全文摘要
本实用新型公开了一种电絮凝协同臭氧纳米气泡气浮处理畜禽废水的装置，包括稳压电源、反应器和臭氧发生器，所述反应器内由竖向设置的挡板分隔为依次连通的：电解池，所述电解池内安装电极板，所述电极板外接所述稳压电源，电解池池壁上设置进水口；气浮池，气浮池底部设置中空的无机陶瓷膜曝气板，所述无机陶瓷膜曝气板的内腔通过管路外接所述臭氧发生器；以及清水池，清水池池壁上设置出水口。本实用新型利用气浮与电絮凝沉淀耦合的作用，节约电絮凝沉淀的时间，节省占地面积。
主设计要求
1.一种电絮凝协同臭氧纳米气泡气浮处理畜禽废水的装置，包括稳压电源、反应器和臭氧发生器，其特征在于，所述反应器内由竖向设置的挡板分隔为依次连通的：电解池，所述电解池内安装电极板，所述电极板外接所述稳压电源，电解池池壁上设置进水口；气浮池，气浮池底部设置中空的无机陶瓷膜曝气板，所述无机陶瓷膜曝气板的内腔通过管路外接所述臭氧发生器；以及清水池，清水池池壁上设置出水口。
设计方案
1.一种电絮凝协同臭氧纳米气泡气浮处理畜禽废水的装置，包括稳压电源、反应器和臭氧发生器，其特征在于，所述反应器内由竖向设置的挡板分隔为依次连通的：
电解池，所述电解池内安装电极板，所述电极板外接所述稳压电源，电解池池壁上设置进水口；
气浮池，气浮池底部设置中空的无机陶瓷膜曝气板，所述无机陶瓷膜曝气板的内腔通过管路外接所述臭氧发生器；
以及清水池，清水池池壁上设置出水口。
2.根据权利要求1所述装置，其特征在于，所述电极板设置为竖向且相互平行设置的若干组，阴、阳极电极板交替排布，相邻电极板之间的间距为1～3cm。
3.根据权利要求2所述装置，其特征在于，所有电极板的有效面积与电解池体积比为10～30：1m2<\/sup>\/m3<\/sup>。
4.根据权利要求1所述装置，其特征在于，所述电极板由电极板固定架安装于电解池中，所述电极板固定架包括竖向的侧板和底部的支撑横杆，靠近进水口一侧的侧板高于进水口。
5.根据权利要求1所述装置，其特征在于，所述无机陶瓷膜曝气板为碳化硅陶瓷膜、氧化铝陶瓷膜、氧化锆陶瓷膜、氧化钛陶瓷膜或氧化硅陶瓷膜制成的中空曝气板。
6.根据权利要求1所述装置，其特征在于，所述无机陶瓷膜曝气板的平均孔径为40～130nm，孔隙率为30～50％。
7.根据权利要求1所述装置，其特征在于，所述电解池和气浮池之间的挡板为第一挡板，所述无机陶瓷膜曝气板通过固定在第一挡板上的固定槽固定于气浮池底部。
8.根据权利要求1所述装置，其特征在于，所述无机陶瓷膜曝气板的水平投影面积与气浮池体积比为1：(3～8)m2<\/sup>\/m3<\/sup>。
9.根据权利要求1所述装置，其特征在于，气浮池与清水自之间的挡板为第二挡板，所述气浮池内且靠近清水池侧设置气浮分离斜板，所述气浮分离斜板的底边固定于气浮池底板上、顶边向清水池侧倾斜且与第二挡板之间预留间隙；连通所述气浮池与清水池的过水孔位于第二挡板上且低于气浮分离斜板的竖直投影高度。
10.根据权利要求9所述装置，其特征在于，第二挡板的顶边衔接位于气浮池与清水池中间的浮渣槽。
设计说明书
技术领域
本实用新型涉及污水处理技术领域，具体涉及一种电絮凝臭氧纳米气泡气浮处理畜禽废水的装置。
背景技术
畜禽废水具有废水排放量大且集中、污染物浓度高，N、P含量高和有害微生物数量多的特点，COD可达几千至几万mg\/L，NH4+-N达至800～2200mg\/L，固体悬浮物(SS)超标数十倍，会影响水体的透明度、溶解氧(DO)和pH，造成水体富营养化等，在养殖场中，产生的大量碳氢化合物进入水体后，高N、P含量公使水体中的藻类大量繁殖，导致水体思化，散发出恐臭味，产生明显的富营养化现象。畜禽废水直接排入地表后，在雨季会跟随地表水进入地下水中，造成亚硝态氨和硝态氮的含量大大增加，水质恶化十分严重。当养殖场排放的废水进入土壤后，使土壤颗粒的透气性和透水性下降，发生板结甚至盐泽华现象，造成农作物大量减产。除此之外，猪所排放的废水含有大量病原微生物和寄生虫，还会残留部分兽药，对人和家禽都带来灾难性的危害。因此需要对畜禽废水中的污染物进行处理，达标后排放。
传统的畜禽废水的物化处理技术有有吸附法、磁絮凝沉淀、电化学氧化、Fenton氧化。但是这些技术受到废水中其它物质、工艺条件、价格等各种因素的限制，导致目前市场上缺乏高效经济的畜禽废水处理方式。
申请号为201620460261.6的中国实用新型专利申请文献公开了一种畜禽废水絮凝池，处理办法是将絮凝池体划分为三个搅拌絮凝区和一个静态液区，通过隔板的作用使得搅拌絮凝区与静态出液区之间呈蛇形连通，从而增加絮凝反应的时间，但是该工艺只采用了单一的絮凝工艺，处理的时间仍然较长，且设备占地面积大。
申请号为201511003887.0的中国实用新型专利申请文献公布了一种畜禽养殖废水的处理方法，主要处理步骤为：预处理、重金属处理、抗生素处理和浮萍养殖4个步骤，对于废水中的氨氮、总磷有较好的去除效果，但是有时间限制，浮萍养殖仅适合夏天，该工艺处理时间长厂，占地面积大，出水不能够稳定达标。
实用新型内容
本实用新型提供一种电絮凝协同臭氧纳米气泡气浮处理畜禽废水的装置，利用气浮与电絮凝沉淀耦合的作用，节约电絮凝沉淀的时间，节省占地面积。
一种电絮凝协同臭氧纳米气泡气浮处理畜禽废水的装置，包括稳压电源、反应器和臭氧发生器，所述反应器内由竖向设置的挡板分隔为依次连通的：
电解池，所述电解池内安装电极板，所述电极板外接所述稳压电源，电解池池壁上设置进水口；
气浮池，气浮池底部设置中空的无机陶瓷膜曝气板，所述无机陶瓷膜曝气板的内腔通过管路外接所述臭氧发生器；
以及清水池，清水池池壁上设置出水口。
本实用新型中将电解池、纳米气浮池联合使用，使得气浮和电絮凝产生耦合作用。初始废水进入电解池中，对电解池中的废水进行电解，电解产生的铝离子与废水中的污染物反应，经沉淀后，污泥排出，处理后的水送进气浮池，通过气浮池底部无机陶瓷膜曝入臭氧，陶瓷膜表面产生微小的纳米气泡，气泡从底部缓缓上浮，微小气泡与水中的悬浮颗粒粘附，形成水-气-颗粒三相混合体系，颗粒粘附上气泡后，形成表面密度小于水的漂浮絮体，絮体上浮至水面，形成浮渣层被分离，以此实现固液分离，去除水中的悬浮物。
传统的电絮凝沉淀需要时间较长且效果不佳，本专利利用气浮的原理去除电絮凝处理后废水中残留的悬浮物，大大节约了电絮凝沉淀的时间，节省设备的占地面积。此外，利用陶瓷膜臭氧曝气有三大优点，一是可以氧化絮凝剂可以提高固液分离效率，相比沉淀池有效缩小了体积；二是臭氧可以氧化有机物，降解COD；三是单纯的臭氧在废水中的利用率并不高，但是本专利通过陶瓷膜曝气，使得臭氧呈微孔气泡，上升速度慢，可以有效使得臭氧溶解在水体中，提高臭氧利用率和利用效果。
优选地，所述电极板设置为竖向且相互平行设置的若干组，阴、阳极电极板交替排布，相邻电极板之间的间距为1～3cm。
优选地，所有电极板的有效面积与电解池体积比为10～30：1m2<\/sup>\/m3<\/sup>。有效面积为所有电极板板面面积之和的一半，所述的电解池中，电极板有效面积与电解池体积的比值范围为10～30：1m2<\/sup>\/m3<\/sup>，电极板间距为1～3cm，比值过小，电极板间距过大，单位污水使用的电极板面积小，阴阳离子在水中不能高效的移动，废水中污染物去除效果达不到理想状态；比值过大，电极板间距过小，会造成能耗的浪费，进一步优选地，电极板有效面积与电解池体积的比值为12：1m2<\/sup>\/m3<\/sup>，电极板间距为2cm。
优选地，所述电极板由电极板固定架安装于电解池中，所述电极板固定架包括竖向的侧板和底部的支撑横杆，靠近进水口一侧的侧板高于进水口。进入电解池中的废水由电极板底部入、顶部出，然后通过溢流进入气浮池。
优选地，所述无机陶瓷膜曝气板为碳化硅陶瓷膜、氧化铝陶瓷膜、氧化锆陶瓷膜、氧化钛陶瓷膜或氧化硅陶瓷膜制成的中空曝气板。进一步优选为碳化硅陶瓷膜制成的中空曝气板。
优选地，所述无机陶瓷膜曝气板的平均孔径为40～130nm，孔隙率为30～50％。将陶瓷膜的一端封闭、另一端由软管连接臭氧发生器，
优选地，所述电解池和气浮池之间的挡板为第一挡板，所述无机陶瓷膜曝气板通过固定在第一挡板上的固定槽固定于气浮池底部。
优选地，所述无机陶瓷膜曝气板的水平投影面积与气浮池体积比为1：(3～8)m2<\/sup>\/m3<\/sup>。比值过小，即无机陶瓷膜的面积过小，此时纳米气泡覆盖面积小，污染物去除效果不佳；比值过大，即无机陶瓷膜面积过大，此时会造成能耗浪费，进一步优选地无机陶瓷膜的投影面积与气浮池的体积比值为1：5m2<\/sup>\/m3<\/sup>。
优选地，气浮池与清水自之间的挡板为第二挡板，所述气浮池内且靠近清水池侧设置气浮分离斜板，所述气浮分离斜板的底边固定于气浮池底板上、顶边向清水池侧倾斜且与第二挡板之间预留间隙；连通所述气浮池与清水池的过水孔位于第二挡板上且低于气浮分离斜板的竖直投影高度。电解池和气浮池之间通过溢流连通。
进一步优选地，第二挡板的顶边衔接位于气浮池与清水池中间的浮渣槽。气浮池内的浮渣在斜板和挡板共同作用下实现固液分离，进入浮渣槽内。
将畜禽废水通入装置内，启动稳压电源和臭氧发生器，作为优选，稳压电源输出为1～5V，电压过低，废水中铝离子浓度过低，污染物反应不充分；电压过高，会造成能源的浪费，且污水中会残留大量的未参与反应的金属铝离子，带来二次污染。进一步优选地，稳压电源的输出电压为3V。
作为优选，电极板电流密度为0.1～0.4mA\/cm-2<\/sup>，密度过低，污染物处理效果不理想；电流密度过高，会造成能源的浪费。进一步优选地，电极板密度为0.25mA\/cm-2<\/sup>。
作为优选，废水停留时间为0.5～2h，停留时间过短污染物去除效果不明显，去除效率达不到理想状态；停留时间过长会增加设备的占地面积，同时去除效率也会偏离最大值。进一步优选地，停留时间为1h。
作为优选，臭氧发生器曝气量为每吨水10～20g\/h，投加量过小污染物降解效果不明显，投加量过大，会造成资源的浪费，且臭氧具有量过大对人体健康有害，进一步优选地，曝气量为每吨水15g\/h。
与现有技术相比，本实用新型具有如下有益效果：
(1)本实用新型适用于畜禽废水，操作简单快捷，成本低廉，去除效果明显。
(2)本实用新型利用气浮与点絮凝沉淀耦合的作用，节约点絮凝沉淀的时间，节省占地面积。
(3)本实用新型改进传统的气浮技术，将气浮装置的材料改为陶瓷膜，利用直径更小、比表面积更大的气泡去除废水中的悬浮物，曝气装置使用臭氧发生器，可以氧化絮凝剂、降解有机物以及提高臭氧的利用率和溶解效率。
(4)本实用新型适用范围广，不仅适用于畜禽废水，对COD很高的化工废水同样适用。
附图说明
图1为本实用新型的结构示意图。
图2为本实用新型工艺流程图。
图中所示附图标记如下：
具体实施方式
如图1所示，一种臭氧纳米气泡气浮处理畜禽废水的装置，包括稳压电源1、反应池和臭氧发生器10。
反应池内由竖向设置的第一挡板5和第二挡板12分隔为依次连通的电解池3、气浮池6和清水池11，电解池3为矩形，其池壁上设有进水口2，电解池3内设置电极板固定架，电极板固定架包括竖向的侧板和底部的支撑横杆，位于进水口2一侧的侧板高于进水口，电极板4竖向插入安装于固定架内，阴极和阳极均为可与磷酸根产生沉淀的金属板，本实施方式中阳极和阴极均为铝板，阴极和阳极间隔布置，设置为若干组，阴极和阳极均连接至位于电解池3外的稳压电源1，相邻电极板之间的间距为1～3cm，所有电极板的有效面积与电解池体积比为10～30：1m2<\/sup>\/m3<\/sup>。电解池池底设置泥斗，泥斗底部设有排泥口，电解池沉淀的污泥即从排泥口排出。废水由进水口进入电解池内，然后由电极板底部进入电极板间隙、顶部出水，最后溢流进入气浮池。
气浮池6为矩形，靠近电解池3设置，电解池3处理出水经过挡板5顶部溢流进气浮池6，气浮池6底部布置无机陶瓷膜曝气板14，无机陶瓷膜曝气板由固定在第一挡板上的陶瓷膜固定架15安装在气浮池6底部，无机陶瓷膜曝气板为中空板，内腔通过软管连接气浮池外的臭氧发生器10，无机陶瓷膜曝气板的平均孔径为40～130nm，孔隙率为30～50％，无机陶瓷膜曝气板的水平投影面积与气浮池体积比为1：(3～8)m2<\/sup>\/m3<\/sup>。气浮池底部且靠近第二挡板处设置气浮分离斜板13，气浮分离斜板倾斜设置，底部固定于气浮池底板上、顶边向第二挡板12侧倾斜并与第二挡板之间预留间隙，连通气浮池和清水池的过水孔位于第二挡板12上且低于气浮分离斜板的顶部高度处，第二挡板顶部向清水池方向弯折并衔接一个位于气浮池与清水池之间的浮渣槽8，气浮处理的出水经过第二挡板和气浮分离斜板13的作用，上层悬浮物聚集到出渣槽8，再经出渣槽的排渣口排出，清水通过过水口进入清水池。
清水池11为矩形，畜禽废水经过处理后，由出水口9排出设备外。
利用本实用新型处理畜禽废水的工艺流程如图2所示，进水首先进行电解处理，去除污水中的有机物，经电解处理后的废水进行气浮，进一步去除水中的悬浮物和色度，最终进行出水排放。
电解处理在电解池3中进行，初始畜禽废水pH值为7～9，电压为1～5V，通过无机膜曝气板向废水中曝入臭氧，曝气量为每吨水10～20g\/h。
电解池3处理后的废水经过第一挡板5流入气浮池6中，向气浮池6中通入臭氧，曝气反应结束后由出水口9排出，电解池3的电压通过稳压电源1调节，气浮池6的臭氧由臭氧发生器10提供。
实施例1
处理水样为畜禽废水，水样中的COD、SS和总磷如表1所示。
(1)取原畜禽废水，进入电解池，用石灰维持废水pH为7～9之间，每隔30min调一次pH。以铝板为阴极和阳极，阳极与阴极相距3cm，电极板有效面积与电解池的体积比为30：1m2<\/sup>\/m3<\/sup>，在2V的电压下，电极板电流密度为0.1mA\/cm-2<\/sup>，电解出水，废水COD降至7966mg\/L，TP降至32.1mg\/L。
(2)电解处理后的废水进入纳米气浮曝气池，曝气膜使用氧化铝陶瓷膜，无机陶瓷膜的平均孔径为100nm，孔隙率为30％，无机陶瓷膜的投影面积与气浮池体积比值为1：8m2<\/sup>\/m3<\/sup>，臭氧发生器的曝气量为10g\/h，停留时间为0.5h，最终废水剩余COD为7031mg\/L，TP为16.4mg\/L，SS为309mg\/L。
实施例2
以实施例1中废水为处理对象。
(1)取原畜禽废水，进入电解池，用石灰维持废水pH为7～9之间，每隔30min调一次pH。以铝板为阴极和阳极，阳极与阴极相距2cm，电极板有效面积与电解池的体积比为12：1m2<\/sup>\/m3<\/sup>，在3V的电压下，电极板电流密度为0.25mA\/cm-2<\/sup>，电解出水，废水COD降至7371mg\/L，TP降至26.4mg\/L。
(2)纳米气浮曝气池，曝气膜使用碳化硅陶瓷膜，无机陶瓷膜的平均孔径为80nm，孔隙率为40％，无机陶瓷膜的投影面积与气浮池体积比值为1：5m2<\/sup>\/m3<\/sup>，臭氧发生器的曝气量为每吨水15g\/h，停留时间为1h，最终废水剩余COD为6340mg\/L，TP为3.2mg\/L，SS为101mg\/L。
对比实施例1
以实施例1中废水为处理对象。
不进行电解除磷，废水直接进入纳米气浮曝气池，曝气膜使用氧化铝陶瓷膜，无机陶瓷膜的平均孔径为100nm，孔隙率为30％，无机陶瓷膜的投影面积与气浮池体积比值为1：8m2<\/sup>\/m3<\/sup>，臭氧发生器的曝气量为每吨水10g\/h，停留时间为2h，最终废水剩余COD为8863mg\/L，TP为81.4mg\/L，SS为426mg\/L。
对比实施例2
以实施例1中废水为处理对象。
取原畜禽废水，进入电解池，用石灰维持废水pH为7～9之间，每隔30min调一次pH。以铝板为阴极和阳极，阳极与阴极相距3cm，电极板有效面积与电解池的体积比为30：1m2<\/sup>\/m3<\/sup>，在2V的电压下，电极板电流密度为0.1mA\/cm-2<\/sup>，电解结束后不进行气浮曝气，废水COD降至4017mg\/L，TP降至219mg\/L，SS降至452mg\/L。
对比实施例3
以实施例1中废水为处理对象。
(1)取原畜禽废水，进入电解池，用石灰维持废水pH为7～9之间，每隔30min调一次pH。以铝板为阴极和阳极，阳极与阴极相距3cm，电极板有效面积与电解池的体积比为30：1m2<\/sup>\/m3<\/sup>，在2V的电压下，电极板电流密度为0.1mA\/cm-2<\/sup>，电解出水，废水COD降至7438mg\/L，TP降至51.3mg\/L。
(2)电解处理后的废水进入纳米气浮曝气池，采用普通空气曝气装置，曝气量为10g\/h，停留时间为0.5h，最终废水剩余COD为7024mg\/L，TP为47.6mg\/L，SS为412mg\/L。
以上所述仅为本实用新型专利的具体实施案例，但本实用新型专利的技术特征并不局限于此，任何相关领域的技术人员在本实用新型的领域内，所作的变化或修饰皆涵盖在本实用新型的专利范围之中。
设计图
相关信息详情
申请码:申请号:CN201920294321.5
申请日:2019-03-08
公开号:公开日:国家:CN
国家/省市:86(杭州)
授权编号:CN209759191U
授权时间:20191210
主分类号:C02F9/06
专利分类号:C02F9/06;C02F103/20
范畴分类:申请人:杭州晓水环保技术有限公司
第一申请人:杭州晓水环保技术有限公司
申请人地址:310018 浙江省杭州市经济技术开发区幸福南路1116号和茂大厦2幢216室（托管136）
发明人:冯华军;徐颖峰;汪美贞;杨煜强;黄焕林
第一发明人:冯华军
当前权利人:杭州晓水环保技术有限公司
代理人:黄平英
代理机构:33224
代理机构编号:杭州天勤知识产权代理有限公司 33224
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类型名称:外观设计