申请日2018.12.03
公开(公告)日2019.01.18
IPC分类号C02F9/06; C01B25/45; C05B7/00; C02F101/16; C02F101/30
摘要
本发明涉及一种污水电化学强化处理装置及方法，装置包括沉淀池、第一电解池、第二电解池和直流电源，沉淀池上设有进水口，沉淀池、第一电解池和第二电解池依次通过水流管道连接，第二电解池设有可开闭的出水口;第一电解池内设有至少一对电极，第一电解池内所有成对电极中的阳极采用镁或镁合金材料;第二电解池内设有至少一对电极;所有成对电极的阳极和阴极分别电连接直流电源的正极和负极。本发明的装置操作简单，对氮磷及有机物具有良好的去除效果;对各类污水的处理有较好的适应性，不受水质水量波动，生物活性的影响;处理过程生成的磷酸铵镁沉淀可回收用于做农业缓释肥，解决了污水中氮磷的污染问题，同时有利于废物资源化利用。
权利要求书
1.一种污水电化学强化处理装置，包括沉淀池、第一电解池、第二电解池和直流电源，其特征在于：所述沉淀池上设有进水口，所述沉淀池、第一电解池和第二电解池依次通过水流管道连接，所述第二电解池设有可开闭的出水口;所述第一电解池内设有至少一对电极，第一电解池内所有成对电极中的阳极采用镁或镁合金材料;所述第二电解池内设有至少一对电极;所有成对电极的阳极和阴极分别电连接所述直流电源的正极和负极。
2.根据权利要求1所述一种污水电化学强化处理装置，其特征在于：所述第一电解池至第二电解池的水流管道上设有过滤装置。
3.根据权利要求1所述一种 污水电化学强化处理装置，其特征在于：所述沉淀池、第一电解池和第二电解池的底部分别连接有与内部连通的排泥管道，所述沉淀池、第一电解池和第二电解池的池底面均为朝向与各自排泥管道的连接位置逐渐降低的倾斜面，所述排泥管道上设有截止阀。
4.根据权利要求1所述一种污水电化学强化处理装置，其特征在于：所述水流管道上设有截止阀和水泵。
5.根据权利要求1所述一种污水电化学强化处理装置，其特征在于：所述电极通过极板固定架固定并控制间距。
6.一种污水电化学强化处理方法，其特征在于：包括先对污水进行沉淀处理，得到沉淀后水体，再对沉淀后水体进行第一次电解处理，第一次电解处理以镁或镁合金作阳极，利用阳极在电解时生成的镁离子，去除沉淀后水体中的磷并得到除磷后水体;然后对除磷后水体进行第二次电解处理，去除除磷后水体中的氮和有机物并得到处理后水体。
7.根据权利要求6所述一种污水电化学强化处理方法，其特征在于：本方法基于权利要求1-5中任一项所述的一种污水电化学强化处理装置而进行，包括如下步骤：
1)从进水口向沉淀池中通入不超过池体容积量80%的污水，静置沉淀30-60min后得到沉淀后水体，将沉淀后水体通入第一电解池，将沉淀池池底的沉渣排出;
2)第一电解池通入沉淀后水体后，开启直流电源，电流强度1-5A，反应时间3-6h，利用阳极在电解时生成的镁离子与水体中的磷反应生成磷酸铵镁沉渣，反应完成后关闭直流电源，静置沉淀30-60min后得到除磷后水体，将除磷后水体通入第二电解池，将第一电解池池底的磷酸铵镁沉渣排出并收集利用;
3)第二电解池通入除磷后水体后，开启直流电源，电流强度1-5A，反应时间3-6h，反应完成后关闭直流电源，静置沉淀30-60min后得到处理后水体并从出水口排出，将第二电解池池底的沉渣排出。
8.根据权利要求7所述一种污水电化学强化处理方法，其特征在于：所述污水含有的铵根离子和磷酸根离子的摩尔浓度之比为1:0.2-1。
9.根据权利要求7所述一种污水电化学强化处理方法，其特征在于：步骤2)和步骤3)中电流强度为5A。
说明书
一种污水电化学强化处理装置及方法
技术领域
本发明属于废水处理技术领域，具体涉及一种污水电化学强化处理装置及方法。
背景技术
传统污水生物处理工艺的处理效果受进水水质水量以及生物污泥活性的影响较大，且生物处理工艺前期需要花费时间和资源去驯化培养活性污泥以使生物反应器成功启动。对于水质水量波动大、低碳源等营养失衡的污水，常规生物处理的效果不佳。目前，在常规生物处理工艺未能达标的情况下，通常还要结合化学方法来强化氮磷的去除效果，一般采用投加碳源强化生物处理过程、投加除磷剂(絮凝剂)强化除磷的方法，但相应成本较高且化学强化除磷后产生的污泥仍需要进一步处理，增加额外的人力物力，提高处理成本。此外，对化学强化除磷过程产生的富磷化学污泥进行废弃处置，也是一种资源浪费，不利于可持续性发展。
发明内容
针对现有技术的上述不足，本发明要解决的技术问题是提供一种污水电化学强化处理装置及方法，避免传统生物法处理污水及化学强化除磷在污水处理中的不足，取得处理过程操作简单方便，可控性强，处理效率高和便于氮磷回收利用的效果。
为解决上述技术问题，本发明 采用如下技术方案：
一种污水电化学强化处理装置，包括沉淀池、第一电解池、第二电解池和直流电源，所述沉淀池上设有进水口，所述沉淀池、第一电解池和第二电解池依次通过水流管道连接，所述第二电解池设有可开闭的出水口;所述第一电解池内设有至少一对电极，第一电解池内所有成对电极中的阳极采用镁或镁合金材料;所述第二电解池内设有至少一对电极;所有成对电极的阳极和阴极分别电连接所述直流电源的正极和负极。
本发明的污水电化学强化处理装置，通过沉淀池对污水进行沉淀处理，在第一电解池中，以镁或镁合金作阳极，石墨、铂、钛或钛基金属氧化物等作阴极，利用阳极材料在电解时生成的镁离子，与污水中铵根、磷酸根反应生成磷酸铵镁沉淀去除磷，并可以回收利用;在第二电解池中，阳极采用钛基二氧化铅或石墨，阴极采用石墨、不锈钢或钛，利用产生的电絮凝、电极表面的吸附作用、电气浮的吹脱作用去除部分有机氮和无机氮，利用电化学氧化去除水体中的氨氮，利用电化学还原去除污水中的无机氮，利用不溶性阳极的直接电解氧化作用、利用阳极反应产物(如Cl2、ClO-、O2等)间接氧化作用降解去除水中的有机物，得到处理后的水体。
本发明的装置结合的电化学处理，在外加电场的作用下，产生大量的自由基，利用自由基的强氧化性对污水中的污染物进行降解，与其它水处理技术相比，具有多功能性、高度的灵活性、无污染或少污染性、易于控制性、经济性等优点;并能克服营养失衡污水生物处理效率低等问题，可以节省投加化学除磷剂、后期处理的成本。相比于投加除磷剂进行强化除磷，采用电化学强化处理装置的成本更经济;利用磷酸铵镁(鸟粪石)原理的电化学沉淀除磷，所产生的化学沉淀(鸟粪石)可实现回收使用，是优良的氮磷肥料，在水中、土壤湿环境中仅仅微溶于水，养分释放速率比其它可溶肥慢，可作缓释肥;回收的鸟粪石也可供给流域周边花卉蔬菜种植基地使用，实现：磷处理-磷回收-磷再利用的良性循环，从源头削减氮磷肥输入量，符合可持续发展理念。
本发明的污水电化学强化处理装置的处理过程操作简单方便、可控性强，可通过改变供能强度及水体停留时间来实现更低的磷出水浓度(或水质提标)，且不同于生物处理工艺，不存在驯化污泥及调试所耗费的时间，可以快速启动，随开随用，人工费用、运行管理费用较低。
进一步完善上述技术方案，所述第一电解池至第二电解池的水流管道上设有过滤装置。
这样，避免第一电解池处理后水体中部分悬浮的磷酸铵镁结晶随水体进入第二电解池，在第二电解池的处理过程中溶解，造成TP浓度原本经第一电解池处理下降之后又重新微升的问题。
进一步地，所述沉淀池、第一电解池和第二电解池的底部分别连接有与内部连通的排泥管道，所述沉淀池、第一电解池和第二电解池的池底面均为朝向与各自排泥管道的连接位置逐渐降低的倾斜面，所述排泥管道上设有截止阀。
这样，便于各池体中沉渣和处理后水体的物理分层，便于沉渣的排出。
进一步地，所述水流管道上设有截止阀和水泵。
这样，便于各个池体内水体的静置;水泵的使用可使各个池体之间水流管道的两端更随意的设置，不受空间高低的限制，池体之间可高可低，便于随环境、场地而设定，适应性更强。
进一步地，所述电极通过极板固定架固定并控制间距。
这样，便于电极的极板的固定，便于控制间距姿态。
本发明还涉及一种污水电化学强化处理方法，包括先对污水进行沉淀处理，得到沉淀后水体，再对沉淀后水体进行第一次电解处理，第一次电解处理以镁或镁合金作阳极，利用阳极在电解时生成的镁离子，去除沉淀后水体中的磷并得到除磷后水体;然后对除磷后水体进行第二次电解处理，去除除磷后水体中的氮和有机物并得到处理后水体。
本方法基于上述的污水电化学强化处理装置而进行时，包括如下步骤：
1)从进水口向沉淀池中通入不超过池体容积量80%的污水，静置沉淀30-60min后得到沉淀后水体，将沉淀后水体通入第一电解池，将沉淀池池底的沉渣排出;
2)第一电解池通入沉淀后水体后，开启直流电源，电流强度1-5A，反应时间3-6h，利用阳极在电解时生成的镁离子与水体中的磷反应生成磷酸铵镁沉渣，反应完成后关闭直流电源，静置沉淀30-60min后得到除磷后水体，将除磷后水体通入第二电解池，将第一电解池池底的磷酸铵镁沉渣排出并收集利用;
3)第二电解池通入除磷后水体后，开启直流电源，电流强度1-5A，反应时间3-6h，反应完成后关闭直流电源，静置沉淀30-60min后得到处理后水体并从出水口排出，将第二电解池池底的沉渣排出。
优选地，所述污水含有的铵根离子和磷酸根离子的摩尔浓度之比为1:0.2-1。在此范围内对可取得较好的污染物去除效果。
优选地，步骤2)和步骤3)中电流强度为5A。通过增大电流可有效提高污染物的去除效率。
相比现有技术，本发明具有如下有益效果：
1、本发明采用电化学技术处理污水，操作简单，前期投资成本低，对氮磷及有机物具有良好的去除效果。
2、本发明对各类污水的处理有较好的适应性，不受水质水量波动，生物活性的影响。
3、本发明装置的可控性强，针对不同水质的污水，通过调节电化学过程参数，如极板间距、电流强度、极板材料等，可提高污染物处理效率。
4、本发明装置的运行成本低，过程可实现全自动化控制，节约人力资源，相比起传统生物工艺和化学除磷技术，成本较低。
5、本发明处理过程生成的磷酸铵镁沉淀可回收用于做农业缓释肥，不仅解决了污水中氮磷的污染问题，同时有利于废物资源化利用，可兼得经济效益和环境效益。
