增效程度不一。但是不管怎么选择，其比传统的技术方案都要明显的优异。

本实施例中，所述电场发生模块5由多组正极板和负极板之间的间距为15-30cm，在本实施例中，其为20cm，正极板和负极板的材质为碳板。所述臭氧催化剂为江西慧骅科技有限公司所提供的氧化铝基的催化剂。所述填料层6距离微纳米气泡发生模块4之间的间距并不严格限制。

本实施例中，所述微纳米气泡发生模块4包括一个或多个设置在絮凝腔室1底部的微纳米气泡发生器41、溶气泵42，所述溶气泵42的进水端连接进水管，所述溶气泵42的出水端连接出水管，所述溶气泵42上连接有与泵体连通的用于注入臭氧的注气管43；所述出水管和微纳米气泡发生器41之间设有溶气罐44；所述注气管43、溶气泵42的进水端输入的气水体积比为6:94-30:70，优选为10:90-20:80，在本实施例中为10:90。

所述布水模块3包括若干根彼此独立或相互连通的布水管31以及进水总管32，所述布水管31连接至进水总管32；所述布水管31上设有若干朝向斜上方开孔的布水孔33。

相比于传统的工艺中的布水大多采用喷淋的方式，本发明的布水管31位于絮凝腔室1的液面以下，并且采用斜上方的射流，其优势在于：斜上方的射流相比斜下方向的射流或竖直向下的射流，其对于上浮的微纳米气泡的流动影响小，该射流斜向上喷射，可使待处理水在水体中以抛物线的形式进行均匀分散，避免对在电场处微纳米气泡的扰动。

同时，由于抛物线的水流分布在水体的过程中会均匀分布在设定的液体层，微纳米气泡在上行时会充分的和液体层接触，对液体层产生进一步分割的作用，以提高流体中污染物和微纳米气泡的接触充分性和均匀性。

更为优选地，所述布水管31距离液面的高度是5-10cm。参考上述解释，布水管31是位于液面以下的，其液面高度优选通过一定的控制来达到最好的效果，首先布水管31的深度不宜过深，深度过深的话，微纳米气泡会越过电场发生模块5、布水管31爆炸，对有机物絮凝不利；而实际上微纳米气泡爆炸位置应当在靠近布水管31的下方位置。

布水管31深度不宜过浅，过浅的话一方面水流会冲到泡沫层，扰动泡沫层，使絮凝泡沫被重新带入水体，不利于污水絮凝气浮，同时，过浅的布水管31距离微纳米气泡爆破距离过大，在气泡爆破位置产生的絮凝体和布水管31输出的污水进行交互，对絮凝体泡沫的上浮、泡沫和水的分离不利。

在本实施例中，所述布水孔33的直径是3-10mm。布水孔33的直径的选择主要考虑防止絮凝物堵塞。

所述排水模块2包括多根排水管21，布置在絮凝腔室1的底部，所述排水管21的侧下方有条状的进水口22，排水模块2下方是位于絮凝腔室1底部的排渣管8。此外，还包括与絮凝腔室1的顶部平齐的缓冲腔9，所述缓冲腔9与排水模块2连通，所述缓冲腔9通过管道和外界连通。这里所说的外界一般是指下一工序。

优选地，所述微纳米气泡发生器41和布水模块3的高度差为100-200cm，优选为120-180cm，更优选为140-160cm。一般来说，高度差应当尽可能大，但是不建议无限大，无限大会增大成本，但是不能过小，如果过小，气泡和污染物接触距离过短，一般来说不建议小过1m。

应用测试1

采用实施例1的设备和工艺，各工艺和设备参数如下：

微纳米气泡直径为100-500nm，气泡为臭氧；

微纳米气泡发生器和布水模块的高度差150cm；

电场发生模块距离布水模块的距离为20cm；

布水模块距离液面高度为7cm；

填料层距离微纳米气泡发生模块之间的间距90cm。

填料层的厚度为15cm；催化剂为：三氧化二铝基催化剂；

水力负荷为5±0.5立方米/平方米.小时；

电场发生模块的规格为：电流密度为25mA/㎡，直流，电压为25V，水流在电场发生模块的水力停留时间为6±1s；

正极板和负极板的间距为20mm。

性能测试2

采用实施例1的设备和工艺，各工艺和设备参数如下：

微纳米气泡直径为100-500nm，气泡为臭氧；

微纳米气泡发生器和布水模块的高度差100cm；

电场发生模块距离布水模块的距离为10cm；

布水模块距离液面高度为5cm；

填料层距离微纳米气泡发生模块之间的间距70cm。

填料层的厚度为12cm；催化剂为：三氧化二铝基催化剂；

水力负荷为5±0.5立方米/平方米.小时；

电场发生模块的规格为：电流密度为20mA/㎡，直流，电压为30V，水流在电场发生模块的水力停留时间为3s±1s；

正极板和负极板的间距为15mm。

性能测试3

采用实施例1的设备和工艺，各工艺和设备参数如下：

微纳米气泡直径为100-500nm，气泡为臭氧；

微纳米气泡发生器和布水模块的高度差200cm；

电场发生模块距离布水模块的距离为40cm；

布水模块距离液面高度为10cm；

填料层距离微纳米气泡发生模块之间的间距110cm。

填料层的厚度为10cm；催化剂为：三氧化二铝基催化剂；

水力负荷为5±0.5立方米/平方米.小时；

电场发生模块的规格为：电流密度为30mA/㎡，直流，电压为20V，水流在电场发生模块的水力停留时间为8s±1s。

正极板和负极板的间距为25mm。

对比例测试1：

同性能测试1，不同之处在于，无电场发生模块。

对比例测试2：

同性能测试1，不同之处在于，无填料层。

对比例测试3：

同性能测试1，不同之处在于，电场发生模块距离布水模块的距离为60cm。

性能测试

1、污水源：金属表面喷涂处理陶化工艺生产线污水，气泡为臭氧；

除对比测试2之外，其余均有填料层。

表1

2、污水源：金属表面喷涂处理磷化工艺生产线污水，气泡为臭氧；

除对比测试2之外，其余均有填料层。

表2

本污水处理电絮凝装置，采用微纳米气泡作为曝气气源，将电絮凝技术与微纳米气泡技术有机结合，形成微纳米气泡耦合电气浮，微纳米溶气气泡在上升过程中具有自身增压的特性，并在电场的作用下，在极板区域产生微爆破，有效的消除附着于极板表面的氧化膜以及析氢现象，从而有效的防止极板出现钝化，使电絮凝始终持续高效的絮凝效率，降低能耗，同时，微纳米溶气气泡形成微纳米气浮，将絮凝的悬浮物向上托起，有效解决了因悬浮物胶体附着在极板表面造成极板堵塞的问题。

根据污染物浓度的不同，形成微纳米气泡的气体可以是空气，也可以是臭氧和等离子体(低温等离子气体)，当采用臭氧时，在极板区域电场的作用下，具有极大比表面积的臭氧微纳米气泡被迅速催化转化为大量的羟基自由基，并伴随微纳米气泡微爆破，羟基自由基在爆破冲击波的作用下快速扩散，并与污染物形成强烈的氧化接触，从而对污染物进行氧化降解。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其它的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种基于电场的絮凝处理工艺，其特征在于，所述工艺通过絮凝处理设备进行处理，所述絮凝处理设备包括絮凝腔室、设置在絮凝腔室底部的排水模块、设置在絮凝腔室上部的布水模块、设置在排水模块上方的微纳米气泡发生模块、设置在布水模块下方的电场发生模块，以及设置在絮凝腔室顶部的刮渣模块，其中，所述微纳米气泡发生模块的微纳米气泡为直径为100-500nm的气泡；所述电场发生模块距离布水模块的距离为5-40cm；微纳米气泡至少部分在电场发生模块位置爆破；

所述工艺具体为：将含有有机物的污水从布水模块注入，水力负荷为2-12立方米/（平方米·小时），废水中的有机物在电场处至少部分被分解，并和废水中其他杂质形成絮凝物经过刮渣模块刮除，净水经过排水模块排出；

所述电场发生模块的电流密度为20~30mA/㎡，直流，电压为20~30V，水流在电场发生模块的水力停留时间为5-60s；

所述气泡为臭氧气泡；微纳米气泡发生模块和电场发生模块之间设有填料层，所述填料层内填充有臭氧催化剂。

2.根据权利要求1所述的基于电场的絮凝处理工艺，其特征在于，所述电场发生模块由多组正极板和负极板组成，所述正极板和负极板之间的间距为15-30mm，正极板和负极板的材质为碳板或铝板。

3.根据权利要求1所述的基于电场的絮凝处理工艺，其特征在于，所述臭氧催化剂为以氧化铝或碳基为载体，搭载或不搭载活性成分的臭氧催化剂。

4.根据权利要求1所述的基于电场的絮凝处理工艺，其特征在于，所述布水模块包括若干根彼此独立或相互连通的布水管以及进水总管，所述布水管连接至进水总管；

所述布水管上设有若干朝向斜上方开孔的布水孔；

所述布水管距离液面的高度是5-10cm。

5.根据权利要求1所述的基于电场的絮凝处理工艺，其特征在于，所述排水模块包括多根排水管，布置在絮凝腔室的底部，所述排水管的侧下方有条状的进水口。

6.根据权利要求1所述的基于电场的絮凝处理工艺，其特征在于，还包括缓冲腔，所述缓冲腔与排水模块连通，所述缓冲腔通过管道和外界连通。

7.根据权利要求1所述的基于电场的絮凝处理工艺，其特征在于，所述微纳米气泡发生模块包括一个或多个设置在絮凝腔室底部的微纳米气泡发生器、溶气泵，所述溶气泵的进水端连接进水管，所述溶气泵的出水端连接出水管，所述溶气泵上连接有与泵体连通的注气管；所述出水管和微纳米气泡发生器之间设有溶气罐；所述注气管、溶气泵的进水端输入的气水体积比为6:94-30:70。

8.根据权利要求7所述的基于电场的絮凝处理工艺，其特征在于，所述微纳米气泡发生器和布水模块的高度差为100-200cm。

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