CN102295328B

CN102295328B - 铁炭微电解装置

Info

Publication number: CN102295328B
Application number: CN 201110227026
Authority: CN
Inventors: 周伟; 周岳荣; 王雅静
Original assignee: JIANGSU LINGE PURE WATER EQUIPMENT CO Ltd
Current assignee: JIANGSU LINGE PURE WATER EQUIPMENT CO Ltd
Priority date: 2011-08-09
Filing date: 2011-08-09
Publication date: 2013-06-12
Anticipated expiration: 2031-08-09
Also published as: CN102295328A

Abstract

铁炭微电解装置，包括壳体、壳体上的进水口、壳体上的出水口，壳体内与进水口连接的区域为进水区，壳体内下部连接进水区的区域为曝气区，壳体内中部位于曝气区上方的区域为填料区，壳体内上部位于填料区上方的区域为出水区；所述进水区与填料区、出水区之间由挡板隔开，所述曝气区设置有曝气管，所述填料区为铁屑滤层和炭滤层层叠并逐层交错填充。本发明结构合理，处理效率高，使用寿命长。

Description

铁炭微电解装置

技术领域

本发明涉及环保设备领域，尤其涉及一种无动力铁炭微电解水处理装置。

背景技术

涂装工艺在汽车表面处理中运用极其广泛，在生产过程中基本上都有废水产生，废水中污染物成份复杂，含有多种有毒物质，浓度高，可生化性差，因而汽车涂装废水的处理已成为当今污水处理工程的一大难题。

微电解法又称内电解法、铁炭法、腐蚀电池法、铁屑过滤法、零价铁法等，是利用铁屑中的铁和炭组成原电池，实现水中污染物的降解。由于该法具有适用范围广、处理效果好、适用寿命长、成本低廉及操作维护方便等优点，并使用废铁屑等为原料，也不需消耗电力资源，具有以废治废的重要意义。

微电解技术基于以氧化还原反应为主的协同处理效应，实现废水中大分子有机物的断链及氧化性物质的还原，以改变废水中有机污染物的性质，来达到处理废水的目的。将其用于汽车涂装等高浓度有机废水处理中，可以实现直接氧化有机污染物分子，使废水中的有机大分子发生断链降解，从而消除了废水中表面活性剂的生物毒性，提高可生化性，可为后续生化处理工艺提供有利条件。

但是现有的微电解处理装置在运行过程中暴露出一些问题：一、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，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。二、铁屑板结和填料床沟流：利用微电解法进行废水处理时，会出现填料层板结成一个整体，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，更容易结块。流化床虽然解决了结块问题，但是为了确保流化态，填料需要不断循环，动力消耗较大，并且填料容易流失。三、填料补充与更换：目前微电解装置采用的填料主要是铁炭粒状混合填料，虽然这种填料的比表面积大，但是使用一段时间后，铁屑完全被腐蚀后变成铁泥需要除去，而炭还可以继续利用，铁炭混合的填料不易将铁泥和炭分开，浪费了大量的炭。

发明内容

针对现有技术存在的上述问题，本发明提供了一种铁炭微电解装置，采用铁炭滤料分层交替设置、底部曝气的设计，基本解决了滤层板结等问题。本发明结构合理，处理效率高，使用寿命长。

本发明的技术方案如下：

铁炭微电解装置，包括壳体、壳体上的进水口、壳体上的出水口，壳体内与进水口连接的区域为进水区，壳体内下部连接进水区的区域为曝气区，壳体内中部位于曝气区上方的区域为填料区，壳体内上部位于填料区上方的区域为出水区；所述进水区与填料区、出水区之间由挡板隔开，所述曝气区设置有曝气管，所述填料区为铁屑滤层和炭滤层层叠并逐层交错填充。

所述壳体的顶部为封闭结构，所述壳体的顶部设置有进气口、排气口及填料装填口。所述进气口通过管路与曝气区的曝气管连接。所述填料区底部设置有滤料支撑板及覆于滤料支撑板上方的滤网，所述曝气管穿过所述滤料支撑板及滤网插入填料区底部。所述壳体上靠近出水口处设置有出水堰槽。所述出水区与出水堰槽的连接处设置有滤料挡板。所述壳体的底部设置有放空排泥管。

曝气气水比为6~12:1。进入所述进水口的废水PH值为3~4。

本发明有益的技术效果在于：

1、本发明采用废铁屑和炭为填料层，可使废水中的有机大分子发生断链降解，消除了废水中表面活性剂等污染物的生物毒性。

2、在新生态Fe(OH)₂和Fe(OH)₃的吸附共沉淀作用下，废水中的重金属离子等污染物得到了沉淀去除。

3、本发明采用底部曝气方式，具有以下优点：一、为发生Fenton反应提供了氧气；二、微气泡进入滤料的缝隙中，使滤料之间始终存在孔隙，从而不易板结；三、微气泡不断在滤料周围震动破裂，使得滤料处于一种微震动的状态，其表面不易沉淀成钝化层。本发明采用曝气装置，延长了铁炭滤层的使用时间，提高了处理效率。

4、本发明采用铁屑滤层和炭滤层的逐层交错填充，在更换填料时，铁屑滤层和炭滤层可以分别逐层更换，铁泥废料和炭没有混合在一起，炭还可以单独取出来再次填充利用，极大的节省了原料，降低了废水处理的成本。

5、废铁屑和炭作为填料层用于处理汽车涂装等成分复杂的高浓度有机废水，符合绿色环保节能的要求。

附图说明

图1为本铁炭微电解装置的中剖图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步说明。

如图1所示，本铁炭微电解装置，包括壳体8，在壳体8的上壁左侧设置进水口7、壳体8的上壁右侧设置出水口14，出水口14前端设置出水堰槽13。

壳体8的内部左侧靠近进水口7的区域为进水区9，壳体8内下部连接进水区9的部分为曝气区20，壳体8内中部位于曝气区20上方的为填料区15、16，壳体8内上部位于填料区15、16上方的为出水区3，其中进水区9与填料区15、16之间，进水区9与出水区3之间分别由挡板22隔开。

壳体8的顶部2为封闭结构，顶部2设置有进气口1，进气口1通过管路与曝气区20的曝气管连接，曝气区20的曝气管分为曝气主管18和曝气支管19。填料区15、16的底部从下至上依次设置有滤料支撑架12、滤料支撑板11及滤网10。曝气支管19穿过滤料支撑架12、滤料支撑板11及滤网10通入填料区15、16的下部。

填料区15、16为铁屑滤层和炭滤层层叠并逐层交错填充，其中填料区15为车床车削下来的刨花铁屑构成的铁屑滤层，填料区16为颗粒大小为5~50mm竹炭构成的竹炭滤层。每一层铁屑滤层的厚度为250mm，每一层竹炭滤层的厚度也为250mm，填充完毕后，总滤层的厚度为2500mm。出水区3与出水堰槽13的连接处设置有滤料挡板6，可以防止出水时滤料被冲出出水口14。

壳体8的顶部2设置有排气口5，用于防止本铁炭微电解装置内部形成高压，从而妨碍曝气及微电解过程。壳体8的顶部2设置有填料装填口4，用于更换滤料。壳体8的底部设置有放空排泥管21，在更换滤料时打开此孔，可以排净本装置内的废滤料。图1中17为人孔，用于观察本装置内的情况。

进入铁炭微电解装置的废水的PH值调节为3.5，废水在铁炭微电解装置的中停留3小时，曝气气水比为8:1。

本铁炭微电解装置的工作过程如下：

需要处理的汽车涂装废水从进水口7进入壳体8内腔，向下顺着进水区9和挡板22流入壳体8下层的曝气区20，再由下而上穿过填料区15、16；空气从进气口1进入曝气区20，通过曝气支管19通入填料区15、16。铁屑滤层和竹炭滤层与曝气溶入的空气构成空气金属微电池，然后以空气金属微电池对废水进行处理，其具体反应方程式如下：

阳极反应（铁屑）：

Fe-2e = Fe²⁺

阴极反应（炭）：

O₂+2H⁺+2e = H₂O₂

总反应：

Fe+O₂+2H⁺= Fe²⁺+ H₂O₂

进一步的反应：

Fe²⁺+H₂O₂= ·OH+OH^-+Fe³⁺ （Fenton反应）

·OH+ Fe²⁺ = Fe³⁺+OH^-

3Fe²⁺+1/2O₂+3H₂O = FeO·Fe₂O₃↓+6H⁺

Fe³⁺+3OH^- = Fe(OH)₃↓

Fe²⁺+2OH^- = Fe(OH)₂↓

根据上述反应方程式，其处理废水中污染物的反应原理为：

首先，电极反应在阴极上生成的H₂O₂，在阳极上生成的Fe²⁺。生成的H₂O₂和Fe²⁺在溶液中进一步发生Fenton反应，产生具有极高氧化电位（2.8V）氧化能力极强的羟基自由基·OH。尽管羟基自由基·OH存在时间极短(小于10^-4秒)，但它可强烈地氧化降解有机污染物，迅速降低废水的COD和色度。

第二，反应过程中产生新生态的Fe(OH)₂和Fe(OH)₃一般都带有正电荷，具有极强的表面活性和吸附能力，可有效地吸附、包裹和共沉淀未被羟基自由基·OH氧化降解的各种污染物，从而可进一步除去废水的COD和色度。

废水经由空气金属微电池进行处理后，到达壳体8的上部出水区3，通过滤料挡板6和出水堰槽13，由出水口14排出；废气经由排气口5排出。

经本铁炭微电解装置处理前后的水质指标见表1所示。

表1

从表中可以看出，经过本装置处理后，水的pH值上升，COD下降了49%，Zn²⁺和PO^4-的含量分别下降了98%和97%。

由于铁、炭填料层在酸性条件的运行下，铁屑逐步消耗，当铁屑消耗到一定程度时大部分变成无用的铁泥，本装置的废水处理效率会显著下降，此时即需更换铁、炭滤料。更换时，把装置内的铁泥和竹炭分层全部取出，铁泥废弃不用，竹炭没有跟铁屑混合的部分可以再利用。去除旧的滤料后，再分层填入新的铁屑和竹炭滤料。

以上描述是对本发明的解释，不是对发明的限定，在不违背本发明精神的情况下，本发明可以作任何形式的修改。

Claims

1.一种铁炭微电解装置，包括壳体、壳体上的进水口、壳体上的出水口，壳体内与进水口连接的区域为进水区，壳体内下部连接进水区的区域为曝气区，壳体内中部位于曝气区上方的区域为填料区，壳体内上部位于填料区上方的区域为出水区；所述进水区与填料区、出水区之间由挡板隔开，其特征在于：所述曝气区设置有曝气管，所述填料区为铁屑滤层和炭滤层层叠并逐层交错填充；每一层铁屑滤层的厚度为250mm，每一层炭滤层的厚度也为250mm，填充完毕后，总滤层的厚度为2500mm。

2.根据权利要求1所述的铁炭微电解装置，其特征在于所述填料区底部设置有滤料支撑板及覆于滤料支撑板上方的滤网，所述曝气管穿过所述滤料支撑板及滤网插入填料区底部。

3.根据权利要求1所述的铁炭微电解装置，其特征在于曝气气水比为6~12:1。