一种电解反应槽和一种铁铝复合型絮凝剂的制备与投加一体式装置

摘要

本发明涉及一种电解反应槽和一种铁铝复合型絮凝剂的制备与投加一体式装置，该电解反应槽（18）包括依次连通的铝电解反应区（3）、缓冲区（6）、曝气区a（7）、曝气区b（14）和复合电解反应区（9）；所述铝电解反应区（3）底部设有进水管（5），顶部与缓冲区（6）连通，缓冲区（6）底部通过循环管a（12）、循环泵（10）和循环管b（13）与复合电解反应区（9）底部连通。该铁铝复合型絮凝剂的制备与投加一体式装置包括依次连通的流量控制装置（17）、上述电解反应槽（18）和计量泵（19）。该装置占地面积小，药剂不需要长时间的配制过程。

说明书

技术领域

本发明属于水处理领域，具体涉及一种电解反应槽和一种铁铝复合型絮凝剂的制备与投加一体式装置，适用于生活污水、工业废水、地表水及地下水的处理，饮用水净化等过程。

背景技术

絮凝剂在给水与废水处理及污泥脱水处理等过程中占有重要的地位。一般市政污水、工业废水的处理都需要投加絮凝剂以提高出水水质；而在饮用水及地表水处理过程中混凝剂的使用更加普遍；此外，污泥压滤脱水等过程中也需投加絮凝剂以增加脱水效果、改善滤饼性质。

目前，国内外使用最为广泛的无机絮凝剂主要有铝盐和铁盐无机高分子絮凝剂。但是随着水质的复杂化以及处理要求的提高，高效复合絮凝剂的开发研究得到快速发展。研究表明，复合絮凝剂的效果要明显优于单一絮凝剂，能克服使用单一絮凝剂的许多不足之处，是絮凝剂发展的主要趋势，且其生产技术要求不高、原料广泛、成本较低，有很好的产业化应用前景。

絮凝剂配制、投加方式对净水效果影响较大。传统的粉末状絮凝剂一般采用兑水稀释的投加方式，需经搅拌、熟化等处理过程才能投加，操作过程相对繁琐，药剂投加需要的前处理时间长；而且由于操作过程自动化程度不高、药剂浓度及药剂的投加量都难以准确的进行控制，导致处理效果难以达到预期；同时一般对商品固体粉末药剂的依赖量大，一般需要预先存储大量商品药剂，对药剂的储存要求高，大量药剂的堆放也容易导致药剂变质，影响处理效果，也造成一定浪费。

粉末药剂经过了液体制备、制粉、运输、储存及加药前的溶解熟化等一系列过程之后，部分药剂的性质也发生了改变，实际上配制的药剂有效成分已经降低，很难达到新制备药剂的处理效果。

药剂投加一般包括了搅拌、溶解、熟化等处理过程，不仅需要较大的溶药桶及储药箱，整体加药设备占地面积大而且药剂需要较长时间的处理过程才能达到投加的要求。此外，一般需要人工投加粉剂至加药设备中，劳动强度大，现场环境差，二次污染风险高。

发明内容

为了解决上述问题，本发明旨在提供一种电解反应槽和一种铁铝复合型絮凝剂的制备与投加一体式装置，将反应生成的絮凝剂直接投加到处理对象中，无需专门的加药装置、溶药桶及储药箱等，整套设备占地面积小，药剂可直接生成，无需配制过程。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：

一种电解反应槽，包括铝电解反应区，铝电解反应区与缓冲区、曝气区a、曝气区b和复合电解反应区依次连通；所述铝电解反应区底部设有进水管，顶部与缓冲区连通，缓冲区底部通过循环管a、循环泵和循环管b与复合电解反应区底部连通；复合电解反应区顶部与曝气区b顶部连通，曝气区b与曝气区a顶部设有隔板，曝气区b底部与曝气区a底部连通，曝气区a顶部与缓冲区顶部连通，缓冲区侧壁底部设有药剂出口；所述铝电解反应区与缓冲区、曝气区a、曝气区b和复合电解反应区底部均设有曝气管。

优选，所述铝电解反应区两端设有石墨极板a，中间设有数块铝极板；所述复合电解反应区两端设有石墨极板b，中间设有数块铁极板。

更优选所述铝极板之间的极板间距为3 mm -8mm，所述铁极板之间的极板间距为3 mm -8mm。

进一步优选所述铝极板之间的极板间距为5mm，所述铁极板之间的极板间距为5mm。

一种铁铝复合型絮凝剂的制备与投加一体式装置，包括依次连通的流量控制装置、上述电解反应槽和计量泵，且所述电解反应槽分别与铝电解电源、鼓风装置、复合电解电源和液位计连接，且铝电解电源连接在铝电解反应区的石墨极板a上，复合电解电源连接在复合电解反应区的石墨极板b上，液位计设置在电解反应槽的缓冲区内，计量泵与药剂出口连通，鼓风装置与曝气管连通。

优选所述流量控制装置、铝电解电源、鼓风装置、复合电解电源、液位计、循环泵和计量泵与控制器电连接。

所述流量控制装置优选由流量计和自动阀串联组成。

所述铝电解电源和复合电解电源均优选为直流输出电源。

下面对本发明做进一步的解释和说明：

1、流量控制装置由流量计与自动阀组成，用于控制进水流量，通过流量计与自动阀门之间的流量与阀门开度关系进行流量的精确控制。

2、絮凝剂电解生成槽是本发明的核心部分，主要利用了电解原理，槽内极板在电流的作用下溶出了离子态铁与铝，在电场下，电解形成新生态高效复合型铁铝絮凝剂。絮凝剂反应生成槽的基本结构如附图2和图3所示。

所述铝电解反应区下部与进水口相连进清水，反应区与极板平行的两端分别布置两块石墨极板，中间安装有数块铝极板，极板间距优选为5mm，石墨极板与电源通过铜牌连接，在底部安装有曝气管。

所述缓冲区内安装有液位计，用以控制水量的平衡；该区域一侧设置有药剂出口，与计量泵连接，用于投加药剂；底部设置有循环泵接口；底部安装有曝气管，保证药剂的均匀性。

所述铁铝复合电解反应区与极板平行的两端分别布置两块石墨极板，中间安装有数块铁极板，极板间距优选为5mm；石墨极板与电源通过铜牌连接，在底部安装有曝气管。

所述铁铝复合电解反应区底部与循环泵相连，缓冲区内绝大部分药剂溶液通过循环泵进入铁铝复合电解反应区进行循环电解，以提高复合型絮凝剂有效成分及处理效果。

所述曝气区内安装有隔板以控制水流，底部安装有曝气管道，用于对铁铝复合电解反应区药剂进行曝气氧化反应。

3、电源均为高频开关电源，定时换向.

4、铝电解电源和复合电解电源分别与絮凝剂电解生成槽内铝电解反应区与铁铝复合电解反应区的石墨极板采用铜牌连接，铁、铝极板为感应极板，不直接与电源连接。

与现有技术相比，本发明的优势是：

（1）本发明所涉及的电解反应槽，既可以制备复合型液态絮凝剂，又兼具了絮凝剂的调配与投加功能，方法简单、系统紧凑、易自动控制。

（2）本发明制备的絮凝剂属于复合型絮凝剂，矾花大、沉降快、易于分离、絮凝效果好、对设备管路腐蚀性小、适用范围广泛，兼具了铁盐絮凝剂和铝盐絮凝剂的优点。

（3）本发明的一种铁铝复合型絮凝剂的制备与投加一体式装置不需要依赖于商业粉末药剂，不存在大量药剂的储存及管理问题；不需另外再配备溶药桶及储药箱等装置，整体成套设备的占地面积小，管理成本低；不需要人工投加粉剂，现场环境操作环境好；只需要定期更换极板，工作量小、劳动强度低。

（4）本发明的一种铁铝复合型絮凝剂的制备与投加一体式装置药剂不需要较长时间的配制过程，随开随用，药剂的浪费现象大为减少，同时便于污水处理工艺的控制。

（5）本发明的一种铁铝复合型絮凝剂的制备与投加一体式装置可实现随开随用，所生成的药剂不需要经过长时间的储存及陈化过程，所投加的药剂为新生态药剂，其有效成分利用率，处理效果好。克服了传统加药方式的弊端。

附图说明

图1 是本发明实施例中铁铝复合型絮凝剂的制备与投加一体式装置连接关系示意图；

图2是本发明实施例中电解反应槽侧面结构示意图；

图3是本发明实施例中电解反应槽俯视结构示意图；

其中：1是石墨极板a，2是铝极板，3是铝电解反应区，4是曝气管，5是进水管，6是缓冲区，7是曝气区a，8是铁极板，9是复合电解反应区，10是循环泵，11是药剂出口，12是循环管a，13是循环管b，14是曝气区b，15是隔板，16是石墨极板b，17是流量控制装置，18是电解反应槽，19是计量泵，20是铝电解电源，21是鼓风装置，22是复合电解电源，23是液位计，24是控制器。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明做进一步的说明。

实施例1  

如图1所示，一种铁铝复合型絮凝剂的制备与投加一体式装置，包括依次连通的流量控制装置17、上述电解反应槽18和计量泵19，且所述电解反应槽18分别与铝电解电源20、鼓风装置21、复合电解电源22和液位计23连接，且铝电解电源20连接在铝电解反应区3的石墨极板a1上，复合电解电源22连接在复合电解反应区9的石墨极板b16上，液位计23设置在电解反应槽18的缓冲区6内，计量泵19与药剂出口11连通，鼓风装置21与曝气管4连通。

所述流量控制装置17、铝电解电源20、鼓风装置21、复合电解电源22、液位计23、循环泵10和计量泵19与控制器24电连接。所述流量控制装置17由流量计和自动阀串联组成。所述铝电解电源20和复合电解电源22均为高频开关电源。

如图2和图3所示，所述电解反应槽，包括铝电解反应区3，铝电解反应区3与缓冲区6、曝气区a7、曝气区b14和复合电解反应区9依次连通；所述铝电解反应区3底部设有进水管5，顶部与缓冲区6连通，缓冲区6底部通过循环管a12、循环泵10和循环管b13与复合电解反应区9底部连通；复合电解反应区9顶部与曝气区b14顶部连通，曝气区b14与曝气区a7顶部设有隔板15，曝气区b14底部与曝气区a7底部连通，曝气区a7顶部与缓冲区6顶部连通，缓冲区6底部设有药剂出口11；所述铝电解反应区3与缓冲区6、曝气区a7、曝气区b14和复合电解反应区9底部均设有曝气管4。

所述铝电解反应区3两端设有石墨极板a1，中间设有数块铝极板2；所述复合电解反应区9两端设有石墨极板b16，中间设有数块铁极板8。所述铝极板2之间的极板间距为5mm，所述铁极板8之间的极板间距为5mm。

具体工作过程如下：

清水首先通过计量系统计量并控制进水量，随后清水进入铝电解反应区3进行电解反应，部分铝极板2溶解进入水中形成初生态铝，随后溶液溢流进入缓冲区6，在缓冲区6内进行混合并通过循环泵10进入复合电解反应区9进行电解反应，其中铁极板8在电场作用下溶出形成新生态铁，在电场作用下与铝进行电解聚合、水解等一系列反应形成复合型絮凝剂。复合型絮凝剂溢流进入曝气区b14进行曝气氧化反应，再进一步进入曝气区a7进行曝气氧化反应，增强絮凝效果，随后溢流进入缓冲区6与铝电解反应区出流溶液进行充分混合，缓冲区6内药剂一部分通过计量泵19投加到加药点，而大部分药剂通过循环泵10进入铁铝复合电解反应区进行多次电解反应，形成循环过程。

实施例2

将本发明用于某污水处理厂生化池处理出水进行絮凝效果研究，该污水处理厂采用A²/O工艺，采集生化段处理出水，分别按照0.1%（药剂投加量）的比例投加质量浓度为1%的PAM（聚丙烯酰胺）、质量浓度为10%的PAFS（聚合硫酸铝铁）及本发明装置生成的药剂（有效成分（Fe₂O₃和Al₂O₃计）质量浓度约为2%，铁铝有效成分（分别以Fe₂O₃和Al₂O₃计）Fe₂O₃与Al₂O₃的质量比例为4：1），进行絮凝效果对比研究；

在利用本发明装置制备絮凝剂时控制进水流量为1m³/h，控制回流比为5：1，分别控制铝电解电源与复合电解电源恒流输出11A，29A。

实验对比研究进行为期1周时间，各批次对比结果如表1：

表1 处理效果对比实验数据

注：表中数据为一周现场试验数据的统计分析得出，为均值。