污水中磷氮电解净化系统、方法及载体

1.本发明涉及污水处理技术领域，具体涉及污水中磷氮电解净化系 统、方法及载体。


背景技术：

2.滇池是云贵高原上的一颗明珠，可是近20年来，随着经济发展 和城市规模的扩大，人们的日常生活污水以及工业生产污水的排放加 重了生态流域环境压力，水体受到污染，导致湖泊严重富营养化，滇 池面临着水体污染与水资源短缺的双重困难。
3.滇池地处昆明城市下游，是滇池盆地最低凹地带，入滇池主要径 流水系有12个，主要入湖河流34条，在自然演化的漫长岁月里，由 于气候变暖，雨水减少，湖面缩小，水深变浅，内源污染物堆积。
4.滇池水的污染问题已经引起了社会的重视，但目前的治理方法并 不能十分有效的治理滇池水，其主要的原因就是无法有效的去除滇池 水中的氮磷。目前，滇池中污水的处理方式主要集中于以下形式：1、 投入净水剂，利用净水剂的络合作用，将水体中游离的重金属离子等 络合成聚合体，随后沉降至水体底部；2、利用除藻作业船进行过滤 除藻，减轻水面的富营养化；3、建立污水处理厂，将滇池中的水抽 吸至处理厂后进行全面净化，随后再排入滇池中。其中，向滇池中投 入净水剂虽可快速地降低污水中的重金属离子，但是，净水剂的引入 是否会导致水体的二次污染、对环境是否友好仍有待观察；利用除藻 作业船可缓解水面蓝藻爆发的压力，然而，污水中的多余氮磷并无法 有效除去；污水处理厂的污水处理效果最好，但是，污水处理厂一般 只能处理近厂区的污水，远离厂区的污水难以汲取处理，净水效率低。


技术实现要素：

5.为了解决上述技术问题，本发明提供了污水中磷氮电解净化系 统，包括：
6.电解除磷氮系统，包括双极电解室，所述双极电解室中固定有质 子交换膜，质子交换膜将双极电解室分隔成阳极电解室和阴极电解 室，阳极电解室内固定有阳极电解板，阴极电解室内固定有阴极电解 板，双极电解室顶部固定有第一抽水泵和第二抽水泵，第一抽水泵和 第二抽水泵通过污水抽水管向阳极电解室和阴极电解室中抽入污水， 阳极电解室的顶部固定有液位传感器、ph计和搅拌电机，阴极电解 室的顶部固定有液位传感器和ph计；
7.氨吹脱系统，包括氨吹脱室，所述氨吹脱室的顶部固定有第三抽 水泵、曝气泵、液位传感器和气压传感器，第三抽水泵通过t型连接 管分别与阳极室抽水管和阴极室抽水管连接，第三抽水泵通过阳极室 抽水管和阴极室抽水管将阳极电解室和阴极电解室中的电解净化水 抽吸至氨吹脱室中，阳极室抽水管和阴极室抽水管上分别固定有第一 电磁阀和第二电池阀，氨吹脱室的底部设有净化水排水管，净化水排 水管上固定有第三电磁阀；
8.氨吸收系统，包括氨吸收室，氨吸收室中盛有氨吸收剂，氨吸收 室与氨吹脱室之
间设有通气管；
9.控制系统，包括功能室，功能室中固定有蓄电池、控制器、显示 器、键盘、第一继电器、第二继电器、第三继电器、第四继电器、第 五继电器、第六继电器、第七继电器、第八继电器、第九继电器和模 数转换模块，所述液位传感器、ph计和气压传感器均与模数转换模 块连接，模数转换模块与控制器连接，控制器通过第一继电器与第一 抽水泵连接，控制器通过第二继电器与第二抽水泵连接，控制器通过 第三继电器与第三抽水泵连接，控制器通过第四继电器与曝气泵连 接，控制器通过第五继电器与第一电磁阀连接，控制器通过第六继电 器与第二电磁阀连接，控制器通过第七继电器与第三电磁阀连接，控 制器通过第八继电器与搅拌电机连接，控制器通过第九继电器与电解 电极板连接。
10.进一步的，所述阳极电解板采用含镁阳极电解板，阴极电极板采 用石墨阴极电极板，所述氨吸收剂选用稀硫酸溶液。
11.污水中磷氮电解净化方法，包括以下步骤：
12.s1、电解除磷氮的步骤；
13.s2、氨吹脱的步骤；
14.s3、氨吸收的步骤；
15.其中，
16.在步骤s1中，第一抽水泵和第二抽水泵得到抽水指令后，第一 抽水泵和第二抽水泵分别向阳极电解室和阴极电解室中抽入污水至 达到设定水位时停止泵吸，搅拌电机通电后开始搅拌，阳极电解板电 解出镁离子，镁离子与水中的磷和氨发生化学反应生成磷酸氨镁，磷 酸氨镁结晶附着与阳极电解板上，到达去除水中磷和氮的目的；
17.在步骤s2中，第三抽水泵得到抽水指令后将阳极电解室和阴极 电解室中的电解净化水抽吸至氨吹脱室中，第三抽水泵在达到设定水 位时停止泵吸，曝气泵向电解净化水中吹入空气，电解净化水中的氨 离子和游离氨逸出并聚集于氨吹脱室的顶部；
18.在步骤s3中，氨气进入氨吸收室，氨气与氨吸收剂发生化学反 应而被吸收。
19.进一步的，在所述步骤s1中，镁离子与水中的磷和氨发生化学 反应生成磷酸氨镁的过程如下：
20.mgo+h3po4＝mghpo4+h2o
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1)
21.mghpo4+nh3+h2o＝mgnh4po4·
h2o
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(2)
22.进一步的，在所述步骤s2中，电解净化水中的铵离子逸出的过 程如下：
[0023][0024]
进一步的，在所述步骤s3中，氨气与氨吸收剂发生化学反应的 过程如下：
[0025]
h2so4+nh3＝nh4hso4ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(4)
[0026]
h2so4+2nh3＝(nh4)2so4ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(5)
[0027]
2h2so4+3nh3＝(nh4)2so4+nh4hso4ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(6)
[0028]
其中，氨气和硫酸摩尔比≤1∶1时，氨气与硫酸发生式(4)的 化学反应，氨气和硫酸摩尔比≥2∶1时，氨气与硫酸发生式(5)的 化学反应，氨气和硫酸摩尔比在1∶1与2∶1之间时，氨气与硫酸发生 式(6)的化学反应。
[0029]
污水中磷氮电解净化系统的载体，为船体、集装箱或汽车中的一 种。
[0030]
本发明的有益效果如下：
[0031]
(1)本发明的电解除磷氮系统利用电化学法处理污水，避免了 化学物质的直接投加(即不引入新的元素)、反应速度快，而且电场 作用和气浮作用强化了污水混合效率；净化完成后残留的物质也可以 进行二次利用，形成良性循环。
[0032]
(2)本发明的整个净化过程均采用自动化控制，避免人工带来 的操作误差，同时减少人工的工作量和成本。
[0033]
(3)本发明的电解除磷氮系统可搭建于船体上，投送至目标区 域进行滇池表面污水的净化，净化目标更为灵活。
[0034]
(4)由于本净化系统成本较低，便于大量建造通过集群净化的 的方式以完成大流域的水体表面富磷氮污水的净化工作。
附图说明
[0035]
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描 述所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图 仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付 出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0036]
图1是污水中磷氮电解净化系统的外部结构示意图；
[0037]
图2是污水中磷氮电解净化系统的内部结构示意图；
[0038]
图3是污水中磷氮电解净化系统的系统结构框图；
[0039]
图4是污水在电解净化处理前后的颜色变化示意图。
[0040]
附图中，各标号所代表的部件列表如下：
[0041]
1-箱体，2-双极电解室，3-氨吹脱室，4-氨吸收室，5-功能室， 6-质子交换膜，7-阳极电解板，8-阴极电解板，9-第一抽水泵，10
‑ꢀ
第二抽水泵，11-污水抽水管，12-搅拌电机，13-第三抽水泵，14
‑ꢀ
液位传感器，15-ph计，16-气压传感器，17-第二电磁阀，18-第一 电磁阀，19-曝气泵，20-蓄电池，21-控制器，22-第九继电器，23
‑ꢀ
净化水排水管，24-第三电磁阀，25-模数转换模块，26-显示器，27
‑ꢀ
键盘，28-第一继电器，29-第二继电器，30-第三继电器，31-第四继 电器，32-第五继电器，33-第六继电器，34-第七继电器，35-第八继 电器。
具体实施方式
[0042]
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。基于本发明中的实施例，本领域普 通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例， 都属于本发明保护的范围。
[0043]
如图1-3所示，电解除磷氮系统，包括双极电解室2，所述双极 电解室2中固定有质子交换膜6，质子交换膜将双极电解室分隔成阳 极电解室和阴极电解室，阳极电解室内固定有阳极电解板7，阴极电 解室内固定有阴极电解板8，双极电解室顶部固定有第一抽水泵9和 第二抽水泵10，第一抽水泵9和第二抽水泵10通过污水抽水管11 向阳极电解室和阴极电解室中抽入污水，阳极电解室的顶部固定有液 位传感器14、ph计15和搅拌电机12，阴极电解室的顶部固定有液 位传感器和ph计；
[0044]
氨吹脱系统，包括氨吹脱室3，所述氨吹脱室的顶部固定有第三 抽水泵13、曝气泵
19、液位传感器14和气压传感器16，第三抽水 泵13通过t型连接管分别与阳极室抽水管和阴极室抽水管连接，第 三抽水泵13通过阳极室抽水管和阴极室抽水管将阳极电解室和阴极 电解室中的电解净化水抽吸至氨吹脱室3中，阳极室抽水管和阴极室 抽水管上分别固定有第一电磁阀18和第二电池阀17，氨吹脱室3的 底部设有净化水排水管23，净化水排水管23上固定有第三电磁阀24；
[0045]
氨吸收系统，包括氨吸收室4，氨吸收室4中盛有氨吸收剂，氨 吸收室4与氨吹脱室3之间设有通气管；
[0046]
控制系统，包括功能室5，功能室5中固定有蓄电池20、控制器 21、显示器26(图中未画出)、键盘27(图中未画出)、第一继电器 28、第二继电器29、第三继电器30、第四继电器31、第五继电器32、 第六继电器33、第七继电器34、第八继电器35、第九继电器22和 模数转换模块25，所述液位传感器14、ph计15和气压传感器16均 与模数转换模块25连接，模数转换模块25与控制器21连接，控制 器21通过第一继电器28与第一抽水泵9连接，控制器21通过第二 继电器29与第二抽水泵10连接，控制器21通过第三继电器30与第 三抽水泵13连接，控制器21通过第四继电器31与曝气泵19连接， 控制器21通过第五继电器32与第一电磁阀18连接，控制器21通过 第六继电器33与第二电磁阀17连接，控制器21通过第七继电器34 与第三电磁阀24连接，控制器21通过第八继电器22与搅拌电机12 连接，控制器21通过第九继电器22与电解电极板连接。
[0047]
本实施例中，所述阳极电解板7采用含镁阳极电解板，阴极电极 板8采用石墨阴极电极板，所述氨吸收剂选用稀硫酸溶液，第一电磁 阀、第二电磁阀和第三电磁阀采用电磁铁阀门。
[0048]
本发明公开的污水中磷氮电解净化方法，包括以下步骤：
[0049]
s1、电解除磷氮的步骤；
[0050]
s2、氨吹脱的步骤；
[0051]
s3、氨吸收的步骤；
[0052]
其中，
[0053]
在步骤s1中，第一抽水泵9和第二抽水泵10得到抽水指令后， 第一抽水泵9和第二抽水泵10分别向阳极电解室和阴极电解室中抽 入污水，阳极电解室7和阴极电解室8项部设有液位传感器14，液 位传感器14将实时测量各电解室中的污水水位并将其水位信息传输 至模数转换模块25中，模数转换模块25将其转换成数字信号并传输 至控制器21中，控制器21将污水水位值与设定的水位值进行比较， 在达到设定的水位时，第一抽水泵和第二抽水泵停止泵吸，同时控制 器21将向第一电磁阀和第二电磁阀发出关闭阀门的指令，第五继电 器和第六继电器分别接通第一电磁阀和第二电磁阀，第一电磁阀和第 二电磁阀关闭，防止阳极电解室和阴极电解室通过阳极室抽水管、阴 极室抽水管和t型连接管形成连通器而影响电解反应；所述控制器 21发出搅拌指令，第八继电器接通搅拌电机12的供电回路，搅拌电 机12通电后开始搅拌，使得电解更为彻底，控制器21输出电解指令， 第九继电器接通电解电极板的供电回路，此时阳极电解板7将电解出 镁离子，镁离子与水中的磷和氨发生化学反应生成磷酸氨镁，磷酸氨 镁结晶附着与阳极电解板7上，到达去除水中磷和氮的目的。
[0054]
在阳极电解室和阴极电解室之间设置有质子交换膜，其可克服阴 极电解室ph值
升高时干扰阳极电解室磷酸氨镁的结晶过程。
[0055]
镁离子与水中的磷和氨发生化学反应生成磷酸氨镁的过程如下：
[0056]
mgo+h3po4＝mghpo4+h2o
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1)
[0057]
mghpo4+nh3+h2o＝mgnh4po4·
h2o
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(2)。
[0058]
在步骤s2中，阳极电解室7和阴极电解室8项部的ph计将实时 检测电解净化水的ph值并转换成电信号传输至模数转换模块，模数 转换模块将其转成数字信号并发送至控制器，控制器21将电解净化 水的实时ph值与设定的ph值进行比较，当电解净化水的ph值达到 设定值时，控制器将输出停止搅拌、停止电解、打开第一电磁阀和第 二电磁阀、接通第三抽水泵的指令，第三继电器接通第三抽水泵13 的供电回路，第五继电器和第六继电器断开第一电磁阀和第二电磁阀 的供电回路，同时控制器21输出关闭第三电磁阀的指令，第七继电 器接通第三电磁阀的供电回路，第三电磁阀形成夹闭状态；第八继电 器断开搅拌电机的供电回路，第三抽水泵13将阳极电解室7和阴极 电解室8中的电解净化水抽吸至氨吹脱室3中，氨吹脱室3顶部的液 位传感器14将实时监测电解净化水的水位，第三抽水泵13在达到设 定水位时停止泵吸，控制器21发出曝气指令，第四继电器接通曝气 泵19的供电回路，曝气泵19向电解净化水中吹入空气，电解净化水 中的氨离子和游离氨逸出并聚集于氨吹脱室的顶部。
[0059]
在本步骤中，电解净化水中的铵离子逸出的过程如下：
[0060][0061]
在步骤s3中，氨吹脱室3与氨吸收室4都是密封的腔室，两者 之间设有通气管，氨吹脱室3中的气压随着氨气的不断聚集，气压随 着增大，氨气在压力的作用下沿通气管进入氨吸收室4中，氨气与稀 硫酸发生化学反应而被吸收。
[0062]
在本步骤中，氨气与氨吸收剂发生化学反应的过程如下：
[0063]
h2so4+nh3＝nh4hso4ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(4)
[0064]
h2so4+2nh3＝(nh4)2so4ꢀꢀꢀꢀꢀ
(5)
[0065]
2h2so4+3nh3＝(nh4)2so4+nh4hso4ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(6)
[0066]
其中，氨气和硫酸摩尔比≤1∶1时，氨气与硫酸发生式(4)的 化学反应，氨气和硫酸摩尔比≥2∶1时，氨气与硫酸发生式(5)的 化学反应，氨气和硫酸摩尔比在1∶1与2∶1之间时，氨气与硫酸发生 式(6)的化学反应。
[0067]
在氨吹脱和氨吸收至设定时间后，控制器21将断开曝气泵并断 开第三电磁阀24的供电回路，第三电磁阀处于开合状态，氨吹脱室 3内的吹脱净化水经净化水排水管23排入大自然。
[0068]
污水中磷氮电解净化系统的载体，为船体，利用船体可开行至指 定的区域进行污水净化。
[0069]
利用该系统，在电解时间和ph值达到要求时，可以很好的去除 滇池水中的氮磷。双极电解室的电解效果分析见表1。
[0070]
表1反应池电解效果分析
[0071]
[0072][0073]
注：由于检测正在进行中，污染物去除率通过ph值的变化进行 估算，电解除磷可达到80％，电解脱氮可达到90％。具体污染物去除 率以后续的检测报告为准。
[0074]
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体 示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材 料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书 中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而 且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个 实施例或示例中以合适的方式结合。