CN214218436U - 一种平流式两级电解除磷装置 - Google Patents

Abstract

本申请涉及环境工程水处理领域，公开了一种平流式两级电解除磷装置，包括处理池以及分别设置于处理池两端的进水口和排水口，所述极板材质为铝或铁，所述极板竖直设置在处理池内并与水在处理池内的流动方向平行；所述处理池内设有相互连通的高浓度结合区和低浓度结合区，污水依次经过高浓度结合区和低浓度结合区后排出处理池，所述高浓度结合区包括高浓度电解池、缓冲池和预沉淀池，所述缓冲池截面面积向靠近预沉淀池一端增大，且末端截面积是前端截面积的1.5‑3倍。本申请利用高浓度结合区与低浓度结合区协同作用，实现了对污水中总磷的两级处理，提高了极板的利用率并改善除磷效果。

Description

一种平流式两级电解除磷装置

技术领域

本申请属于环境工程水处理领域，具体涉及一种平流式两级电解除磷装置。

背景技术

随着社会的发展，国家对农村生活污水越来越重视，而农村生活污水总磷含量高，这成为了治理过程中面临的难题。目前城镇生活污水中TP的处理主要采用生物除磷或生物除磷辅以化学除磷的方式；由于农村生活污水量小，TP含量高，运行管理人员专业素质较弱，因此便于管理的电化学除磷技术开始广泛应用到农村生活污水处理中。

电化学除磷技术采用铝板或者铁板作为极板，在外接电源的情况下，阳极失去电子被氧化成相应的金属阳离子，金属阳离子在水中与PO₄ ^3-等磷酸根结合生成难溶的沉淀；同时金属阳离子(Al³⁺或者Fe³⁺)还是良好的混凝药剂，进一步加强了沉淀效果。然而电化学除磷技术在应用过程中还存在诸多缺陷和问题。

申请人检索到申请号202010301140.8的中国专利公开了一种电化学同步脱氮除磷系统，一级电解采用镁合金为阳极，废水中的NH⁴⁺、PO₄ ^3-与Mg²⁺离子形成磷酸铵镁沉淀，二级电解采用铁板作为阳极，Fe³⁺在水中与PO₄ ^3-等磷酸根结合生成难溶的沉淀，同时起到混凝的作用。该系统单独设置了沉淀区，并配有排泥管，然而该系统一级电解产生的磷酸铵镁沉淀物颗粒细小，沉淀效果差，尽管二级电解产生的Fe³⁺可以起到混凝左右，但是由于极板在电解过程中会产生细小的气泡，因此该系统很难实现泥水分离。申请号201911366595.1的中国专利公开了一种双管式电解除磷装置，污水经过电解除磷后通过沉淀管实现泥水分离，同时处理后的水经过过滤芯进一步去除SS。该设备实现了泥水分离，但是在运行过程中由于沉淀管为竖向设置，在进水量大的时候，很容易将原有沉淀物冲击起来，导致滤芯堵塞，进而导致设备内部压力增大而破裂。

综上所述，目前常规的电化学除磷设备沉淀性能都较差，采用滤芯过滤的方式又存在滤芯堵塞的问题。且电化学除磷还存在阳极金属离子的析出难以定量的问题，为保证除磷效果，大多在运行时通过提高电流电压，将阳极金属离子的析出量保持在过量状态，无疑又增大了极板的损耗。

实用新型内容

为了解决现有技术存在的电电化学除磷设备沉淀性能差、极板损耗大等问题，本申请提供一种平流式两级电解除磷装置。

为了达到上述目的，本申请所采用的技术方案为：

一种平流式两级电解除磷装置，利用通电的极板释放与污水中磷酸根离子结合的阳离子生成沉淀，包括处理池以及分别设置于处理池两端的进水口和排水口，所述极板材质为铝或铁，所述极板竖直设置在处理池内并与水在处理池内的流动方向平行；所述处理池内设有相互连通的高浓度结合区和低浓度结合区，污水依次经过高浓度结合区和低浓度结合区后排出处理池，所述高浓度结合区包括高浓度电解池、缓冲池和预沉淀池，所述缓冲池截面面积向靠近预沉淀池一端增大，且末端截面积是前端截面积的1.5-3倍。

本方案利用电化学处理技术来除磷，即利用通电的极板释放金属阳离子使之与污水中的磷酸根离子等结合生成沉淀物来去除污水中的磷。极板在处理池内的设置方式使得污水中的颗粒物在极板中间位置和靠近阳极极板的位置呈平流沉淀状态，即水流做水平运动，颗粒物在重力作用下，向底部沉淀，既避免了极板的设置阻挡水流，又避免了颗粒物沉积在极板上影响极板析出阳离子。同时，本申请通过设置高浓度结合区和低浓度结合区分别释放不同浓度的金属阳离子，污水首先以较高的速度进入高浓度结合区，与金属阳离子结合生成沉淀物，同时高速流动的水及时将沉淀物冲刷带走，避免沉淀物在极板的附着。然后，去除大部分磷的污水进入低浓度结合区后，水中剩余的磷在该区域进一步与低浓度的金属阳离子结合，从而两个区域结合充分去除污水中的磷。高浓度结合区和低浓度结合区的协同工作使处理池中极板一次通电完成污水的除磷工作，且在有效去除污水中大部分磷的同时保持较高的处理效率。

值得说明的是，缓冲池的设置为污水从高浓度结合区运动到低浓度结合区提供了过渡条件，由于污水在经过缓冲区时，缓冲区的截面面积逐渐增大，因此，污水的流速逐渐减小，使得污水在低浓度结合区中保持较低的流速，从而污水中的含磷阴离子能与金属阳离子充分结合。此外，由于水流在高浓度电解池中快速通过，存在仅仅将电解析出的金属阳离子带走而来不及与之结合生成沉淀的情况，因此，在缓冲池和预沉淀池中水流速度减缓，反应空间变大，污水中的磷酸根离子等具有了充分的时间和空间条件与金属阳离子结合，提高了高浓度结合区的除磷效果。

此外，由于缓冲池的设置使污水在低浓度结合区的流速较慢，水力停留时间较高浓度电解池更长，因此，污水在低浓度结合区内有充分的时间发生电化学脱氮反应，可以去除污水中部分氨氮和总氮，降低了后续生化处理过程中的脱氮负荷。

值得说明的是，在电解过程中，往往出现极板析出离子时容易形成气泡，造成后续泥水分离困难的情况。本申请中高浓度电解池的离子释放量高，虽然产生了较多的气泡，但是水的流速快且高浓度电解池并不是主要的沉淀区域，在高浓度电解池中形成的大量气泡对本申请没有影响。

进一步的，所述低浓度结合区包括低浓度电解池和反应沉淀池，所述低浓度电解池与反应沉淀池的容积比为1:1-1:2。

在低浓度电解池内，同样发生的是金属阳离子与水中剩余磷酸根离子相结合生成沉淀的反应，此外，从预沉淀池中出水携带的少量颗粒物能与新生成的沉淀物重新碰撞，形成较大的矾花和胶体聚合物，能进一步提高沉淀效果。反应沉淀池的设置同样为污水与阳离子结合提供了更多的时间和更大的空间条件。

进一步的，所述低浓度电解池与反应沉淀池之间设有位于处理池上端的水力挡板。水力挡板能阻挡一部分低浓度电解池中的阳离子，使之在污水中反射、碰撞，实现了沉淀物的均匀混合，避免额外增加曝气或搅拌装置。

进一步的，所述反应沉淀池内在排水口前设有浮渣挡板。现有技术中降低离子浓度主要是依靠增大极板间距或降低极板电压的手段，无论哪一种手段都使得低浓度电解池中的气泡量明显减少，而极板析出阳离子过程中不可避免的会产生气泡，气泡吸附沉淀物形成水面的浮渣，浮渣挡板的设置能保证排水口排出液体的清澈度。

进一步的，所述排水口处设有溢流堰板和溢流槽。溢流能减少排水造成的对反应沉淀池中水流的扰动。

进一步的，所述预沉淀池、低浓度电解池和反应沉淀池底部均设有锥形的集污斗，所述集污斗底部设有排污口。预沉淀池、低浓度电解池和反应沉淀池是产生沉淀的主要区域，底部设置为锥形，有利于沉淀物集中堆积在池底形成污泥，并利用排污口就能集中排出污泥。

进一步的，所述第一极板的极板间距为15-30mm，所述第一电源提供电压为1-30V；污水在高浓度释放区内流速为1.0-2.0m/s。

进一步的，所述第二电极装置包括第二极板组件与为第二极板组件供电的第二电源，所述第二极板组件的极板间距为100-300mm，所述第一电源提供电压为1-10V；水在低浓度释放区内流速为0.1-0.2m/s。

进一步的，所述预沉淀池的表面水力负荷为2.5-3.5m³/(m²·h)，所述反应沉淀池的表面水力负荷为1.0-2.5m³/(m²·h)。表面水力负荷是指单位沉淀池表面积在单位时间内所能处理的水量。

本申请的有益效果是：

(1)本申请利用高浓度结合区与低浓度结合区协同作用，实现了对污水中总磷的两级处理，提高了极板的利用率并改善除磷效果。

(2)污水以较高的速度经过高浓度电解池，较低的速度经过低浓度电解池，水的流速与两个电解池中极板的溶解速率相适应，不仅有利于极板的利用率，还可以根据污水中总磷浓度选择性的开闭高浓度电解池和低浓度电解池中的电解装置，提高本申请的兼容性。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本申请的俯视结构示意图；

图2是图1中沿符号A-A剖切的截面示意图。

图中：1-进水口；2-高浓度电解池；3-缓冲池；4-预沉淀池；5-低浓度电解池；6-反应沉淀池；7-溢流槽；8-排水口；9-溢流堰板；10-浮渣挡板；11-水力挡板；12-第二电源；13-第一电源；14-第一极板；15-第二极板；16-集污斗；17-排污口。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本申请的描述中，需要说明的是，若出现术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该申请产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。此外，本申请的描述中若出现术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

此外，本申请的描述中若出现术语“水平”、“竖直”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。

在本申请的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，若出现术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

实施例1：

如图1-2所示的一种平流式两级电解除磷装置，利用通电的极板释放与污水中磷酸根离子结合的阳离子生成沉淀，包括处理池以及分别设置于处理池两端的进水口1和排水口8，所述极板材质为铝或铁，所述极板竖直设置在处理池内并与水在处理池内的流动方向平行；所述处理池内设有相互连通的高浓度结合区和低浓度结合区，污水依次经过高浓度结合区和低浓度结合区后排出处理池，所述高浓度结合区包括高浓度电解池2、缓冲池3和预沉淀池4，所述缓冲池3截面面积向靠近预沉淀池4一端增大，且末端截面积是前端截面积的1.5-3倍。所述低浓度结合区包括低浓度电解池5和反应沉淀池6，所述低浓度电解池5与反应沉淀池6的容积比为1:1-1:2。

工作原理如下：

污水从进水口1以较快的流速进入处理池中，首先在高浓度电解池2中遇到大量的金属阳离子，少部分磷酸根离子等能在污水快速流动过程中与金属阳离子结合生成沉淀物，大部分则在污水进入缓冲池3后由于水流速度变化与金属阳离子充分接触结合，并在流动过程中进入预沉淀池4，在预沉淀池4中磷酸根离子等与金属阳离子进一步充分接触并向下沉淀，堆积在池底。然后，去除大部分磷酸根离子后的污水进入低浓度电解池5，并在其中产生剩余磷酸根离子进一步与极板析出的金属阳离子结合的反应，同时，流动的污水将未来得及参与反应的金属阳离子携带到反应沉淀池6中，由反应沉淀池6为沉淀反应提供更多时间和更大的空间条件，使得污水中的磷被充分分离。此外，污水中在高浓度结合区形成的沉淀物会不可避免的有一部分进入低浓度结合区中，并在其中絮凝后续生成的沉淀物，提高沉淀效率，改善泥水分离效果。

值得说明的是，极板竖直设置在处理池内并与水在处理池内的流动方向平行如图1和图2所示，这种设置方法使水流做水平运动，颗粒物在重力作用下，向底部沉淀，形成污水在处理池内的平流沉淀状态，既避免了极板的设置阻挡水流，又避免了颗粒物沉积在极板上影响极板析出阳离子。

缓冲池3截面面积的变化使污水在进入缓冲池3后，由于容器的体积增大而流速减缓，而缓冲池3的前端和末端是按照水流方向而定，即靠近高浓度电解池2的一段为前端，靠近预沉淀池4的一段为末端。末端截面积不小于前端截面积的1.5倍，使缓冲池3的容积变化能引起流速的明显减慢，当末端截面积小于前端截面积的1.5倍时，污水流速减小不多，因此，需要延长污水在处理池中的水力停留时间来提高除磷效果，总污水处理效率低；而当末端截面积大于前端截面积的3倍时，会导致污水流速过慢而扰动较小，难以充分与低浓度电解池5析出的金属阳离子接触，造成除磷不完全和金属阳离子的利用不完全。

值得说明的是，污水在预沉淀池4中完成大部分磷酸根离子与金属阳离子结合生成固体的反应，固态悬浮物在预沉淀池中大量沉淀，由于与低浓度电解池之间的通道位于顶部，上层污水携带少量呈固态悬浮状态的生成物以溢流的方式进入低浓度电解池5，避免沉淀物过多降低污水在低浓度电解池中与阳离子的结合。同时，这种简单的溢流方式使得进入低浓度电解池的污水中依然含有部分未沉淀的固体悬浮物，能提高阳离子低浓度释放区粒子的碰撞几率，更加有利于后续阶段的混凝效果。

实施例2：

本实施例在实施例2的基础上，进行了进一步的优化与限定。

所述低浓度电解池5与反应沉淀池6之间设有位于处理池上端的水力挡板11。如图2所示，水力挡板11作为低浓度电解池5和反应沉淀池6的分界线，位于处理池的上部且高度小于极板的高度，即避免影响污水进入反应沉淀池6的通道，又能发挥反射部分未反应阳离子的作用，使得金属阳离子在低浓度电解池5中与污水中的磷酸根离子充分接触。

所述反应沉淀池6内在排水口8前设有浮渣挡板10。极板析出阳离子过程中不可避免的会产生气泡，气泡吸附沉淀物形成水面的浮渣，浮渣挡板10的设置能保证排水口8排出液体的清澈度。因此，结合浮渣挡板10的作用和浮渣的厚度，如图2所示，浮渣挡板10高度较小，一部分沉没于水面下，水面上伸出一部分。

实施例3：

本实施例在实施例1或2的基础上，对排水方式进行了进一步的优化。

如图2所示，所述排水口8处设有溢流堰板9和溢流槽7。排水时，当处理池的水面高度高于溢流堰板9时，溢出到溢流槽7中，再通过与溢流槽7连通的排水管排出处理池。

实施例4：

本实施例在上述任一项实施例的基础上，对处理池底部进行了进一步的优化。

如图2所示，所述预沉淀池4、低浓度电解池5和反应沉淀池6底部均设有锥形的集污斗16，所述集污斗16底部设有排污口17。结合上述对处理池中各个区域的功能以及污水在各个区域中产生的反应，如图1所示，高浓度电解池2中主要为极板，且水流快速通过将金属阳离子冲刷带走，缓冲池3中水流速度依旧较快，且大量的金属阳离子在缓冲池3中主要进行均匀分布和与磷酸根离子结合的反应，而固态悬浮物向下沉淀主要发生在预沉淀池4之后，因此，预沉淀池4、低浓度电解池5和反应沉淀池6为主要产生沉淀物的区域，将集污斗16设置在上述三个区域的下方。

实施例5：

本实施例在上述实施例的基础上，提供高浓度电解池2和低浓度电解池5内电解装置的具体设置参数。

所述高浓度电解池2内的极板间距为15-30mm，极板电压为1-30V；污水在高浓度释放区内流速为1.0-2.0m/s。所述低浓度电解池5内的极板间距为100-300mm，极板电压为1-10V；水在低浓度释放区内流速为0.1-0.2m/s。

如图2所示，设高浓度电解池2中设置第一电解装置，第一电解装置包括第一极板14和为第一极板14供电的第一电源13，极板间距15-30mm是指相邻的每个第一极板14之间间距为15-30mm，1-30V的极板电压是指第一电源13为第一极板14提供1-30V的电压。设低浓度电解池5中设置第二电解装置，第二电解装置包括第二极板15和为第二极板15供电的第二电源12，相邻第二极板15之间的间距为100-300mm，第二电源12为第二极板15提供1-15V的电压。

优选的，所述预沉淀池4的表面水力负荷为2.5-3.5m³/(m²·h)，所述反应沉淀池6的表面水力负荷为1.0-2.5m³/(m²·h)。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种平流式两级电解除磷装置，利用通电的极板释放与污水中磷酸根离子结合的阳离子生成沉淀，包括处理池以及分别设置于处理池两端的进水口(1)和排水口(8)，所述极板材质为铝或铁，其特征在于：所述极板竖直设置在处理池内并与水在处理池内的流动方向平行；

所述处理池内设有相互连通的高浓度结合区和低浓度结合区，污水依次经过高浓度结合区和低浓度结合区后排出处理池，所述高浓度结合区包括高浓度电解池(2)、缓冲池(3)和预沉淀池(4)，所述缓冲池(3)截面面积向靠近预沉淀池(4)一端增大，且末端截面积是前端截面积的1.5-3倍。

2.根据权利要求1所述的一种平流式两级电解除磷装置，其特征在于：所述低浓度结合区包括低浓度电解池(5)和反应沉淀池(6)，所述低浓度电解池(5)与反应沉淀池(6)的容积比为1:1-1:2。

3.根据权利要求2所述的一种平流式两级电解除磷装置，其特征在于：所述低浓度电解池(5)与反应沉淀池(6)之间设有位于处理池上端的水力挡板(11)。

4.根据权利要求3所述的一种平流式两级电解除磷装置，其特征在于：所述反应沉淀池(6)内在排水口(8)前设有浮渣挡板(10)。

5.根据权利要求1-4任一项所述的一种平流式两级电解除磷装置，其特征在于：所述排水口(8)处设有溢流堰板(9)和溢流槽(7)。

6.根据权利要求2所述的一种平流式两级电解除磷装置，其特征在于：所述预沉淀池(4)、低浓度电解池(5)和反应沉淀池(6)底部均设有锥形的集污斗(16)，所述集污斗(16)底部设有排污口(17)。

7.根据权利要求2所述的一种平流式两级电解除磷装置，其特征在于：所述高浓度电解池(2)内的极板间距为15-30mm，极板电压为1-30V；污水在高浓度释放区内流速为1.0-2.0m/s。

8.根据权利要求7所述的一种平流式两级电解除磷装置，其特征在于：所述低浓度电解池(5)内的极板间距为100-300mm，极板电压为1-10V；水在低浓度释放区内流速为0.1-0.2m/s。

9.根据权利要求8所述的一种平流式两级电解除磷装置，其特征在于：所述预沉淀池(4)的表面水力负荷为2.5-3.5m³/(m²·h)，所述反应沉淀池(6)的表面水力负荷为1.0-2.5m³/(m²·h)。

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