申請日2014.02.27

　　公開(公告)日2015.05.20

　　IPC分類號C02F1/461; C02F1/467; C02F1/463

　　摘要

　　本發(fā)明公開了一種電化學同步脫氮除磷裝置及城市污水處理方法，屬于污水處理技術(shù)領(lǐng)域。將電化學水處理技術(shù)中所常用的形穩(wěn)電極、鐵電極、鋁電極、鎂電極與銅修飾不銹鋼電極組合，可在同一電解池內(nèi)進行城市污水的脫氮除磷處理，裝置結(jié)構(gòu)簡單，操作方便，效率高，出水指標穩(wěn)定，可實現(xiàn)規(guī)�；�、自動化污水處理。本發(fā)明城市污水處理方法工藝簡單，操作方便，節(jié)省人力、物力，能耗低，污水污染指標去除率高，城市污水指標化學需氧量、硝酸鹽氮、氨氮、總磷的去除率分別可達到92%以上。

　　權(quán)利要求書

　　1.一種城市污水電化學同步脫氮除磷裝置，包括電解池(1)、直流電源(10)和污水箱(9)， 其特征在于，所述電解池(1)上部水平固定設(shè)置電極固定架(16)，所述電極固定架(16) 自左向右依次設(shè)置銅修飾不銹鋼電極(12)、鐵電極(13)、鋁電極(14)、形穩(wěn)電極(11)、鐵電 極(13)、鎂電極(15)和銅修飾不銹鋼電極(12)，上述電極與電極固定架(16)活動連接， 上述電極間的距離為10-30mm，其中形穩(wěn)電極(11)與直流電源(10)的正極連接，銅修飾 不銹鋼電極(12)與直流電源(10)的負極相連接，鐵電極(13)、鋁電極(14)、鎂電極(15) 作為感應(yīng)電極不與直流電源的正負極相連接;

　　所述電解池(1)設(shè)置錐形底(2)，便于絮凝和氧化沉淀收集;所述錐形底(2)底部與 三通閥(3)焊接，所述三通閥(3)分別與排污管(4)和出水管(5)活動連接;

　　所述錐形底(2)以上的電解池(1)側(cè)壁設(shè)置進水口，所述進水口與進水管(6)固定焊 接，所述進水管(6)上設(shè)置流量計(7)，所述流量計(7)與污水泵(8)出口通過進水管(6) 活動連接，所述污水泵(8)進口通過水管與污水箱(9)出水口閥門(21)活動連接。

　　2.如權(quán)利要求1所述的城市污水電化學同步脫氮除磷裝置，其特征在于，所述錐形底(2)一 側(cè)設(shè)置曝氣裝置，所述曝氣裝置由密閉漏斗(18)和曝氣管(17)組成，所述密閉漏斗(18) 和曝氣管(17)固定焊接，所述密閉漏斗(18)的底面和側(cè)面均勻設(shè)置圓形曝氣孔(19)，所 述曝氣管(17)上設(shè)置止回閥(20)。

　　3.如權(quán)利要求2所述的城市污水電化學同步脫氮除磷裝置，其特征在于，所述曝氣孔(19) 直徑為1-3mm。

　　4.如權(quán)利要求3所述的城市污水電化學同步脫氮除磷裝置，其特征在于，所述曝氣孔(19) 直徑為2mm。

　　5.如權(quán)利要求1所述的城市污水電化學同步脫氮除磷裝置，其特征在于，所述電極間的距離 為20mm。

　　6.如權(quán)利要求1所述的城市污水電化學同步脫氮除磷裝置，其特征在于，所述銅修飾不銹鋼 電極(12)采用電沉積的方法制備，所述銅和不銹鋼的質(zhì)量比為：1:10-100。

　　7.一種利用權(quán)利要求1所述的城市污水電化學同步脫氮除磷裝置處理城市污水的方法，其特 征在于，包括如下步驟：開啟污水箱出水口閥門，啟動污水泵，將待處理污水泵入電解池， 污水量為電解池總?cè)萘康?5%，進水完畢關(guān)閉污水泵和污水箱出口閥;開啟直流電源，調(diào)節(jié) 電流密度為0.5-80mA/cm2，進行電化學處理10-30min，同時向曝氣裝置通入壓縮空氣，曝氣 量為1.0-1.2L空氣/min.L污水，處理時間達到15min以上時，每15min倒換電極一次;接著 關(guān)閉直流電源和壓縮空氣，將電解池錐形底三通閥開啟至排污管，收集氮磷沉淀物;然后將 電解池錐形底三通閥開啟至出水管，收集經(jīng)處理的污水，進一步固液分離后處理水可達標排 放。

　　8.如權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，所述電流密度為15-35mA/cm2。

　　9.如權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，所述電流密度為25mA/cm2。

　　10.如權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，包括如下步驟：開啟污水箱出水口閥門，啟動污 水泵，將待處理污水泵入電解池，污水量為電解池總?cè)萘康?5%，進水完畢關(guān)閉污水泵和污 水箱出口閥;開啟直流電源，調(diào)節(jié)電流密度為25mA/cm2，進行電化學處理15min，此時，倒 換電極處理5min，整個過程向曝氣裝置通入壓縮空氣，曝氣量為1.0L空氣/min.L污水;接 著關(guān)閉直流電源和壓縮空氣，將電解池錐形底三通閥開啟至排污管，收集氮磷沉淀物;然后 將電解池錐形底三通閥開啟至出水管，收集經(jīng)處理的污水，進一步固液分離后處理水可達標 排放。

　　說明書

　　一種電化學同步脫氮除磷裝置及城市污水處理方法

　　技術(shù)領(lǐng)域

　　本發(fā)明屬于污水處理技術(shù)領(lǐng)域，具體是一種電化學同步脫氮除磷裝置及城市污水處理方 法。

　　背景技術(shù)

　　目前，傳統(tǒng)的污水處理工藝能有效地處理污水中的有機物，對氮、磷等營養(yǎng)性物質(zhì)的處 理效果較差。大量的氮、磷被排出，從而造成水體的富營養(yǎng)化。目前得到應(yīng)用的污水脫氮除 磷技術(shù)以生物法和化學沉淀法為主，但是這些技術(shù)在實際運行過程中也存在一些缺點，如會 產(chǎn)生大量難以處置的污泥、生物處理過程的穩(wěn)定性較差，常規(guī)的反硝化過程需要添加碳源， 運行管理較麻煩等問題。如何研究一種城市污水同步脫氮除磷處理工藝，使其工藝簡單，處 理效果好，同時能耗與運行費用較低，使用壽命較長，維修方便，是目前急需解決的技術(shù)難 題。

　　電化學是一種有效的污水處理方法。關(guān)于電化學用在污水脫氮除磷的研究中也有相關(guān)報 道。通常所說的電化學脫氮技術(shù)是指利用電化學氧化去除水中的氨氮和電化學還原去除污水 中的硝酸鹽、亞硝酸鹽等無機氮。通常水中的磷以無機態(tài)形式存在為主，采用電絮凝技術(shù)除 磷時，其原理是利用鐵、鋁等陽極材料在電解時產(chǎn)生的金屬陽離子或其水合物與水中的磷酸 鹽形成沉淀去除污水中的磷。

　　單獨采用化學脫氮或者除磷研究較多，但是結(jié)合電化學脫氮與電絮凝除磷技術(shù)同時用于 污水脫氮除磷的研究目前較少。Ikematsu等人開展了利用PtIr/Fe/PtIr電極同時對源分離 尿液進行脫氮除磷的研究，在電化學氧化脫氮時將鐵電極作為陽極，而在電絮凝除磷時將鐵 電極轉(zhuǎn)換為陰極，需要頻繁進行電極正負極的更換，操作麻煩，電流效率低;Feng等人將使 用直流電源的鐵電極電絮凝工藝和使用脈沖電源的Ti/RuO2電極電化學氧化工藝組合，利用此 工藝對污水進行處理，結(jié)果發(fā)現(xiàn)對生活污水中的總氮、總磷、氨氮和COD的去除率幾乎均達 到90%。中國專利CN103130308B公開了一種電化學廢水處理系統(tǒng)及應(yīng)用其進行廢水處理的 方法，主要是利用電絮凝技術(shù)對廢水進行處理，廢水處理系統(tǒng)設(shè)備結(jié)構(gòu)復(fù)雜，操作不方便， 運行成本高。中國專利CN102718382B公開了一種電化學直接氧化污泥的處理工藝，采用了 兩級電化學直接氧化技術(shù)對含水率99.6%的污泥進行氧化分解處理，使剩余污泥減量達到95 %以上，可廣泛用于城市生活污水處理廠、城市綜合污水處理廠、城市化工污水處理廠的污 泥處理與處置。中國專利CN102010091B公開了一種污水深度處理方法，將污水通過三段不 同電極組成的電解池，通過調(diào)整電流密度、停留時間形成三段可選擇性污水處理工藝，通過 對城市污水的深度處理，污水指標化學需氧量、硝酸鹽氮、氨氮、總磷的去除率分別達到了 79.96%、92.41%、83.93%和95.83%，但工藝復(fù)雜，操作不方便，并且污水指標去除率不是很 理想。上述工藝將電絮凝與電氧化水處理技術(shù)分開，電絮凝過程中產(chǎn)生的絮體需進行及時沉 淀處理，否則會影響電氧化的處理效率;同時整體工藝流程較長，電流效率較低。

　　因此，將電絮凝與電氧化水處理技術(shù)有機結(jié)合，在同一電解池中實現(xiàn)城市污水的同步脫 氮除磷是本領(lǐng)域技術(shù)人員的長期追求。

　　發(fā)明內(nèi)容

　　本發(fā)明所解決的技術(shù)問題是針對城市污水中脫氮除磷的技術(shù)需求，克服現(xiàn)有電化學方法 脫氮除磷技術(shù)在城市污水處理中存在的不足，提供一種處理效果好、能耗與運行費用較低、 工藝簡單、操作方便的城市污水電化學同步脫氮除磷裝置及污水處理方法。

　　為了達到上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：

　　本發(fā)明的技術(shù)原理如圖1所示：將電化學水處理技術(shù)中所常用的形穩(wěn)電極、鐵電極、鋁 電極、鎂電極與銅修飾不銹鋼電極組合，在同一電解池中進行城市污水的脫氮除磷處理。利 用形穩(wěn)陽極電氧化產(chǎn)生活性氯，活性氯可以將水中的氨氮有效去除;同時利用鐵電極電感應(yīng) 產(chǎn)生鐵離子，水解產(chǎn)生鐵氧化物，有效去除水中的磷類污染物;利用用鎂電極，電解產(chǎn)生的 鎂離子，與氨氮生成鳥糞石類，有效去除氨氮類污染物;利用陰極的銅修飾的不銹鋼電極可 將硝酸鹽或亞硝酸鹽氮還原為氮氣。

　　本發(fā)明首要目的是提供一種城市污水電化學同步脫氮除磷裝置。

　　所述裝置如圖2所示，包括電解池1、直流電源10和污水箱9;

　　所述電解池1設(shè)置錐形底2，便于絮凝和氧化沉淀收集;所述錐形底2底部與三通閥3 焊接，所述三通閥3分別與排污管4和出水管5活動連接;

　　所述錐形底2以上的電解池1側(cè)壁設(shè)置進水口，所述進水口與進水管6固定焊接，所述 進水管6上設(shè)置流量計7，所述流量計7與污水泵8出口通過進水管6活動連接，所述污水 泵8進口通過水管與污水箱9出水口閥門21活動連接;

　　所述錐形底2一側(cè)設(shè)置曝氣裝置，所述曝氣裝置由密閉漏斗18和曝氣管17組成，所述 密閉漏斗18和曝氣管17固定焊接，所述密閉漏斗18的底面和側(cè)面均勻設(shè)置圓形曝氣孔19， 所述曝氣孔19直徑為1-3mm，優(yōu)選地為2mm，所述曝氣管17上設(shè)置止回閥20;

　　所述電解池1上部水平固定設(shè)置電極固定架16，所述電極固定架16自左向右依次設(shè)置 銅修飾不銹鋼電極12、鐵電極13、鋁電極14、形穩(wěn)電極11、鐵電極13、鎂電極15和銅修 飾不銹鋼電極12，上述電極與電極固定架16活動連接，上述電極間的距離為10-30mm，優(yōu)選 20mm,其中形穩(wěn)電極11與直流電源10的正極連接，銅修飾不銹鋼電極12與直流電源10的負 極相連接，鐵電極13、鋁電極14、鎂電極15作為感應(yīng)電極不與直流電源的正負極相連接， 通過電化學感應(yīng)的方法產(chǎn)生鐵、鋁、鎂離子，然后水解生成鐵、鋁和鎂的氧化物，將廢水中 的磷混凝沉淀去除。

　　所述銅修飾不銹鋼電極采用電沉積的方法制備，其中，銅和不銹鋼的質(zhì)量比為：1:10-100;

　　本發(fā)明另一目的是利用上述裝置，提供一種城市污水電化學同步脫氮除磷的方法，包括 如下步驟：

　　1)開啟污水箱出水口閥門，啟動污水泵，將待處理污水泵入電解池，污水量為電解池總 容量的75%，進水完畢關(guān)閉污水泵和污水箱出口閥門;

　　所述污水pH值為5-8;

　　所述污水中氯離子濃度≤10g/L;

　　所述污水中氨氮質(zhì)量濃度≤2000mg/L;

　　所述污水中磷質(zhì)量濃度≤200mg/L;

　　2)開啟直流電源，調(diào)節(jié)電流密度為0.5-80mA/cm2，進行電化學處理10-30min，同時向 曝氣裝置通入壓縮空氣，曝氣量為1.0-1.2L空氣/min.L污水，如果處理時間達到15min以 上，每15min倒換電極一次;

　　優(yōu)選地，電流密度為15-35mA/cm2;

　　3)電化學處理完畢關(guān)閉直流電源和壓縮空氣，將電解池錐形底三通閥開啟至排污管，氮 磷沉淀物通過排污管進行收集，進一步固液分離，處理水達標排放，固體自然風干用作有機 肥料;

　　4)錐形底氮磷沉淀物排放完畢后,將電解池錐形底三通閥開啟至出水管，收集經(jīng)處理的 污水，進一步固液分離，處理水可達標排放，固體自然風干用作有機肥料。

　　經(jīng)上述方法處理，城市污水指標化學需氧量、硝酸鹽氮、氨氮、總磷的去除率分別可達 到92%以上。

　　有益效果：

　　1.本發(fā)明城市污水電化學同步脫氮除磷裝置將電化學水處理技術(shù)中所常用的形穩(wěn)電極、 鐵電極、鋁電極、鎂電極與銅修飾不銹鋼電極組合，可在同一電解池內(nèi)進行城市污水的脫氮 除磷處理，裝置結(jié)構(gòu)簡單，操作方便，效率高，出水指標穩(wěn)定，可實現(xiàn)規(guī)�；�、自動化污水 處理。

　　2.本發(fā)明城市污水電化學同步脫氮除磷裝置設(shè)置的錐形底和排污管易于電絮凝和電氧化 產(chǎn)生的絮狀物沉淀、排放，縮短了處理水靜置、澄清時間，提高了后續(xù)固液分離效率。

　　3.本發(fā)明城市污水電化學同步脫氮除磷裝置設(shè)置的曝氣裝置緩沖作用強，進氣穩(wěn)定、分 布均勻，空氣擾動作用大，增加了溶氧量，提高了對金屬陽離子的氧化效果，有利于脫氮除 磷，同時使污水溶液電導(dǎo)率增加，電解過程所需電耗低，提高了電流效率，并能緩解電極表 面鈍化。

　　4.本發(fā)明城市污水處理方法工藝簡單，操作方便，節(jié)省人力、物力，能耗低，污水污染 指標去除率高，可達到92%以上。