CN212954436U - 低能耗防堵塞的生化电解除磷装置 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种低能耗防堵塞的生化电解除磷装置，包括用于容纳电解质溶液的箱体和设于箱体内的电极片，所述电极片为Fe系电极片或/和Al系电极片，所述电极片通过导线外接电源；所述箱体的底面及至少部分侧面带有由阳离子交换膜构成的窗口。先在箱体侧面开口，在开口边缘放置一层硅胶，将阳离子交换膜放在硅胶上，再在相同位置再次放置一层硅胶，最后加上一层有机玻璃片，有机玻璃片和箱体之间通过螺栓和螺母相连，用相同方法在筒体其他侧面和底面进行相同操作。本申请的生化电解除磷装置降低能耗的同时解决电极片堵塞问题。

Description

低能耗防堵塞的生化电解除磷装置

技术领域

本申请涉及水处理领域，具体涉及一种低能耗防堵塞的生化电解除磷装置。

背景技术

磷是引起水体富营养化的关键营养物质，因此从废水中除去磷，是解决水体富营养化的关键。目前国内外普遍采用的污水除磷除磷方法主要有化学除磷法、生物除磷法。但生物除磷法的出水一般很难达到0.5mg/L的出水标准。化学除磷法在小型分散式污水处理设备中，药剂溶解槽和溶液输送泵以及搅拌的方式就使得装置过于复杂，难以操作和管理。这时候电解除磷诞生了，其不仅装置结构较为简单，而且方便操作、易于管理，更重要的是其处理效果较佳，出水可以达到出水标准。但随着电解除磷装置的大量运用，其电极片易钝化，电解过程中会产生浮渣等问题也逐渐显露出来，最关键的是用电解除磷装置处理生活污水，由于生活污水中的盐度很低，导致了在电解过程中所需要的能耗很高，因此，一种处理效果可以达到相应要求，还不会产生相应问题的电解除磷装置对于其推广应用具有重要意义。

公开号为CN102976453A的专利申请公开了一种电解除磷设备属于废水处理技术及设备，特别是一种带有曝气装置的电解除磷设备。该电解除磷设备，其特征是：电解池上部一侧设有进水管，另一侧下部设有出水管，安装在旋转轴上的圆形电极板位于电解池的上方，电极板一块为铝板，另一块为铁板，电极板与直流电源连接，电解池底部装有曝气装置，曝气装置经输气管与鼓风机相连接。但该设备中的电极板容易发生钝化，影响电解效果；且电解产生的浮渣积累在电极板之间，使得需要更高的电压或电流才能产生之前的电解效果，增加的能耗。公开号为CN203715345U的专利公开了一种电解除磷装置，该电解除磷装置提高电解效率，消除了因多余溶出的铁离子而导致的水色变化，并且可以达到更好的除垢效果；包括内部设置有除磷腔的电解槽、调节箱和气泵，并在电解槽上设置有进水管和出水管，进水管和出水管均与除磷腔相通，除磷腔内设置有铁/铝电极组合、曝气管、升降控制器和除垢装置，铁/铝电极组合与调节箱电连接，曝气管上设置有多个通孔，曝气管安装在除磷腔的内底壁上，气泵的输出端穿过电解槽并与曝气管连通；除垢装置安装在升降控制器的输出端，并且除垢装置贴紧铁/铝电极组合，电解槽的底部设置有出泥管，并且出泥管与除磷腔相通。但是该装置无法实现自身的清洁，需人工操作，费时费力；且电解产生的浮渣积累在电极板之间，降低电解效果，进而增加能耗。公开号为CN205856074U的专利提供一种电解除磷装置。该电解除磷装置由进水管、曝气池、曝气装置、风机、出水管、取样泵、总磷在线监测仪、可编程逻辑控制器、直流电源、铝板电极和铁板电极组成。该装置可以持续释放铝离子或铁离子，通过生成磷酸盐沉淀、吸附和气浮作用达到去除总磷的目的。但该设备中的电极板容易发生钝化，影响电解效果；且电解产生的浮渣积累在电极板之间，大大降低电解效果，因此为了达到预期效果只能增大电压或电流，这就导致了能耗的增加。

实用新型内容

本申请提供一种生化电解除磷装置，降低能耗的同时解决电极片堵塞问题。

低能耗防堵塞的生化电解除磷装置，包括用于容纳电解质溶液的箱体和设于箱体内的电极片，所述电极片为Fe系电极片或/和Al系电极片，所述电极片通过导线外接电源；所述箱体的底面及至少部分侧面带有由阳离子交换膜构成的窗口。

阳离子交换膜窗口的制作方法包括：先在箱体侧面开口，在开口边缘放置一层硅胶，将阳离子交换膜放在硅胶上，再在相同位置再次放置一层硅胶，最后加上一层有机玻璃片，有机玻璃片和箱体之间通过螺栓和螺母相连，用相同方法在筒体其他侧面和底面进行相同操作。

以下还提供了若干可选方式，但并不作为对上述总体方案的额外限定，仅仅是进一步的增补或优选，在没有技术或逻辑矛盾的前提下，各可选方式可单独针对上述总体方案进行组合，还可以是多个可选方式之间进行组合。

可选的，所述电极片包括阳极电极片和阴极电极片，阳极电极片外接电源正极，阴极电极片外接电源的负极；所述阳极电极片和阴极电极片间隔分布；所述电极片之间的间隙为1～3cm。

所述箱体的侧面带有阳离子交换膜构成的窗口，可以理解箱体的部分侧面或者全部侧面带有阳离子交换膜构成的窗口。可选的，所述箱体的所有侧面上均带有由阳离子交换膜构成的窗口。

可选的，所述阳离子交换膜的单面膜面积总和与单张电极片的单面面积比为1：1～2。

可选的，所述箱体的体积与所有电极片单面面积之和的比为1m³：5～10m²。

可选的，所述阳离子交换膜的单面膜面积总和与处理水量的比为1m²： 10～20m³/d。

低能耗防堵塞的生化电解除磷装置，包括箱体和设于箱体内的电解质溶液及电极片，所述电极片通过导线外接电源；所述箱体的底面及侧面带有由阳离子交换膜构成的窗口。

可选的，所述箱体的顶盖上设置带封盖的电解质溶液注入口。

可选的，所述电解质溶液中阴离子为SO₄ ^2-或/和NO₃ ^2-；阴离子的浓度为 1000～20000mg/l。

相对于对于传统电解除磷装置，本装置至少具备如下优势之一：

(1)因为电解所需铝离子是恒定的，因此电流是恒定的，电流恒定下，电极在电解质溶液内发生反应可以降低溶液过电势进而降低所需施加的电压，减少能耗。此外更低的电压保证了铝腐蚀反应的有效性，避免了因析氢析氧反应造成的能源浪费。

(2)将污水和反应装置分隔开，也可以避免水中的污泥进入电极片间隙中，导致电极片的堵塞。

(3)设备整体构造简单，管理起来较为方便，运行成本较低。

附图说明

图1为本申请生化电解除磷装置处理污水时的结构示意图。

图中附图标记说明如下：

1-箱体 2-电解质溶液 3-电极片

4-电导线 5-污水 6-电解产生的Al³⁺或/和Fe³⁺

7-污水中的H⁺ 8-电源 9-阳离子交换膜

10-电解质溶液注入口

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

需要说明的是，当组件被称为与另一个组件“连接”时，它可以直接与另一个组件连接或者也可以存在居中的组件。当一个组件被认为是“设置于”另一个组件，它可以是直接设置在另一个组件上或者可能同时存在居中组件。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是在于限制本申请。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

如图1所示，一种低能耗防堵塞的生化电解除磷装置，包括箱体1，箱体1 的底面以及部分或全部侧面上开设由阳离子交换膜9封闭的窗口，箱体的顶盖上设置带封盖的电解质溶液注入口10。箱体1内设置电极片3，电极片3包括阳极电极片和阴极电极片，阳极电极片通过电导线4外接电源8的正极，阴极电极片通过电导线4外接电源8的负极；阳极电极片和阴极电极片间隔分布。电极片的材质包括但不限于Fe和Al中的一种或两种组合。

阳离子交换膜窗口的一种制作方法包括：先在箱体侧面开口，在开口边缘放置一层硅胶，将阳离子交换膜放在硅胶上，再在相同位置再次放置一层硅胶，最后加上一层有机玻璃片，有机玻璃片和箱体之间通过螺栓和螺母相连，用相同方法在筒体其他侧面和底面进行相同操作。

使用时，向箱体内注入电解质溶液，并将该电解除磷装置悬浮于待处理的污水5中，使阳离子交换膜没入污水5中。

该装置主要原理：在通电的情况下，阳极电极产生Al³⁺或/和Fe³⁺，Al³⁺或/ 和Fe³⁺通过阳离子交换膜进入到污水中，与污水中的PO₄ ^3-结合产生不容性化合物，然后通过固液分离将该物质从污水中分离出来，从而达到除磷的目的，废水中的H⁺则通过阳离子交换膜汇聚到电极阴极附近，进而产生氢气。污水中的含盐率一般较低，所以污水作为电解液的电导率很低，使得传统电解除磷装置能耗较大。但本装置箱体内部的电解液通过阳离子交换膜与污水相隔，使得在电解效果基本相同时，本装置会因为其内部电解质溶液浓度较高，进而降低溶液过电势，降低电解所需施加的电压，减少能耗。此外更低的电压保证了铝腐蚀反应的有效性，避免了因析氢析氧反应造成的能源浪费。并且将污水和反应装置分隔开，也可以避免水中的污泥进入电极片间隙中，导致电极片的堵塞。

电极片之间的间隙设置考虑电解效率、电极片的最大利用以及电极片之间的堵塞问题，一种实施方式中，电极片之间的间隙为1～3cm，该间隙是指任一相邻两电极片之间的间距。若电极片间隙过大，则增加了电子转移的难度，若电极片间隙过小，则电极产生的浮渣可能将其堵塞。本申请中在该设置间隙下，进一步解决电极片之间的堵塞问题。

箱体的侧面带有阳离子交换膜构成的窗口，可以理解箱体的部分侧面或者全部侧面带有阳离子交换膜构成的窗口。一种实施方式中，箱体1的所有侧面上均带有由阳离子交换膜9构成的窗口。

阳离子交换膜的面积与电极片的面积的比值会对除磷效果产生一定的影响，若比值过大，则会造成离子交换膜面积的浪费；若比值过小，则可能影响电子交换，进而影响除磷效果。因此，一种实施方式中，阳离子交换膜的的单面膜总面积与单片电极片的单面面积比为1：(1～2)。

反应器箱体的体积与电极片面积之间的比例也跟除磷效果之间存在一定的关系，若比值过大，则电解产生的电子不够多，进而影响电解效果；若比值过小，则会造成电极片数量的浪费。因此，一种实施方式中，箱体1的体积与所有电极片3单面面积之和的比为1m³：(5～10)m²。

若电极片数量过多，则会造成电极片的浪费；若电极片数量过少，会影响电解效率。假定箱体体积为0.05～0.5m³条件下，一种实施方式，电极片的数量为2～20片。

阳离子交换膜的面积与待处理的水量之间的关系跟除磷效果也有一定的关系，若比值过大，则会造成离子交换膜面积的浪费；若比值过小，则会造成电解产生的电子不够多的问题，进而影响除磷效果。因此，一种实施方式中，阳离子交换膜的单面膜面积总和与处理水量的比为1m²：(10～20)m³/d。

箱体内储存电解质溶液，电解质溶液中含有阴离子溶液，该阴离子溶液的浓度跟除磷效果之间也存在你一定的关系，若阴离子浓度过高，则会造成盐的浪费；若阴离子浓度过低，则会造成电解质溶液电导率太低，影响除磷的效果。因此，一种实施方式中，电解质溶液中阴离子为SO₄ ^2-或/和NO₃ ^2-中；阴离子的浓度为1000～20000mg/l。

反应器箱体的材质包括但不限于有机玻璃、玻璃钢、UPVC中的一种或多种组合。

本申请的低能耗防堵塞的生化电解除磷装置，其工作步骤包括：

(1)将组装好的电解除磷装置放在污水中，由电解质溶液注入口注入电解质溶液，并打开外加电源8的开关；

(2)阳极的铝电极片经电解产生Al³⁺(或铁电极片经电解产生Fe³⁺)，并通过阳离子交换膜进入到污水中，与污水中的PO4^3-结合产生不容性化合物，以达到去除P的目的；

(3)与此同时，污水中的H⁺7经阳离子交换膜进入电解装置，在阴极处产生氢气；

(4)间隔30～60min交换电源8的正负极，并循环步骤(2)～(4)。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。不同实施例中的技术特征体现在同一附图中时，可视为该附图也同时披露了所涉及的各个实施例的组合例。

以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对申请专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。

Claims (7)

1.低能耗防堵塞的生化电解除磷装置，其特征在于，包括用于容纳电解质溶液的箱体和设于箱体内的电极片，所述电极片为Fe系电极片或/和Al系电极片，所述电极片通过导线外接电源；所述箱体的底面及至少部分侧面带有由阳离子交换膜构成的窗口。

2.根据权利要求1所述的生化电解除磷装置，其特征在于，所述电极片包括阳极电极片和阴极电极片，阳极电极片外接电源正极，阴极电极片外接电源的负极；所述阳极电极片和阴极电极片间隔分布；所述电极片之间的间隙为1～3cm。

3.根据权利要求1所述的生化电解除磷装置，其特征在于，所述箱体的所有侧面上均带有由阳离子交换膜构成的窗口。

4.根据权利要求1所述的生化电解除磷装置，其特征在于，所述阳离子交换膜的单面膜面积总和与单张电极片的单面面积比为1：1～2。

5.根据权利要求1所述的生化电解除磷装置，其特征在于，所述箱体的体积与所有电极片单面面积之和的比为1m³：5～10m²。

6.根据权利要求1所述的生化电解除磷装置，其特征在于，所述阳离子交换膜的单面膜面积总和与处理水量的比为1m²：10～20m³/d。

7.根据权利要求1所述的生化电解除磷装置，其特征在于，所述箱体的顶盖上设置带封盖的电解质溶液注入口。

Images