CN217677143U - 一种电动导排孔隙水氮磷双阳极协同回收装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种电动导排孔隙水氮磷双阳极协同回收装置，包括依次连接的前处理池、锥形双阳极电解池和检查池，前处理池通过两个进水口分别与电动修复阳极导排孔隙水收集装置和电动修复阴极导排孔隙水收集装置相连；锥形双阳极电解池上部为由三个由外向内依次设置铝阳极电极板、惰性阴极电极板和镁铝合金阳极电极板；前处理池对电动导排孔隙水进行调酸调质，锥形双阳极电解池对电动导排孔隙水进行颗粒态的絮凝分离及溶解态氮磷结晶协同回收，检查池对水质进行检测，通过反馈控制污水回流比和调节直流电源电压，实现导排孔隙水的净化。本实用新型实现了对电动导排孔隙水中颗粒态、溶解态污染物的分类去除及氮磷资源的协同回收。

Description

一种电动导排孔隙水氮磷双阳极协同回收装置

技术领域

本实用新型涉及水资源保护与水环境治理领域，具体是一种电动导排孔隙水氮磷双阳极协同回收装置。

背景技术

电动修复是近年来逐渐兴起的针对沉积物的原位修复技术，通过施加电场使污染物发生电迁移、电渗等过程，将污染物聚集至电极两端然后进行去除。

公开号为CN207671889U的专利公开了一种基于孔隙水导排的河湖污染底泥原位减量除污装置，通过对底泥施加低压直流电场，在重力场的共同作用下，使污染物随孔隙水迁移，并收集导排出的孔隙水。电动导排孔隙水有如下几个特点：(1)离子组成复杂，不仅包含铵根离子、磷酸根离子，还有少量重金属离子等；(2)导排出的孔隙水中溶解态氮磷浓度高且两极导排孔隙水pH相差较大，阳极导排出的孔隙水呈酸性，pH值小于5，总磷浓度为20-30mg/L，总氮浓度为16-24mg/L，阴极导排出的孔隙水呈碱性，pH值大于12，总磷浓度为1-2mg/L，总氮浓度为140-170mg/L；(3)由于电渗作用，阴极导排孔隙水较阳极导排孔隙水多，且阴阳极导排间隙水中的离子组成及浓度差异较大，简单混合难以实现污水水质调节；(4)部分颗粒物质会在电泳作用下，随孔隙水迁移，导致导排间隙水中颗粒态氮磷含量也较高。综上所述，电动导排孔隙水是一种成分复杂、氮磷含量较高，需要有专门的工艺对其进行处理，才能满足环境治理的需求。

对于水中氮磷污染物的回收，公开号为CN213679897U的专利公开了一种利用鸟粪石结晶法回收废水中氮磷的装置，通过添加化学药剂，如MgO、Mg(OH)₂,与污水中的氮、磷发生反应，生成磷酸铵镁，对氮磷进行回收利用，此方法镁源的成本比较高。回收污水中氮磷的另一种方法是施加电场，用铝、铁等金属作阳极，牺牲阳极产生金属阳离子絮凝剂，通过聚集絮凝物、浮除等方式将污染物与水体分离。公开号为CN210481103U的专利公开了一种基于电絮凝技术的废水处理净化系统，此系统采用一体化装置，主要净化原理为牺牲金属阳极，使污染物产生絮凝，并在助凝药剂的作用下，通过斜板沉淀池实现污染物的去除。该系统无专门前处理池，难以解决导排孔隙水水质复杂的问题，且絮凝产生的沉淀中杂质较高。公开号CN105174672A的专利公开了一种双层双阳极电化学去除并回收污泥重金属装置，阴极采用不锈钢电极，阳极为铱钽钛合金电极，此装置采用双阳极增加了反应接触面积，主要技术为电迁移与离子选择性透过，不适用于污水处理；为公开号为CN110357219A的专利公开了一种高效氮磷回收电化学反应系统，此装置采用镁合金棒状阳极和不锈钢阴极极设计，电极平行错落与污水流向垂直，主要技术原理为阳极电解提供镁离子，用于生成磷酸铵镁沉淀，但该装置没有考虑污水中复杂离子干扰的问题，不能满足导排孔隙水的颗粒态物质及溶解态氮磷协同回收要求。

本申请的实用新型人在实现本实用新型的过程中经过研究发现，现有电絮凝氮磷协同回收方法还存在一些问题：对处理水质有较高要求，难以处理pH变化大、离子组成复杂的污水；前处理措施单一，未根据污染物形态分级分类处理，电絮凝反应区中极易堆积絮体，影响电极板使用效率；结晶沉淀回收方法未能与电絮凝过程协同，导致回收物质纯度低，污水中溶解态氮磷未充分利用。因此对于电动导排孔隙水的处理需要充分考虑污水组成特性，解决调酸调质、颗粒分离与氮磷协同回收等问题。

实用新型内容

针对现有技术存在的上述不足，本实用新型提供了一种电动导排孔隙水氮磷双阳极协同回收装置，无需投加絮凝药剂，依靠施加电场牺牲阳极产生金属阳离子絮凝剂，并在电解池下方设置沉淀池，有效防止絮凝淤积在电极板上，提高电能利用效率，同时产生可回收利用作为缓释肥的磷酸铵镁及用途广泛的磷酸铝，有效解决电动导排孔隙水的排放问题，运行成本低，维护简单，无化学药剂污染。

为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是：

一种电动导排孔隙水氮磷双阳极协同回收装置，其特征在于：包括依次连接的前处理池、锥形双阳极电解池和检查池，所述前处理池通过两个进水口分别与电动修复阳极导排孔隙水收集装置和电动修复阴极导排孔隙水收集装置相连，所述前处理池内设置有第一机械搅拌器、第一pH传感器、曝气管及离子选择性吸附树脂；所述锥形双阳极电解池上部由三个同心环状电极板构成，由外向内依次为铝阳极电极板、惰性阴极电极板和镁铝合金阳极电极板，所述锥形双阳极电解池下部为分别设于铝阳极电极板和惰性阴极电极板下方的絮凝沉淀池和结晶沉淀池；所述结晶沉淀池中设置有第二机械搅拌器、第二pH传感器，所述絮凝沉淀池和结晶沉淀池下方分别设有絮凝沉淀排出口和结晶沉淀排出口；所述检查池中设有第三pH传感器、氮磷传感器、污水回流装置，所述污水回流装置包括污水回流管、导管、第三蠕动泵，污水回流管一端接入检查池，另一端通过导管与所述电解池二次处理进水口相连，导管上设有第三蠕动泵。

进一步的，所述两个进水口包括设于所述前处理池上部的第一进水口和第二进水口，第一进水口前端通过第一蠕动泵与电动修复阳极导排孔隙水收集装置相连，第二进水口前端通过第二蠕动泵与电动修复阴极导排孔隙水收集装置相连。

进一步的，所述前处理池设有前处理池出水口，锥形双阳极电解池设有电解池进水口，前处理池出水口与电解池进水口之间通过橡胶软管连通；锥形双阳极电解池设有电解池出水口，电解池出水口通过电解池出水口导管与检查池连通。

进一步的，所述铝阳极电极板用于产生絮凝物质，通过电絮凝去除污水中的颗粒态污染物；所述惰性阴极电极板用于通过电解反应产生OH-，为电解池提供合适的碱性环境；所述镁铝合金阳极电极板用于提供Mg²⁺与污水中溶解态磷酸盐及铵根离子反应生成磷酸铵镁晶体，并在电极板溶出的Al³⁺作用下产生絮体，促使磷酸铵镁结晶沉淀。

进一步的，所述铝阳极电极板和镁铝合金阳极电极板分别通过第一导线和第二导线与直流稳压电源的正极相连，所述惰性阴极电极板通过第三导线与所述直流稳压电源的负极相连，所述直流稳压电源的电压与电流可调节。

进一步的，所述锥形双阳极电解池在惰性阴极电极板和镁铝合金阳极电极板之间设有电解池二次处理进水口，镁铝合金阳极电极板上方设有电解池出水口，电解池出水口通过电解池出水口导管与检查池连通。

进一步的，所述检查池上部后端设有检查池出水口，所述检查池下方设有检查池二次沉淀排出口。

由于采用了上述方案，本实用新型具有如下有益效果：

(1)对导排孔隙水进行前处理极大改善了污水水质，提高了后续反应的效率。电动导排出的阳极孔隙水呈酸性，阴极孔隙水呈碱性，阴极导排孔隙水比阳极孔隙水多，因此将两极孔隙水合并后搅拌混匀以便于统一处理，在前处理池中设置pH传感器和曝气管，通过向混合后的导排孔隙水充入气体使pH值升高后通过离子选择性吸附树脂再进入锥形双阳极电解池利于后续处理；

(2)根据导排孔隙水中污染物的形态分类控制，调高了装置处理效率。先通过铝阳极除去颗粒态杂质再通过镁铝合金阳极，提高了后续反应生成的絮凝沉淀物中磷酸铵镁的纯度；通过镁铝合金阳极，实现了磷酸铵镁结晶回收溶解态氮磷与电絮凝产生的絮体协同作用，加速了磷酸安镁结晶与沉淀速率；

(3)通过电压及污水回流比等技术参数优化，可以实现氮磷高效回收，采用反馈控制系统，提高了装置自动化程度。

附图说明

图1是本实用新型电动导排孔隙水氮磷双阳极协同回收装置其中一个实施例的结构示意图。

图中：1-1—第一蠕动泵，1-2—第二蠕动泵，1-3—第三蠕动泵，2-1—第一前处理池进水口，2-2—第二前处理池进水口，3-1—第一机械搅拌器，3-2—第二机械搅拌器，4-1—第一pH传感器，4-2—第二pH传感器，5—溢流池，6—前处理池出水口，7—橡胶软管，8—电解池进水口，9—电解池出水口导管，10—铝阳极电极板，11-1—第一导线，11-2—第二导线，11-2—第三导线，12—直流稳压电源，13—惰性阴极电极板，14—镁铝合金阳极电极板，15-1—絮凝沉淀池，15-2—结晶沉淀池，16-1—絮凝沉淀排出口，16-2—结晶沉淀排出口，17—电解池出水口，18—氮磷传感器，19—检查池出水口，20—检查池二次沉淀排出口，21—电解池二次处理进水口，22—曝气管，23—二次处理进水导管，24—污水回流管，25—前处理池，26—锥形双阳极电解池，27—检查池，28—离子选择性吸附树脂。

具体实施方式

下面结合本实用新型中的附图，对本实用新型中的技术方案进行清楚、完整地描述。

请参阅图1，本实用新型电动导排孔隙水氮磷双阳极协同回收装置的一个实施例，包括前处理池25、锥形双阳极电解池26、检查池27，锥形双阳极电解池26与前处理池25和检查池27相连。具体的，所述前处理池25设有前处理池出水口6，锥形双阳极电解池26设有电解池进水口8，前处理池出水口6与电解池进水口8之间通过橡胶软管7连通；锥形双阳极电解池26设有电解池出水口17，电解池出水口17通过电解池出水口导管9与检查池27连通。

所述前处理池25上部设置第一进水口2-1和第二进水口2-2，第一进水口2-1前端通过第一蠕动泵1-1与电动修复阳极导排孔隙水收集装置相连，第二进水口2-2前端通过第二蠕动泵1-2与电动修复阴极导排孔隙水收集装置相连。

所述前处理池25内设置有第一机械搅拌器3-1、第一pH传感器4-1及曝气管22，所述曝气管22可设计为竖插式，曝气管22上开设有小孔，所述曝气管22顶端与供气装置相连。所述前处理池25外侧设有溢流池5，溢流池5用于容纳曝气处理较慢时多余的孔隙水。所述前处理池25侧边偏下方设置前处理池出水口6与锥形双阳极电解池26的电解池进水口8接通。前处理池出水口6的前端设置有离子选择性吸附树脂28。

所述锥形双阳极电解池16设计成下部为圆锥体、上部为圆柱体的结构，上部圆柱体由三个同心环状电极板构成，其中最外层为铝阳极电极板10，主要用于产生絮凝物质，通过电絮凝去除污水中的颗粒态污染物；中间为惰性阴极电极板13，主要是通过电解反应，产生OH-，为电解池26提供合适的碱性环境；内层为镁铝合金阳极电极板14，主要是提供Mg²⁺与污水中溶解态磷酸盐及铵根离子反应生成磷酸铵镁晶体，并在电极板溶出的Al³⁺作用下产生絮体，促使磷酸铵镁结晶沉淀。根据污水组成可以适当更换不同直径电极板，用于调节电极板间距。所述铝阳极电极板10和镁铝合金阳极电极板14分别通过第一导线11-1和第二导线11-2与直流稳压电源12的正极相连，所述惰性阴极电极板13通过导线第三导线11-3与所述直流稳压电源12的负极相连，所述直流稳压电源12的电压与电流可调节。

所述锥形双阳极电解池26的下部圆锥体为漏斗形沉淀池，位于相应电极板下方，具体的，锥形双阳极电解池26中铝阳极电极板10和惰性阴极电极板13下方分别设置有絮凝沉淀池15-1和结晶沉淀池15-2，即最内侧镁铝合金阳极电极板14与惰性阴极电极板13间为结晶沉淀池15-2，最外侧铝阳极电极板10与惰性阴极电极板13之间为絮凝沉淀池15-1，絮凝沉淀池15-1和结晶沉淀池15-2分别用于收集颗粒污染物和磷酸铵镁结晶沉淀。

所述结晶沉淀池15-2中设置有第二机械搅拌器3-2、第二pH传感器4-2，所述第二机械搅拌器3-2为慢速运行，所述絮凝沉淀池15-1和结晶沉淀池15-2下方分别设有絮凝沉淀排出口16-1和结晶沉淀排出口16-2，且沉淀排出口均设置有阀门。

所述锥形双阳极电解池26在惰性阴极电极板13和镁铝合金阳极电极板14之间设有电解池二次处理进水口21，镁铝合金阳极电极板14上方设有电解池出水口17。电解池出水口17设置在锥形双阳极电解池26最内侧筒体顶部，用于连接检查池27。

所述检查池27中还设有污水回流管24，所述污水回流管24通过导管23与所述电解池二次处理进水口21相连，导管23上设有第三蠕动泵1-3。

采用本实用新型进行电动导排孔隙水氮磷双阳极协同回收方法，所述方法包括如下步骤：

S1、利用第一蠕动泵1-1和第二蠕动泵1-2将阴极和阳极电动导排孔隙水加入前处理池25，打开第一机械搅拌器3-1进行均化，并开启曝气管22且在后续的处理过程中持续曝气，用于促进污水均匀混合，并适当调节pH。

前处理池25对导排出的两极孔隙水进行混合调节，第一进水口2-1前端与电动修复阳极导排孔隙水收集装置相连，第二进水口2-2前端与电动修复阴极导排孔隙水收集装置相连，二者分别利用第一蠕动泵1-1和第二蠕动泵1-2将导排孔隙水加入前处理池25，使用第一机械搅拌器3-1将液体混匀，第一pH传感器4-1需在使用前进行校准，使用时将探头没入前处理池25的液体中，曝气管22上开设有曝气小孔，曝气管顶端与供气装置相连，溢流池5容纳曝气处理较慢时多余的孔隙水。

S2、待第一pH传感器4-1检测前处理池25中导排孔隙水pH值在8-10.5之间后，通过离子选择性吸附树脂28，再通过前处理池出水口6排出进入电解池(26)；经过曝气处理后的导排孔隙水通过特定离子选择性吸附树脂28除去多余的重金属离子等少量离子。

S3、导排孔隙水在电解池26中先经过铝阳极电极板10，对颗粒悬浮物进行絮凝，在絮凝沉淀池15-1中沉淀，沉淀物通过沉淀排出口16-1排出，再经过惰性阴极电极板13到达镁铝合金阳极电极板14，反应生成磷酸铵镁及絮凝物，在下方结晶沉淀池15-2进行沉淀，结晶沉淀池15-2中的第二机械搅拌器3-2慢速搅拌，有利于磷酸铵镁结晶，沉淀物通过结晶沉淀排出口16-2排出。

电解池26中，铝阳极电极板10和镁铝合金阳极电极板14分别通过第一导线11-1和第二导线11-2与直流稳压电源12的正极相连，惰性阴极电极板13通过第三导线11-3与直流稳压电源12的负极相连，直流稳压电源12电压与电流可调节，且有数显功能。导排孔隙水进入电解池26后经过外侧铝阳极电极板10，污水中的悬浮物颗粒与溶出的铝离子产生絮凝反应，生成的絮凝物在絮凝沉淀池15-1中进行沉淀，使污水中颗粒物质得到去除。而后导排孔隙水通过惰性阴极电极板13到达镁铝合金电极板14，污水中溶解态氮磷与镁离子反应生成磷酸铵镁，在铝离子产生的絮凝物作用下沉淀至下方结晶沉淀池15-2，结晶沉淀池15-2中设置第二机械搅拌器3-2，慢速的搅拌有利于结晶的形成，絮凝沉淀池15-1和结晶沉淀池15-2中的沉淀物分别通过絮凝沉淀排出口16-1和结晶沉淀排出口16-2排出。

S4、孔隙水从电解池出水口17排出，通过电解池出水口导管9进入检查池27，经第三pH传感器4-3、氮磷传感器18检测，达到要求pH值介于6-9范围内、总氮、总磷浓度絮凝回收阈值(通过模拟试验确定)后通过从检查池出水口19排出，若高于阈值则导排孔隙水利用第三蠕动泵1-3通过污水回流管24从电解池二次处理进水口21再次回流进入电解池(26)，充分反应直至符合排放要求，在检查池中的少量沉淀物质通过检查池二次沉淀排出口20排出，沉淀排出口16和二次沉淀排出口(20)排出的沉淀物经烘干后得到鸟粪石等晶体。

S5、通过室内模拟实验，确定不同氮磷浓度条件下适宜的反应时间及电解电压。根据第三pH传感器4-3、氮磷传感器(18)检测结果，通过调节蠕动泵(1-1、1-2、1-3)来改变进水流量和回流比实现氮磷的协同去除。

本实用新型解决了电动导排水处理的实际问题，使用锥形双阳极电解池设计，利用外侧铝阳极电极板产生电絮凝作用，实现污水中颗粒污染物的快速分离，然后利用内测镁铝合金阳极电极板溶出镁离子和铝离子，使水中溶解态氮磷形成磷酸铵镁沉淀，并在铝离子水解作用下快速结晶沉淀。通过内外锥桶将絮凝沉淀的污染颗粒与结晶絮凝的回收产物实现分类回收，同时实现导排孔隙水中颗粒物杂质的去除和氮协同回收两种功能。

以上所述，仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何属于本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (6)

1.一种电动导排孔隙水氮磷双阳极协同回收装置，其特征在于：包括依次连接的前处理池、锥形双阳极电解池和检查池，所述前处理池通过两个进水口分别与电动修复阳极导排孔隙水收集装置和电动修复阴极导排孔隙水收集装置相连，所述前处理池内设置有第一机械搅拌器、第一pH传感器、曝气管及离子选择性吸附树脂；所述锥形双阳极电解池上部由三个同心环状电极板构成，由外向内依次为铝阳极电极板、惰性阴极电极板和镁铝合金阳极电极板，所述锥形双阳极电解池下部为分别设于铝阳极电极板和惰性阴极电极板下方的絮凝沉淀池和结晶沉淀池；所述结晶沉淀池中设置有第二机械搅拌器、第二pH传感器，所述絮凝沉淀池和结晶沉淀池下方分别设有絮凝沉淀排出口和结晶沉淀排出口；所述锥形双阳极电解池在惰性阴极电极板和镁铝合金阳极电极板之间设有电解池二次处理进水口，镁铝合金阳极电极板上方设有电解池出水口，电解池出水口通过电解池出水口导管与检查池连通；所述检查池中设有第三pH传感器、氮磷传感器、污水回流装置，所述污水回流装置包括污水回流管、导管、第三蠕动泵，污水回流管一端接入检查池，另一端通过导管与所述电解池二次处理进水口相连，导管上设有第三蠕动泵。

2.根据权利要求1所述的电动导排孔隙水氮磷双阳极协同回收装置，其特征在于：所述两个进水口包括设于所述前处理池上部的第一进水口和第二进水口，第一进水口前端通过第一蠕动泵与电动修复阳极导排孔隙水收集装置相连，第二进水口前端通过第二蠕动泵与电动修复阴极导排孔隙水收集装置相连。

3.根据权利要求1所述的电动导排孔隙水氮磷双阳极协同回收装置，其特征在于：所述前处理池设有前处理池出水口，锥形双阳极电解池设有电解池进水口，前处理池出水口与电解池进水口之间通过橡胶软管连通；锥形双阳极电解池设有电解池出水口，电解池出水口通过电解池出水口导管与检查池连通。

4.根据权利要求1所述的电动导排孔隙水氮磷双阳极协同回收装置，其特征在于：所述铝阳极电极板用于产生絮凝物质，通过电絮凝去除污水中的颗粒态污染物；所述惰性阴极电极板用于通过电解反应产生OH^-，为电解池提供合适的碱性环境；所述镁铝合金阳极电极板用于提供Mg²⁺与污水中溶解态磷酸盐及铵根离子反应生成磷酸铵镁晶体，并在电极板溶出的Al³⁺作用下产生絮体，促使磷酸铵镁结晶沉淀。

5.根据权利要求1所述的电动导排孔隙水氮磷双阳极协同回收装置，其特征在于：所述铝阳极电极板和镁铝合金阳极电极板分别通过第一导线和第二导线与直流稳压电源的正极相连，所述惰性阴极电极板通过第三导线与所述直流稳压电源的负极相连，所述直流稳压电源的电压与电流可调节。

6.根据权利要求1所述的电动导排孔隙水氮磷双阳极协同回收装置，其特征在于：所述检查池上部后端设有检查池出水口，所述检查池下方设有检查池二次沉淀排出口。

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