一种用于水源水除色除浊的脉冲电絮凝装置及其使用方法

技术领域

本发明涉及废水处理领域。

背景技术

我国幅员辽阔，人口分布不均匀，在人口密度较小的农村地区，由于技术与经济落后的原因，常常无法修建水处理设施，常常存在着色度、浊度、UV254、微污染有机物、微污染无机物超标的现象，浊度和色度超标会导致饮用水浑浊有色，使得饮用者产生不安全感和恶心感，且农村常常存在设施老旧，经济落后，无水平较高的管理人员等问题，因此需要一套安全有效、操作简单、维护管理便捷、运行成本低的水处理设备。电絮凝技术作为一种废水处理技术被大量用于工业领域中，其作用原理是通过外加电流使电机极板电解，阳极电解出的金属阳离子和氢氧根生成絮凝剂，与水中悬浮颗粒、胶体污染物等碰撞、卷扫网布使失稳，部分重量较大的絮体产生沉淀，部分重量较小的絮体伴随极板产生的气泡的气浮作用浮至液体表面，使溶液澄清。但是电絮凝存在浓差极化、极板钝化等问题，限制了其技术的发展，因此对于电絮凝设备进行的装置制造、优化有重要意义。

发明内容

本发明要解决现有废水处理存在处理效果差的技术问题，而提供一种用于水源水除色除浊的脉冲电絮凝装置及其使用方法。

一种用于水源水除色除浊的脉冲电絮凝装置，该装置包括电絮凝反应器和双向脉冲电源，其中电絮凝反应器包括圆筒状反应器、铁电极板、铝电极板和法兰盘，圆筒状反应器为卧式反应器，圆筒状反应器的器壁一侧设有进水口，另一侧设有出水口，且进水口与出水口分居器壁两端，圆筒状反应器的两端面分别通过法兰盘连接有端盖，在圆筒状反应器靠近进水口的端面设有排水口；在圆筒状反应器内部交替设置铁电极板和铝电极板，相邻的铁电极板和铝电极板之间有间隔；电絮凝反应器的铁电极板与双向脉冲电源正极的连接，铝电极板与双向脉冲电源负极的连接。

所述排水口便于紧急停机时使容器内液体排放；反应器整体由排水口向出水口有微小倾斜以避免气体堆积；进水口设置流量计计量进水流量，进水口外径与流量计匹配，并设有闸阀，可控流量，排水口设置闸阀，方便安装，出水口外径与进水口外径相同，并配置闸阀，方便拆装以及单元操作性；反应器和法兰盘由有机玻璃制成，反应器两端通过螺栓连接法兰盘，并在法兰盘连接处填充防水胶，预防漏水，同时防止有机玻璃受应力集中而破坏。各电极板开设固定孔，其间用螺丝连接，确保横向固定稳定性，螺丝套设绝缘套筒，避免金属螺钉和电极板触碰发生短路现象，螺丝与电极板未接触处套设绝缘加粗套筒，避免极板发生纵向侧移，加粗套筒长度等于极板间间距。

所述一种用于水源水除色除浊的脉冲电絮凝装置的使用方法，具体按以下步骤进行：

将一种用于水源水除色除浊的脉冲电絮凝装置进行调节双向脉冲电源至运行工况条件，工况条件包括正向导电时间、负向导电时间、正向电压、反向电压、正向占空比、反向占空比、正向频率、反向频率、正向单脉冲持续时间和反向单脉冲持续时间；

通过水泵通入待处理水样，然后关闭进水口闸阀，打开出水口闸阀排出气体，开启双向脉冲电源运行15min，对出水水样进行检测，确定达到出水标准，然后打开进水口闸阀进行处理，控制流量，保持待处理水样停留时间为15min；

其中每运行24h进行反冲，在出水口连接水泵，打开出水口闸阀，控制流量为正向处理流量的1.5倍。

本发明脉冲电絮凝装置在运行初期需采用质量分数为3％的盐酸浸泡，以去除表面氧化层，在后续长时间不运行导致极板生锈情况时，也需使用盐酸除去表面金属锈。

本发明脉冲电絮凝装置可串联也可并联运行，以提高处理量及处理效果，并联和串联同时运行时，应使用空心方钢架设，以保证足够的抗弯性能与承载力。

本发明脉冲电絮凝装置后续可连接指定沉淀设备或者过滤设备，如微型沉淀池、重力自流滤柱等，或者连接吸附设备。

本发明的有益效果是：

目前电絮凝大多为直流电絮凝，在直流电絮凝过程中，由于金属离子的持续产生以及氧化还原反应持续发生，会在金属极板上形成不渗透的致密氧化膜，阻止电絮凝反应的进行，导致电絮凝处理效率逐渐降低，表现为电絮凝中的极板钝化。本发明双向脉冲电源电絮凝通过施加正反向脉冲对阴阳极板进行自动调换，也使得离子产生适配离子的扩散时间，使得溶液容金属离子更均匀，在更换电极后，对于原电极板则相当于施加反向电流，对于有形成氧化膜趋势的氧化物产生扩散分解作用，使得整个系统运行周期大大增加。

另外电絮凝中金属阳极板由于电解产生金属阳离子而被损耗，需要定期更换，而实际上，由于传质效率，单位时间内传递的离子是有限的，所以并不需要连续通电，更适合采用脉冲电源；并且连续通电会导致运行成本大大增加，在同等效果下，脉冲形式比连续通电消耗的电能更少，材料成本也更低，还能极大增加装置的使用周期，这对于缺少维护人员的农村地区是很有必要的。

本发明脉冲电絮凝装置显著提高水处理中对于色度、浊度、UV254、微污染有机物、微污染无机物的去除效果，能有效提高小规模水处理系统(如农村地区、分散式用水区域)饮用水安全性，并且该装置使用脉冲技术，施以相应参数，提高了电极板的使用年限和降低电絮凝所需电耗，降低了运营成本，同时提出了运营装置方式方法。

经测试本发明装置对水样浊度的去除效率达到99.4％、色度的去除效率达到99.7％、UV254的去除效率达到79.3％、同时对TDS降低程度达到17.9％，对于电导率降低程度达到21.8％，对阿特拉津降低程度达到15.2％、F降低程度达到66.3％，证实该装置对水样的浊度色度的处理效果很好，并且该装置可进行串联、并联使用，能有效保障设备的安全，并且在单体设备之间可提高液体紊流混合，明显增加絮凝效果。本装置无需额外投加化学药剂，占地面积小，设备整体性好，运行周期长，节能环保。

本发明脉冲电絮凝装置用于去除微污染水源水中浊度色度及微污染物。

附图说明

图1为具体实施方式一所述电絮凝反应器的剖面图；

图2为具体实施方式一所述电絮凝反应器的侧视图；

图3为实施例二所述脉冲电絮凝系统的示意图，其中5代表双向脉冲电源配电箱。

具体实施方式

本发明技术方案不局限于以下所列举的具体实施方式，还包括各具体实施方式之间的任意组合。

具体实施方式一：一种用于水源水除色除浊的脉冲电絮凝装置，包括电絮凝反应器和双向脉冲电源，其中电絮凝反应器包括圆筒状反应器1、铁电极板2、铝电极板3和法兰盘4，圆筒状反应器1为卧式反应器，圆筒状反应器1的器壁一侧设有进水口1-1，另一侧设有出水口1-2，且进水口1-1与出水口1-2分居器壁两端，圆筒状反应器1的两端面分别通过法兰盘4连接有端盖，在圆筒状反应器1靠近进水口的端面设有排水口1-3；在圆筒状反应器1内部交替设置铁电极板2和铝电极板3，相邻的铁电极板2和铝电极板3之间有间隔；电絮凝反应器的铁电极板2与双向脉冲电源正极的连接，铝电极板3与双向脉冲电源负极的连接。

具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是：所述圆筒状反应器1和法兰盘4的材质为有机玻璃。其它与具体实施方式一相同。

具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一或二不同的是：电絮凝反应器靠近出水口1-2的端面垫高1～1.5cm。其它与具体实施方式一或二相同。

具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一至三之一不同的是：所述法兰盘4通过螺栓与端盖固定连接，并在连接处填充防水胶。其它与具体实施方式一至三之一相同。

具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一至四之一不同的是：在进水口1-1设置流量计。其它与具体实施方式一至四之一相同。

具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式一至五之一不同的是：所述进水口1-1、出水口1-2和排水口1-3均设有闸阀。其它与具体实施方式一至五之一相同。

具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式一至六之一不同的是：所述铁电极板2和铝电极板3通过螺丝固定，螺丝套设绝缘套筒。其它与具体实施方式一至六之一相同。

具体实施方式八：本实施方式与具体实施方式一至七之一不同的是：所述脉冲电絮凝装置串联运行、并联运行或者混联运行。其它与具体实施方式一至七之一相同。

具体实施方式九：本实施方式与具体实施方式一至八之一不同的是：所述脉冲电絮凝装置运行初期采用质量浓度为3％的盐酸溶液浸泡。其它与具体实施方式一至八之一相同。

具体实施方式十：本实施方式一种用于水源水除色除浊的脉冲电絮凝装置的使用方法，具体按以下步骤进行：

将一种用于水源水除色除浊的脉冲电絮凝装置进行调节双向脉冲电源至运行工况条件，工况条件包括正向导电时间、负向导电时间、正向电压、反向电压、正向占空比、反向占空比、正向频率、反向频率、正向单脉冲持续时间和反向单脉冲持续时间；

通过水泵通入待处理水样，然后关闭进水口闸阀，打开出水口闸阀排出气体，开启双向脉冲电源运行15min，对出水水样进行检测，确定达到出水标准，然后打开进水口闸阀进行处理，控制流量，保持待处理水样停留时间为15min；

其中每运行24h进行反冲，在出水口连接水泵，打开出水口闸阀，控制流量为正向处理流量的1.5倍。

采用以下实施例验证本发明的有益效果：

实施例一：

本实施例一种用于水源水除色除浊的脉冲电絮凝装置，包括电絮凝反应器和双向脉冲电源，其中电絮凝反应器包括圆筒状反应器1、铁电极板2、铝电极板3和法兰盘4，圆筒状反应器1为卧式反应器，圆筒状反应器1的器壁一侧设有进水口1-1，另一侧设有出水口1-2，且进水口1-1与出水口1-2分居器壁两端，圆筒状反应器1的两端面分别通过法兰盘4连接有端盖，在圆筒状反应器1靠近进水口的端面设有排水口1-3；在圆筒状反应器1内部交替设置铁电极板2和铝电极板3，相邻的铁电极板2和铝电极板3之间有间隔；电絮凝反应器的铁电极板2与双向脉冲电源正极的连接，铝电极板3与双向脉冲电源负极的连接。

电絮凝反应器长为1034mm，侧面直径为300mm；

所述圆筒状反应器1和法兰盘4的材质为有机玻璃。

电絮凝反应器靠近出水口1-2的端面垫高1cm。

所述法兰盘4通过螺栓与圆筒状反应器1固定连接，并在连接处填充防水胶。

在进水口1-1设置流量计。

所述进水口1-1、出水口1-2和排水口1-3均设有闸阀，且进水口外径与流量计匹配，外径同为20mm。

所述铁电极板2为7块，铝电极板3为7块，电极板的长度均与圆筒状反应器内长相同，尺寸为1000mm，7块铁电极板的宽度分别为100mm、132mm、155mm、171mm、182mm、190mm和193mm，7块铝电极板的宽度也分别为100mm、132mm、155mm、171mm、182mm、190mm和193mm，相邻电极板之间的间隔距离为10mm，每块电极板开设6个固定孔，铁电极板2和铝电极板3通过螺丝固定，螺丝套设绝缘套筒，并在螺丝与电极板未接触处套设绝缘加粗套筒。

本实施例所述一种用于水源水除色除浊的脉冲电絮凝装置具体操作如下：

调节双向脉冲电源至运行工况条件，工况条件包括正向导电时间、负向导电时间、正向电压、反向电压、正向占空比、反向占空比、正向频率、反向频率、正向单脉冲持续时间和反向单脉冲持续时间；

通过水泵通入待处理水样，然后关闭进水口闸阀，打开出水口闸阀排出气体，开启双向脉冲电源运行15min，对出水水样进行检测，确定达到出水标准，然后打开进水口闸阀，控制流量，保持待处理水样停留时间为15min；

每运行24h进行反冲，在出水口连接水泵，打开出水口闸阀，控制流量为正向处理流量的1.5倍，冲去电絮凝反应器内壁附着的絮体。

本实施例双向脉冲电源的运行工况条件为：水力停留时间为15min，正向占空比为0.8，正向频率为1000Hz，正向单脉冲持续时间1ms，正向工作时间100ms，正向电压为24V，反向占空比为0.6，反向频率为2000Hz，反向单脉冲持续时间0.5ms，反向电压为16V，反向工作时间20ms，正反向反应时间比为100：20。

所述脉冲电絮凝装置在运行初期采用质量浓度为3％的盐酸溶液浸泡30min。

经水样测试，该装置处理效果如下表1所示：

表1

测试结果证实该装置对水样的浊度色度的处理效果很好，因此可以将多个装置串联，增加水样流量，进一步提高处理效率。

实施例二：

将实施例一所述一种用于水源水除色除浊的脉冲电絮凝装置取三个进行串联，形成脉冲电絮凝系统，该系统在使用时，可控制水样流量为实施例一的3倍，水样在该系统的总处理时间为30min。

图3为本实施例所述脉冲电絮凝系统的示意图。

经水样测试，该系统处理效果如下表2所示：

表2

测试结果证实该系统对水样的浊度色度的处理效果优异，对比实施例一单个脉冲电絮凝装置，在阿特拉津和氟离子的处理方面提高了三倍的处理效果，并且水样经过装置连接的连接水管时，由于管径较小，雷诺数大，混合效果好，使得再次混凝效果增强。实际处理时间可由45min缩短为30min，而实际处理的水量比单个装置提高了1.5倍。在后续连接电吸附设备和臭氧活性炭工艺时，对于微污染物的处理要求降低，实际控制出水浊度和色度即可，实际可通过水样流量为三倍单个装置的流量。

实施例三：

本实施例将实施例二所述脉冲电絮凝系统取两组并联使用。

经水样测试，该系统处理效果如下表3所示：

表3

测试结果证实该系统对水样的浊度色度的处理效果优异，本实施例将脉冲电絮凝装置设置为三个串连成一组，再两组并联的形式，这样的处理系统增加了一倍的处理水量，处理效率进一步提高，并且在单组出现故障暂停时，另一组仍保持运行，系统安全性提高一倍。