CN103848481B

CN103848481B - 转筒式空化撞击流微电解反应器

Info

Publication number: CN103848481B
Application number: CN201210500217.XA
Authority: CN
Inventors: 李福宝; 李勤; 吴昊; 李良
Original assignee: Shenyang University of Technology
Current assignee: Shenyang University of Technology
Priority date: 2012-11-30
Filing date: 2012-11-30
Publication date: 2017-08-04
Anticipated expiration: 2032-11-30
Also published as: CN103848481A

Abstract

本发明具体指一种转筒式空化撞击流微电解反应器，包括转动筒体，转动筒体驱动装置，由锥形封头和固定筒体组成的固定部分，转动筒体与固定部分之间的密封装置，空气喷嘴和撞击喷嘴。废水、铁粉和碳粉、空气在反应器内形成气、液、固三相射流，两股相向流动的流体撞击形成空化撞击影响区，该区域内曝气充分，产生大量气泡，且高度湍动，气泡撞击破碎促进空化发生，宏观和微观混合加强，压力波动剧烈，为有机物降解提供了极佳环境，大大提高废水降解效率。本发明解决了传统微电解工艺易产生板结、钝化等问题，因此不必频繁地更换微电解材料，降低了劳动强度和吨水投资成本，缩短废水处理时间，提高废水的处理效果和效率避免二次污染。

Description

转筒式空化撞击流微电解反应器

技术领域

本发明涉及一种转筒式空化撞击流反应器，特别是涉及一种用于微电解法处理高浓度有机废水的空化撞击流反应器，属于物理、化学工艺设备，适用于微电解法处理高浓度有机废水，也适用于其他物理、化学反应。

背景技术

研究证实，应用空化撞击流技术能强化热、质传递过程，促进化学反应，提高化学装置的生产能力。空化撞击流两流体间碰撞、挤压、剪切、拉伸等相互作用非常强烈，具有微观混合非常有效和压力波动相当强烈的特点，可以显著地促进过程动力学，这些特性提示空化撞击流具有应用到废水处理过程的可能性。携带大量空化泡的两股空化射流相向流动并撞击，在废水降解上具有如下优势：

(1) 由于空化的发生而产生如上所述高温分解、自由基氧化及超临界水氧化等效应，首先将废水中一部分有机污染物氧化降解为小分子无害物质，避免二次污染。

(2) 相向流动的两流体间产生强烈的碰撞、挤压、剪切、拉伸等相互作用,可能使未及溃灭的气泡分裂成微气泡，使气泡表面积增大,气泡的表面能也增大,加强了表面氧化还原反应,因此废水中一部分有机污染物得以在微气泡表面被氧化降解。

(3) 由于强烈的碰撞，部分流体的流动能转化为振动能，在撞击区形成强烈的湍动，增大了使空化发生的湍流条件，进而有可能使空化现象在撞击区继续发生，使空化效应更加强烈，进而加速水分子发生化学键断裂，提高·OH的产量；同时，伴随这种空化现象，不断产生小振幅、高频率的压力脉冲，反过来又会使撞击流“微观混合”和“压力波动”两个特性得以放大，这对促进反应动力学十分有利。

(4) 空化效应产生的·OH和超临界水等强氧化剂由于撞击流微观混合的特性得以在反应器内迅速均化，使其与污染物分子间的碰撞频率和有效碰撞几率大大增加，加速废水中有机污染物的氧化降解，这将使降解效率大大提高。

微电解技术是目前处理高浓度有机废水的一种理想工艺。它是在不通电的情况下，利用填充在废水中的微电解材料自身产生1.2V电位差对废水进行电解处理，以达到降解有机污染物的目的。当系统通水后，设备内会形成无数的微电池系统，在其作用空间构成一个电场。在处理过程中产生的新生态 [H] 、 Fe^{2 +}、 Fe^{3 +}、羟基自由基等能与废水中的许多组分发生氧化还原反应，比如能破坏有色废水中的有色物质的发色基团或助色基团，甚至断链，达到降解脱色的作用；生成的 Fe^{2 +} 进一步氧化成 Fe^{3 +} ，它们的水合物具有较强的吸附 - 絮凝活性，特别是在加碱调 pH 值后生成氢氧化亚铁和氢氧化铁胶体絮凝剂，它们的吸附能力远远高于一般药剂水解得到的氢氧化铁胶体，能大量吸附水中分散的微小颗粒，金属粒子及有机大分子。其工作原理基于电化学、氧化 - 还原、物理吸附以及絮凝沉淀的共同作用对废水进行处理。该法具有适用范围广、处理效果好、成本低廉、操作维护方便，不需消耗电力资源等优点。该工艺用于难降解高浓度废水的处理可大幅度地降低 COD 和色度，提高废水的可生化性，同时可对氨氮的脱除具有很好的效果。

传统上微电解工艺所采用的微电解材料一般为铁粉和炭颗粒，使用的过程中很容易钝化、板结，这导致了频繁地更换微电解材料，不但工作量大成本高还影响废水的处理效果和效率。另外，传统微电解材料表面积太小也使得废水处理需要很长的时间，增加了吨水投资成本，这都严重影响了微电解工艺的利用和推广。

由于空化撞击流流场处于高度湍动状态，加上采用独特的转筒式反应器结构，使得在采用微电解工艺处理废水时，微电解材料不容易钝化、板结，这避免了频繁地更换微电解材料。因此，空化撞击流反应器可克服传统微电解工艺的不足，解决钝化、板结、处理效率低、吨水投资成本高等问题。

发明内容

发明目的：本发明的目的是为了克服现有技术中的不足，解决钝化、板结等问题，同时提高废水处理效率，提供一种新型高效的空化撞击流反应器。

技术方案：本发明是通过以下技术方案实施的：

一种转筒式空化撞击流微电解反应器，其特征在于：该反应器的外形主要为两端设有锥形封头，锥形封头与固定短筒连接，成为固定部分，固定短筒中间夹有转动筒体，固定短筒与转动筒体之间设有密封装置；反应器内沿轴向相对设置有撞击喷嘴。

转动筒体与一个驱动装置连接，该驱动装置为：在转动筒体的外壁设有齿条，一个主动轮和一个平衡轮与齿条相啮合，主动轮与电机及减速机相连接。

所述的密封装置为O环密封圈、滚珠及支架和挡圈构成。

转动筒体顶部设有加料口，底部设有出液口。

固定短筒上设置气室，气室顶部设置废气出口，侧壁设置废水入口。

筒体内还设有分配挡板，且分配挡板随着转动筒体一起转动。

优点及效果：本发明具有以下特点：

（1）避免了传统微电解工艺的板结现象。

（2）不会形成铁、碳隔离层，产生钝化，使微电解不能继续进行而失去作用，因此不必频繁地更换微电解材料。

（3）缩短废水处理时间，降低吨水投资成本。

（4）提高废水的处理效果和效率。

（5）无二次污染。

附图说明：

图1为本发明的原理示意图；

图2为本发明的侧视图；

图3为本发明驱动装置部分的结构示意图。

附图标记说明：

1- 锥形封头，2-空气喷嘴，3-气室，4-废气出口，5-废水入口，6-转动筒体7-铁碳入口， 8-分配挡板，9-撞击喷嘴，10-水出口，11-O环密封圈，12-滚珠及支架， 13-挡圈，14-固定短筒，15-平衡轮，16-齿条，17-主动轮，18-电机及减速机。

具体实施方式：

下面结合附图对本发明做进一步描述：

一种转筒式空化撞击流微电解反应器，包括有转动筒体6，转动筒体驱动装置，由锥形封头1和固定短筒14组成的固定部分，转动筒体与固定部分之间的密封装置，空气喷嘴2和撞击喷嘴9。转动筒体上设置加料口7、出液口10，固定短筒14上设置气室3，气室顶部设置废气出口4，侧壁设置废水入口5。筒体内还设有分配挡板8，且分配挡板8随着转动筒体6一起转动。

转动筒体驱动装置由电机及减速机18、主动轮17、齿条16、平衡轮15构成。

转动筒体6与固定短筒14之间的密封装置由滚珠及支架12、挡圈13、O环密封圈11构成。

本发明主要利用转动筒体和空化撞击流技术来实现发明目的的。研究证实，应用空化撞击流技术能强化热、质传递过程，促进化学反应，提高化学装置的生产能力。空化撞击流两流体间碰撞、挤压、剪切、拉伸等相互作用非常强烈，具有微观混合非常有效和压力波动相当强烈的特点，可以显著地促进过程动力学，这些特性提示空化撞击流具有应用到废水处理过程的可能性。携带大量空化泡的两股空化射流相向流动并撞击，在废水降解上具有如下优势：

此外，由于空化撞击流流场处于高度湍动状态，加上采用独特的反应器结构，使得在采用微电解工艺处理废水时，微电解材料不容易钝化、板结，这避免了频繁地更换微电解材料。因此，空化撞击流反应器可克服传统微电解工艺的不足，解决钝化、板结、处理效率低、吨水投资成本高等问题。

本发明的结构特点：1.高速空气流通过空气喷嘴进入撞击喷嘴。在撞击喷嘴中造成负压，同时加速流体，使气液混合形成高速射流，在撞击影响区产生空化撞击流，同时形成富氧条件。另外，撞击流与负压区和锥形封头一起形成环流流态，使气流充分混合，同时，避免铁碳沉积死角，增大铁碳在反应中的浓度。2.气室是使气体减压，沉降液体作用。3.电机带动主动轮转动并与转动筒体上的齿条啮合，和辅助平衡轮一起使转动筒体转动。4.分配挡板与转动筒体一起转动，使颗粒铁能均匀地散落在容器中。增大微电解反应表面积，同时避免铁粉板结问题。5.滚珠和其支架起到支支承、辅助转动和轴向定位作用。6.利用三道O型环实现密封。7.把铁碳入口及水出口设在转动筒体上，避免铁碳在管内的沉积。

Claims

1.一种转筒式空化撞击流微电解反应器，其特征在于：该反应器的两端设有锥形封头（1），锥形封头（1）与固定短筒（14）连接，成为固定部分，固定短筒（14）中间夹有转动筒体（6），固定短筒（14）与转动筒体（6）之间设有密封装置；反应器内沿轴向相对设置有撞击喷嘴（9）；空气喷嘴（2）和撞击喷嘴（9）连接，高速空气流通过空气喷嘴（2）进入撞击喷嘴（9）。

2.根据权利要求1所述的转筒式空化撞击流微电解反应器，其特征在于：转动筒体（6）与一个驱动装置连接，该驱动装置为：在转动筒体（6）的外壁设有齿条（16），一个主动轮（17）和一个平衡轮（15）与齿条（16）相啮合，主动轮（17）与电机及减速机（18）相连接。

3.根据权利要求1所述的转筒式空化撞击流微电解反应器，其特征在于：所述的密封装置为O环密封圈（11）、滚珠及支架（12）和挡圈（13）构成。

4.根据权利要求1所述的转筒式空化撞击流微电解反应器，其特征在于：转动筒体（6）顶部设有加料口（7），底部设有出液口（10）。

5.根据权利要求1所述的转筒式空化撞击流微电解反应器，其特征在于：固定短筒（14）上设置气室（3），气室顶部设置废气出口（4），侧壁设置废水入口（5）。

6.根据权利要求1所述的转筒式空化撞击流微电解反应器，其特征在于：筒体内还设有分配挡板（8），且分配挡板（8）随着转动筒体（6）一起转动。