CN101746876A

CN101746876A - 一种铁炭纤维微电解反应装置

Info

Publication number: CN101746876A
Application number: CN200810183689A
Authority: CN
Inventors: 邵志军
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2008-12-06
Filing date: 2008-12-06
Publication date: 2010-06-23

Abstract

本发明公开了一种铁炭纤维微电解反应装置由机架、反应器壳体、反应单元、高压气缸、U形风管、罗茨风机、分布管、气动密封阀及残液排放口组成，其中反应单元成筒状内层为中空管，外层为不锈钢筛网，内层与外层中间放置铁屑与活性炭纤维做成的中空滤芯固定于反应器壳体内，其中活性炭纤维(ACF)具有吸附、导电和催化氧化性能与微米级的纯铁粉按一定比例复合作为一种新型水处理填料做成滤芯装入反应单元圆筒内，在微电解作用下可以对含氧类、含氯、含苯环类的水溶性有机物具有极强的氧化性，因废水处理过程中需要盐(Nacl、Cacl₂)等物质产生的离子，所以此设备可以作为高盐废水中去除COD_cr的有效装置。

Description

一种铁炭纤维微电解反应装置

技术领域：

本发明涉及一种处理工业高盐废水的微电解装置，尤其涉及一种铁炭纤维微电解反应装置。

背景技术：

目前在染料、印染、化工、重金属、制药、油分等领域中所排放的均为高浓度、高盐有机废水，多含有氯、苯类有机污染物，对微生物毒害性较大，为降解废水中COD_cr，在实践中发明了铁炭微电解法，研制出多种铁炭微电解反应设备，其主要利用金属腐蚀原理将铁屑和炭作为填充料，填装在特定装置中形成电解床，基于电化学中的电池反应，金属阳极直接和阴极材料接触在一起，浸没在电解质溶液中，发生电池反应，其电极反应为：阳极(Fe)：Fe→Fe²⁺+2e E0＝-0.44V；阴极(C)在酸性条件下：2H++2e→2〔H〕→H2 E0(H+/H2)＝0V；在酸性充氧条件下：O₂+4H++4e→2H₂O E0(O₂)＝1.23V；在中性条件下：O₂+2H₂O+4e→4OH E0＝0.40V；优点在于：其间所生成的羟自由基·OH氧化性极强，可以使有机物氧化，同时由于电池的电极周围存在电场效应，使溶液中带电粒子在电场作用下定向移动，进行附集并沉积在电极上而被除去；缺点在于：电极反应生成的新生态Fe²⁺及它们的水合物具有较强的絮凝特性，特别是在加碱调pH后生成Fe(OH)₂和Fe(OH)₃胶体絮凝剂，具有很大的吸附絮凝能力，此时铁屑与炭表面易被絮凝体和沉积物包裹覆盖，降低了氧化反应速率，且铁屑容易结块，易形成局部短流，出现沟流现象，阻碍反应的进行，同时铁屑与炭混合物产渣量大，增加了后续处理成本，虽然可以用酸再生，反冲洗之类，但效果不明显。

后经一些改进，以国家知识产权局已公开的专利号：01142858.9“活性污泥微电解法处理工业废水”专利为例，该专利采用在废水中布置碳钢，利用铁被电极反应产物Fe²⁺产生凝聚力较强的Fe(OH)₃胶体絮凝剂，PH值调节为4.5-6.5加速铁的腐蚀，从而加速活性污泥系统对COD_cr的去除能力，本专利虽以碳钢作为材料，产渣量大幅度降低，但仍靠在酸性条件下产生凝聚力较强的Fe(OH)₃胶体絮凝污水中有机物，同样会产生铁屑结块、降低氧化速率问题。

为解决以上问题，发明了例如专利号：02252471.1“铁炭微电解流化床设备”、专利号：03206783.6“连续流强化微电解废水处理装置”、专利号：200710141570.2“连续铁炭微电解硫化床设备”等类似专利，采用搅拌、旋转、喷流、外加电源等方法使铁炭表面形成的钝化膜不断更新来提高电解率，并未从根本上解决电解反应中铁屑结块、吸附絮凝技术难题。

发明内容：

本专利针对现有技术不足，提供了一种不需要在废水中加入酸碱来调节PH值，利用废水中含有盐(Nacl、Cacl₂)等物质与铁屑、碳纤维微电解反应，解决普通铁炭微电解中产生铁屑结块、产渣量大、吸附絮凝较强等问题的铁炭纤维微电解反应装置。

为实现以上目的，本发明专利采用的技术方案是：

一种铁炭纤维微电解反应装置由机架、反应器壳体、反应单元、高压气缸、U形风管、罗茨风机、分布管、气动密封阀及残液排放口组成，其中反应器壳体安装在机架上部，反应单元以筒状固定于反应器壳体内，U形风管安装于机架正面并与机架两侧高压气缸连接，罗茨风机与高压气缸相通，分布管与高压气缸相通并置于反应单元底部，气动密封阀安装在U形风管上，残液排放口置于反应器壳体底部。

所述的反应单元成筒状内层为中空管，外层为不锈钢筛网，内层与外层中间放置铁屑与活性炭纤维做成的中空滤芯。

本发明专利利用铁炭纤维作为反应单元，保留原铁炭微电解反应，其中活性炭纤维(ACF)具有吸附、导电和催化氧化性能与微米级的纯铁粉按一定比例复合作为一种新型水处理填料做成滤芯装入反应单元圆筒内，在反应器内通过溶解氧分子在活性炭纤维的表面发生两电子还原反应生成H₂O₂，在有盐离子的条件下生成强氧化性的羟自由基·OH，无选择地迅速与有机化合物发生三种形式的反应：脱氢反应、破坏C＝C不饱和键的加成反应和电子转移反应，使其发生化学降解，在反应中Fe³⁺会在炭纤维表面还原成Fe²⁺，继续与H₂O₂发生反应，因此在反应中Fe²⁺起到催化剂的作用。

本装置具有以下优点：(1)孔结构中纤维间的空隙有吸附扩散作用，其微孔位于表面，孔径小，可产生毛细管凝聚作用，增加了吸附有机物效果，相同体积可以多处理废水，增加了反应的完全性，节省了投资；(2)吸附过程主要为纤维表面微孔吸附，吸附层很薄，吸附速度较快，因此加快了反应速度；(3)因活性炭纤维(ACF)表面含有大量的含氧官能团如-O H，-COOH，-O_NCH_2N+1还有C-N键，N-N键等，所以在微电解作用下可以对含氧类、含氯、含苯环类的水溶性有机物具有极强的氧化性；(4)因为以上反应过程中需要盐(Nacl、Cacl₂)等物质产生的离子，所以反过来本装置可以作为高盐废水中去除COD_cr的有效装置。

附图说明：

图1为本发明专利一种铁炭纤维微电解反应装置主视图；

图2为本发明专利一种铁炭纤维微电解反应装置左视图；

图3为本发明专利一种铁炭纤维微电解反应装置俯视图；

图4为本发明专利一种铁炭纤维微电解反应装置反应单元结构图；

具体实施方式：

如图1、图2、图3所示，一种铁炭纤维微电解反应装置由机架1、反应器壳体2、反应单元3、高压气缸4、U形风管5、罗茨风机6、分布管7、气动密封阀8及残液排放口9组成。

如图4所示，吸附单元3由内层中空管31，外侧为不锈钢筛网32，内层与外层中间放置铁屑与活性炭纤维做成的中空滤芯33组成。

具体实施时，机架1上部分别安装两个独立反应器壳体2，高浓度有机废水通过进水口流入反应器壳体2内，此时反应单元3中铁屑与活性炭纤维做成的中空滤芯33与污水发生微电解反应，活性炭纤维的表面发生两电子还原反应生成H₂O₂，在有盐离子的条件下生成强氧化性的羟自由基·OH，无选择地迅速与有机化合物发生三种形式的反应：脱氢反应、破坏C＝C不饱和键的加成反应和电子转移反应，使其发生化学降解，因反应过程中需充入氧气来提高对微生物的分解，通过罗茨风机6将外界空气充入高压气缸4内，利用U形风管将机架1两侧高压气缸4连通，高压气缸4内有氧气体再通过分布管7充分与中空滤芯33进行有氧反应，使空气中的氧溶解于水中加速电极反应，气动密封阀7用来调节空气流量大小，过滤后水经出水口排出，残液排放口9将过滤后杂质排出反应器壳体2。

实施例1：

本公司试验1，将进水COD_cr含量为670mg/L，进水PH值为12，过滤0.5小时后COD_cr开始下降，PH值为9，过滤后可降至210mg/L，COD_cr脱除率为68％。

实施案例2：

本公司试验2，将进水COD_cr含量为350mg/L，进水PH值为12.5，过滤0.5小时后COD_cr开始下降，PH值为9，过滤后可降至87mg/L，COD_cr脱除率为75％。

本装置利用铁炭纤维微电解原理降解有机物，无需外调节酸碱PH值进行分解，具有节约能源、结构简单等优点，在高盐废水及中水回用技术上可降解COD_cr达80～90％以上。

Claims

1.一种铁炭纤维微电解反应装置由机架、反应器壳体、反应单元、高压气缸、U形风管、罗茨风机、分布管、气动密封阀及残液排放口组成，其特征在于：所述的反应单元以筒状固定于反应器壳体内。

2.根据权利要求1所述的一种铁炭纤维微电解反应装置其特征在于：所述的反应单元成筒状内层为中空管，外层为不锈钢筛网，内层与外层中间放置铁屑与活性炭纤维做成的中空滤芯。