一种双效气浮高藻水处理设备及其处理工艺

摘要

本发明公开了一种双效气浮高藻水处理设备，池体前部设有混合反应区，与混凝反应区连通的气水接触室，其特征在于气水接触室的上部开口与位于池体上部的固液分离区连通，固液分离区下方设有电解区，电解区的下方设有集水区，该集水区内设有穿孔集水网管，所述穿孔集水网管与出水总管连接，所述穿孔集水网管下方设有集泥斗。本发明水处理工艺将加药混合反应工艺与气浮工艺集于一体、溶气气浮工艺与电解气浮工艺集于一体、气浮处理与电极氧化工艺集于一体，将此三种功效聚集一体的设备可大幅提高高藻污染源水的处理效率，同时本设备因其处理高效率、操作和调整便利、占地省、能耗低，也可广泛地应用于各种高难度工业废水处理。

说明书

技术领域

本发明属于水处理工艺及其设备，具体主要是指双效气浮高藻水处理设备及其处 理工艺。

背景技术

近年来我国大部份湖泊和水库水质日益恶化，春夏季高藻频发，水中藻类 数常达数千万个/米³，高的甚至达上亿个/米³，城市自来水厂常规处理工艺受此污染 影响极大，出水水质难以达标。因此，在常规水处理工艺前必须增加一道预处理工艺， 降低藻类污染负荷，减少常规处理灭藻药剂投加量，提高常规工艺处理能力，消除藻 腥味。藻类颗粒细小，常半漂浮在水中，传统的混凝沉淀工艺很难有效去除藻类；气 浮工艺是一种高效的除藻技术，加压溶气水经释放器释放出大量直径小于100μm的 微气泡，托浮着藻类上浮至水面，再经刮渣机撇除。加压溶气气浮是近二十年来广泛 应用的高效预处理设备，对于高藻污染的河湖水源水质，藻类去除率可达90%以上。 但是对于含藻量在数千万个/米³以上的污染源水，加压溶气气浮处理后所剩余的残 藻量仍十分可观，后续常规处理工艺也难以去除，同时含藻量高的源水，有机污染物 含量也高，对后续常规处理工艺十分不利。因此，进一步提高预处理工艺的去除藻类 能力是非常迫切和必要的。

催化电解技术是近年来国内开发的集电化学技术、生物技术和催化技术为一体的 新型水处理工艺，具有降解有机物速度快、悬浮物沉降快、色度去除快而彻底、灭菌 效果好、水处理成本低等特点。其技术优势如下:

（1）降解速有机物度快

涂膜电极具有很高的电催化活性，电解过程中会产生羟基和新生态氯。它们具有 很强的氧化性可以快速有效降解水样中还原性物质。藻类是有机物，电极催化氧化作 用具有很高的灭藻率，

（2）悬浮物沉降快

电解过程中产生的OH^-可以与一些金属离子作用（如Fe³⁺）产生沉淀而沉降下来， 这些沉淀小颗粒可起助凝剂的作用，促进溶液中的悬浮物质聚集沉降。另外电解过程 中，电场可以迅速破坏水体中的胶体结构，使其絮凝沉降，同时极大限度降低后续常 规处理工艺投加絮凝剂的用量。

（3）色度去除快

电极催化的强氧化作用具有很高的脱色率。

（4）气浮效应

电场阴极产生的新生态氢能形成大量的超微气泡，随着气泡的上浮，会托浮出 大量的固体悬浮物，达到强化固液分离的效果，从而进一步降低水中的COD、色度、 浊度等污染指标,电气浮产生的微气泡直径≤40μm,气浮处理效果要显著优于溶气气 浮。

发明内容

本发明的一个目的是提供一种双效气浮高藻水处理设备，在同一池中将加药混合 反应、加压溶气气浮、电解氧化和电气浮、池水面机械排渣和池底排泥等多项功能集 于一体。

为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：一种双效气浮高藻水处理设备，包 括池体，该池体前部设有混合反应区，与混凝反应区连通的气水接触室，其特征在于 气水接触室的上部开口与位于池体上部的固液分离区连通，固液分离区下方设有电解 区，电解区的下方设有集水区，该集水区内设有穿孔集水网管，所述穿孔集水网管与 出水总管连接，所述穿孔集水网管下方设有集泥斗。混合反应区设置有机械搅拌装置。 固液分离区设置有旋转刮渣板及排渣槽。电解区内平行交替布置多组阴阳电极板，电 极板面与水面呈一定倾角；阴极为不锈钢极板，阳极为涂膜DSA金属极板，电源采 用低压高频脉冲电源。

为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：一种双效气浮高藻水处理工艺，其 特征在于包括以下几个步骤：A、高藻原水经加药后从上至下流经混合反应区；B、 反应区出水从底部向上流经气水接触室，在此区域内与溶气减压后再经高效释放器产 生的大量微气泡接触；C、气水接触室上部扩口出水流入设备主体上部的固液分离区， 水中大部份藻类和悬浮固体被微气泡托浮于水面，并不断地被水面上的旋转刮渣板刮 入池体一边的浮渣槽，通过排渣管排出池外；D、经气浮分离后的水向下流经下部电 解区电解产生的超微气泡大大强化池体上部的固液分离作用；E、经电解处理后的原 水再向下流入下方的集水区，集水区内设置穿孔集水网管，将处理后水的收集并通过 出水总管送出池外。该工艺还包括步骤F、穿孔集水网管下方设置集泥斗，集泥斗出 口外接出排泥管，将水中残渣和污泥经池底排泥总管排出池外。

本发明的优点在于：将加药混合反应工艺与气浮集于一体、溶气气浮工艺与电解 气浮工艺集于一体、气浮处理与电极氧化工艺集于一体；这三种功效有机结合在一起， 大幅提高了设备的集约化程度和处理效率、突出了设备的技术优势。根据本发明的工 艺结构设置，能够起到集约化的双效气浮处理效应：加压溶气水经释放器释放出大量 微气泡，在气水接触室内与原水接触，并托浮着大量悬浮物，向上流出至设备主体上 部进行固液分离；与此同时设备主体下部电解区阴极板的析氢反应，产生大量超级 微气泡（直径≤40μm），也托浮着水中大量悬浮物流向上部，大大强化了固液分离区 的处理效率，在水面安装有旋转刮渣机，不断地将浮渣刮入池一边的排渣槽；这样就 在同一设备的主体上部，同步合成双效气浮效应（溶气气浮和电气浮）和自动撇渣功 能，提高了设备气浮处理功能的集约化程度。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

具体实施方式

如图所示，一种双效气浮高藻水处理设备，包括池体，该池体前部设有混合反应 区2，所述混合反应区2与进水总管1连接，混合反应区2内设置有机械搅拌装置。 混凝反应区2下方设有开口与气水接触室3连通，气水接触室3底部设有释放器，气 水接触室3的上部设有扩口与位于池体上部的固液分离区连通，固液分离区上方设置 有旋转刮渣板4及排渣槽6，所述旋转刮渣板与刮渣电机5连接。固液分离区下方设 有电解区，电解区内设有阴阳电极板7，所述阴阳电极板与电源连接，电解区的下方 设有集水区，该集水区内设有穿孔集水网管8，所述穿孔集水网管8与出水总管9连 接，所述穿孔集水网管8下方设有集泥斗10。电解区内平行交替布置多组阴阳电极 板，电极板面与水面呈一定倾角；阴极为不锈钢极板，阳极为涂膜DSA金属极板， 电源采用低压高频脉冲电源。

本发明的处理工艺包括以下几个步骤：

A、高藻原水经加药后从上至下流经混合反应区，反应区中心设有机械搅拌装置，可 以根据原水水质变化，适时调整混合反应强度；

B、经加药混合反应后的高藻水从底部向上流经气水接触室，在此区域内与溶气减压 后再经高效释放器产生的大量微气泡接触；

C、气水接触室上部扩口出水流入池体上部的固液分离区，水中大部份藻类和悬浮固 体溶气释放的微气泡和电解产生的超微气泡托浮于水面，处理后的水向下流出；浮在 水面的藻类和悬浮固体被旋转刮渣板刮入池体一边的浮渣槽，通过排渣管排出池外；

D、气浮分离后的水向下流经下部电解区，电解产生的超微气泡可大大强化池体上部 的固液分离作用。电解区内平行交替布置多组阴阳电极板，电极板面与水面呈50° 倾角；阴极为不锈钢极板，阳极为涂膜DSA金属极板，电源采用低压高频脉冲电源； 可以根据水源水质的变化，通过控制电流强度和脉冲频率，适时调整池内超微微气泡 的数量和尺寸变化，以及电化学氧化能力的大小，从而可有效地提高设备的固液分离 效率和灭藻能力，显著地节省设备能耗；

E、经电解处理后的原水再向下流入池底部的集水区，区内设置穿孔集水网管，将处 理后水的收集并通过出水总管送出池外，穿孔集水管采用非金属材料制作，安装在电 极板组下部区域；

F、池体底部设置集泥斗，不定期地将水中残渣和污泥经池底排泥总管排出池外。该 集泥斗位于穿孔集水网管下部，集泥斗出口外接出排泥管，并设置快开阀，可根据池 内泥渣情况，及时排出残渣和污泥。

本发明的特点为：

（1）集约化的加压溶气气浮工艺：在气浮处理前必须投加药剂使水中胶体颗粒 脱稳，虽然常规气浮处理设备附有加药设备，但常常没有混合反应设备，致使气浮处 理效率不能充分发挥，本发明在一体化设备前部特设一格机械混合反应池，可根据水 质变化和药剂品种适时和灵活地调整混合反应强度，以满足气浮高效处理的技术要 求；传统加压溶气气浮工艺采用原水泵、空压机、压力溶气灌、射流器、释放器和回 流泵等专用设备，整个系统设备多，占地面积大，集约化程度低，本发明加压溶气气 浮工艺采用高效气水混合泵（涡流泵），省略了加压泵、空压机、射流器、溶气罐等 复杂设置；边吸水边吸气、泵内加压混合、溶气效率达90～100%，混合效率高，工 艺先进、操作简单，运行成本低。解决了传统气浮工艺不可避免的释放器易堵塞、大 气泡翻腾及加压泵故障等许多烦恼。微细气泡含量大，水处理效果好。涡流泵的高效 加压混合功能，不仅可以实现设备的小型化，还节省了投资和运转成本。

（2）集约化的双效气浮处理效应：加压溶气水经释放器释放出大量微气泡，在气水 接触室内与原水接触，并托浮着大量悬浮物，向上流出至设备主体上部进行固液分离； 与此同时设备主体下部电解区阴极板的析氢反应，产生大量超级微气泡（直径≤40 μm），也托浮着水中大量悬浮物流向上部，大大强化了固液分离区的处理效率，在 水面安装有旋转刮渣机，不断地将浮渣刮入池一边的排渣槽；这样就在同一设备的主 体上部，同步合成双效气浮效应（溶气气浮和电气浮）和自动撇渣功能，提高了设备 气浮处理功能的集约化程度。

（3）集约化的催化电解工艺：在气浮设备主体下部水流通道平行设置多组阴阳电极 板，形成电解区，阴极板采用不锈钢板，有利析氢反应；阳极采用涂膜DSA电极，不 熔解，催化氧化能力强，电极反应产生的羟基和新生态氯会有效降解水中的有机污染 物，脱色和灭菌效果好。阴阳电极板顺水流通道交替排列，极板面与水面呈一定倾角， 使之不易结泥；电解电源采用低压高频脉冲电源，可调性强，能耗低。本设备将气浮 和电解两项处理功能一体化，大大提高了设本的集约化程度。

（4）集约化的集水和排泥功能布置：在设备主体底部，将集水管网安装在电解区下 部，经电解处理后的出水被穿孔集水管网收集，并通过出水总管送出池外；池底设置 集泥斗，出口外接排泥管，并设置快开阀。集水和排泥这两项功能顺设备水流方向（竖 向）排列和布置，显著提高了设备的集约化程度。

根据本发明的一个具体实施例，某水库近年来因藻类严重污染，夏季高发期时， 水中藻类高达数亿个/mi3，给当地自来水厂常规处理设施正常运行带来困难，出水水 质常难以达标。因此，在常规水处理工艺前需要增加一道预处理工艺，降低藻类污染 负荷，减少常规处理灭藻药剂量，提高常规工艺处理能力，消除藻腥味。藻类物质颗 粒细小，常半漂浮在水中，传统的混凝沉淀工艺很难有效去除藻类；气浮工艺是一种 高效的除藻技术，加压溶气水经水中释放器释放出大量直径小于100μm的微气泡， 托浮着藻类上浮至水面，再经刮渣机撇除。加压溶气气浮是近二十年来广泛应用的高 效预处理设备，对于高藻污染的河湖水源水质，藻类去除率可达90%以上。但对于这 样的高藻水，溶气气浮处理后的剩余藻类仍十分可观，自来水厂传统的处理工艺对此 还是比较困难；为此近期采用双效气浮高藻水处理一体化设备作为预处理工艺取得了 显著的处理效果，下表是分别采用加压溶气气浮工艺和双效气浮工艺处理水库高藻水 源水的对比资料。

水库高藻水源水预处理工艺对比表

该水库源水藻类高达数亿个/米³，富营养化程度高，近期在厦门坂头水库采用处 理能力同为20米³/时的加压溶气气浮处理装置和双效气浮一体化处理装置作为预处 理工艺进行对比试验，从表一可以看出：加压溶气气浮工艺预处理后的藻类去除率可 达90%，但残留藻类数仍高达数亿个/米³，双效气浮工艺预处理后的藻类去除率高达 99.8%，残留藻类数仅剩一百多万数个/米³，藻类去除效率大幅提高，为后续水厂的 常规处理工艺显著减轻了污染负荷，保证了城市自来水厂处理出水达标。从有机污染 指标COD_Mn和氨氮去除率对比看，双效气浮具有的催化电解作用显著地提高了处理效 率，弥补了自来水厂常规处理工艺对有机污染处理能力的不足。