CN108383211A - 一种基于铁碳微电解的废水除磷设备与方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于铁碳微电解的废水除磷设备与方法，该设备包括含磷废水池、废水泵、铁碳微电解反应器本体、超声波控制系统、曝气机，所述的铁碳微电解反应器本体为折流式，包括通过隔板隔开的下向流通道、上向流通道和污泥斗；所述的下向流通道内部填充铁碳填料；所述的上向流通道宽度较窄，作为水流上升通道和污泥沉淀区；所述的下向流通道底部设有填料承托板，并固定超声发生器；所述的下向流通道底部设有微孔曝气器，由曝气机提供空气来源，用于提供富氧环境以及使废水与填料充分混合接触；所述的超声波控制系统包括超声波控制器和超声波发生器，超声波作用于铁碳填料表面，通过空化作用剥离微电解过程形成的稳定絮凝物，解除铁碳填料的钝化问题。
Description
技术领域
本发明涉及一种基于铁碳微电解的废水除磷设备与方法，属于污水处理领域。
背景技术
铁碳微电解技术以废水做电解质，微电解填料中的铁屑为阳极、活性炭为阴极形成“原电池”，通过放电形成电流对废水进行电解氧化和还原处理，其原理基于电化学、氧化-还原以及絮凝沉淀的共同作用以达到去除有机污染物的目的。具有适用范围广、处理效果好、成本低廉、处理时间短、操作维护方便、电力消耗低等优点，广泛应用于工业废水的预处理和深度处理中。
铁碳微电解技术在电镀废水、制药废水、化工废水等诸多典型难降解废水的处理中具有广泛应用。然而目前的应用多集中于该技术对难降解有机废水的可生化性改善作用，以及作为预处理单元，与生化处理工艺联用对某些工业废水的处理效能，忽视了铁碳微电解的除磷作用研究。通过试验发现铁碳微电解具有出色的除磷作用，因此本发明提出了一种基于铁碳微电解的废水除磷设备与方法。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于铁碳微电解的废水除磷设备与方法，含磷废水经铁碳微电解处理后，可有效去除水中溶解性磷酸盐并且生成的沉淀物主要成分为磷酸铁(FePO4)，具有回收利用价值。
为实现上述技术效果，本发明公开了一种基于铁碳微电解的废水除磷设备，其特征在于：包括含磷废水池、废水泵、铁碳微电解反应器本体、超声波控制系统、曝气机，所述的铁碳微电解的废水除磷设备包括N个串联的铁碳微电解反应器本体，其中N为大于等于3的正整数；所述的铁碳微电解反应器本体为折流式，包括通过隔板隔开的下向流通道、上向流通道和污泥斗；所述的下向流通道内部填充铁碳填料；所述的上向流通道宽度较窄，作为水流上升通道和污泥沉淀区；所述的下向流通道底部设有填料承托板，并固定超声发生器；所述的下向流通道底部设有微孔曝气器，由曝气机提供空气来源，用于提供富氧环境以及使废水与填料充分混合接触；所述的超声波控制系统包括超声波控制器和超声波发生器，超声波作用于铁碳填料表面，通过空化作用剥离微电解过程形成的稳定絮凝物，解除铁碳填料的钝化问题。
本发明的工作过程为：含磷废水池1内的含磷废水经废水泵2提升后，进入铁碳微电解反应器本体3，进入下向流同道，流经铁碳填料4，铁碳填料4放在填料承托板8上。下向流同道设置微孔曝气器5，曝气机9提供的压缩空气通过微孔曝气器5进入下向流通道，曝气为废水充氧同时使废水与铁碳填料充分混合。超声波控制器6控制超声波发生器7在下向流通道中形成超声波，超声波作用于铁碳填料表面，通过空化作用剥离微电解过程形成的稳定絮凝物，解除铁碳填料的钝化问题。废水折流进入上向流通道，絮凝物在重力作用下沉淀下来进入铁碳微电解反应器本体1底部的污泥斗，根据污泥量定期排出污泥。污泥主要成分为FePO4，经脱水、干化、提纯后可用于制造磷酸铁锂电池材料、催化剂及陶瓷等。随后废水进入下一串联的铁碳微电解反应器本体，重复上述过程，达到设计停留时间后，废水由出水口排出，进入后续处理单元。
进一步地，所述的除磷作用其机理为：铁碳微电解阳极反应的终产物为Fe3+，与水中PO4 3-结合生成FePO4，FePO4几乎不溶于水，从水中沉淀下来，达到除磷作用。
进一步地，所述的FePO4可用于制造磷酸铁锂电池材料、催化剂及陶瓷等，具有广阔的回收利用价值。
进一步地，所述的填料承托板为穿孔板，穿孔直径小于铁碳填料直径。
进一步地，所述的微孔曝气器位于下向流通道底部。
进一步地，所述的铁碳微电解反应器本体底部呈漏斗状，底端设有排泥口。
进一步地，所述的铁碳填料为直径14-18mm球形烧结铁碳填料，铁碳重量比为1:1。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1)基于铁碳微电解的除磷作用，其原理基于原电池，不用外加电源，铁屑、活性炭可以取自工业废料，具有以废治废、环保友好的特点。
2)生成的FePO4，主要用途在于制造磷酸铁锂电池材料、催化剂及陶瓷等，具有广阔的回收利用价值。
3)铁碳微电解反应器设有超声波控制系统，超声能够有效去除铁碳填料表面杂质，使其表面反应活性位点连续再生，解除铁碳填料的钝化问题。
4)铁碳微电解反应器内部设置曝气系统，曝气不仅能增加水流紊动性，从而使废水与铁碳填料充分混合，还能使混合液处于富氧环境中，从而发生酸性富氧条件下的反应，生成氧化能力极强的·OH，进一步提高铁碳微电解作用。
5)可根据处理水量、水质要求设计不同长度、深度的反应器，亦可做成回转的廊道式反应器，易于加工制造，矩形形状容易适应其他处理单元的布置，适应范围大。
附图说明
图1为基于铁碳微电解的废水除磷设备结构示意图；
图2为不同初始PO4 3--P浓度条件下铁碳微电解除磷作用；
1、含磷废水池；2、废水泵；3、铁碳微电解反应器本体；4、铁碳填料；5、微孔曝气器；6、超声波控制器；7、超声波发生器；8、填料承托板；9、曝气机。
具体实施方式
下面结合说明书附图1对本发明进行详细介绍：
本发明公开了一种基于铁碳微电解的废水除磷设备，包括含磷废水池1、废水泵2、N个串联的铁碳微电解反应器本体3、铁碳填料4、微孔曝气器5、超声波控制器6、超声波发生器7、填料承托板8、曝气机9。其工作过程为：含磷废水池1内的含磷废水经废水泵2提升后，进入第一个铁碳微电解反应器本体3，进入下向流同道，流经铁碳填料4，铁碳填料4放在填料承托板8上。下向流通道设置微孔曝气器5，曝气机9提供的压缩空气通过微孔曝气器5进入下向流通道，曝气为废水充氧同时使废水与铁碳填料充分混合。超声波控制器6控制超声波发生器7在下向流通道中形成超声波，超声波作用于铁碳填料表面，通过空化作用剥离微电解过程形成的稳定絮凝物，解除铁碳填料的钝化问题。废水折流进入上向流通道，絮凝物在重力作用下沉淀下来进入铁碳微电解反应器本体1底部的污泥斗，根据污泥量定期排出污泥。污泥主要成分为FePO4，经脱水、干化、提纯后可用于制造磷酸铁锂电池材料、催化剂及陶瓷等。随后废水经第一个铁碳微电解反应器本体的上向流通道进入与其串联的下一个铁碳微电解反应器本体，重复上述过程，达到设计停留时间后，废水由出水口排出，进入下一串联的铁碳微电解反应器本体，废水经N个铁碳微电解反应器本体处理。
本发明通过铁碳微电解除磷：铁碳微电解阳极反应的终产物为Fe3+，与水中PO4 3-结合生成FePO4，FePO4几乎不溶于水，从水中沉淀下来，达到除磷作用。其原理基于原电池，不用外加电源，铁屑、活性炭可以取自工业废料，具有以废治废、环保友好的特点。生成的FePO4，主要用途在于制造磷酸铁锂电池材料、催化剂及陶瓷等，具有广阔的回收利用价值。
本发明通过对比试验研究了不同初始PO4 3--P浓度条件下铁碳微电解除磷作用。
试验过程：采用容量为1L的玻璃烧杯，加入堆体积为500ml的铁碳填料，用量筒分别稀释调配好的含磷溶液，将此溶液依次注入5个烧杯500ml刻度线处，使铁碳填料都淹没在水面以下，不加磷溶液的烧杯作为对照。将烧杯置于恒温振荡摇床中，20℃、100r/min条件下振荡，定时取样测定水质指标。
试验结果如附图2所示，初始PO4 3--P浓度不同，反应曲线变化趋势相似，都是先快速下降后缓慢降低。初始PO4 3--P浓度越高，剩余PO4 3--P浓度越高。初始PO4 3--P浓度为20、30、40、50、60mg/L时，剩余PO4 3--P浓度分别为4.65、6.89、5.66、8.46、12.30mg/L，去除率分别为76.75％、77.03％、85.85％、83.08％、79.5％，除磷作用显著。
综合上述试验结果，本发明通过铁碳微电解作用除磷，其原理基于原电池，不用外加电源，铁屑、活性炭可以取自工业废料，具有以废治废、环保友好的特点。生成的FePO4，主要用途在于制造磷酸铁锂电池材料、催化剂及陶瓷等，具有广阔的回收利用价值。
下面通过具体实施实例进一步说明本发明的实施过程及对不同类型含磷废水除磷效果。
实施例1
某酱菜腌制加工厂的排放废水，废水中PO4 3--P浓度为9.91mg/L。
应用本发明所述基于铁碳微电解的废水除磷设备进行除磷的方法，包括以下步骤：
1)含磷废水池1内的含磷废水经废水泵2提升；
2)进入第一个铁碳微电解反应器本体3，进入下向流通道；
3)流经铁碳填料4，铁碳填料4放在填料承托板8上；
4)下向流通道设置微孔曝气器5，曝气机9提供的压缩空气通过微孔曝气器5进入下向流通道；
5)超声波控制器6控制超声波发生器7在下向流通道中形成超声波，超声波作用于铁碳填料表面，通过空化作用剥离微电解过程形成的稳定絮凝物；
6)废水折流进入上向流通道，絮凝物在重力作用下沉淀下来进入铁碳微电解反应器本体1底部的污泥斗，根据污泥量定期排出污泥；
7)污泥主要成分为FePO4，经脱水、干化、提纯后可用于制造磷酸铁锂电池材料、催化剂及陶瓷等；
8)随后废水进入下一串联的铁碳微电解反应器本体，重复上述过程，达到设计停留时间后，废水由出水口排出，进入下一串联的铁碳微电解反应器本体，废水共经3个铁碳微电解反应器本体处理。
经上述方法预处理后，废水PO4 3--P去除率为95.3％。
实施例2
某污水处理厂进水，废水中PO4 3--P浓度为8.47mg/L。
应用本发明所述基于铁碳微电解的废水除磷设备进行除磷的方法，包括以下步骤：
1)含磷废水池1内的含磷废水经废水泵2提升；
2)进入第一个铁碳微电解反应器本体3，进入下向流通道；
3)流经铁碳填料4，铁碳填料4放在填料承托板8上；
4)下向流通道设置微孔曝气器5，曝气机9提供的压缩空气通过微孔曝气器5进入下向流通道；
5)超声波控制器6控制超声波发生器7在下向流通道中形成超声波，超声波作用于铁碳填料表面，通过空化作用剥离微电解过程形成的稳定絮凝物；
6)废水折流进入上向流通道，絮凝物在重力作用下沉淀下来进入铁碳微电解反应器本体1底部的污泥斗，根据污泥量定期排出污泥；
7)污泥主要成分为FePO4，经脱水、干化、提纯后可用于制造磷酸铁锂电池材料、催化剂及陶瓷等；
8)随后废水进入下一串联的铁碳微电解反应器本体，重复上述过程，达到设计停留时间后，废水由出水口排出，进入下一串联的铁碳微电解反应器本体，废水共经5个铁碳微电解反应器本体处理。
经上述方法预处理后，污水PO4 3--P去除率为96.1％。
实施例3
某污水处理厂污泥厌氧消化液中PO4 3--P浓度为50.46mg/L。
应用本发明所述基于铁碳微电解的废水除磷设备进行除磷的方法，包括以下步骤：
1)含磷废水池1内的含磷废水经废水泵2提升；
2)进入铁碳微电解反应器本体3，进入下向流通道；
3)流经铁碳填料4，铁碳填料4放在填料承托板8上；
4)下向流通道设置微孔曝气器5，曝气机9提供的压缩空气通过微孔曝气器5进入下向流通道；
5)超声波控制器6控制超声波发生器7在下向流通道中形成超声波，超声波作用于铁碳填料表面，通过空化作用剥离微电解过程形成的稳定絮凝物；
6)废水折流进入上向流通道，絮凝物在重力作用下沉淀下来进入铁碳微电解反应器本体1底部的污泥斗，根据污泥量定期排出污泥；
7)污泥主要成分为FePO4，经脱水、干化、提纯后可用于制造磷酸铁锂电池材料、催化剂及陶瓷等；
8)随后废水进入下一串联的铁碳微电解反应器本体，重复上述过程，达到设计停留时间后，废水由出水口排出，进入下一串联的铁碳微电解反应器本体，废水共经2个铁碳微电解反应器本体处理。
经上述方法预处理后，污水PO4 3--P去除率为81.2％。
最后应说明的是，上述具体实施方式仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照实例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (8)
1.一种基于铁碳微电解的废水除磷设备，其特征在于：包括含磷废水池、废水泵、铁碳微电解反应器本体、超声波控制系统、曝气机，所述的铁碳微电解的废水除磷设备包括N个串联的铁碳微电解反应器本体，其中N为正整数；所述的铁碳微电解反应器本体为折流式，包括通过隔板隔开的下向流通道、上向流通道和污泥斗；所述的下向流通道内部填充铁碳填料；所述的上向流通道宽度较窄，作为水流上升通道和污泥沉淀区；所述的下向流通道底部设有填料承托板，并固定超声发生器；所述的下向流通道底部设有微孔曝气器，由曝气机提供空气来源，用于提供富氧环境以及使废水与填料充分混合接触；所述的超声波控制系统包括超声波控制器和超声波发生器，超声波作用于铁碳填料表面，通过空化作用剥离微电解过程形成的稳定絮凝物，解除铁碳填料的钝化问题。
2.根据权利要求1所述的一种基于铁碳微电解的废水除磷设备，其特征在于：所述的填料承托板为穿孔板，穿孔直径小于铁碳填料直径。
3.根据权利要求1所述的一种基于铁碳微电解的废水除磷设备，其特征在于：所述的微孔曝气器位于下向流通道底部。
4.根据权利要求1所述的一种基于铁碳微电解的废水除磷设备，其特征在于：所述的铁碳微电解反应器本体底部呈漏斗状，底端设有排泥口。
5.根据权利要求1所述的一种基于铁碳微电解的废水除磷设备，其特征在于：所述的铁碳填料为直径14-18mm球形烧结铁碳填料，铁碳重量比为1:1。
6.根据权利要求1所述的一种基于铁碳微电解的废水除磷设备，其特征在于：所述的除磷作用机理为：铁碳微电解阳极反应的终产物为Fe3+，与水中PO4 3-结合生成FePO4，FePO4几乎不溶于水，从水中沉淀下来，达到除磷作用。
7.根据权利要求6所述的一种基于铁碳微电解的废水除磷设备，其特征在于：所述的FePO4能用于制造磷酸铁锂电池材料、催化剂及陶瓷，具有广阔的回收利用价值。
8.一种回收权利要求1-7中任一项权利要求所述的基于铁碳微电解的废水除磷设备中的FePO4的方法，其特征在于：铁碳微电解反应器本体底部的污泥斗根据污泥量定期排出污泥，污泥主要成分为FePO4，污泥经脱水、干化、提纯，得到FePO4，可用于制造磷酸铁锂电池材料、催化剂及陶瓷。
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