河道水净化与富营养化防治工程实例

环保能源创未来求实守信创效益江西裕金达科技有限公司0河道水净化与富营养化防治工程实例目录第一章项目概况及设计技术指标…………………………………11.1工程概况…………………………………………………………………11.2设计水量…………………………………………………………………11.3设计进水水质……………………………………………………………11.4设计出水水质……………………………………………………………21.5设计依据…………………………………………………………………21.6设计范围…………………………………………………………………21.7设计原则…………………………………………………………………2第二章河道水处理工艺技术说明…………………………………32.1工艺流程…………………………………………………………………32.2工艺技术说明……………………………………………………………32.3技术原理…………………………………………………………………3第三章处理单元设计……………………………………………113.1主要设备设计……………………………………………………………113.2供配电……………………………………………………………………11环保能源创未来求实守信创效益江西裕金达科技有限公司1第一章项目概况及设计技术指标1.1工程概况“河流是健康的,一条健康的河流意味着淳朴和纯洁，意味着运动、清新和活力，它是人类幸福的来源。”由于社会的不断进步，化工产品不断增加新的品种，人们的生活水平不断提高，导致河道水的组分变得异常复杂，碳、氮、磷的比例失调而导致河道水的生化自净作用下降而产生水体富营养化，在很大程度上导致了水体性质发生变化从而增加了对河道水生化处理的难度。目前国内河流和湖泊尤其是城市河流与湖泊的景观功能逐渐丧失、排污渠道作用在增强，城市水环境在恶化，越来越不能满足人民群众生活水平提高的亲水、近水要求,且河道水水量大面积广，易形成对环境构成严重的污染隐患。而通常采用的混凝-生物法二级处理等传统工艺已很难适应河道水的治理和回用要求，而北京水利科学研究所与江西裕金达科技有限公司应用快离子导体模拟生物电性膜电化学方法所特有的电催化功能，开发出以“快离子导体-模拟生物电性膜”为核心材料的“快离子导体-模拟生物电性膜水质净化系统，对水中的污染物的去除能力强，对脱氮除磷、杀菌、消毒、除臭、脱色等方面具有显著效果。本公司根据本项目河道水的水质情况，拟定如下设计方案:1.2设计水量根据本河道水处理项目的设计水量为1000m3/d，因此：Q=1000m3/24h=41.7m3/h。1.3设计进水水质设计进水水质（经我公司测定参考）见表1：水质指标CODcrpHSS色度氨氮总氮总磷506-930-5015-3930-602-4表1设计进水水质表（单位：mg/L）环保能源创未来求实守信创效益江西裕金达科技有限公司21.4设计出水水质1.4.1根据地表水环境质量标准（GB3838-2002）Ⅳ类标准规定，本处理装置的设计出水需要达到以下水质标准：水质指标CODcrpHSS色度氨氮总氮总磷306-91.51.50.3表2设计出水水质表（单位：mg/L）1.5设计依据（a）河道水水质指标；（b）《地表水环境质量标准》（GB3838－2002）。（c）《室外给水设计规范》（GBJ14-1997）；（d）《建筑结构荷载规范》（GBJ9-87）；（e）《给水排水工程结构设计规范》（GBJ69-84）；（f）《钢筋混凝土结构设计规范》（GBJ10-89）；（g）《工业与民用供变电系统设计范》（GB50052-92）；（h）《低压变电装置及线路设计规范》（GB50054-92）；1.6设计范围本处理工程的设计范围是：高效净化器河道水悬浮颗粒杂质去除效果，溶气效果，处理系统中每一级快离子导体电催化反应装置、模拟生物电性膜电催化反应装置对某一类污染物去除顺序和去除效果，装置出水最后经沉淀分离后达到排放标准为止的整个水处理及污泥处理的基建、结构、工艺、动力变电、仪表测量控制、设备、给排水等的方案设计。1.7设计原则（a）本设计方案符合有关环保的各项规定，确保达标排放。整个装置的运行将不会影响现有环境。（b）采用合理的处理工艺，保证处理效率，并节省占地面积和运行费用。（c）装置制造兼顾通用性和先进性，运行稳定可靠，效率高，管理方便，环保能源创未来求实守信创效益江西裕金达科技有限公司3维护维修工作量少。（d）系统运行灵活，尽量考虑操作自动化，减少操作劳动强度。（e）设备系统美观大方、布局合理、不影响周围相关设施的正常运行。（f）设置必要的监控仪器、提高水质监控水平。（g）采用当前河道水处理领域内先进的工艺技术。（h）无二次污染。第二章河道水处理工艺技术说明2.1工艺流程快离子导体-模拟生物膜水质净化技术处理河道水工艺流程拟定如下图1：进水管道泵提升泵溶气泵出水图-11000m3/d工艺流程框架图本系统由快离子导体电催化单元、模拟生物电性膜电催化单元、电磁能反应高效电磁能反应器模拟生物电性膜电催化装置快离子导体电催化装置沉降池高效净化器环保能源创未来求实守信创效益江西裕金达科技有限公司4器单元等三个催化反应单元组成系统，系统最大设计处理流量为4.2m3/h。2.2工艺技术说明河道水通过高效净化器处理后，废水中的SS小于5mg/L，通过管道泵快速进入高效电磁能反应器，使水分子激活。然后通过水泵提升进入各级单元集水室再进入模拟生物电性膜电催化反应装置；模拟生物电性膜电催化装置出水经溶气泵泵入快离子导体电催化装置阴极室从阳极室出水；在快离子导体及模拟生物电性膜等催化能、电磁能和特定电场的共同作用下，废水中的荷电粒子分别向着吸引力的方向移动，在电极附近发生氧化还原反应，并且互不干扰。废水通过三级电催化反应系统最终达到拟定标准达标排放。阴极室需要氧气参与电化学反应，其输送泵为气液混合泵，阳极室需要H+离子参与电化学反应，由阳极室反应自行提供。河道水经过以上连续处理过程能够达到高效电化学去除水中污染物目的，并且荷电粒子各自的催化反应干扰较小。在电磁能和快离子导体及模拟生物电性膜的电催化能作用下，引发产生氧化能力很强的多种带电子的活性物质如•HO，能氧化分解水中大量的有机物，将其分解成小分子的水和二氧化碳，或将大分子有机物分解成小分子有机物，无机污染物在装置出水后通过自凝聚、自絮凝、沉淀、过滤等方法来去除。对水中色度的去除主要通过两种途径，即快离子导体及模拟生物电性膜电催化能和电磁能等的直接反应及快离子导体在电场作用下产生的活性物质如羟基自由基（∙HO）的间接反应，主要是利用上述两种氧化能力极强的物质来破坏水分子中的发色基团，从而达到脱色目的。河道水中的脱氮技术采用公司专利技术模拟生物电性膜电催化装置及快离子导体电催化装置对电磁能装置处理后的出水进行脱氮除磷处理。2.3技术原理（1）快离子导体电磁能电极的基本构成环保能源创未来求实守信创效益江西裕金达科技有限公司5快离子导体电磁能电极是由多种碱土金属等数十种化合物为基体，经加压成型后再经120℃干燥，然后经1300℃高温烧结后，在快离子导体的基体中对其进行电磁化处理赋予电磁能后而成。快离子导体电磁能电极经高温烧结后具有高电磁能、高强度、高电化学耐蚀性能。同时快离子导体电磁能电极还有在一定高压电场下产生强大的电磁能等离子效应。（2）快离子导体氧化还原电极的基本构成快离子导体氧化还原电极是由多种碱土金属等数十种化合物在一定条件下制成。快离子导体氧化还原电极的离子导电性能和离子的溶液迁移速度是常规离子溶液迁移速度的数万个数量级，具有高电导性、高电化学耐蚀性能，这就是快离子导体氧化还原电极与金属电极的不同特性。当电极在水溶液中有一定电能激活时，通过氧化还原作用产生带电子的活性物质，能使污水中的有机物被氧化成CO2、H2O，将无机物质矿化结晶成无毒物质，当矿化后的无毒物质离开快离子导体电极电能作用后自凝聚成絮体进入沉降池沉淀分离净化。（3）快离子导体电极的非法拉第电解效应与创新1833年，法拉第在研究电解反应的作用时，在实验中发现通过电解池的电量与电解时析出的物质的量有一定的关系，这种关系即为法拉第电解定律。法拉第电解定律内容是在电解过和中，电极上所发生的电化学反应物质量和所通过电解池的电量成正比关系，并用公式表示：n=Q/zF。Q——通过电解池的电量，单位为Cz——电子的计量系数F——法拉第常数，F值为96500C/mol。在本技术快离子导体电磁能电极及氧化还原电极电解反应研究中发现，当快离子导体电极在非水溶液、熔盐、水溶液中外加电压足够能激活快离子导体电极时，即由普通的电解反应迅速自发地过渡到电磁能式等离子体电解反应。Anthony等人研究证明等离子体-电解液界面的反应区域厚度大约在0.1nm，而快离子导体电极由于其离子的迁移特性和其特有的导体导电性形成了等离子体-电解液界面反应区域厚度的无限制性的特征，从而增强了等离子体-电解液界面反应区域的电解反应速率。根据SenguPta提出的非法拉第产物来源于2个电解反应区对快离子导体电极验证表明：快离子导体电极（阳极侧）的等离子体区和靠近等离子体附近的阳极电解质（如待处理的水）界面的快离子导体电极（阳极侧）电解质区，共2个反应区，当从外界向快离子导体电极施加足够高的电压时，快离子导体电极产生等离子体，等离子体附近的快离子导体电极（阳极侧）电解液中的水分子分解为环保能源创未来求实守信创效益江西裕金达科技有限公司6H2O2、O2、H2，快离子导体电极每通过1mol电子，就有0.5mol的O2产生,而在快离子导体电极(阳极侧)有超过2mol的H2O2产生，远超过法拉第值的产O2量（法拉第值产O2量为0.1mol）。结合2个电解反应区域就能解释清楚快离子导体电极（阳极侧）的反应机理和现象，当快离子导体电极发生电解反应时，电流产生的焦耳热周围的溶液迅速汽化形成气体鞘层，在特定的高电压条件下，气体鞘层产生等离子体，等离子体鞘层中有水蒸汽、离子、带电子的活性粒子和原子。快离子导体电极（阳极侧）周围等离子体电解反应区内的H2O分子分解成H2、O2E，反应过程遵循如下反应机理：H2O→H•+•OHH•+H•→H2OH+•OH→H2O+1/2O2H•+•OH→H2O根据上述反应机理，在快离子导体电极的等离子体生成的每个带正电荷的气相离子在等离子体-快离子导体电极（阳极侧）电解液（如待处理的水）界面附近的液相反应区被快离子导体高压电磁能电场加速，当强电场进入电解液后H2O被分解成H∙、∙OH等带电的活性粒子。一个高能H2O+gas能量可高达100eV，而一个高能H2O+gas分子在快离子导体高压电磁能及快离子导体电极的作用下可激发几个H2O分子分解成H2、H2O2、O2，反应过程表示如下：H2O+gas+nH2O…→n•OH+nH•H•+H•→H2•OH+•OH→H2O2•OH+H2O2→HO2•+H2O•OH+HO2•→H2O+O2H•+•OH→H2OH2O+gas进入快离子导体电极（阳极侧）电解液也能通过普通电荷传递产生法拉第产物的O2，反应式如下：H2O+gas+H2O→H2O+H2O+→•OH+H3O+•OH+•OH→H2O+1/2O2环保能源创未来求实守信创效益江西裕金达科技有限公司7在非惰性电解质溶液的快离子导体电极等离子体电解反应中，当电解质浓度较高时等离子体中快离子导体的高能活性物种即直接引发电解质的分解。上述的反应机理证明了快离子导体电极（阳极侧）等离子体电解过程的非法拉第特性，充分说明了快离子导体电极电解反应产生的带电子的活性粒子能降解可与H•和•OH反应的水中有机污染物。a．快离子导体电极降解有机物的机理通过上述理论和研究实验表明，快离子导体电极（阳极侧）等离子体反应产生的·OH、H·等带电粒子活性物质能引发水溶液中的有机化合物发生羟基化反应。其产生的活性物质组分包括H•、•OH、H2O2和H2O，这些组分可以相互作用，也可以与溶液中的底物发生反应。快离子导体电极（阳极侧）所产生的·O