CN106082413B - 一种高铁酸盐在线合成及有机物降解设备及工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种高铁酸盐在线合成及有机物降解设备，先在高铁酸盐合成装置内采用电化学合成高铁酸盐，接着直接对合成的高铁酸盐进行浓缩，在静电分离装置内通过利用高铁酸盐和碱性物质在高压电场内电性的差异将高铁酸盐分离出来，从而达到浓缩高铁酸盐溶液的目的，最后在降解反应装置内，利用高铁酸盐的强氧化性降解有机废水中的有机物，同时由于高铁酸盐氧化后的产物羟基氧化铁具有较强的絮凝吸附效果，能够在降解反应装置内沉降分离出来，由此，便连续地实现了高铁酸盐的合成以及有机物的降解过程。该高铁酸盐在线合成及有机物降解设备，结构设计紧凑合理，能够将合成的高铁酸盐直接在线用于有机物的降解，降解效果好，降解效率高。

Description

一种高铁酸盐在线合成及有机物降解设备及工艺
技术领域
本发明涉及有机物降解设备领域，具体涉及的是一种高铁酸盐在线合成及有机物降解设备及工艺。
背景技术
高铁酸盐是一种新型的强氧化剂，在废水处理中可以有效降解水中的有机物，同时可以起到脱色、除臭、絮凝沉降的作用，且具有见效快、无残留毒性和不对水体造成二次污染等突出优点，具有重要的研究开发和推广前景。
目前合成高铁酸盐的方法主要有高温熔融氧化法、次氯酸盐氧化法和电解法，相对于高温熔融氧化法和次氯酸盐氧化法，电解法操作简单，且操作过程相对安全可靠。
在有机物降解工艺中，通常都是先合成出高铁酸盐，再将合成出的高铁酸盐浓缩到一定浓度后，才能加入到有机物降解设备中对有机物进行降解，高铁酸盐的合成、浓缩和对有机物的降解过程都是分开进行的，存在操作复杂、设备占用空间大、降解成本高及降解效率低等问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高铁酸盐在线合成及有机物降解设备，结构设计紧凑合理，本发明还提供一种高铁酸盐在线合成及有机物降解工艺，能够将合成的高铁酸盐直接在线用于有机物的降解，降解效果好，降解效率高。
为了达成上述目的，本发明的解决方案是：
一种高铁酸盐在线合成及有机物降解设备，包括外壳和分别设置在所述外壳内的高铁酸盐合成装置、静电分离装置、降解反应装置以及过滤槽，所述外壳内设置有一隔板，所述隔板将所述外壳内的空间分成前腔室和后腔室，所述高铁酸盐合成装置、所述降解反应装置以及所述过滤槽分别设置在所述前腔室内，所述静电分离装置设置在所述后腔室内，所述高铁酸盐合成装置设置在所述降解反应装置的上方，所述过滤槽设置在所述降解反应装置的一侧；
所述高铁酸盐合成装置为双阴极电解室，所述双阴极电解室设置有多根用于补充碱液的进液管和多根供高铁酸盐溶液流出的出液管，所述进液管的进液端通过导管连接有一碱液槽，所述出液管的出液端通过导管与所述静电分离装置连接，所述静电分离装置上设置有待浓缩液进口、浓缩液出口以及淡液出口，所述浓缩液出口通过导管与所述降解反应装置连接，所述双阴极电解室内还设置有多根用于废弃碱液流出的废液管，所述废液管通过导管连接有一废液槽。
所述双阴极电解室包括处于中间的阳极室和分别位于所述阳极室两侧的阴极室，所述阳极室与各个所述阴极室之间设置有防止生成的高铁酸盐进入所述阴极室的阳离子交换膜，所述阴极室的阴极选用碳棒，所述阳极室的阳极采用铁丝网。
所述静电分离装置包括至少一级静电分离管，所述静电分离管的一端设置有所述待浓缩液进口，所述静电分离管的另一端分别设置有所述浓缩液出口和所述淡液出口。
所述静电分离装置包括由上至下设置的多级浓缩静电分离管及多级回收静电分离管，第一级的所述浓缩静电分离管的待浓缩液进口通过导管与所述出液管连接，第一级的所述浓缩静电分离管的淡液出口通过导管与第一级的所述回收静电分离管的待浓缩液进口连接，下一级的所述浓缩静电分离管的浓缩液出口与上一级的所述浓缩静电分离管的待浓缩液进口连接，下一级的所述浓缩静电分离管的待浓缩液进口与上一级的所述浓缩静电分离管的淡液出口连接，最上级的所述浓缩静电分离管的浓缩液出口与所述降解反应装置连接；第一级的所述回收静电分离管的浓缩液出口与第一级的所述浓缩静电分离管的待浓缩液连接，下一级的所述回收静电分离管的浓缩液出口与上一级的所述回收静电分离管的待浓缩液进口连接，下一级的所述回收静电分离管的待浓缩液进口与上一级的所述回收静电分离管的淡液出口连接，最下级的所述回收静电分离管的淡液出口通过导管与所述废液槽连接。
所述高铁酸盐合成装置和所述静电分离装置之间还连接有一缓冲罐，所述缓冲罐的入液口分别与出液管、第一级的所述回收静电分离管的浓缩液出口以及第二级的所述浓缩静电分离管的淡液出口连接，所述缓冲罐的出液口与第一级的所述浓缩静电分离管的待浓缩液进口连接。
所述降解反应装置为降解反应管，所述降解反应管内设置有降解反应室、以及分别与降解反应室连通的反应液进口管、反应液出口管和高铁酸盐浓缩液进口管，所述反应液出口管与所述过滤槽连通，所述降解反应管的底部设置有沉积物排出管，所述反应液出口管和所述沉积物排出管上均安装有抽离泵，所述降解反应管的侧面设置有应急溢流口，所述应急溢流口通过导管与所述过滤槽连通。
所述过滤槽内设置有用于过滤反应后的滤液中的杂质的过滤滤芯。
所述碱液槽内装有作为电解液的KOH和/或者NaOH，所述碱液槽与所述进液管连接的导管上安装有定量泵。
一种高铁酸盐在线合成及有机物降解工艺，包括以下工艺流程：
(1)电化学合成高铁酸盐：在双阴极电解室中进行高铁酸盐的合成，碱液槽中的电解液通过进液管流入双阴极电解室中，控制反应温度为20-60℃，电解液的浓度为10-14mol/L，电流密度为40-120A/m2；
(2)高铁酸盐溶液的浓缩：将双阴极电解室中生成的高铁酸盐溶液通入到静电分离装置中，高铁酸盐溶液的流速控制在1-5m/s，静电电压控制在100-1000V范围内，经过静电分离装置浓缩得到的高铁酸盐溶液的浓度为10-20mmol/L；
(3)有机废水的降解：将浓缩得到的高铁酸盐溶液通入到降解反应装置内，高铁酸盐溶液在降解反应装置内对有机废水进行降解，有机废水的流速为1-5m/s，降解反应装置内通过沉降分离出高铁酸盐氧化后得到的羟基氧化铁等絮凝沉淀物质，降解反应后的有机废水流入到过滤槽内经过滤后流出，便完成了在线合成高铁酸盐以及有机物降解的工艺过程。
采用上述结构后，本发明一种高铁酸盐在线合成及有机物降解设备及工艺，先在高铁酸盐合成装置内采用电化学合成高铁酸盐，接着直接对合成的高铁酸盐进行浓缩，在静电分离装置内通过利用高铁酸盐和碱性物质在高压电场内电性的差异将高铁酸盐分离出来，从而达到浓缩高铁酸盐溶液的目的，最后在降解反应装置内，利用高铁酸盐的强氧化性降解有机废水中的有机物，同时由于高铁酸盐氧化后的产物羟基氧化铁具有较强的絮凝吸附效果，能够在降解反应装置内沉降分离出来，由此，便连续地实现了高铁酸盐的合成以及有机物的降解过程。
因此，本发明一种高铁酸盐在线合成及有机物降解设备及工艺，能够实现合成的高铁酸盐直接在线用于有机物的降解，设计思路巧妙合理，结构设计紧凑合理，具有较好的降解效果和较高的降解效率。
附图说明
图1为本发明中外壳、高铁酸盐合成装置、降解反应装置和过滤槽的结构示意图；
图2为本发明中高铁酸盐合成装置的结构示意图；
图3为本发明中高铁酸盐合成装置的剖面结构示意图；
图4为本发明中静电分离装置的结构示意图；
图5为本发明中降解反应装置的结构示意图；
图6为本发明中降解反应装置的剖面结构示意图；
图7为本发明中实施例一的工艺流程图；
图8为本发明中实施例二的工艺流程图。
图中：
外壳 1 高铁酸盐合成装置 2
阳极室 2a 阴极室 2b
阳离子交换膜 2c 进液管 21
出液管 22 废液管 23
静电分离装置 3 浓缩静电分离管 3a
回收静电分离管 3b 待浓缩液进口 31
浓缩液出口 32 淡液出口 33
降解反应装置 4 降解反应室 4a
沉积物沉降区 4b 反应液进口管 41
反应液出口管 42 高铁酸盐浓缩液进口管 43
沉积物排出管 44 抽离泵 441
应急溢流口 45 过滤槽 5
过滤滤芯 51 定量泵 6
通气管 7
具体实施方式
为了进一步解释本发明的技术方案，下面通过具体实施例来对本发明进行详细阐述。
实施例一
一种高铁酸盐在线合成及有机物降解设备，如图1和图4所示，包括外壳1和分别设置在外壳1内的高铁酸盐合成装置2、静电分离装置3、降解反应装置4以及过滤槽5，外壳1内设置有一隔板，隔板将外壳1内的空间分成前腔室和后腔室，过滤槽5、高铁酸盐合成装置2和降解反应装置4设置在前腔室内，静电分离装置3设置在后腔室内，高铁酸盐合成装置2设置在降解反应装置4的上方，过滤槽5设置在降解反应装置4的右侧，过滤槽5内设置有用于过滤反应后的滤液中的杂质的过滤滤芯51。
如图2－3所示，高铁酸盐合成装置2为双阴极电解室，双阴极电解室向外延伸设置有多根用于补充碱液的进液管21和多根供高铁酸盐溶液流出的出液管22，进液管21的进液端通过导管与一碱液槽连接，碱液槽内装有作为电解液的KOH和NaOH，碱液槽与进液管21连接的导管上安装有用于测定电解液流量的定量泵(图中未示出)。双阴极电解室内还设置有多根用于废弃碱液流出的废液管23，废液管23的出液口通过导管连接有一用于回收废弃碱液的废液槽。
双阴极电解室包括处于中间的阳极室2a和分别位于阳极室2a两侧的阴极室2b，阳极室2a与各个阴极室2b之间设置有防止生成的高铁酸盐进入阴极室的阳离子交换膜2c，阴极室2b的阴极选用碳棒，阳极室2a的阳极采用铁丝网，电解时，高铁酸盐在阳极室2a生成。
如图3和图4所示，静电分离装置3为静电分离管，静电分离管内形成有高压电场，静电分离管的一端设置有待浓缩液进口31，静电分离管的另一端分别设置有浓缩液出口32和淡液出口33。待浓缩液进口31通过导管与双阴极电解室的出液管22连接，淡液出口33通过导管与双阴极电解室的其中一根进液管21连接，淡液出口33流出的是含少量高铁酸盐的碱性溶液，可直接回收到双阴极电解室用作电解液。
如图1、图5和图6所示，降解反应装置4为降解反应管，降解反应管内设置有降解反应室4a，以及分别与降解反应室4a连通的反应液进口管41、反应液出口管42和高铁酸盐浓缩液进口管43，反应液进口管41与一有机废水储槽连通，高铁酸盐浓缩液进口管43与静电分离管的浓缩液出口32连接，反应液出口管42与过滤槽5连通，高铁酸盐浓缩液进口管43与静电分离管的浓缩液出口32连通。反应液进口管41、反应液出口管42以及高铁酸盐浓缩液进口管43上均安装有用于测定液体流量的定量泵6。
降解反应管的底部设置有沉积物沉降区4b，沉积物沉降区4b连接有一沉积物排出管44，沉积物排出管44上安装有用于将沉积物抽出的抽离泵441，沉积物排出管44上还设置有用于防止沉积物排出管堵塞的通气管7，通气管7设置在降解反应管的左侧。
降解反应管的侧面设置有应急溢流口45，应急溢流口45通过导管与过滤槽5连通。当降解反应管内的反应液超过反应容积时，反应液则直接通过应急溢流口45流入过滤槽5内。
碱液槽、废液槽和有机废水储槽均设置在外壳1的外部。
采用本发明进行的高铁酸盐在线合成及有机物降解的工艺，如图7所示，包括以下工艺流程：
(1)电化学合成高铁酸盐：在双阴极电解室(即高铁酸盐合成装置2)中进行高铁酸盐的合成，碱液槽中的电解液通过进液管流入双阴极电解室中，控制反应温度为20-60℃，电解液的浓度为10-14mol/L，电流密度为40-120A/m2；
(2)高铁酸盐溶液的浓缩：将双阴极电解室中生成的高铁酸盐溶液通入到静电分离管中，高铁酸盐溶液的流速控制在1-5m/s，静电电压控制在100-1000V范围内，经过静电分离管浓缩得到的高铁酸盐溶液的浓度为10-20mmol/L，浓缩得到的高铁酸盐溶液的流量为浓缩前流量的1/2；
(3)有机废水的降解：将浓缩得到的高铁酸盐溶液通入到降解反应管内，由静电分离管的淡液出口流出的余下的碱性溶液流回双阴极电解室继续作为电解液使用，高铁酸盐溶液在降解反应管内对有机废水进行降解，控制有机废水的流速为1-5m/s，有机废水的流量根据有机废水中的有机物含量作出调节，高铁酸盐溶液与有机废水的流量比为3:1-1:1，降解反应管内通过沉降分离出高铁酸盐氧化后得到的羟基氧化铁等絮凝沉淀物质，絮凝沉淀物质在沉积物沉降区积累并由沉积物排出管排出，降解后的有机废水流入到过滤槽内经过滤后流出，便完成了在线合成高铁酸盐以及有机物降解的工艺过程。
采用上述结构后，本发明一种高铁酸盐在线合成及有机物降解设备，先在高铁酸盐合成装置2内采用电化学合成高铁酸盐，接着直接对合成的高铁酸盐进行浓缩，在静电分离装置3内通过利用高铁酸盐和碱性物质在高压电场内电性的差异将高铁酸盐分离出来，从而达到浓缩高铁酸盐溶液的目的，最后在降解反应装置4内，利用高铁酸盐的强氧化性降解有机废水中的有机物，同时由于高铁酸盐氧化后的产物羟基氧化铁具有较强的絮凝吸附效果，能够在降解反应装置4内沉降分离出来，由此，便连续地实现了高铁酸盐的合成以及有机物的降解过程。
因此，本发明一种高铁酸盐在线合成及有机物降解设备，能够实现合成的高铁酸盐直接在线用于有机物的降解，设计思路巧妙合理，结构设计紧凑合理，具有较好的降解效果和较高的降解效率。
实施例二
本实施例与实施例一的区别在于：如图1－图6和图8所示，静电分离装置3包括由上至下设置的多级浓缩静电分离管3a及多级回收静电分离管3b，在多级浓缩静电分离管3a中，以设置在下方的浓缩静电分离管为第一级的浓缩静电分离管3a，由下往上逐级递增，在多级回收静电分离管3b中，以设置在上方的回收静电分离管为第一级的回收静电分离管，由上往下逐级递减，第一级的浓缩静电分离管3a的待浓缩液进口31通过导管与出液管22连接，第一级的浓缩静电分离管3a的淡液出口33通过导管与第一级的回收静电分离管3b的待浓缩液进口31连接，下一级的浓缩静电分离管3a的浓缩液出口32与上一级的浓缩静电分离管3a的待浓缩液进口31连接，下一级的浓缩静电分离管3a的待浓缩液进口31与上一级的浓缩静电分离管3a的淡液出口33连接，最上级的浓缩静电分离管3a的浓缩液出口32与降解反应管的高铁酸盐浓缩液进口管43连接；第一级的回收静电分离管3b的浓缩液出口32与第一级的浓缩静电分离管3a的待浓缩液31连接，下一级的回收静电分离管3b的浓缩液出口32与上一级的回收静电分离管3b的待浓缩液进口31连接，下一级的回收静电分离管3b的待浓缩液进口31与上一级的回收静电分离管3b的淡液出口33连接，最下级的回收静电分离管3b的淡液出口33通过导管与废液槽连接。
高铁酸盐合成装置2和静电分离装置3之间还连接有一缓冲罐，缓冲罐的入液口分别与出液管22、第一级的回收静电分离管3b的浓缩液出口32以及第二级的浓缩静电分离管3a的淡液出口33连接，缓冲罐的出液口与第一级的浓缩静电分离管3a的待浓缩液进口31连接。缓冲罐作为不同浓度的浓缩液的中转站，将浓缩液混合均匀后再通入第一级的浓缩静电分离管3a内，有利于提高浓缩效率。
采用本发明进行的高铁酸盐在线合成及有机物降解的工艺，包括以下工艺流程：
(1)电化学合成高铁酸盐：在双阴极电解室中进行高铁酸盐的合成，碱液槽中的电解液通过进液管流入双阴极电解室中，控制反应温度为20-60℃，电解液的浓度为10-14mol/L，电流密度为40-120A/m2；
(2)高铁酸盐溶液的浓缩：将双阴极电解室中生成的高铁酸盐溶液通入到静电分离管中，高铁酸盐溶液的流速控制在1-5m/s，静电电压控制在100-1000V范围内，经过多级浓缩静电分离管及多级回收静电分离管浓缩得到的高铁酸盐溶液的浓度为10-20mmol/L，浓缩得到的高铁酸盐溶液的流量为浓缩前流量的1/4；
(3)有机废水的降解：将浓缩得到的高铁酸盐溶液通入到降解反应管内，由静电分离管的淡液出口流出的余下的碱性溶液流回双阴极电解室继续作为电解液使用，高铁酸盐溶液在降解反应管内对有机废水进行降解，控制有机废水的流速为1-5m/s，有机废水的流量根据有机废水中的有机物含量作出调节，高铁酸盐溶液与有机废水的流量比为1:1-0.5:1，降解反应管内通过沉降分离出高铁酸盐氧化后得到的羟基氧化铁等絮凝沉淀物质，絮凝沉淀物质在沉积物沉降区积累并由沉积物排出管排出，降解后的有机废水流入到过滤槽内经过滤后流出，便完成了在线合成高铁酸盐以及有机物降解的工艺过程。
本发明中，双阴极电解室、静电分离管、降解反应管、定量泵和抽离泵均为本领域的公知部件。
上述实施例和图式并非限定本发明的产品形态和式样，任何所属技术领域的普通技术人员对其所做的适当变化或修饰，皆应视为不脱离本发明的专利范畴。

Claims (6)

1.一种高铁酸盐在线合成及有机物降解设备，包括外壳和分别设置在所述外壳内的高铁酸盐合成装置、静电分离装置、降解反应装置以及过滤槽，其特征在于：所述外壳内设置有一隔板，所述隔板将所述外壳内的空间分成前腔室和后腔室，所述高铁酸盐合成装置、所述降解反应装置以及所述过滤槽分别设置在所述前腔室内，所述静电分离装置设置在所述后腔室内，所述高铁酸盐合成装置设置在所述降解反应装置的上方，所述过滤槽设置在所述降解反应装置的一侧；
所述高铁酸盐合成装置为双阴极电解室，所述双阴极电解室设置有多根用于补充碱液的进液管和多根供高铁酸盐溶液流出的出液管，所述进液管的进液端通过导管连接有一碱液槽，所述出液管的出液端通过导管与所述静电分离装置连接，所述静电分离装置上设置有待浓缩液进口、浓缩液出口以及淡液出口，所述浓缩液出口通过导管与所述降解反应装置连接，所述双阴极电解室内还设置有多根用于废弃碱液流出的废液管，所述废液管通过导管连接有一废液槽；
采用所述高铁酸盐在线合成及有机物降解设备进行高铁酸盐合成，包括以下步骤：
（1）电化学合成高铁酸盐：在双阴极电解室中进行高铁酸盐的合成，碱液槽中的电解液通过进液管流入双阴极电解室中，控制反应温度为20-60 ℃，电解液的浓度为10-14 mol/L，电流密度为40-120 A/m2；
（2）高铁酸盐溶液的浓缩：将双阴极电解室中生成的高铁酸盐溶液通入到静电分离装置中，高铁酸盐溶液的流速控制在1-5 m/s，静电电压控制在100-1000 V范围内，经过静电分离装置浓缩得到的高铁酸盐溶液的浓度为10-20 mmol/L；
（3）有机废水的降解：将浓缩得到的高铁酸盐溶液通入到降解反应装置内，高铁酸盐溶液在降解反应装置内对有机废水进行降解，有机废水的流速为1-5 m/s，降解反应装置内通过沉降分离出高铁酸盐氧化后得到的羟基氧化铁，降解反应后的有机废水流入到过滤槽内经过滤后流出，便完成了在线合成高铁酸盐以及有机物降解的工艺过程；
所述静电分离装置包括至少一级静电分离管，所述静电分离管的一端设置有所述待浓缩液进口，所述静电分离管的另一端分别设置有所述浓缩液出口和所述淡液出口；具体地，所述静电分离装置包括由上至下设置的多级浓缩静电分离管及多级回收静电分离管，第一级的所述浓缩静电分离管的待浓缩液进口通过导管与所述出液管连接，第一级的所述浓缩静电分离管的淡液出口通过导管与第一级的所述回收静电分离管的待浓缩液进口连接，下一级的所述浓缩静电分离管的浓缩液出口与上一级的所述浓缩静电分离管的待浓缩液进口连接，下一级的所述浓缩静电分离管的待浓缩液进口与上一级的所述浓缩静电分离管的淡液出口连接，最上级的所述浓缩静电分离管的浓缩液出口与所述降解反应装置连接；第一级的所述回收静电分离管的浓缩液出口与第一级的所述浓缩静电分离管的待浓缩液连接，下一级的所述回收静电分离管的浓缩液出口与上一级的所述回收静电分离管的待浓缩液进口连接，下一级的所述回收静电分离管的待浓缩液进口与上一级的所述回收静电分离管的淡液出口连接，最下级的所述回收静电分离管的淡液出口通过导管与所述废液槽连接。
2.根据权利要求1所述的一种高铁酸盐在线合成及有机物降解设备，其特征在于：所述双阴极电解室包括处于中间的阳极室和分别位于所述阳极室两侧的阴极室，所述阳极室与各个所述阴极室之间设置有防止生成的高铁酸盐进入所述阴极室的阳离子交换膜，所述阴极室的阴极选用碳棒，所述阳极室的阳极采用铁丝网。
3.根据权利要求1所述的一种高铁酸盐在线合成及有机物降解设备，其特征在于：所述高铁酸盐合成装置和所述静电分离装置之间还连接有一缓冲罐，所述缓冲罐的入液口分别与出液管、第一级的所述回收静电分离管的浓缩液出口以及第二级的所述浓缩静电分离管的淡液出口连接，所述缓冲罐的出液口与第一级的所述浓缩静电分离管的待浓缩液进口连接。
4.根据权利要求1所述的一种高铁酸盐在线合成及有机物降解设备，其特征在于：所述降解反应装置为降解反应管，所述降解反应管内设置有降解反应室、以及分别与降解反应室连通的反应液进口管、反应液出口管和高铁酸盐浓缩液进口管，所述反应液出口管与所述过滤槽连通，所述降解反应管的底部设置有沉积物排出管，所述反应液出口管和所述沉积物排出管上均安装有抽离泵，所述降解反应管的侧面设置有应急溢流口，所述应急溢流口通过导管与所述过滤槽连通。
5.根据权利要求1所述的一种高铁酸盐在线合成及有机物降解设备，其特征在于：所述过滤槽内设置有用于过滤反应后的滤液中的杂质的过滤滤芯。
6.根据权利要求1所述的一种高铁酸盐在线合成及有机物降解设备，其特征在于：所述碱液槽内装有作为电解液的KOH和/或者NaOH，所述碱液槽与所述进液管连接的导管上安装有定量泵。
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