[发明专利]一种电絮凝-超滤法处理营养废液装置及方法

说明书

技术领域

本发明属于水处理技术领域，特别涉及一种营养废液电絮凝-超滤处理方法及装置。

背景技术

设施农业属于高投入高产出，资金、技术、劳动力密集型的产业。它是利用人工建造的设施，使传统农业逐步摆脱自然的束缚，走向现代工厂化农业、环境安全型农业生产、无毒农业的必由之路，同时也是农产品打破传统农业的季节性，实现农产品的反季节上市，进一步满足多元化、多层次消费需求的有效方法。自20世纪80年代初开始发展设施农业以来，我国设施栽培面积不断扩大。截止到2010年底，我国设施栽培面积已超过350万hm²，与1981年0.72万hm²相比增长了486倍。设施农业的发展不仅极大地丰富了我国城乡居民菜篮子，而且对推进农业结构调整、提高单位土地利用率和农业效益，以及增加农民收入均起到了十分重要的作用。设施栽培中又以无土栽培发展最为迅速，荷兰、英国、法国等欧盟国家，近80％以上主要果菜和花卉采用无土栽培生产。无土栽培因其可避免土壤的连作障碍（包括土传病虫害、化感作用、次生盐渍化等）问题的发生，成为现代设施栽培发展的优先方向。目前，全国无土栽培面积超过3000hm²，同20年前相比，增加了50多倍。

在无土栽培的栽培与收获工程中，会存在一些营养废液。在我国的实际无土栽培中，常常对用过的营养废液采取一次性废弃的方法。这些废液中含有高浓度的氮、磷等营养成分，直接排放到土壤、地表水和地下水，会造成土壤板结和土壤盐浸化、引起河流或湖泊水的富营养化，并且营养废液中大量有机物质易造成营养废液中的病原菌大量繁殖，容易发生病害，影响生态。因此，营养废液在排放前需要经过适当的处理。因为营养废液具有氮、磷浓度高，病原菌多，但碳元素很低，因此可生化性差，不宜采用生化处理，所以从技术上来讲，可采用化学处理法、物理化学处理法、和膜处理法等。

 电絮凝技术使用可溶性阳极-金属铝作为牺牲电极，通过电化学反应，铝阳极在被施加电压时，铝电解产生可溶性Al³⁺, Al³⁺在适宜的pH值得条件下生成Al(OH)₃，并进一步转化为Al_n(OH)_3n，羟基的存在使得所形成的絮体具有强大的亲和力，这些絮体与溶液中的污染物结合形成更大的絮体或沉淀，这些絮体、沉淀物和络合物可以进一步结合水中的污染物，同时铝阴极发生还原反应并产生气泡，从而大多数污染物通过化学反应、沉降或气浮的方法被去除。它兼有电化学、絮凝和气浮的特点，能一次性去除营养废液中的多种污染物。且电絮凝技术具有浮渣含水率低和停留时间短两个明显的优势，这有利于污泥的干化处理且大大缩短了生产周期；与化学絮凝不同，电絮凝法是由电解产生的金属离子和絮凝剂协同作用，无须投加絮凝剂、氧化剂等药剂，对水质无二次污染。 

超滤是20世纪70年代发展起来的一项分离技术，利用天然或人工合成的具有选择透过性能的薄膜，以外界能量或是化学差为推动力，对双组份溶质和溶剂进行分离、分级、提纯和富集的方法。超滤膜多为不对称结构，由一层极薄（通常小于16μm）、有一定尺寸孔径的表皮层和一层较厚（通常为125μm）海绵状或是指状结构的多空层组成，前者起分离作用，后者起支撑作用。超滤膜截粒子粒径为几nm到1μm，或是截留相对分子质量为500~5×10⁵的大分子物质。目前商品化的超滤膜主要有聚丙烯腈膜（PAN），醋酸纤维素膜（CA），聚砜膜（PS），聚偏氟乙烯（PVDF)等。超滤膜截留机理主要有三种：在膜表面及微孔内吸附(一次吸附)、在孔中停留而被去除(阻塞)和在膜面的机械截留(筛分)。它不仅能有效去除水中的浊度、悬浮物、胶体、天然有机物、细菌以及病毒等，而且还具有处理效率高、工艺流程短、易控制、使用灵活和占地面积小等特点，被称为是“21世纪的水处理技术”。

本发明根据营养废液水质特点耦合电絮凝与超滤技术，发明了一种电絮凝-超滤方法与装置。与已有类似专利如“混凝-电凝聚-超滤法处理采油废水装置”（申请号：200810012266.2）和“基于电化学和超滤的制革废水循环利用装置”（申请号：201110044405.1）相比，首先处理对象的水质差别较大，营养废液的营养废液中COD较低但是氮、磷浓度高；其次，本发明具有无需投加任何的化学絮凝剂、电极不易钝化和超滤膜不易污染等优点。

发明内容

 针对现有营养废液处理技术上的问题，本发明提供一种营养废液电絮凝-超滤处理方法及装置。