CN110127821A - 利用微硅颗粒处理污水的方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种利用微硅颗粒处理污水的方法及装置，所述方法采用如下方式对污水进行处理：在过滤污水用的过滤池内填充预设高度的微硅颗粒层；在过滤池内的一侧设置第一电极板，另一侧相对设置第二电极板；将第一电极板及第二电极板均与脉冲电源进行电连接，对过滤池内的污水进行处理。脉冲电源能够为第一极板和第二极板供电，并在第一极板和第二极板之间形成电场。当污水流经微硅颗粒层时，处于电场中的微硅颗粒层既能够捕捉污水中溶解态的氮元素，也能够捕捉污水中溶解态的磷元素，有效简化了去除流程。

Description

利用微硅颗粒处理污水的方法及装置
技术领域
本发明涉及污水处理技术领域，尤其涉及一种利用微硅颗粒处理污水的方法及装置。
背景技术
为促进植物生长，提高农产品的产量，人们常施用较多的氮肥和磷肥。在降雨或灌溉时，极易发生氮和磷元素的流失。当氮和磷元素进入水体，易引起水体的富营养化。水体富营养化会使得藻类及其它浮游生物迅速繁殖，水中溶氧量下降，进而引起鱼类及其它生物大量死亡的现象发生。当前，对水体中溶解态的氮和磷元素的去除已经刻不容缓。
其中，溶解态的氮元素主要以氨氮和硝氮等离子形态存在，可以通过氧化还原的方法将它们转为氮气排出污水。该方法需要消耗污水中的溶解氧，故需要在去除氮元素的过程中持续向污水中补充氧，使得氮元素的去除过程较为繁琐，且能耗较大。溶解态的磷元素主要以磷酸盐的形态存在，可以在污水中加入钙、铁及铝等离子，使得磷酸盐与这些金属离子结合形成沉淀物。但在污水中引入金属离子时，不可避免的会引入硫酸根离子、氯离子或其他负离子，易造成水体的二次污染。
目前，去除污水中溶解态氮元素和磷元素时，需要区别性对待处理，去除流程较为繁琐。
发明内容
为解决去除污水中溶解态氮元素和磷元素时，需要区别性对待处理，较为繁琐的问题，提供一种利用微硅颗粒处理污水的方法。
为实现本发明目的提供的一种利用微硅颗粒处理污水的方法，采用如下方式对污水进行处理：
在过滤污水用的过滤池内填充预设高度的微硅颗粒层；
在过滤池内的一侧设置第一电极板，另一侧相对设置第二电极板；
将第一电极板及第二电极板均与脉冲电源进行电连接，对过滤池内的污水进行处理。
在其中一个具体实施例中，在过滤池的一侧设置第一电极板，另一侧相对设置第二电极板，包括：
将第一电极板及第二电极板的下部均***微硅颗粒层。
在其中一个具体实施例中，将第一电极板及第二电极板均与脉冲电源进行电连接，包括：开启所述脉冲电源，使所述第一电极板与所述第二电极板之间产生电场；
对过滤池内的污水进行处理，包括：使污水在电场中滞留预设时长。
在其中一个具体实施例中，所述方法还包括：在使污水在电场中滞留预设时长之后，将过滤池内的污水排至过滤池的外部。
在其中一个具体实施例中，脉冲电源为双脉冲电源，脉冲频率为20-100HZ，脉冲占空比为25-75％，正、反向脉冲换向的间隔时长为10-200ms。
在其中一个具体实施例中，预处时长为10-120min；电场的强度为0.5-50V/cm。
基于同一构思的一种利用微硅颗粒处理污水的装置，包括中空结构的过滤池；
过滤池的底部填充有微硅颗粒层；
过滤池内的一侧设有第一电极板，另一侧相对设有第二电极板；第一电极板及第二电极板均用于与脉冲电源电连接。
在其中一个具体实施例中，过滤池设有第一电极板的一侧的相邻一侧设有进水口；过滤池设有第一电极板的一侧的相邻另一侧设有出水口；
进水口距过滤池的底部第一预设距离；出水口距过滤池的底部第二预设距离；微硅颗粒层的顶部所在平面距过滤池的底部所在平面的第三预设距离。
在其中一个具体实施例中，第一预设距离小于第二预设距离；第二预设距离小于第三预设距离。
在其中一个具体实施例中，第一电极板为金属板或石墨板；第二电极板为金属板或石墨板。
本发明的有益效果：本发明的所述方法通过设置脉冲电源，能够为第一极板和第二极板供电，并在第一极板和第二极板之间形成电场。当污水流经微硅颗粒层时，处于电场中的微硅颗粒层既能够捕捉污水中溶解态的氮元素，也能够捕捉污水中溶解态的磷元素，有效简化了去除流程。
附图说明
图1是本发明一种利用微硅颗粒处理污水的方法一具体实施例的流程图；
图2是本发明一种利用微硅颗粒处理污水的方法另一具体实施例的流程图；
图3是本发明一种利用微硅颗粒处理污水的装置一具体实施例的结构示意图；
图4是本发明一种利用微硅颗粒处理污水的装置另一具体实施例的正视图；
图5是图4所示的利用微硅颗粒处理污水的装置的俯视图；
图6是图4所示的利用微硅颗粒处理污水的装置的侧视图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”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，仅是为了便于描述本发明或简化描述，而不是指示或暗示所指的方法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发明的限制。
参照图1,作为本发明一种利用微硅颗粒处理污水的方法的一具体实施例，采用如下方式对污水进行处理：
S100，在过滤污水用的过滤池内填充预设高度的微硅颗粒层。
本步骤中微硅颗粒层由微硅颗粒等组成。微硅颗粒经微硅粉或硅微粉粉末加工制成。微硅粉和硅微粉粉末的材质均为二氧化硅。其中，污水中的氮元素和磷元素以离子态存在。当污水流经微硅颗粒层时，微硅颗粒能够作为捕捉污水中的离子态的氮元素和离子态的磷元素的介质。
S200，在过滤池内的一侧设置第一电极板，另一侧相对设置第二电极板。
本步骤中过滤池内的相对两侧分别设置了第一电极板和第二电极板。在第一电极板和第二电极板之间能够形成电场，当电场形成时，离子态的氮元素和离子态的磷元素均会朝着与自身所在电荷相反的电极方向运动，进而使得污水中离子态的氮元素和离子态的磷元素的运动速率发生改变。并且，在电场的激发下，微硅颗粒会产生极性。带极性的微硅颗粒能够捕捉氮元素和磷元素。当电场消失时，微硅颗粒的极性会随着时间的推移慢慢消逝，使得被捕捉并富集在微硅颗粒上的氮元素和磷元素能够被自然释放，便于微硅颗粒的清洗。整体上，有效提高了微硅颗粒的利用率。
S300，将第一电极板及第二电极板均与脉冲电源进行电连接，对所述过滤池内的所述污水进行处理。
本步骤中通过第一电极板与脉冲电源进行电连接以及第二电极板与脉冲电源电连接，使得脉冲电源能够为第一电极板和第二电机板供电。当脉冲电源为第一电极板和第二电极板供电时，在第一电极板与第二电极板之间能够产生电场。其中，脉冲电源为双脉冲电源，脉冲频率为20-100HZ，脉冲占空比为25-75％，正、反向脉冲换向的间隔时长为10-200ms。如此，会使得电场的方向会周期性改变。过滤池，能够作为处理污水用的容器或场所。污水中的氮元素和磷元素能够在过滤池进行去除处理。微硅颗粒层处于电场中，电场的方向周期性改变使得污水中离子态的氮元素和离子态的磷元素的运动速率增大或减小。而且，当污水中离子态的氮元素和离子态的磷元素运动时与微硅颗粒发生一次撞击，若被撞击的微硅颗粒未捕捉到氮元素和磷元素，进行撞击的氮元素和磷元素的方向会发生变化。然后，氮元素和磷元素继续运动，与其他微硅颗粒发生二次撞击或多次撞击直至被捕捉到，从而限制了氮元素和磷元素随着污水继续运动。并且，在电场的激发下，微硅颗粒会产生极性，带极性的微硅颗粒既能够捕捉污水中溶解态的氮元素，也能够捕捉污水中溶解态的磷元素，有效简化了去除流程。并且相对传统的去除方法，也较为环保，有效避免对水体的二次污染。另外，在电场的作用下，污水中会产生一定量的具有氧化功能的活性氧或一定量的具有还原功能的活性物质，活性氧或活性物质能够直接作用于离子态的氮元素和离子态的磷元素，加速污水中氮元素和磷元素的去除。
参照图2，作为本发明一种利用微硅颗粒处理污水的方法另一具体实施例，在过滤池的一侧设置第一电极板，另一侧相对设置第二电极板，包括：
S400，将第一电极板及第二电极板的下部均***微硅颗粒层。
本步骤中在将第一电极板及第二电极板均与脉冲电源进行电连接之前，将第一电极板和第二电极板的下部***微硅颗粒层。当脉冲电源为第一电极板和第二电极板供电时，在第一电极板和第二电极板之间形成电场，并使得微硅颗粒层的顶部及底部均能够处于电场中。
在本发明一具体实施例中，S300，将第一电极板及第二电极板均与脉冲电源进行电连接，对过滤池内的污水进行处理包括：
S500，开启脉冲电源，使第一电极板与第二电极板之间产生电场，以及S600，使污水在电场中滞留预设时长。
本步骤中，开启脉冲电源，在第一电极板与第二电极板之间会产生电场。污水在电场中滞留预设时长，使得污水中的氮元素和磷元素具有充足的时间被微硅颗粒捕捉。具体地，预处时长为10-120min；电场的强度为0.5-50V/cm。
在本发明一具体实施例中，方法还包括S700，将过滤池内的污水排至过滤池的外部。
本步骤中，在S600，使污水在过滤池内滞留预设时长之后，S700，将过滤池内的污水排至过滤池的外部。被排放至过滤池的外部的污水中氮元素和磷元素的含量极低，符合国家污水排放标准。
在本发明一具体实施例中，参照图3，本发明还提供一种利用微硅颗粒处理污水的装置，包括方形中空结构的过滤池120。过滤池120底部填充有微硅颗粒层。过滤池120内的一侧设有第一电极板121，另一侧相对设有第二电极板122。第一电极板121及第二电极板122均与脉冲电源电连接。
在此实施例中，微硅颗粒层的底部与过滤池120的底部相抵接，并且，第一电极板121与第二电极板122的底部也均与过滤池120的底部相抵接。如此，当第一电极板121和第二电极板122之间产生电场时，能够保证微硅颗粒层的顶部及底部均处于电场中。脉冲电源为双脉冲电源，能够为第一电极板121和第二电极板122供电。当脉冲电源开启时，在第一电极板121和第二电极板122之间能够产生电场，并且，电场的方向会周期性改变。污水处于电场中时，污水中离子态的氮元素和离子态的磷元素会加速或减速运动，并撞击微硅颗粒。微硅颗粒处于电场中，会产生极性，带极性的微硅颗粒既能够捕捉氮元素，也能够捕捉磷元素，大大简化污水中氮元素和磷元素的去除流程。
参照图4、图5和图6，过滤池120设有第一电极板121的一侧的相邻一侧设有进水口124，过滤池120设有第一电极板121的一侧的相邻另一侧设有出水口123。进水口124的轴线高于过滤池120的底部所在平面的第一预设距离，出水口123的轴线高于过滤池120的底部所在平面的第二预设距离，微硅颗粒层的顶部所在平面高于过滤池120的底部所在平面的第三预设距离。并且，第一预设距离小于第二预设距离，第二预设距离小于第三预设距离。
具体地，污水通过进水口124输入至过滤池120的内部，通过出水口123输出至过滤池120的外部。并且，在竖直方向上，进水口123的位置低于出水口124的位置，出水口124的位置低于微硅颗粒层的顶部。如此，微硅颗粒层对污水中氮元素和磷元素的捕捉效果较佳。其中，第一电极板可以为金属板，也可以为石墨板。第二电极板可以为金属板，也可以为石墨板。金属板的寿命相对石墨板的寿命较短。
为了更清楚地说明本公开实施例的利用微硅颗粒处理污水的方法的技术方案，以下为具体实验数据：
试验1：有机玻璃箱(过滤池)，尺寸10cm×10cm×10cm。其中，有机玻璃箱(过滤池)内的相对两侧分别设置第一电极板和第二电极板。并将第一电极板和第二电极板均电连接脉冲电源。在有机玻璃箱(过滤池)内填充微硅颗粒层，微硅颗粒层由1Kg微硅颗粒组成。然后向有机玻璃箱(过滤池)内注入含氨氮5.15mg/L、含磷1.01mg/L的污水500ml后，开启脉冲电源。设置脉冲电源的参数。其中脉冲频率为20Hz，脉冲占空比为50％，正、反向脉冲换向的间隔时长为200ms，电场强度为12V/cm，运行20min(预设时长)后，在不关闭脉冲电源的情况下，采样检测，测得氨氮为1.81mg/L，磷为0.32mg/L。
试验2：有机玻璃箱(过滤池)，尺寸10cm×10cm×10cm。其中，有机玻璃箱(过滤池)内的相对两侧分别设置第一电极板和第二电极板。并将第一电极板和第二电极板均电连接脉冲电源。在有机玻璃箱(过滤池)内填充微硅颗粒层，微硅颗粒层由1Kg微硅颗粒组成。然后向有机玻璃箱(过滤池)内注入含氨氮5.15mg/L、含磷1.01mg/L的污水500ml后，不开启脉冲电源。运行20min(预设时长)后，采样检测，测得氨氮为4.73mg/L，磷为0.94mg/L。
试验3：有机玻璃箱(过滤池)，尺寸10cm×10cm×10cm。其中，有机玻璃箱(过滤池)内的相对两侧分别设置第一电极板和第二电极板。并将第一电极板和第二电极板均电连接脉冲电源。在有机玻璃箱(过滤池)内填充微硅颗粒层，微硅颗粒层由1Kg微硅颗粒组成。然后向有机玻璃箱(过滤池)内注入含氨氮5.15mg/L、含磷1.01mg/L的污水500ml后，开启脉冲电源。设置脉冲电源的参数。其中脉冲频率为100Hz，脉冲占空比为25％，正、反向脉冲换向的间隔时长为10ms，电场强度为1.2V/cm，运行120min(预设时长)后，在不关闭脉冲电源的情况下，采样检测，测得氨氮为1.62mg/L，磷为0.28mg/L。
试验4：有机玻璃箱(过滤池)，尺寸10cm×10cm×10cm。其中，有机玻璃箱(过滤池)内的相对两侧分别设置第一电极板和第二电极板。并将第一电极板和第二电极板均电连接脉冲电源。在有机玻璃箱(过滤池)内填充微硅颗粒层，微硅颗粒层由1Kg微硅颗粒组成。然后向有机玻璃箱(过滤池)内注入含氨氮5.15mg/L、含磷1.01mg/L的污水500ml后，开启脉冲电源。设置脉冲电源的参数。其中脉冲频率为100Hz，脉冲占空比为75％，正、反向脉冲换向的间隔时长为200ms，电场强度为22V/cm，运行10min(预设时长)后，在不关闭脉冲电源的情况下，采样检测，测得氨氮为1.43mg/L，磷为0.25mg/L。
试验5：有机玻璃箱(过滤池)，尺寸10cm×10cm×10cm。其中，有机玻璃箱(过滤池)内的相对两侧分别设置第一电极板和第二电极板。并将第一电极板和第二电极板均电连接脉冲电源。在有机玻璃箱(过滤池)内填充微硅颗粒层，微硅颗粒层由1Kg微硅颗粒组成。然后向有机玻璃箱(过滤池)内注入含氨氮5.15mg/L、含磷1.01mg/L的污水500ml后，开启脉冲电源。设置脉冲电源的参数。其中脉冲频率为100Hz，脉冲占空比为50％，正、反向脉冲换向的间隔时长为100ms，电场强度为22V/cm，运行15min(预设时长)后，在不关闭脉冲电源的情况下，采样检测，测得氨氮为1.35mg/L，磷为0.085mg/L。
试验6：有机玻璃箱(过滤池)，尺寸10cm×10cm×10cm。其中，有机玻璃箱(过滤池)内的相对两侧分别设置第一电极板和第二电极板。并将第一电极板和第二电极板均电连接脉冲电源。在有机玻璃箱(过滤池)内填充微硅颗粒层，微硅颗粒层由1Kg微硅颗粒组成。然后向有机玻璃箱(过滤池)内注入含氨氮4.51mg/L、含磷0.89mg/L的污水500ml后，开启脉冲电源。设置脉冲电源的参数。其中脉冲频率为100Hz，脉冲占空比为75％，正、反向脉冲换向的间隔时长为200ms，电场强度为12V/cm，调节污水通过进水口和出水口时的流速，维持有机玻璃箱(过滤池)内的液位不变。其中，污水通过出水口时的流速为20-25ml/min。当污水从出水口排出500ml后，在不关闭脉冲电源的情况下，开始从出水口采样检测，测得氨氮为1.44mg/L，磷为0.28mg/L。
试验7：有机玻璃箱(过滤池)，尺寸10cm×10cm×10cm。其中，有机玻璃箱(过滤池)内的相对两侧分别设置第一电极板和第二电极板。并将第一电极板和第二电极板均电连接脉冲电源。在有机玻璃箱(过滤池)内填充微硅颗粒层，微硅颗粒层由1Kg微硅颗粒组成。然后向有机玻璃箱(过滤池)内注入含氨氮4.51mg/L、含磷0.89mg/L的污水500ml后，开启脉冲电源。设置脉冲电源的参数。其中脉冲频率为100Hz，脉冲占空比为50％，正、反向脉冲换向的间隔时长为100ms，电场强度为12V/cm，调节污水通过进水口和出水口时的流速，维持有机玻璃箱(过滤池)内的液位不变。其中，污水通过出水口时的流速为20-25ml/min。当污水从出水口排出500ml后，在不关闭脉冲电源的情况下，开始从出水口采样检测，测得氨氮为1.24mg/L，磷为0.066mg/L。
在本发明一具体实施例中，公开了一种微硅颗粒制备方法，包括以下步骤：
在微硅粉或硅微粉粉末(80-120目)中添加一定质量分数的碱液，形成溶液。然后，对溶液进行超声波处理，加快微硅粉或硅微粉粉末的溶解速率。之后，在50-100℃的条件下恒温处理0.5-10h。然后，对溶液进行过滤，经冷冻干燥后，使用蒸馏水淋洗0.5-2h。之后，蒸汽冲洗10-60min。最后，使用热风进行烘干，制得微硅颗粒。经检测，微硅颗粒的粒径大于0.4mm，堆密度为1.5-2.3/cm3，符合应用要求。
为了更清楚地说明本公开实施例的微硅颗粒制备方法的技术方案，以下为具体实验数据：
试验8：在100g微硅粉(80目)中添加质量分数为0.4％碱液1Kg，经超声波处理2h后，50℃恒温处理10h，然后过滤，滤液舍弃。之后，将含微硅颗粒的混合物置于冷冻室存放，存放时长为12H。然后冷冻干燥，使用蒸馏水淋洗0.5h。之后，蒸汽冲洗10min。最后，热风吹干，制得微硅颗粒。使用40目的筛网去掉粒径较小的微硅颗粒后，留存粒径大于0.4mm的微硅颗粒86.5g。经检测，堆密度为1.572g/cm3。
试验9：在100g微硅粉(120目)中添加质量分数为1％碱液0.5Kg，经超声波处理1h后，100℃恒温处理0.5h，然后过滤，滤液舍弃。之后，将含微硅颗粒的混合物置于冷冻室存放，存放时长为12H。然后冷冻干燥，使用蒸馏水淋洗1h。之后，蒸汽冲洗20min。最后，热风吹干，制得微硅颗粒。使用40目的筛网去掉粒径较小的微硅颗粒后，留存粒径大于0.4mm的微硅颗粒89.9g。经检测，堆密度为1.948g/cm3。
试验10：在2Kg微硅粉(80目)中添加质量分数为4％碱液2Kg，经超声波处理0.5h后，90℃恒温处理1h，然后过滤，滤液舍弃。之后，将含微硅颗粒的混合物置于冷冻室存放，存放时长为12H。然后冷冻干燥，使用蒸馏水淋洗2h。之后，蒸汽冲洗60min。最后，热风吹干，制得微硅颗粒。使用40目的筛网去掉粒径较小的微硅颗粒后，留存粒径大于0.4mm的微硅颗粒1.596Kg。经检测，堆密度为1.789g/cm3。
试验11：在2Kg微硅粉(120目)中添加质量分数为2％碱液5Kg，经超声波处理1h后，70℃恒温处理2h，然后过滤，滤液舍弃。之后，将含微硅颗粒的混合物置于冷冻室存放，存放时长为12H。然后冷冻干燥，使用蒸馏水淋洗1h。之后，蒸汽冲洗40min。最后，热风吹干，制得微硅颗粒。使用40目的筛网去掉粒径较小的微硅颗粒后，留存粒径大于0.4mm的微硅颗粒1.541Kg。经检测，堆密度为2.128g/cm3。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的范围内，根据本发明的技术方案及其构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种利用微硅颗粒处理污水的方法，其特征在于，采用如下方式对污水进行处理：
在过滤污水用的过滤池内填充预设高度的微硅颗粒层；
在所述过滤池内的一侧设置第一电极板，另一侧相对设置第二电极板；
将所述第一电极板及所述第二电极板均与脉冲电源进行电连接，对所述过滤池内的污水进行处理。
2.根据权利要求1所述的利用微硅颗粒处理污水的方法，其特征在于，所述在所述过滤池的一侧设置第一电极板，另一侧相对设置第二电极板，包括：
将所述第一电极板及所述第二电极板的下部均***所述微硅颗粒层。
3.根据权利要求1所述的利用微硅颗粒处理污水的方法，其特征在于，所述将所述第一电极板及所述第二电极板均与脉冲电源进行电连接，包括：开启所述脉冲电源，使所述第一电极板与所述第二电极板之间产生电场；
所述对所述过滤池内的污水进行处理，包括：使污水在所述电场中滞留预设时长。
4.根据权利要求3所述的利用微硅颗粒处理污水的方法，其特征在于，所述方法还包括：在所述使污水在所述电场中滞留预设时长之后，将所述过滤池内的污水排至所述过滤池的外部。
5.根据权利要求3所述的利用微硅颗粒处理污水的方法，其特征在于，所述脉冲电源为双脉冲电源，脉冲频率为20-100HZ，脉冲占空比为25-75％，正、反向脉冲换向的间隔时长为10-200ms。
6.根据权利要求3所述的利用微硅颗粒处理污水的方法，其特征在于，所述预处时长为10-120min；所述电场的强度为0.5-50V/cm。
7.一种利用微硅颗粒处理污水的装置，其特征在于，包括：
中空结构的过滤池；
所述过滤池的底部填充有微硅颗粒层；
所述过滤池内的一侧设有第一电极板，另一侧相对设有第二电极板；所述第一电极板及所述第二电极板均用于与脉冲电源电连接。
8.根据权利要求7所述的利用微硅颗粒处理污水的装置，其特征在于，所述过滤池设有所述第一电极板的一侧的相邻一侧设有进水口；所述过滤池设有所述第一电极板的一侧的相邻另一侧设有出水口；
所述进水口距所述过滤池的底部第一预设距离；所述出水口距所述过滤池的底部第二预设距离；所述微硅颗粒层的顶部所在平面距所述过滤池的底部所在平面的第三预设距离。
9.根据权利要求8所述的利用微硅颗粒处理污水的装置，其特征在于，所述第一预设距离小于所述第二预设距离；所述第二预设距离小于所述第三预设距离。
10.根据权利要求7所述的利用微硅颗粒处理污水的装置，其特征在于，所述第一电极板为金属板或石墨板；所述第二电极板为金属板或石墨板。
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