公布日：2022.07.26
申请日：2022.05.05
分类号：C02F9/06(2006.01)I;C02F101/10(2006.01)N;C02F101/30(2006.01)N
摘要
本申请涉及污水处理技术领域，具体公开了电絮凝污水处理系统和方法。电絮凝污水处理系统包括电絮凝反应区，所述电絮凝反应区内设置有锥斗式上升流电絮凝系统，所述锥斗式上升流电絮凝系统基本上由电絮凝阳极板、电絮凝阴极板和电絮凝脉冲电源组成，所述电絮凝阳极板和电絮凝阴极板为上大下小的锥斗式设置，且所述电絮凝阴极板套设在所述电絮凝阳极板内部，所述电絮凝阳极板与所述电絮凝阴极板之间的间隙形成污水导流通道，所述污水导流通道的上侧连通有进水管道，所述污水导流通道的下侧连通有用以对污水加入助凝剂的加药系统，所述电絮凝阴极板的侧壁上开设有过水孔。本申请的优点是：适用各种类型污水的深度除磷以及难降解有机污染物的去除。
权利要求书
1.电絮凝污水处理系统，其特征在于：包括电絮凝反应区，所述电絮凝反应区内设置有锥斗式上升流电絮凝系统，所述锥斗式上升流电絮凝系统基本上由电絮凝阳极板(2)、电絮凝阴极板(3)和电絮凝脉冲电源(4)组成，所述电絮凝阳极板(2)和电絮凝阴极板(3)为上大下小的锥斗式设置，且所述电絮凝阴极板(3)套设在所述电絮凝阳极板(2)内部，所述电絮凝阳极板(2)与所述电絮凝阴极板(3)之间的间隙形成污水导流通道，所述污水导流通道的上侧连通有进水管道(1)，所述污水导流通道的下侧连通有用以对污水加入助凝剂的加药系统(20)，所述电絮凝阴极板(3)的侧壁上开设有过水孔。
2.根据权利要求1所述的电絮凝污水处理系统，其特征在于：所述电絮凝阳极板(2)和电絮凝阴极板(3)之间的电流密度为10-100A/m2。
3.根据权利要求1所述的电絮凝污水处理系统，其特征在于：所述电絮凝阳极板(2)和电絮凝阴极板(3)之间的间距为1-10cm。
4.根据权利要求1所述的电絮凝污水处理系统，其特征在于：所述电絮凝阳极板(2)和电絮凝阴极板(3)的面积与处理水量关系为0.01-0.05m2/m3。
5.根据权利要求1所述的电絮凝污水处理系统，其特征在于：所述电絮凝反应区的一侧依次连通有释放区、斜管沉淀区和出水回流区，所述出水回流区设置有回流系统，所述回流系统包括回流管(9)、溶气泵(10)、溶气罐(11)、溶气释放管(12)和溶气释放器（13），所述溶气释放器（13）的末端位于释放区内。
6.根据权利要求5所述的电絮凝污水处理系统，其特征在于：所述回流系统的回流比为20%-30%。
7.根据权利要求5所述的电絮凝污水处理系统，其特征在于：总水力停留值为0.5h-0.6h。
8.根据权利要求5所述的电絮凝污水处理系统，其特征在于：所述溶气释放器（13）控制反应压力为0.30-0.45MPa。
9.根据权利要求1所述的电絮凝污水处理系统，其特征在于：所述助凝剂为聚合氯化铝、聚丙烯酰胺中的任意一种或多种。10.电絮凝污水处理方法，其特征在于：采用上述1-9任意一项所述的电絮凝污水处理系统，包括以下步骤：将污水通入污水导流通道内，同时开启电絮凝脉冲电源(4)，并通过加药系统(20)向污水导流通道内通入助凝剂；电絮凝反应区出水继续进入释放区，溶气泵(10)与溶气罐(11)加压组合回流的溶气水通过溶气释放器控制反应压力0.30-0.45MPa，形成“乳白色”气-液混合物，将电絮凝产生的絮体杂质和固态污染物结合，形成三相“固-液-气”的三态混合物，利用比重＜1的特性上浮至斜管沉淀区内进行沉淀；经过斜管沉淀区分离后水体经过集水管(7)的收集后流入出水回流区；出水回流区20%-30%的水量通过回流管(9)回流至溶气泵(10)和溶气罐(11)组成的溶气系统内，继续制造溶气水通过溶气释放器（13）回流至释放区内；出水回流区的清水在控制总水力停留值为0.5h-0.6h后通过出水管(19)外排。
发明内容
为了适用各种类型污水的深度除磷以及难降解有机污染物的去除，本申请提供电絮凝污水处理系统和方法。
第一方面，本申请提供电絮凝污水处理系统，采用如下的技术方案：电絮凝污水处理系统，包括电絮凝反应区，所述电絮凝反应区内设置有锥斗式上升流电絮凝系统，所述锥斗式上升流电絮凝系统基本上由电絮凝阳极板、电絮凝阴极板和电絮凝脉冲电源组成，所述电絮凝阳极板和电絮凝阴极板为上大下小的锥斗式设置，且所述电絮凝阴极板套设在所述电絮凝阳极板内部，所述电絮凝阳极板与所述电絮凝阴极板之间的间隙形成污水导流通道，所述污水导流通道的上侧连通有进水管道，所述污水导流通道的下侧连通有用以对污水加入助凝剂的加药系统，所述电絮凝阴极板的侧壁上开设有过水孔。
通过采用上述技术方案，在电絮凝反应区内呈锥斗式设置并相互套设的电絮凝阳极板和电絮凝阴极板形成电絮凝电解导流板，随后污水通过进水管道由上而下进入到污水导流通道，开启电絮凝脉冲电源使得电絮凝阳极板和电絮凝阴极板发生电解反应，通过电解反应生成的羟基氧化物，可以对难降解物质进行强氧化分解，同时羟基氧化物可以与水中的杂质、金属离子等发生络合反应、混凝反应，生成细小颗粒的絮体。絮体与污水经过电絮凝双极板电解后通过过水孔进入到锥斗内部，借助“涡流反应”原理，污水在锥斗底部缓慢上升反应，得益于上大下小的锥斗式结构，污水流速从底部到顶部有渐变梯度变化，利于混合充分，同时利用电解气浮原理，电絮凝阴极板和电絮凝阳极板表面分别析出氢气和氧气，新生成的气泡直径非常微小，氢气泡约为10-30μm，氧气泡约为20-60μm，电解产生的气泡捕获杂质微粒的能力较强且分散度高，作为载体粘附污水中的絮体而上浮，可减轻或消除因推动力不足引起产生絮体下沉等问题；进而将较小的电絮凝絮体逐渐助凝增大，形成大块絮体，使得絮凝完全，从而将污水中的有机污染物和总磷进行有效的去除。
优选的，电絮凝阳极板为铁阳极、铝阳极、铁铝复合阳极、不锈钢阳极中的任意一种。
通过采用上述技术方案，根据不同的污水中污染物的情况，调整电絮凝阳极板的型号，从而使得本申请的电絮凝污水处理系统能够适用各种类型污水的深度除磷以及难降解有机污染物的去除。
优选的，所述污水为生活污水，电絮凝阳极板为铁阳极。
通过采用上述技术方案，采用铁阳极，不仅成本较低，而且还可有效的去除生活污水中的有机污染物和总磷的氧化分解效率。
优选的，所述污水为印染废水，电絮凝阳极板为铁铝复合阳极。
通过采用铁铝复合阳极，能够在污水中发生如下反应：铁铝复合阳极：Al-3e→Al3+，在碱性条件下Al3++3OH-→Al(OH)3铁铝复合阳极：Fe-2e→Fe2+，在碱性条件下Fe2++2OH-→Fe(OH)2水的电解，阳极：2H2O-2e→O2+4H+阴极：4H2O+4e→2H2+4OH-；即铁铝复合阳极兼具铁阳极和铝阳极的优点，具有良好的氧化分解和絮凝吸附效果，从而有效的将印染废水中的COD、TP、色度等污染物进行去除。
优选的，所述电絮凝阳极板和电絮凝阴极板之间的电流密度为10-100A/m2。
在一个具体的实施方案中，所述电絮凝阳极板和电絮凝阴极板之间的电流密度可以为20A/m2、40A/m2、60A/m2、80A/m2。
在一些具体的实施方案中，所述电絮凝阳极板和电絮凝阴极板之间的电流密度还可以为10-20A/m2、10-40A/m2、10-60A/m2、10-80A/m2、20-40A/m2、20-60A/m2、20-80A/m2、20-100A/m2、40-60A/m2、40-80A/m2、40-100A/m2、60-80A/m2、60-100A/m2、80-100A/m2。
通过采用上述技术方案，电絮凝过程中极板溶出、絮凝和气浮作用的动力来源于电流，通常电流密度大电絮凝效率就高，然而电流密度过大易引起电极板过度极化，加速电极板钝化和增加槽压，引起更多的副反应，同时阳极产生过多的金属阳离子，影响絮凝剂的生成；阴极析氢过多，干扰和削弱絮凝作用。
优选的，所述电絮凝阳极板和电絮凝阴极板之间的间距为1-10cm。
通过采用上述技术方案，板间距从时空关系上影响着电絮凝剂生长和后续絮凝效果，板间距过大或过小均不利于提高电絮凝效率和降低能耗，间距过大则导致电解效率低和电解时间长，浓差极化增加；而板间距过小，易发生短路和絮团在极板间的堵塞。
优选的，所述电絮凝阳极板和电絮凝阴极板的面积与处理水量关系为0.01-0.05m2/m3。
在一个具体的实施方案中，所述电絮凝阳极板和电絮凝阴极板的面积与处理水量关系可以为0.02m2/m3、0.03m2/m3、0.04m2/m3、0.06m2/m3。
在一些具体的实施方案中，所述电絮凝阳极板和电絮凝阴极板的面积与处理水量关系可以为0.01-0.02m2/m3、0.01-0.03m2/m3、0.01-0.04m2/m3、0.01-0.05m2/m3、0.01-0.06m2/m3、0.02-0.03m2/m3、0.02-0.04m2/m3、0.02-0.05m2/m3、0.02-0.06m2/m3、0.03-0.04m2/m3、0.03-0.05m2/m3、0.03-0.06m2/m3、0.04-0.05m2/m3、0.04-0.06m2/m3、0.05-0.06m2/m3。
通过采用上述技术方案，电絮凝阳极板和电絮凝阴极板的面积从时空关系上影响着电絮凝剂生长和后续絮凝效果，电絮凝阳极板和电絮凝阴极板的面积较小时，絮凝效果较差，且容易发生极化，造成频繁更换极板；而电絮凝阳极板和电絮凝阴极板的面积较大时，能耗较高，且不便于安装和更换，且极板容易发生极化，降低絮凝效果。
优选的，所述电絮凝反应区的一侧依次连通有释放区、斜管沉淀区和出水回流区，所述出水回流区设置有回流系统，所述回流系统包括回流管、溶气泵、溶气罐、溶气释放管和溶气释放器，所述溶气释放器的末端位于释放区内。
通过采用上述技术方案，电絮凝反应区出水继续进入释放区内，随后与溶气释放器释放的溶气水进行混合，随后进入到斜管沉淀区内进行沉淀，从而将有机污染物和总磷进行有效的去除。
优选的，所述回流系统的回流比为20％-30％。
优选的，总水力停留值为0.5h-0.6h。
通过采用上述技术方案，回流比在20％-30％、总水力停留值为0.5h-0.6h时，可以保证出水的COD、TP、色度等污染物的高效去除。
优选的，所述溶气释放器控制反应压力为0.30-0.45MPa。
在一个具体的实施方式中，所述溶气释放器控制反应压力为0.25MPa、0.35MPa、0.40MPa、0.45MPa、0.50MPa。
在一些具体的实施方式中，所述溶气释放器控制反应压力为0.25-0.30MPa、0.25-0.35MPa、0.25-0.40MPa、0.25-0.45MPa、0.25-0.50MPa、0.30-0.35MPa、0.30-0.40MPa、0.30-0.50MPa、0.35-0.40MPa、0.35-0.45MPa、0.35-0.50MPa、0.40-0.45MPa、0.40-0.50MPa、0.45-0.50MPa。
通过采用上述技术方案，此时溶气释放器释放的回流的溶气水，能够与电絮凝反应区出水形成“乳白色”气-液混合物，此时加压溶气产生的气泡直径为100-150μm，溶气水的上升浮力较大，可有效的将较大的絮凝体带入斜管沉淀区内。
优选的，所述助凝剂为聚合氯化铝、聚丙烯酰胺中的任意一种或多种。
通过采用上述技术方案，助凝剂可辅助电絮凝的电解絮凝效果，使得电絮凝产生的聚铝或聚铁絮凝剂的下浮架桥能力更强，絮凝效果更好，并可在电絮凝反应区内形成较大的絮体，增强污染物的去除效果，节省电絮凝污水处理系统的空间和占地面积、降低故障率。
优选的，所述电絮凝阳极板和电絮凝阴极板上设置有对接螺栓，所述对接螺栓上设置有橡胶隔绝板。
通过采用上述技术方案，电絮凝电极板采用对接螺栓+橡胶隔绝板，方便快速拆卸更换，解决了电絮凝电极板损耗后的更换问题。
第二方面，本申请提供电絮凝污水处理方法，采用如下的技术方案：电絮凝污水处理方法，采用上述电絮凝污水处理系统，包括以下步骤：将污水通入污水导流通道内，同时开启电絮凝脉冲电源，并通过加药系统向污水导流通道内通入助凝剂；电絮凝反应区出水继续进入释放区，溶气泵与溶气罐加压组合回流的溶气水通过溶气释放器控制反应压力0.3-0.45MPa，形成“乳白色”气-液混合物，将电絮凝产生的絮体杂质和固态污染物结合，形成三相“固-液-气”的三态混合物，利用比重＜1的特性上浮至斜管沉淀区内进行沉淀；经过斜管沉淀区分离后水体经过集水管的收集后流入出水回流区；出水回流区20％-30％的水量通过回流管回流至溶气泵和溶气罐组成的溶气系统内，继续制造溶气水通过溶气释放器回流至释放区内；出水回流区的清水在控制总水力停留值为0.5h-0.6h后通过出水管外排。
通过采用上述技术方案，本申请中，通过改进电絮凝电极板的形式结合污水絮凝方式，结合助凝剂，可有效的提升絮凝反应速率，将较小的电絮凝絮体逐渐助凝增大，形成大块絮体，使得絮凝完全，从而将污水中的有机污染物和总磷进行有效的去除。而后通过释放区、斜管沉淀区和出水回流区的进一步净化，从而进一步保证污水中的COD、TP等污染物的高效去除。
当污水为生活污水时，COD的去除率在70％以上、TP去除率在90％以上；当污水为有机污染物浓度更高的印染废水时，其COD的去除率在70％以上、TP去除率在90％以上。可以看出，通过各方法步骤之间的相互协同作用，使得污水处理方法对于污水处理具有优良的效果，应用范围广泛，不仅适用于农村分散污水及中小型城镇等低浓度微污染的污水处理，还适用于有机污染物浓度更高的工业废水的处理，符合市场需求。
综上所述，本申请具有以下有益效果：1、本申请通过改进电絮凝阳极板和电絮凝阴极板的设置形式，污水导流通道采用锥斗式的设计，电絮凝阴阳极板之间再根据水质调整间距为1-10cm，水量情况设置电极板面积，其与处理水量关系0.01-0.05㎡/m3，电流密度根据水质情况不同，适用范围10-100A/㎡，结合助凝剂，可将污水中的有机污染物和总磷进行有效的去除。
2、污水通过释放区、斜管沉淀区和出水回流区的进一步净化，并通过控制回流比为20％-30％、总水力停留值为0.5h-0.6h和溶气释放器控制反应压力为0.30-0.45MPa，从而进一步保证污水中的COD、TP等污染物的高效去除。
（发明人：董浩;袁境;何云飞）
