一种高效去除地表水磷污染物的三维电絮凝装置
本发明涉及水处理，特别是涉及一种高效去除地表水磷污染物的三维电絮凝装置。
背景技术：
1、磷是造成地表水体富营养化的关键物质，加强水体总磷去除是改善我国水环境的重要途径。目前针对水体除磷的主要方法包括控源截污、化学混凝法、生物修复等手段。但这些方法都存在一些问题。控源截污的物理修复方法时效有限、难以持续；化学混凝法药剂消耗量大、成本高；生物修复法见效慢、占地面积大。电絮凝技术具有消除传统方法缺点的优势，其通过外加电流使金属阳极原位生成絮凝剂，能快速将含磷物质沉降或气浮分离，该技术结合了混凝、浮选和电化学的优点，且不存在二次污染问题。
2、传统的电絮凝除磷装置以铝、铁等作为阳极构建二维平板式结构，但长时间运行存在能耗高、效率下降的问题，这主要由于阳极氧化反应导致氧气与极板发生作用，逐渐在阳极表面形成一层致密的金属氧化膜，抑制了金属絮凝物的产生，导致污染物去除效率下降。阳极板发生电化学溶解，需要定期更换。另外，在实际水处理中，大多数电絮凝除磷装置需要额外的沉淀池强化絮体沉淀物的分离，增大了占地面积。地表水电导率较低，为保证足够的电流和处理效果，传统电絮凝技术能耗成本较高。
技术实现思路
1、本发明的目的在于提供一种高效去除地表水磷污染物的三维电絮凝装置，以解决上述背景技术中提出的问题，能够强化混凝作用，经济高效地去除水体磷污染物，且电极不易钝化，对低电导率水体仍有较好的处理效果。
2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
3、一种高效去除地表水磷污染物的三维电絮凝装置，包括反应容器，所述反应容器下端两侧设置有腿式支座，所述反应容器下端部设置有污泥出口，所述反应容器上端设置有进水口，所述进水口连接有混合进水管，所述反应容器一侧设置有出水口，所述反应容器内设置有电解反应区、过滤区和沉淀区，所述电解反应区外侧设置有过滤区，所述电解反应区下方设置有沉淀区，所述电解反应区包括电絮凝直流电源，所述电絮凝直流电源设置于所述反应容器外侧，所述电絮凝直流电源上的正极连接阳极接线柱，所述电絮凝直流电源的负极连阴极接线柱，所述阳极接线柱和阴极接线柱分别伸入所述反应容器内部，所述阳极接线柱与多孔导流筒连接，所述阴极接线柱连接筒状阴极网，所述多孔导流筒套设于所述筒状阴极网内。
4、优选的，所述多孔导流筒内设置有金属颗粒，所述金属颗粒上方设置填料挤压机构，所述填料挤压机构包括弹簧盖、伸缩弹簧和挤压垫片，所述弹簧盖下端设置有伸缩弹簧，所述伸缩弹簧下方设置有挤压垫片，所述弹簧盖设置于所述反应容器上端的所述进水口周圈处，所述混合进水管贯穿所述弹簧盖，所述混合进水管联通于所述多孔导流筒，所述挤压垫片沿所述混合进水管周圈设置，所述混合进水管下端与所述金属颗粒接触处的导流管连接。
5、优选的，所述过滤区包括出水回流过滤系统，所述出水回流过滤系统包括回流口、回流泵和回流管，所述回流口设置于所述反应容器另一侧下端，所述回流口连接回流泵，所述回流泵上端连接回流管，所述回流管与进水口连接，所述回流口处设置有过滤网片，所述过滤网片插接于所述回流口处。
6、优选的，所述导流管、筒状阴极网、混合进水管、弹簧盖和多孔导流筒的轴心重合。
7、优选的，所述导流管底部于所述多孔导流筒的底部间隙设置，所述导流管底部封闭，所述导流管的两侧管壁上设置有通孔，所述通孔均匀设置于管壁上，所述通孔直径为2-6mm。
8、优选的，所述多孔导流筒底部封闭，所述多孔导流筒两侧筒壁上设置有反应孔，所述反应孔均匀分布于筒壁上，所述反应孔直径为2~8mm。
9、优选的，所述多孔导流筒与所述筒状阴极网之间的距离为5-50mm，电流密度为5-150a/m2，所述筒状阴极网目数为40-100，所述多孔导流筒内的金属颗粒粒径为4-9mm。
10、优选的，所述填料挤压机构与所述多孔导流筒之间的反应容器上设置有填料挤压机构，所述填料挤压机构包括填料投加通道，所述填料投加通道的坡度为0.15°-0.8°，所述填料投加通道与所述多孔导流筒连接，所述填料投加通道上方设置有填料盖。
11、优选的，所述金属颗粒选择主要活性成分为铁、铝、合金其中一种或多种的材料。
12、优选的，电解反应区径向外侧为过滤区，所述过滤区和电解反应区通过筒状阴极网隔开，所述电解反应区下方为沉淀区，所述沉淀区和过滤区通过隔绝挡板相隔开，所述隔绝挡板为套在筒状阴极网底部的环形隔离板，环形隔离板内径与筒状阴极网外径匹配，外径与反应器内壁匹配，防止电解反应区和沉淀区的絮凝物进入过滤区，所述沉淀区为倒锥形底，所述倒锥形底连接污泥出口。
13、与现有技术相比，本发明的有益效果是：
14、（1）本发明的电絮凝装置采用立式圆柱型结构，阴阳两极为圆筒，水力条件好，占地面积小。
15、（2）以金属颗粒为三维电极，发挥电解作用，能提高电极面积和反应效率；阳极溶解产生铁离子能迅速进入水体，提高絮凝效率。相较传统板式电极需要定期拆卸更换，三维电极可实时添加而不中断连续进水反应。
16、（3）电絮凝阴极采用滤网结构能够提高絮凝沉淀物与水体的分离效率。
17、（4）设置回流系统可提高水体混合效率，加快絮凝物的形成，从而提高对磷污染物的去除；导流管设置在金属颗粒内部可增强水流对金属颗粒的冲刷作用，减缓表面钝化和结垢的问题。
18、（5）电流密度根据水质情况不同，适用范围5～150a/m2，总体能耗较低，除磷效率高，具有很好的应用前景。
技术特征：
1.一种高效去除地表水磷污染物的三维电絮凝装置，包括反应容器，其特征在于，所述反应容器下端两侧设置有腿式支座，所述反应容器下端部设置有污泥出口，所述反应容器上端设置有进水口，所述进水口连接有混合进水管，所述反应容器一侧设置有出水口，所述反应容器内设置有电解反应区、过滤区和沉淀区，所述电解反应区外侧设置有过滤区，所述电解反应区下方设置有沉淀区，所述电解反应区包括电絮凝直流电源，所述电絮凝直流电源设置于所述反应容器外侧，所述电絮凝直流电源上的正极连接阳极接线柱，所述电絮凝直流电源的负极连阴极接线柱，所述阳极接线柱和阴极接线柱分别伸入所述反应容器内部，所述阳极接线柱与多孔导流筒连接，所述阴极接线柱连接筒状阴极网，多孔导流筒和筒状阴极网分别通过阳极接线柱和阴极接线柱连接电絮凝直流电源的正极和负极，所述多孔导流筒套设于所述筒状阴极网内；
2.根据权利要求1所述的一种高效去除地表水磷污染物的三维电絮凝装置，其特征在于，所述过滤区包括出水回流过滤系统，所述出水回流过滤系统包括回流口、回流泵和回流管，所述回流口设置于所述反应容器另一侧下端，所述回流口连接回流泵，所述回流泵上端连接回流管，所述回流管与进水口连接，所述回流口处设置有过滤网片，所述过滤网片插接于所述回流口处。
3.根据权利要求2所述的一种高效去除地表水磷污染物的三维电絮凝装置，其特征在于，所述导流管、筒状阴极网、混合进水管、弹簧盖和多孔导流筒的轴心重合。
4.根据权利要求3所述的一种高效去除地表水磷污染物的三维电絮凝装置，其特征在于，所述导流管底部于所述多孔导流筒的底部间隙设置，所述导流管底部封闭，所述导流管的两侧管壁上设置有通孔，所述通孔均匀设置于管壁上，所述通孔直径为2-6mm。
5.根据权利要求3所述的一种高效去除地表水磷污染物的三维电絮凝装置，其特征在于，所述多孔导流筒底部封闭，所述多孔导流筒两侧筒壁上设置有反应孔，所述反应孔均匀分布于筒壁上，所述反应孔直径为2~8mm。
6.根据权利要求3所述的一种高效去除地表水磷污染物的三维电絮凝装置，其特征在于，所述多孔导流筒与所述筒状阴极网之间的距离为5-50mm，电流密度为5-150a/m2，所述筒状阴极网目数为40-100，所述多孔导流筒内的金属颗粒粒径为4-9mm。
7.根据权利要求1所述的一种高效去除地表水磷污染物的三维电絮凝装置，其特征在于，所述填料挤压机构与所述多孔导流筒之间的反应容器上设置有填料挤压机构，所述填料挤压机构包括填料投加通道，所述填料投加通道的坡度为0.15°-0.8°，所述填料投加通道与所述多孔导流筒连接，所述填料投加通道上方设置有填料盖。
8.根据权利要求7所述的一种高效去除地表水磷污染物的三维电絮凝装置，其特征在于，所述金属颗粒选择主要活性成分为铁、铝、合金其中一种或多种的材料。
9.根据权利要求1所述的一种高效去除地表水磷污染物的三维电絮凝装置，其特征在于，电解反应区径向外侧为过滤区，所述过滤区和电解反应区通过筒状阴极网隔开，所述电解反应区下方为沉淀区，所述沉淀区和过滤区通过隔绝挡板相隔开，所述隔绝挡板为套在筒状阴极网底部的环形隔离板，环形隔离板内径与筒状阴极网外径匹配，外径与反应器内壁匹配，防止电解反应区和沉淀区的絮凝物进入过滤区，所述沉淀区为倒锥形底，所述倒锥形底连接污泥出口。
技术总结
本发明公开了一种高效去除地表水磷污染物的三维电絮凝装置，包括反应容器，所述反应容器下端两侧设置有腿式支座，所述反应容器下端部设置有污泥出口，所述反应容器上端设置有进水口，所述反应容器一侧设置有出水口，所述反应容器内设置有电解反应区、过滤区和沉淀区，所述电解反应区外侧设置有过滤区，所述电解反应区下方设置有沉淀区，所述电解反应区包括电絮凝直流电源，所述电絮凝直流电源设置于所述反应容器外侧，所述电絮凝直流电源上的正极连接阳极接线柱，所述电絮凝直流电源的负极连阴极接线柱，本发明具有减缓电极钝化的设计结构，三维金属颗粒阳极能够强化电絮凝除磷效果，能够高效地去除地表水中的磷污染物。
技术研发人员：陈家斌,陈韦帆,张亚雷,周雪飞,周丽玲
受保护的技术使用者：同济大学
技术研发日：
技术公布日：2024/9/23