超声耦合电化学混凝含磷废水处理方法及装置

摘要

本发明公布了一种超声耦合电化学混凝含磷废水处理方法及装置，本发明方法将废水贮槽含磷废水输入反应槽内；电源给电极单元中的阳极电极、阴极电极供电，阳极电极产生金属离子；超声发生器产生的超声波通过反应槽的器壁振动直接作用于反应槽内的含磷废水，配合所述高价态金属离子实现混凝净化含磷废水。本发明装置包括超声发生器、反应槽、电源、废水贮槽、出水容器、流量计和循环泵。本发明反应速度高、处理效率高、能耗低。

说明书

技术领域

本发明涉及一种超声耦合电化学混凝处理含磷废水的方法及装置。通过设计流动式反应装置，利用超声辅助电化学混凝装置，可明显提高含磷废水的处理速度。

背景技术

含磷废水的大量排放导致水体富营养化，破坏水体的生态平衡，使水环境质量恶化，严重影响人们的用水问题，也会使水环境失去娱乐价值。在淡水和海水中磷的平均含量分别为0.02mg/L和0.088mg/L。目前，城市污水排水量迅速增加，年增排水量高达24亿m³，城市污水中磷的浓度约为10～20mg/L。通常总磷含量大于0.02mg/L时水体被视为富营养化。因此，废水中磷的处理很重要。

目前除磷的方法主要有物理化学处理法和生物处理法。物理化学方法如吸附和化学沉淀法是工程处理中普遍使用的，但是该方法所需药剂投加量大，设备和操作成本高，产生污泥量大，无机阴离子易造成二次污染，其应用受到一定限制。生物法除磷过程中需将液态磷转移到污泥阶段处理，并且处理效率一般低于30％，运行不稳定，运行操作严格受废水的温度和酸碱度等的影响。所以有必要开发高效可行的除磷方法。

电化学混凝(凝聚)技术是近年来新兴的水处理技术，由于该技术处理废水效率高，去除污染物范围广，操作简单，处理成本低，成为国内外水处理技术的研究热点。目前有关电化学混凝除磷技术的研究主要侧重于考察各影响因素对除磷效率的影响，对该工艺进行优化。在电化学混凝除磷过程中，减少能耗、提高电流效率以及电极钝化现象是该工艺应用中需解决的主要问题。

超声-电催化是在超声电化学的一个分支内容，是将超声波与电催化相结合的一项新技术。近年来，超声电化学研究发展很快，是超声化学和电化学的前沿研究领域之一。1990年，T.J.Mason等首先提出了超声电化学的概念，此后，超声电化学作为电化学和超声化学的一个新的分支蓬勃发展，至今已广泛应用于电镀与电沉积、有机合成、材料制备、电分析化学等研究领域。超声电化学应用于含磷废水处理的研究还很少，超声-电化学混凝方法应用于含磷废水的处理还未见报道。

由于超声辅助电化学混凝产生的物理和化学效应，所以超声与电化学混凝的结合具有许多潜在的优点，这些优点包括电极表面的清洗和除气、电极表面的去钝化、电极表面的侵蚀；加速液相质量转递；加快反应速率；提高降解效率等。

发明内容

本发明目的是针对现有技术存在的缺陷提供一种超声耦合电化学混凝含磷废水处理方法及装置。

本发明为实现上述目的，采用如下技术方案：

本发明超声耦合电化学混凝含磷废水处理方法，其特征在于所述方法如下：

废水贮槽将含磷废水输入反应槽内；电源给电极单元中的阳极、阴极供电，阳极产生高价态金属离子；超声发生器产生的超声波通过反应槽的器壁振动直接作用于反应槽内的含磷废水，配合所述高价态金属离子实现混凝净化含磷废水。

所述的超声耦合电化学混凝含磷废水处理方法，其特征在于所述超声发生器的超声波输入功率在50～100W，超声频率在50kHz～100kHz。

所述的超声耦合电化学混凝含磷废水处理方法，其特征在于所述电源的操作操作电压在3V～15V，相应电流为0.1～2.4A/cm²。

所述的超声耦合电化学混凝含磷废水处理方法，其特征在于所述反应槽内含有电解质Na₂SO₄的浓度为0.1mmol/L～10mmol/L。

所述的超声耦合电化学混凝含磷废水处理方法的处理装置，其特征在于包括超声发生器、废水贮槽、电源、高位槽、出水容器、流量计和循环泵，其中废水贮槽的出水口串接流量计后与反应槽的入水口连接，反应槽的出水口串接循环泵后分别接出水容器和废水贮槽的入水口，反应槽内设置众多个结构相同的电极单元，每个电极电源都包括依次排列的第一阳极电极、阴极电极、第二阳极电极构成，两个阳极电极接电源的正极，阴极电极接电源的阴极；超声发生器设置于反应槽的底部、贴于反应槽的器壁上，超声发生器产生的超声波不经过耦合液，而是通过反应槽的器壁振动直接作用于反应槽内的含磷废水。

所述的超声耦合电化学混凝含磷废水处理装置，其特征在于所述反应槽的出水口与入水口各设置一个挡板。

所述的超声耦合电化学混凝含磷废水处理装置，其特征在于所述阳极电极采用网状铁或网状铝或网状铁、铝、钛复合阳极，所述阴极电极采用铜网阴极，阴极电极与阳极电极的间距为5mm～35mm。

本发明采用网状阳极，铜网阴极，极板间距在5mm～35mm，通过隔板将反应器分为进水区、反应区和出水区三部分，同时也能够保证废水完全流经电极表面，通过导出反应产物，从而改变化学平衡推动反应向生成产物的方向进行，提高反应速度。另外超声发生器直接作用于反应器壁，超声波不经过耦合液，而是通过器壁振动直接作用于反应液，提高了声能的利用率，同时也增强超声波与电化学混凝(凝聚)的协同耦合作用。

对于含磷废水的处理，超声波辅助电化学混凝(凝聚)技术与单独电化学混凝(凝聚)相比较，反应速度提高5～10倍，处理效率提高5倍以上，能耗降低了1～2倍。

附图说明

图1：本发明结构图。

图表符号说明：

A进水，B挡板，C阳极，D阴极，E出水，(1)超声发生器，(2)反应槽，(3)电源，(4)废水贮槽，(5)出水容器，(6)流量计，(7)循环泵

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步详述：

超声耦合电化学混凝含磷废水处理方法，其特征在于所述方法如下：

废水贮槽4将含磷废水输入反应槽2内；电源3给电极单元中的阳极电极、阴极电极供电，阳极电极产生高价态金属离子；超声发生器1产生的超声波通过反应槽2的器壁振动直接作用于反应槽2内的含磷废水，配合所述高价态金属离子净化含磷废水。

所述的超声耦合电化学混凝含磷废水处理方法，其特征在于所述超声发生器1的超声波输入功率在50～100W，超声频率在50kHz～100kHz。

所述的超声耦合电化学混凝含磷废水处理方法，其特征在于所述电源3的操作操作电压在3V～15V，相应电流为0.1～2.4A/cm²。

所述的超声耦合电化学混凝含磷废水处理方法，其特征在于所述反应槽2内含有电解质Na₂SO₄的浓度为0.1mmol/L～10mmol/L。

如图1所示。所述的超声耦合电化学混凝含磷废水处理方法的处理装置，其特征在于包括超声发生器1、反应槽2、电源3、废水贮槽4、出水容器5、流量计6和循环泵7，其中废水贮槽4的出水口串接流量计6后与反应槽2的入水口连接，反应槽2的出水口串接循环泵7后分别接出水容器5和废水贮槽4的入水口，反应槽2内设置众多个结构相同的电极单元，每个电极电源都包括依次排列的第一阳极电极、阴极电极、第二阳极电极构成，两个阳极电极接电源3的正极，阴极电极接电源3的阴极；超声发生器1设置于反应槽2的底部、贴于反应槽2的器壁上，超声发生器1产生的超声波不经过耦合液，而是通过反应槽2的器壁振动直接作用于反应槽2内的含磷废水。

所述的超声耦合电化学混凝含磷废水处理装置，其特征在于所述反应槽2的出水口与入水口各设置一个挡板B。

所述的超声耦合电化学混凝含磷废水处理装置，其特征在于所述阳极电极采用网状铁或铝或钛复合阳极，所述阴极电极采用铜网阴极，阴极电极与阳极电极的间距为5mm～35mm。

具体实施例如下：

实施例1：配制总磷为50mg/L模拟废水，在本发明装置中进行处理。具体操作参数和处理效果如下：

操作参数：

超声波输入功率：100W；

超声频率：80kHz；

直流电源的操作操作电压：8V；

支持电解质Na₂SO₄的浓度：5mmol/L；

相应的电流：0.4A/cm²；

极板间距：10mm；

处理时间：6min。

实施例2：配制总磷为10mg/L模拟废水，在本发明装置中进行处理。具体操作参数和处理效果列表如下：

操作参数：

超声波输入功率：100W；

超声频率：80kHz；

直流电源的操作操作电压：8V；

支持电解质Na₂SO₄的浓度：5mmol/L；

相应的电流密度：0.4A/cm²；

极板间距：20mm；

处理时间：6min。

实施例3：配制总磷为100mg/L模拟废水，在本发明装置中进行处理。不启动循环装置，反应前60min开启超声波，60min后关闭超声波进行单独电化学降解，30min后取样检测。具体的试验操作参数和处理效果数据列表如下：

操作参数：

超声波输入功率：100W；

超声频率：80kHz；

直流电源的操作操作电压：15V；

支持电解质Na₂SO₄的浓度：5mmol/L；

相应的电流0.4A/cm²；

极板间距：10mm。