一种河水水体电化学除磷系统的制作方法

1.本实用新型涉及河水处理技术领域，具体而言，涉及一种河水水体电化学除磷系统。


背景技术：

2.总磷是引起水体富营养化的重要因子之一，磷含量超标将导致水中藻类过度生长，降低溶解氧含量，造成水生生物死亡，破坏水生态环境，对水生态安全构成严重威胁。
3.2014年四川省长江流域国、省考断面总磷平均浓度0.18mg/l，因总磷污染超标的断面达30.7％，其中，63％以总磷为首要污染物。四川向长江输出总磷通4.48万吨，占三峡库区总磷输入总量的86.2％，是三峡库区总磷的主要来源。四川省长江流域各支流中，又以岷江、沱江流域对长江总磷的贡献较大。岷沱江流域2014年国省考断面优良水体比例为44.0％，劣
ⅴ
类水体比例为32.0％；断面总磷平均浓度为 0.25mg/l，总磷超标断面比例为54.0％，其中63.0％以总磷为首要污染物；岷江河口 (凉姜沟)、沱江河口(沱江大桥)总磷浓度均为0.24mg/l，输出通量为2.24万吨，占长江出川通量的49.9％。因此，加快总磷污染防治，维护三峡库区和长江流域水生态安全，已成为四川省水污染防治工作的重中之重。
4.为此，四川省制订出台了《四川省岷江、沱江流域水污染物排放标准》 (db51/2311-2016)，通过多年推广实施，四川省长江流域国、省考断面总磷超标断面比例、断面总磷平均浓度及向三峡库区输出总磷通量均有大幅下降，但许多城镇生活污水处理厂、工业(园区)污水处理厂还存在不能稳定达标排放的情况，部分河流断面也存在总磷超标或不能稳定达标的问题；同时，目前污水处理厂对于总磷多采用化学除磷法，并衍生出了强化混凝技术、超磁分离技术等，但存在投药量大、污泥产生量大、污泥处置成本高、化学药剂除磷效果易受水体环境变化影响、化学药剂对水生生物的毒性及生态系统的二次污染等问题。
5.针对城市内河中重污染河流，国内外进行了大量的研究，大都采用直接向河道曝气供氧的方法，提高河水的溶解氧，为微生物的生存及繁殖提供条件，通过微生物的硝化及反硝化作用去除一定的cod、氨氮和总磷，对水质起到一定的净化作用，这种不仅方法对河道总磷的去除效果微乎其微，对河道水的浊度没有丝毫的去除作用，且污泥产生量大、污泥处置成本高；同时，由于此种方法需要投加化学药剂，而化学药剂除磷效果易受水体环境变化影响，长期下来容易对水生生物的毒性及生态系统的二次污染等问题。
6.因此，现急需一种高效精准、对环境无二次污染的河水水体电化学除磷系统。


技术实现要素：

7.本实用新型的目的在于提供一种河水水体电化学除磷系统，整个除磷过程中无需添加化学药剂，有效避免对环境造成二次污染，能有效实现彻底除磷，大大减少了污泥产生量。
8.为实现本实用新型目的，采用的技术方案为：一种河水水体电化学除磷系统，包括除磷单元和连接在除磷单元出口端的混合池，混合池上设有补充水管，所述除磷单元包括
除磷槽和排水槽，除磷槽上端与排水槽上端连通，且除磷槽内还安装有支撑框架，支撑框架上安装有多个间隔排布的电极板。
9.进一步的，所述除磷槽上还设有用于排放污泥的排泥管和用于进水的进水管，补充水管的进口端并联在进水管上，排水槽上还设有出水管，出水管出口端与混合池连接。
10.进一步的，所述进水管和排泥管均位于除磷槽槽底，且进水管的出口端与排泥管的进口端通过三通接头连通。
11.进一步的，所述出水管位于排水槽的中部，且排水槽槽底还设置有放空管。
12.进一步的，所述排泥管、进水管、补充水管、出水管和放空管上均设置有电磁阀。
13.进一步的，所述除磷单元为多个，多个除磷单元呈矩形阵列排布，且多个除磷单元共同并联连接或依次串联连接。
14.进一步的，所述除磷槽和排水槽的槽底均呈漏斗状，且电极板位于除磷槽中部。
15.进一步的，多个所述电极板呈正极负极交替排列。
16.进一步的，所述电极板为碳钢板或铁板或铝板。
17.进一步的，所述支撑框架与除磷槽槽壁、电极板与支撑框架均为卡槽连接。
18.进一步的，相邻两个电极板之间的间距为1-12cm。
19.进一步的，所述混合池内还设有搅拌器，且混合池出口处设置有溢流堰。
20.本实用新型的有益效果是,
21.本实用新型通过采用电极板除磷，使河水在除磷处理过程中不需要投加任何药剂(物理药剂、化学药剂)，不仅对环境友好度高，且能有实现彻底除磷，大大减少了污泥产生量；同时，配合混合池，使河水可分为两部分，一部分进入除磷单元除磷，另一部分直接进入到混合池内与除磷后的河水进行混合，使河水可达到排放标准，从而使处理后的河水可直接排放至河道内。
22.本实用新型还可根据不同的工况需求对安装位置进行调整以配合其他污水处理系统使用，例如设置为前置除磷或同步除磷或后置除磷，可应用于高磷高浓度工业废水(如酿酒废水、中药废水)、城市生活河水、总磷超标污染的河水等多种场景，应用场景多，占地面积小。
23.通过在多个除磷单元的进水管上设置电磁阀，使每个除磷单元的进水量可得到可精准控制，不仅能实现总磷去除多级调控，且可根据进水量对电极板的电流密度进行调控，使除磷更加高效、彻底。
附图说明
24.附图示出了本实用新型的示例性实施方式，并与其说明一起用于解释本实用新型的原理，其中包括了这些附图以提供对本实用新型的进一步理解，并且附图包括在本说明书中并构成本说明书的一部分。
25.图1是本实用新型提供的河水水体电化学除磷系统的系统图；
26.图2是电化学除磷单元的结构示意图；
27.图3是图2中a-a的剖面示意图；
28.图4是图2中b-b的剖面示意图；
29.图5是图4中c-c的剖面示意图。
30.附图中标记及相应的零部件名称：
31.1、除磷槽，2、排水槽，3、进水管，4、排泥管，5、过水孔，6、出水管，7、放空管，8、支撑框架，9、电极板，10、电磁阀，11、plc自动控制柜，12、配电柜，13、钢爬梯，14、钢护栏，15、混合池，16、补充水管，17、溢流堰。
具体实施方式
32.下面结合附图和实施方式对本实用新型作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于解释相关内容，而非对本实用新型的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本实用新型相关的部分。
33.需要说明的是，在不冲突的情况下，本实用新型中的实施方式及实施方式中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施方式来详细说明本实用新型。
34.如图1至图5所示，本实用新型提供的一种河水水体电化学除磷系统，包括除磷单元和混合池15，混合池15连接在除磷单元的出口端，使除磷单元完成除磷后的河水可直接输送至混合池15内，而混合池15上设有补充水管16，补充水16管用于向混合池15内补充未除磷的河水；除磷单元包括除磷槽1和排水槽2，除磷槽 1与排水槽2可为一体结构也可为分体结构。当除磷槽1与排水槽2为一体结构时，可直接采用一个箱体，在箱体内设置一个隔板将箱体内部分隔成呈左右排布的除磷槽1和排水槽2即可，此时，除磷槽1高度与排水槽2高度相等，除磷槽1底部与排水槽2底部平齐，除磷槽1宽度为200-400mm，并可使隔板上端低于壳体的上端或在隔板的上端开设一个过水孔5即可，从而使除磷槽1上端与排水槽2上端连通；当除磷槽1与排水槽2为分体结构时，除磷槽1上端与排水槽2上端可连通一个过水管或过水槽即可，此种情况下也能使除磷槽1内的处理后的水溢流至排水槽2内。在本实用新型中，除磷槽1与排水槽2优先采用一体结构。
35.所述除磷槽1槽壁为4-6mm的工程塑料材质，而除磷槽1槽壁的厚度可具体根据实际情况进行调整。所述除磷槽1内安装有支撑框架8，支撑框架8上安装有多个电极板9，多个电极板9之间具有一定间隔，使多个电极板9通过支撑框架8共同支撑在除磷槽1内，使河水进入到除磷槽1内时，多个电极板9均可与河水接触。以除磷槽1的规模10m3/h为例，除磷槽1中用于安装电极板9的区域尺寸为 600-1000mm的矩形，此时，电极板9的厚度为2-4mm，电极板9的长度400-800mm，但在电极板9在设计时，电极板9的具体厚度及具体尺寸可根据除磷槽1的尺寸、容量、河水的性质等来进行调整。
36.在计算电极板9的电离子产生量时，电流密度为j，是描述电路中某点电流强弱和流动方向的物理量，其大小等于单位时间内通过某一单位面积的电量，一般以 a/m2表示。电极板9的面积为一定值s，电流为i，通电时间t，电量为q，电子数量n，单个电子电量q，电极板9电阻为r，k为常数。
37.n＝q/q，q＝i
×
t，i＝v/r，j＝i/s，则电子产生量n＝k
×j×s×
t/q，由于电极板9 的面积和电阻为定值，单个电子电量为定值，则在通电时间一定的情况下，改变电压，则可改变电流，从而改变电流密度，因此电流密度跟电子的产生量为正比关系。
38.同时，在本实用新型中还可通过电源控制电极板的电流密度来控制fe离子产生量，离子产生量与po
43-发生反应去除磷，所以可实现通过总磷浓度的变化调节电流密度，实现对总磷的精准去除。
39.以下以电极板9为铁材质为例，利用电极板9在除磷槽1中构成氧化还原体系，在阳极产生大量的fe
2+
、fe
3+
离子，以及以该离子为核心的高分子羟基聚合物fem(h2o)
ꢀ×
(oh)n(3
m-n
)，该类高分子聚合物比常用的聚合硫酸铁等絮凝剂高出数倍甚至数十倍的活性和比表面积。当含铁离子液与河水充分混合后，给予适度的充氧曝气，可推动河水中fe
2+
向fe
3+
转变，并改变河水的ph值。同时，含磷废水中的po
23-、po
33-、 p2o
74-等离子将在该体系中被氧化成正磷酸根离子po
43-，上述fe
2+
、fe
3+
与水中的po
43-反应，生成难溶的fe3(po4)2和fepo4，而体系中高活性的铁核高分子羟基聚合物具有强大的吸附、混凝、捕获、桥联能力，迅速并彻底地捕获和胶体颗粒，从而实现废水的彻底除磷。
40.在一些实施方式中，所述除磷槽1上还设有排泥管4和进水管3，排泥管4用于将除磷槽1中除磷后产生的胶体颗粒及沉淀的污泥排出除磷槽1，而进水管3则用于将待处理的河水送入到除磷槽1内；同时，补充水管16的进口端并联在进水管 3上，而在实际设置过程中，进水管3可直接与用于输送河水的自来水管网连接，使进入到进水管3内的河水一部分可直接进入到除磷槽1内，另一部分河水则直接通过补充水管16进入到混合池15内，能有效减少补充水管16的用量，使整个管路系统更加简单。所述排水槽2上还设有出水管6，出水管6用于将除磷处理后溢流至排水槽2内水直接排出至排水槽2外，且出水管6的出口端直接与混合池15连接，使除磷后的河水可直接进入到混合池15内。通过排泥管4、进水管3和出水管6协同作用，使河水的进入、除磷后河水的排放、除磷产生的胶体颗粒的排放均不需要人工参与，使河水的除磷更加方便。
41.在一些实施方式中，所述出水管6的高度与电极板9下端的高度相等，方便排水槽2内河水的流出。
42.在一些实施方式中，所述进水管3和排泥管4均位于除磷槽1槽底，且进水管 3的出口端通过三通接头并联在排泥管4的进口端上，使进水管3的出口端和排泥管4的进口端共同构成三通管，使除磷槽1上的管路系统更加简单；同时，由于进水管3位于除磷槽1槽底，使河水在进入除磷槽1内时不会直接接触电极板9上，使河水中的沉淀物尽可能的不会附着在电极板9上，使电解效果得到保证。
43.在一些实施方式中，所述出水管6位于排水槽2的中部，且排水槽2槽底还设置有放空管7，使溢流至排水槽2内的河水还可在排水槽2内进行沉淀，在沉淀后，排水槽2内的上层河水则可直接通过出水管6排出，而沉淀产生的沉淀物则可通过放空管7直接排出，使进入通过除磷处理后的河水在排水槽2内实现沉淀处理。
44.在一些实施方式中，所述排泥管4、进水管3、补充水管16、出水管6和放空管7上均设置有电磁阀10，为了防止排泥管4在排泥时沉淀物或除磷过程中产生的胶体颗粒进入到进水管3内，进水管3上的电磁阀10优先安装在进水管3的出口端。具体的，本实用新型还可配设plc自动控制柜11和配电柜12，配电柜12分别对plc 自动控制柜11、电极板9和电磁阀10供电，plc自动控制柜11不仅控制排泥管4、进水管3、出水管6和放空管7上电磁阀10的开关和开启大小，plc自动控制柜11 还控制电极板9带电或断电，使河水除磷过程中实现自动控制，从而使河水除磷过程中不需要人工参与，使河水除磷更加简单方便。同时，通过在进水管3上设置电磁阀10，从而有效控制进入除磷槽1河水量，使除磷过程中可根据进入到除磷槽1 内的河水量来控制电极板9的电压，以此实现高效除磷。
45.在一些实施方式中，所述除磷单元为多个，多个除磷单元呈矩形阵列排布，例如，
除磷单元为8个，8个除磷单元呈2
×
4布置。为了减小本实用新型的占地面积，多个除磷单元在布置时相邻两个除磷单元之间可不设置间隔；同时，当除磷单元为多个时，多个除磷单元共同并联连接或依次串联连接。当多个除磷单元共同并联连接时，多个除磷单元上的排泥管4出口端共同并联，多个除磷单元上的进水管3进口端共同并联，多个除磷单元上的出水管6出口端共同并联，多个除磷单元上的放空管7出口端共同并联，使多个除磷单元可共同补充未除磷的河水或共同排出沉淀物或共同排出除磷后的河水，此种设计使整个管路系统更加简单；当多个除磷单元依次串联时，前一除磷单元上的出水管6出口端与后一除磷单元上的进水管3进口端连接，多个除磷单元的排泥管4出口端共同并联，多个除磷单元上的放空管7出口端共同并联。
46.在一些实施方式中，所述除磷槽1和排水槽2的槽底均呈漏斗状，使除磷过程中产生的沉淀物及除磷后排水槽2内产生的沉淀物均能通过重力自动收集后集中排出，使除磷槽1和排水槽2内的沉淀物在排出时更加彻底；同时，电极板9位于除磷槽1中部，河水在除磷过程中产生的沉淀物能通过自重掉落至除磷槽1槽底，从而使除磷过程中产生的沉淀物与电极板9始终保持分开，避免除磷过程中产生的沉淀物对电极板9产生电离子的量造成影响，从而有效保证除磷效果。
47.在一些实施方式中，多个所述电极板9呈正极负极交替排列，且为了防止电极板9板结钝化，电极板9还可利用脉冲式电源供电，电极板9的正负极可根据设定频率切换，从而保证了电极板9在带电时能产生足够的电离子，保证了电极板9产生电离子的量。
48.在一些实施方式中，所述电极板9为碳钢板或铁板或铝板，而电极板9的具体材质可根据实际需求进行调整。
49.在一些实施方式中，所述支撑框架8与除磷槽1槽壁、电极板9与支撑框架8 均为卡槽连接，具体的，除磷槽1和支撑框架8在生产加工过程中可预制卡槽结构，使后续无需在支撑框架8和除磷槽1槽壁再单独安装卡槽结构，支撑框架8在安装时可通过除磷槽1槽壁上的卡槽实现卡接，而电极板9在安装时则可通过支撑框架 8上的卡槽实现卡接，使电极板9的安装、拆卸更加方便。
50.在一些实施方式中，相邻两个电极板9之间的间距为1-12cm，而相邻两个电极板9之间间隔的具体尺寸可根据电极板9的厚度、河水的浓度、河水的流量等进行计算调整。
51.在一些实施方式中，还可在本实用新型的一侧配置钢爬梯13和钢护栏14，便于工作人员在河水除磷处理过程中随时巡查和检修。
52.在一些实施方式中，所述混合池15内还设置有搅拌器(图中未示出)，搅拌器对进入到混合池15内除磷后的河水和为除磷的河水进行搅拌，使两者的混合更加均匀，避免处理后的河水在排放至河道内分布不均匀而对水质造成影响；同时，出水管6的出口端延伸至混合池15的底部，且混合池15上具有溢流口，溢流口位于混合池15的上方，溢流口与出水管6的出口端分别位于混合池15的两个相对面，有效防止除磷后的河水在进入混合池15内后直接通过溢流口排出混合池15。所述混合池15内还设置有溢流堰17，溢流堰17位于溢流口处，使混合池15内的河水可先通过溢流堰17后再通过溢流口送出，避免沉淀物或漂浮物直接排放至河道内。在本实用新型中，便于将混合池15内的沉淀物排放出去，还可在混合池15底部再设置一个排泥管道即可。
53.以下以电极板9为铁材质为例，当需要对河水进行除磷处理时，打开进水管3、补充
水管16和出水管6上的电磁阀10，进入到进水管3内的河水一部分进入排泥管4进口端并最终进入到除磷槽1内，进入到进水管3内的另一部分河水通过补充水管16进入到混合池15内，待除磷处理的河水通过进水管3进入排泥管4进口端并最终进入到除磷槽1内，电极板9通电，电极板9的阳极产生大量的fe
2+
、fe
3+
离子，以及以该离子为核心的高分子羟基聚合物fem(h2o)
×
(oh)n(3
m-n
)，该类高分子聚合物比常用的聚合硫酸铁等絮凝剂高出数倍甚至数十倍的活性和比表面积。当含铁离子液与河水充分混合后，给予适度的充氧曝气，可推动河水中fe
2+
向fe
3+
转变，并改变河水的ph值；同时，含磷废水中的po
23-、po
33-、p2o
74-等离子将在该体系中被氧化成正磷酸根离子po
43-，上述fe
2+
、fe
3+
与水中的po
43-反应，生成难溶的fe3(po4)2和fepo4，而体系中高活性的铁核高分子羟基聚合物具有强大的吸附、混凝、捕获、桥联能力，迅速并彻底地捕获和胶体颗粒，而和胶体颗粒通过自重沉积在除磷槽1 的底部。
54.除磷槽1内在除磷过程中，进水管3持续对除磷槽1内补充河水，使除磷槽1 内的水位逐渐升高，当除磷槽1内的水位达到过水孔5时，除磷槽1内除磷后的河水则通过过水孔5溢流至排水槽2内，进入到排水槽2内的河水自动进行沉淀，沉淀的沉淀物则堆积在排水槽2的槽底，随着排水槽2水位的升高，排水槽2内沉淀后的河水则通过出水管6溢流排出至混合池15内，使除磷后的河水与混合池15内未除磷的河水混合，且混合后通过溢流堰17溢流后从溢流口排出后直接进入河道。
55.当排水槽2和除磷槽1内的沉淀物沉积较多时，关闭出水管6上的电磁阀10，电极板9断电，并打开排泥管4和放空管7上的电磁阀10，排水槽2内的沉淀物通过放空管7排出，而除磷槽1内的沉淀物通过排泥管4排出。
56.本实用新型可用于高磷高浓度工业废水(如酿酒废水、中药废水)、城市生活河水、总磷超标污染的河水等进行高效除磷，且本实用新型提供的电化学除磷设备在处理高磷高浓度工业废水或城市生活河水或总磷超标污染的河水时可根据实际需求设置为前置除磷或/和同步除磷或/和后置除磷，实际布置可依工程实际条件选取。
57.在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例/方式”、“一些实施例/方式”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例/方式或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本技术的至少一个实施例/方式或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例/方式或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例/ 方式或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例/方式或示例以及不同实施例/方式或示例的特征进行结合和组合。
58.此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本技术的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
59.本领域的技术人员应当理解，上述实施方式仅仅是为了清楚地说明本实用新型，而并非是对本实用新型的范围进行限定。对于所属领域的技术人员而言，在上述公开的基础上还可以做出其它变化或变型，并且这些变化或变型仍处于本实用新型的范围内。