CN101928052A - 一种稳定运行的连续流微电解反应系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种稳定运行的连续流微电解反应系统，包括进料口、出料口和排渣口，由多个串行连接的微电解反应单元组成，每个微电解反应单元设置有填料层，填料层的一侧设置有填料更换口，填料层的下方设置有多孔筛板，多孔筛板的下方设置有曝气反吹管。填料层使用的微电解材料利用NH4Cl在高温条件下产生的NH3起到造孔的作用，增大了材料的孔隙率和比表面积，提高了微电解材料对废水中污染物的去除效果；由于采用分级装填和曝气的设计，整个反应系统能够有效防止填料钝化和板结，促进废水和填料接触，提高处理效率，有效防止因微电解塔过高导致底部填料压实而结块，每级填料层可独立更换，从而保证了整个反应系统运行维护的简便。

Description

一种稳定运行的连续流微电解反应系统
技术领域
本发明涉及一种污水处理系统，更具体地讲，涉及一种用于废水处理的微电解反应系统。
背景技术
工业废水因具有污染物浓度高、毒性大、可生化性差等特点，对生态环境造成严重威胁，其中微电解技术由于处理效果好、原料简单、来源广泛等特点而成为重要的工业废水污染控制技术。
微电解技术又称内电解法、铁炭法、腐蚀电池法、铁屑过滤法、零价铁法，具有适用范围广、处理效果好、成本低廉、占地面积小、材料简便易得、装置易于定型化和工业化等优点。该技术始于20世纪70年代，最初在美、日等国家引起广泛重视，近几年来，应用这一技术处理印染废水、电镀废水、石油化工废水、制药废水等的报道越来越多。由于该技术利用废铁屑、焦炭等为原料，消耗少量电力资源，具有“以废治废”的意义。在微电解技术中，微电解材料和反应装置的结构是该技术的核心部分，对污染物的去除效果和运行稳定性具有关键性的影响。
目前，传统的微电解技术大多采用铁屑和活性炭粉(或焦炭粉)的简单混合物作为微电解材料，使用简单的塔式反应器作为反应装置，在实际工程应用过程中，存在下述不足：
(1)钝化现象：利用微电解法进行废水处理时，在填料(往往为铁屑和焦炭粉的简单混合物)表面会形成一层钝化膜，这层膜阻断了水中的有毒有害物质与填料的接触，从而对处理效果有影响。这一现象在处理中性废水时尤其明显。
(2)铁屑板结和填料床沟流：利用微电解技术进行废水处理时，会出现填料层板结成为一个整体，从而出现沟流现象，严重影响处理效果，而且当微电解塔过高时，由于底部的填料压实作用过大，更加容易结块。
(3)填料补充与更换：目前采用的填料主要是粒状混合填料，这种填料的比表面积大，但在定期的补充与更换过程中存在着诸多不便。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于克服现有技术的不足，从用于微电解的填料改性和反应器机构改进两个方面同时入手，解决现有微电解技术中填料易钝化、填料层板结、处理效率不高以及反应器运行不稳定的问题。
本发明所要解决的技术问题通过以下技术方案来实现：
一种稳定运行的连续流微电解反应系统，包括进料口1、出料口5和排渣口8，所述微电解反应系统由多个微电解反应单元组成，所述多个微电解反应单元串行连接，所述每个微电解反应单元设置有填料层3，所述填料层3的一侧设置有填料更换口7，所述填料层3的下方设置有多孔筛板2，所述多孔筛板2的下方设置有曝气反吹管6，所述填料层3中设置有按照下述步骤制备的微电解材料：(1)将铁粉、活性炭粉末、钠基膨润土和NH4Cl充分混合后，加水调匀，其中所述铁粉、活性炭粉末、钠基膨润土和NH4Cl的质量比为(2.8-3)∶(2.8-3)∶(3.8-4)∶0.05；(2)用成球机将步骤(1)得到的混合物做成直径为2-5mm的小球，烘干；(3)对经过步骤(2)烘干后的球状材料进行焙烧，所述焙烧机制为在370-420℃下，焙烧10-12分钟，然后升温至1100-1200℃，焙烧15-18分钟，自然冷却至室温。
所述串行连接的微电解反应单元采用法兰4连接。
所述填料层中设置的微电解材料的孔隙率为0.5-0.8；所述微电解材料的比表面积为0.4-1.0m2/g。
所述填料层中微电解材料的制备步骤(1)中，铁粉、活性炭粉末、钠基膨润土和NH4Cl的质量比为3∶3∶4∶0.05。
所述填料层中微电解材料的制备步骤(3)中的焙烧机制为在400℃下，焙烧10分钟，然后升温至1150℃，焙烧15分钟，自然冷却至室温。
与传统微电解技术相比，本发明的优点在于同时对微电解材料和反应器进行改进，并充分利用两者的配合，实现废水处理的稳定运行。
一方面作为填料使用的微电解材料利用NH4Cl在高温条件下产生的NH3起到造孔的作用，增大了材料的孔隙率和比表面积，提高了微电解材料对废水中污染物的去除效果；同时，材料为球状规整材料，具有较好的机械强度，避免了材料在使用过程中的压实，不易发生板结和钝化现象，使用寿命较长，从而保证了微电解工艺的长期稳定运行。
另一方面，将原先的微电解反应器分解为多个微电解反应单元，并在每个反应单元中设置填料层、多孔筛板、曝气反吹管和填料更换口。其中曝气反吹管，用于防止填料钝化，避免填料层的板结，同时保证了整个反应器的溶解氧浓度，促进微电解过程的发生；多孔筛板，用于方便和提高传质效果；填料更换口，用于方便反应器中微电解材料的更换。在整个反应装置的下端设置有进料口，上端设置有出料口，出料口的位置高于填料层，以防止填料层暴露于空气中发生板结。由于采用分级装填和曝气的设计，整个反应系统能够有效防止微电解材料的钝化和板结，促进废水和微电解材料的接触，提高处理效率，有效防止因微电解塔过高导致底部填料压实而结块，每级填料层可独立更换，从而保证了整个反应系统运行维护的简便。
附图说明
图1为本发明的微电解反应系统的结构示意图。
图2为本发明的微电解填料的宏观照片。
图3为本发明的微电解反应装置中筛板的横截面结构示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例进一步说明本发明的技术方案。
首先按照制备步骤，先称取所需的原料然后充分混合并加水调匀，然后用成球机制作成直径2-5mm的小球，放入烘箱烘干，最后进行焙烧，制备用作填料的微电解材料，经测试材料的孔隙率为0.5-0.8，比表面积为0.4-1.0m2/g，配方和工艺详见下表。
表1微电解材料的制备配方和工艺表
以附图1为例来看，本发明的实施例采用三个微电解反应单元串行连接组成微电解反应系统，包括进料口1、出料口5和排渣口8，每个微电解反应单元设置有填料层3，所述填料层3的一侧设置有填料更换口7，所述填料层3的下方设置有多孔筛板2，所述多孔筛板2的下方设置有曝气反吹管6。每个微电解反应单元高度小于1米，并通过法兰4连接。
在使用过程中，废水经过进料口1进入反应装置，通过多孔筛板2均匀进入到填料层3中，发生微电解反应，在反应过程中曝气反冲管6曝气，促进反应的进行；反应过后，进入到下一级反应单元中，如此提高处理效果，反应过后出水由出料口5排除。在使用过程中，如需更换填料层中堵塞的微电解材料，只需从该级填料层中更换，无须更换全部微电解材料；每个填料层定期通过曝气反冲管6空气反冲，提高了反冲效果，以防堵塞和微电解材料板结；在反应过程中产生的残渣可由排渣口8定期排出。
将按照表1的配方和工艺制备的6个微电解材料，分别作为填料装填到三个填料层中，然后利用装填有不同微电解材料的整个反应系统(高为1.6m，内径为0.01m)分别对废水进行连续处理，废水为天津某制药厂的生产废水，其化学耗氧量(COD)为7000mg/L，BOD5/COD(生化耗氧量/化学耗氧量)为0.20，生物毒性为7.5mgZn2+/L，处理后的废水指标如下表所示。
表2利用本发明的微电解反应系统处理后的废水指标
Figure BDA0000025500020000041
从表中可以看出，经过处理的制药废水，化学耗氧量(COD)和生物毒性都大幅下降，而且BOD5/COD(生化耗氧量/化学耗氧量)提升到0.3以上，有效提高了废水的可生化性。在长时间使用过程中，反应系统整体运行稳定，减缓板结和堵塞现象；省去了搅拌装置；填料层的更换简单且更换过程中不影响反应系统运行；提高了反冲洗效果，对于废水的处理效果优于传统的微电解反应装置。
以上对本发明做了示例性的描述，应该说明的是，在不脱离本发明的核心的情况下，任何简单的变形、修改或者其他本领域技术人员能够不花费创造性劳动的等同替换均落入本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种稳定运行的连续流微电解反应系统，包括进料口[1]、出料口[5]和排渣口[8]，其特征在于，所述反应系统由多个微电解反应单元组成，所述多个微电解反应单元串行连接，所述每个微电解反应单元设置有填料层[3]，所述填料层[3]的一侧设置有填料更换口[7]，所述填料层[3]的下方设置有多孔筛板[2]，所述多孔筛板[2]的下方设置有曝气反吹管[6]；所述填料层[3]中设置有按照下述步骤制备的微电解材料：(1)将铁粉、活性炭粉末、钠基膨润土和NH4Cl充分混合后，加水调匀，其中所述铁粉、活性炭粉末、钠基膨润土和NH4Cl的质量比为(2.8-3)∶(2.8-3)∶(3.8-4)∶0.05；(2)用成球机将步骤(1)得到的混合物做成直径为2-5mm的小球，烘干；(3)对经过步骤(2)烘干后的球状材料进行焙烧，所述焙烧机制为在370-420℃下，焙烧10-12分钟，然后升温至1100-1200℃，焙烧15-18分钟，自然冷却至室温。
2.根据权利要求1所述的一种稳定运行的连续流微电解反应系统，其特征在于，所述串行连接的微电解反应单元采用法兰[4]连接。
3.根据权利要求1或者2所述的一种稳定运行的连续流微电解反应系统，其特征在于，所述填料层中微电解材料的制备步骤(1)中，铁粉、活性炭粉末、钠基膨润土和NH4Cl的质量比为3∶3∶4∶0.05；制备步骤(3)中的焙烧机制为在400℃下，焙烧10分钟，然后升温至1150℃，焙烧15分钟，自然冷却至室温。
4.根据权利要求3所述的一种稳定运行的连续流微电解反应系统，其特征在于，所述填料层中微电解材料的孔隙率为0.5-0.8；所述微电解材料的比表面积为0.4-1.0m2/g。
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