一種處理磷污染湖水的倍壓電極脈沖電場發(fā)生器的制造方法
【專利摘要】一種處理磷污染湖水的倍壓電極脈沖電場發(fā)生器，屬于廢水處理設(shè)備。本實(shí)用新型倍壓電極脈沖電場發(fā)生器包括由調(diào)壓器B、二極管、與二極管相同數(shù)量的電容器組成的2~5倍的多倍壓整流電路，其負(fù)載為水槽內(nèi)的電極板，且多倍壓整流電路由電阻R1、R2、R4、二極管D3、三極管直接耦合放大器T1、T2及可控硅管SCR組成的控制電路所控制，電極板是鐵極板、銅極板或鋁極板中的一種；脈沖峰值電壓在100V~620V可調(diào)，頻率50HZ，脈沖寬度約2ms。應(yīng)用該發(fā)生器處理磷污染湖水的pH：6~7，磷酸根離子形式主要為H2PO4-，水的磷含量≥16mg/L，使污水中磷濃度低于1mg/L或低于0.5mg/L。
【專利說明】一種處理磷污染湖水的倍壓電極脈沖電場發(fā)生器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本實(shí)用新型屬于廢水處理設(shè)備。
【背景技術(shù)】
[0002]磷在湖泊水體中主要以磷酸根離子、聚磷酸鹽和有機(jī)磷酸鹽三種形態(tài)存在，這種形態(tài)取決于工業(yè)廢水的pH值，在中性范圍內(nèi)，主要為ΗΡ042_ ;在酸性條件下，含磷物質(zhì)主要是hpo42_和H2P04_ ;在堿性條件下，含磷物質(zhì)主要為PO4'藻類的超常生長是水體富營養(yǎng)化的標(biāo)志，而這種富營養(yǎng)化主要是由于氮、磷等元素含量增多造成的。云南省滇池自20世紀(jì)90年代以來，由于完全忽視自然生態(tài)內(nèi)在的規(guī)律性，對滇池及其圍繞滇池周圍地區(qū)過度利欲動(dòng)機(jī)的破壞，造成了滇池重度富營養(yǎng)化，使這個(gè)湖面海拔高度1886米，面積306.3平方公里，容水量15.7億立方米的中國第六大內(nèi)陸淡水湖以及世界上屈指可數(shù)的高原淡水湖藻類大量繁殖，其水質(zhì)超出V類或劣V類標(biāo)準(zhǔn)，特別是氮、磷濃度分別達(dá)到7.5,9.19mg/L。陽宗海是云南九大高原湖泊之一，常年蓄水量六億多立方米，2008年6月湖體遭一化工企業(yè)排放的含磷工業(yè)污水污染，水質(zhì)劣變?yōu)閂類。從受到污染的云南陽宗海泉眼取得的水樣，其磷含量> 16 mg/L (pH:6?7)，這些水體喪失了飲用及工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)用水的功能。土著魚種基本絕跡，沿湖水井不能飲用，被藻類覆蓋的水面散發(fā)著惡劣腥臭，中毒事件和不明病因的疾病時(shí)有發(fā)生。盡管在滇池等湖泊水體富營養(yǎng)化治理中使用了化學(xué)沉淀法、生物法、吸附或離子交換法、膜分離法等除磷方法，但水體富營養(yǎng)化并未得到遏制，除所需成本、耗能外，不能忽視其次生污染引起水體水質(zhì)惡化的嚴(yán)重的潛在性危險(xiǎn)。如微生物法主要針對生活污水，占地面積小、工藝簡單、成本高，但要求嚴(yán)格，流程復(fù)雜。而鐵鹽除磷過程表現(xiàn)的Fe3+溶于水中后，一方面與磷酸根生成難溶鹽，一方面通過溶解和吸水而發(fā)生強(qiáng)烈水解，并在水解的同時(shí)發(fā)生各種聚合反應(yīng)，生成具有較長線性結(jié)構(gòu)的多核羥基絡(luò)合物(苗晶，岳欽艷，高寶玉，等.高濃度聚合氯化鐵混凝劑的凈水效果.環(huán)境化學(xué).2004，23(1): 62-65)，該絡(luò)合物轉(zhuǎn)化或形成的污泥將產(chǎn)生不利影響。
[0003]脈沖電場比直流電場消耗量低，用脈沖電場法去除染料分子、重金屬或其它工業(yè)污染已有文獻(xiàn)報(bào)導(dǎo)，即利用在金屬極板之間周期性脈沖電場處理廢水。但以該方法去除富營養(yǎng)化水體的磷含量的方法較少，尤其是缺少在較高電壓O 400V)條件下將脈沖電場應(yīng)用于含磷污水處理的裝置和工藝。
[0004]理論上，比較水溶液中氫離子濃度，磷酸根離子以Η2Ρ04_、ΗΡ042_和P043_三種形式存在，當(dāng)pH值在6?10之間時(shí)，磷酸根離子主要以H2PO4' ΗΡ042_形式存在，二者在水中的電離常數(shù)K分別為7.5X10—3和6.3 X 10_8，H2PO4-與HPO42-比較，ΗΡ042_占多數(shù)，有少量H2PO4'后者只能電離出更為微量的H+離子和P042_離子。在脈沖電場法除磷過程中，P042_離子濃度下降會(huì)導(dǎo)致磷酸根離子與鐵離子反應(yīng)的機(jī)會(huì)減少，去除含磷酸根離子更為困難。云南主要磷污染湖泊的樣水的PH值呈中性，磷酸鹽主要以ΗΡ042_形式存在，其次為Η2Ρ04_，包括取自于云南陽宗海和滇池受污染水體的水樣。云南陽宗海泉眼的水，PH值:6?7，水樣的磷含量> 16 mg/Lο實(shí)用新型內(nèi)容
[0005]針對ΗΡ042_磷酸鹽為主要存在形式磷污染湖泊，本實(shí)用新型在脈沖電場法除磷研究基礎(chǔ)上，旨在提供一種倍壓電極板脈沖電場發(fā)生器，并將該脈沖電場發(fā)生器應(yīng)用于處理磷污染湖水，以提出一種高效、無二次污染的物理手段除磷方法，為探索磷污染水域提供新思路。
[0006]本實(shí)用新型通過以下方式實(shí)現(xiàn)上述目的:
[0007](一)倍壓電極脈沖電場發(fā)生器
[0008]包括由調(diào)壓器B、二極管、與二極管相同數(shù)量的電容器組成的2飛倍的多倍壓整流電路，其特征是所述的多倍壓整流電路的負(fù)載為水槽內(nèi)平行設(shè)置的電極板，且多倍壓整流電路由電阻Rl、R2、R4、二極管D3、三極管直接耦合放大器T1、T2以及可控硅管SCR組成的控制電路所控制以產(chǎn)生脈沖電場，其中:
[0009]調(diào)壓器B副邊滑動(dòng)端與多倍壓整流電路和可控硅控制電路并聯(lián)，可控硅控制電路副邊滑動(dòng)端與二極管D3負(fù)極以及由壓敏電阻R2、電阻R1、R4組成分壓電路相連接，且電阻R4構(gòu)成三極管直接耦合放大器Tl、T2的偏流電阻，Tl的基極和T2集電極分別與可控硅管SCR的G-K端連接，使T1、T2飽和導(dǎo)通時(shí)SCR的G-K端正向偏置，C2所積蓄的倍壓電壓通過SCR的A-K端和水槽的電極板向水槽迅速放電；
[0010]上述電極板是鐵極板、鋁極板或銅極板中的一種；
[0011]上述壓敏電阻R2在R2兩端的電壓大于150V時(shí)阻值降低。
[0012]所述的倍壓電極板脈沖電場發(fā)生器的電極板上的脈沖峰值電壓在100疒620V可調(diào)，頻率50ΗΖ，脈沖寬度約2ms。
[0013]所述的倍壓電極板脈沖電場發(fā)生器的電極板是鐵極板。
[0014](二)應(yīng)用倍壓電極脈沖電場發(fā)生器處理磷污染湖水
[0015]以倍壓電極脈沖電場發(fā)生器作為處理磷污染湖水的應(yīng)用。
[0016]所述的脈沖電場發(fā)生器處理磷污染湖水的pH值:6~7，磷酸根離子形式主要為Η2Ρ04_,水的磷含量≥16 mg/L,使污水中磷濃度低于lmg/L或低于0.5mg/L。
[0017]倍壓整流是獲取直流高壓的普通技術(shù)，它利用二極管的整流和導(dǎo)引作用，將電壓分別貯存到電路中各自的電容上，按電動(dòng)勢極性相加的原理串聯(lián)，從輸出端取得直流高壓。
[0018]本實(shí)用新型二倍壓電極板脈沖電路原理是:在負(fù)半周時(shí)，二極管Dl導(dǎo)通，D2截止，電流經(jīng)Dl向Cl充電充電至接近調(diào)壓器副邊e2的峰值V 2E2，并基本保持不變。在正半周，二極管D2導(dǎo)通，Dl截止，Cl上的電壓Ucl= V 2E2與副邊電壓e2串聯(lián)相加，電流經(jīng)D2對電容C2充電，充電電壓Uc2=e2峰值+ V 2E2 ^ 2 V 2E2。但此時(shí)SCR的A-K兩端處于反向電壓，SCR截止，不能通過水槽的電極板形成電流通路。而在交流電的負(fù)半周，除了電流經(jīng)過Dl向Cl充電外，負(fù)半周電流通過R4 — R2 — Rl — D3，并在R4上形成壓降，且當(dāng)加在壓敏電阻R2兩端的電壓達(dá)到150V時(shí)，R2的阻值驟然下降，使得該通路的電流驟然增加，導(dǎo)致Tl的基極-射極電壓Ube處于正向偏置狀態(tài)且飽和導(dǎo)通，經(jīng)Tl放大的集電極飽和電流提供給VT2基極，使得T2亦迅即飽和導(dǎo)通和SCR的G-K正向偏置，使得C2所積蓄的倍壓電壓通過SCR的A-K和水槽的鐵電極極板，向水槽迅速放電，且由于SCR管壓降很小，倍壓電壓幾乎全部輸出在水槽中的鐵電極極板負(fù)載上。放電后，SCR兩端A-K之間的電壓為零，SCR截止。在上述過程中，水槽中的鐵電極極板負(fù)載兩端電壓為前沿陡峭和后沿下降較快的脈沖信號，這將有利于在脈沖消失的空隙時(shí)間內(nèi)，水槽中的金屬離子與磷酸根離子在空隙時(shí)間內(nèi)反應(yīng)生成磷酸鹽分子。正半周C2再次被快速充電，負(fù)半周時(shí)SCR再次被觸發(fā)導(dǎo)通，C2積蓄的倍壓電壓再次向水槽迅速放電，如此周而復(fù)始。
[0019]對于多倍壓整流電路，倍壓電路增加多個(gè)二極管和相同數(shù)量的電容器即可組成，且當(dāng)倍壓級數(shù)為奇數(shù)時(shí)，輸出電壓從電路上端取出:當(dāng)倍壓級數(shù)為偶數(shù)時(shí)，輸出電壓從電路的下端取出。但是，倍壓整流電路只能在負(fù)載較輕，即負(fù)載電阻較大，輸出電流較小的情況下工作，否則輸出電壓會(huì)降低。對于多倍壓整流電路，倍壓越高，負(fù)載愈重，當(dāng)電流增大時(shí)，輸出電壓下降愈多。本實(shí)用新型污水中含磷酸根離子主要為H2PO4-,是弱電解質(zhì)，導(dǎo)電性微小，負(fù)載輕，因而能夠利用2飛倍的多倍壓整流電路。 [0020]本實(shí)用新型應(yīng)用倍壓電極板脈沖電場發(fā)生器處理磷污染湖水原理是:在一定電場作用下，正極板電離出的金屬離子(Fe3+，Cu2+，Al3+)與富集在正極板附近的磷酸氫根離子化學(xué)反應(yīng)生成難溶磷酸鹽沉淀而從水中析出。同時(shí)，一定的電場強(qiáng)度使水電解為0!1_和!1+離子。0H_移向正極板，與正極板電離出的金屬離子形成氫氧化物絮狀體，絮狀體較大的比表面、空隙率及表面極性將吸附、捕獲磷酸根，磷酸鹽和水中的雜質(zhì)，從水中析出，凈化水體。
[0021]本實(shí)用新型分別用鐵，銅和鋁材料作為水槽平行極板，調(diào)節(jié)處理時(shí)間、電壓峰值和極板間距對污水中含磷酸根離子形式主要為H2PO4-除磷的效率進(jìn)行研究，結(jié)果表明:對于水的磷含量> 16 mg/L，鐵極板脈沖電場脈沖電場法除磷效果顯著，使污水中磷濃度低于lmg/L或低于0.5mg/L，總磷含量下降99.25%。
[0022]本實(shí)用新型自2009年引入云南陽宗海砷和磷污染治理，針對大型水體同時(shí)除砷、除磷進(jìn)行應(yīng)用及研究，并提供了一種治理水污染的無二次污染、工藝簡單、環(huán)境友好的應(yīng)用技術(shù)。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0023]圖1是本實(shí)用新型2倍壓電極脈沖電場發(fā)生器的電路原理圖。
[0024]圖2是本實(shí)用新型輸出電壓從上端取出的5倍壓電極脈沖電場發(fā)生器的電路原理圖。
[0025]以下結(jié)合【具體實(shí)施方式】對本實(shí)用新型做進(jìn)一步說明。
【具體實(shí)施方式】
[0026]倍壓電極脈沖電場發(fā)生器，包括由調(diào)壓器B、二極管、與二極管相同數(shù)量的電容器組成的2飛倍的多倍壓整流電路，多倍壓整流電路的負(fù)載為水槽內(nèi)平行設(shè)置的電極板，并且該多倍壓整流電路由電阻1?1、1?2、1?4、二極管03、三極管直接耦合放大器1'1、了2以及可控硅管SCR組成的控制電路所控制，其電路和工作原理已在上述內(nèi)容做過詳細(xì)說明，該發(fā)生器將按照以下試驗(yàn)不同條件進(jìn)行應(yīng)用。
[0027]在以下試驗(yàn)中，用鐵極板，銅極板和鋁極板進(jìn)行對比，為保證試驗(yàn)可靠性，實(shí)驗(yàn)所用的水直接取自云南陽宗海泉眼，pH=6~7，磷酸鹽主要以ΗΡ042_存在，還有少量Η2Ρ04_，含磷水樣用752N可見光分光光度計(jì)按照國家標(biāo)準(zhǔn)方法，即鑰酸銨分光光度法檢測。光度計(jì)標(biāo)準(zhǔn)
曲線的公式是:/ = 2.69xW4 + 2 XICT2相關(guān)系數(shù)是ο.9999。
[0028]調(diào)壓器(T220V可調(diào)，通過2倍壓電路輸出的脈沖峰值電壓最高可達(dá)616V，固定脈沖頻率50Hz和時(shí)間30min，分別用Fe_Fe，Cu-Cu, Al-Al電極板進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，電極板面積25cmX22cm。通過改變峰值電壓、時(shí)間和間距，比較不同電極板下總磷含量的變化，以觀察不同材料同質(zhì)極板作用下除磷的效果。
[0029](l)Fe-Fe, Cu-Cu, Al-Al極板在不同間距和峰值電壓作用下除磷效果的比較
[0030]表1不同極板在間距20 cm、時(shí)間20 min下不同峰值電壓總磷含量的比較
[0031]
【權(quán)利要求】
1.一種處理磷污染湖水的倍壓電極脈沖電場發(fā)生器，包括由調(diào)壓器B、二極管、與二極管相同數(shù)量的電容器組成的2飛倍的多倍壓整流電路，其特征是所述的多倍壓整流電路的負(fù)載為水槽內(nèi)平行設(shè)置的電極板，且多倍壓整流電路由電阻RU電阻R2、電阻R4、二極管D3、三極管直接耦合放大器三極管Tl、三極管T2以及可控硅管SCR組成的控制電路所控制以產(chǎn)生脈沖電場，其中: 調(diào)壓器B副邊滑動(dòng)端與多倍壓整流電路和可控硅控制電路并聯(lián)，可控硅控制電路副邊滑動(dòng)端與二極管D3負(fù)極以及由壓敏電阻R2、電阻R1、電阻R4組成分壓電路相連接，且電阻R4構(gòu)成三極管直接耦合放大器三極管Tl、三極管T2的偏流電阻，三極管Tl的基極和三極管T2集電極分別與可控硅管SCR的G-K端連接，使三極管Tl、三極管T2飽和導(dǎo)通時(shí)可控硅管SCR的G-K端正向偏置，電容C2所積蓄的倍壓電壓通過可控硅管SCR的A-K端和水槽的電極板向水槽迅速放電； 上述電極板是鐵極板、鋁極板或銅極板中的一種； 上述壓敏電阻R2在其兩端的電壓大于150V時(shí)阻值降低。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的倍壓電極脈沖電場發(fā)生器，其特征是所述電極板是鐵極板。
【文檔編號】C02F1/46GK203451257SQ201320516152
【公開日】2014年2月26日 申請日期:2013年8月23日 優(yōu)先權(quán)日:2013年8月23日
【發(fā)明者】張曙, 王娟, 楊曉波, 張艮林, 劉志輝, 王麗霞 申請人:云南大學(xué)