CN106115856B - 一种处理工业废水的弱电脉冲活化-急冷团聚除盐反应器 - Google Patents
一种处理工业废水的弱电脉冲活化-急冷团聚除盐反应器 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种处理工业废水的弱电脉冲活化‑急冷团聚除盐反应器。本反应器创造性的利用了水溶液中无机盐类受到弱电作用会发生粉体化汇聚的特性，向含有较高浓度无机盐类的废水中施加低压脉冲电流，无机盐离子会在经过磁化的金属表面汇聚并转化为一种比表面能高、热力学不稳定的离子粉体团，当该水溶液遇冷而急速降温时，溶液中的离子粉体团会迅速发生分子化凝聚并脱离溶液形成悬浮物，以降低整个溶液分散系统的自由焓，而已经凝聚为悬浮物的盐类分子，在保持低温的状态下，可通过沉淀的方式从溶液中加以去除。
Description
技术领域
本发明涉及一种处理工业废水的弱电脉冲活化-急冷团聚除盐反应器，属于环境保护中的废水处理领域。
背景技术
在全球气候变化和能源紧缺的背景下，以低能耗、低污染、低排放为基础的低碳经济发展模式正被重视，而钢铁工业作为高能耗、多排放的行业在全球低碳经济所倡导的节能减排的工作中承担着重大的责任。
钢铁工业作为我国工业发展的基础产业，已经成为引领世界钢铁工业的一支重要力量，中国钢铁工业的规模和发展势头令世界瞩目。但是，钢铁工业既是用水大户也是排污大户，随着现代化工业的迅速发展，用水量剧增、水资源短缺、水污染严重等问题，已成为我国钢铁工业发展的瓶颈。要解决这一问题，目前最直接、最经济、也最有效的途径就是研究开发一整套先进的钢铁工业废水的净化处理技术。
钢铁工业废水净化处理技术及设备研究工作是一项极具社会效益和经济效益的工作，但在钢铁企业的废水处理过程中，如果不设置脱盐处理工艺，处理后的废水含盐量会很高，此类废水如果作为循环水经高倍浓缩后，其中的各种离子浓度增加，会产生一系列物理、化学变化，导致管道系统腐蚀和结垢，严重影响设备的正常运行，并缩短设备的使用寿命。
目前，我国钢铁工业废水的脱盐技术主要包括离子交换法、双膜除盐法和电吸附除盐法三种。
（1）离子交换法：
离子交换法是一种成熟有效的水处理工艺，其脱盐效果较好。但该方法存在设备占地面积大、系统操作维护频繁复杂、出水水质呈周期性波动的缺陷，并且需要投加絮凝剂和耗费大量的酸碱，容易产生二次污染，不利于生态环境的保护。
（2）双膜除盐法：
双膜除盐法主要是指超滤+反渗透的处理工艺，该工艺主要采用膜分离技术制取脱盐水。
超滤原理是一种膜分离过程原理，利用有机或无机超滤膜，在外界压力的作用下截留水中胶体、颗粒和大分子量的的物质，而水分子和小的溶质颗粒可以透过超滤膜。当水通过超滤膜后，可将水中含有的大部分胶体硅除去，同时可去除大量的有机物等。反渗透是用足够的压力使溶液中的溶剂通过反渗透膜而分离出来，这个过程和自然渗透的方向相反，因此称为反渗透。
双膜除盐法具有产水质量高、自动控制程度高、易于操作控制等优点。但是，该方法也存在对进水水质要求高、抗冲击能力小、膜损伤不易修复等缺点，同时，膜法出水在使用过程中需要使用大量的阻垢剂等化学药剂。
（3）电吸附除盐法：
电吸附除盐技术是一种新兴的净水技术，其基本原理是利用含盐水在阴阳电极之间流动，通电时水中离子将分别向带相反电荷的电极迁移，并被该电极吸附在电极表面形成双电层。随着离子/带电粒子在电极表面富集浓缩，水中的溶解盐类、胶体颗粒及其他带电物质的浓度大大降低，从而实现了水的除盐、去硬度及净化。再生时仅需要短接电极，被吸附的离子又从电极表面释放，电极得到再生。
电吸附除盐法因具有较高的实用性和较宽的适用范围、较低的处理费用而为人们所关注。在钢铁工业循环水脱盐处理、废水回收利用领域，电吸附技术具有广泛的应用前景。但是，电吸附除盐技术也存在着不足之处，如除盐效率有待进一步提高，电极自再生时间较长，一般占整个周期的三分之一，影响产水率。
目前，现有的处理钢铁工业废水中无机盐类的方法存在设备占地面积大、系统操作维护频繁复杂、抗冲击能力小、设备易损坏、除盐效率低、会产生二次污染等问题。因此，有必要摆脱现有的处理技术思路，开辟出处理钢铁工业含盐废水的新途径，进而开发一种全新形式的钢铁工业废水中无机盐类的处理技术。
发明内容
为解决现有技术中存在的不足，本发明提供了一种处理工业废水的弱电脉冲活化-急冷团聚除盐反应器，反应器顶部设有进水阀门，反应器内中间位置固定有1扇磁化镍金属网，磁化镍金属网两侧各安装有1支低压水下电极，磁化镍金属网下方设有1组冷却管，冷却管末端连接1套循环制冷机组，反应器底部设有1套保温沉淀槽，保温沉淀槽右侧上部设有排水阀门，右侧底部设有污泥排口，左侧底部安装有1部电动推泥机。
其中，含有无机盐类的钢铁工业废水通过位于弱电脉冲活化-急冷团聚除盐反应器顶部的进水阀门进入反应器内部，此时，位于反应器两侧壁上的低压水下电极启动，以脉冲放电的形式对废水中的无机盐离子进行活化处理，受到活化作用的无机盐离子会在位于反应器中部的磁化镍金属网表面汇聚并转化为一种比表面能高、热力学不稳定的离子粉体团，含有上述离子粉体团的废水经过冷却管时发生急速降温，废水中的离子粉体团会迅速发生分子化凝聚并脱离溶液形成悬浮物，以降低整个溶液分散系统的自由焓，之后，含有上述悬浮物的废水进入位于反应器底部的保温沉淀槽中，在保持低温的状态下，废水中的悬浮物不会发生溶解，并会逐步沉降至保温沉淀槽底部，形成盐类污泥，在电动推泥机的推动下，通过位于保温沉淀槽右侧底部的污泥排口排出反应器，并进行回收再利用，同时，经过脱盐净化处理后的废水通过位于保温沉淀槽右侧上部的排水阀门排出反应器，并进入下一处理工序。其中，曝气池的作用是通过好氧曝气过程对废水中剩余的COD进行初步氧化分解处理；其中，生物氧化滤池的作用是对废水残留的COD进行最后的深度净化处理。
其中，弱电脉冲活化-急冷团聚除盐反应器的有效容积为260m3，保温沉淀槽的有效容积为225m3，其保温材料选用酚醛泡沫树脂，导热系数为0.028W/m·k，适用温度范围为-60~150℃。
其中，弱电脉冲活化-急冷团聚除盐反应器的低压水下电极的峰值电压为45V，脉冲放电频率为25~35次/秒，使用寿命大于8000h。
其中，弱电脉冲活化-急冷团聚除盐反应器的循环制冷机组的制冷量为99760kcal/h，功率为116kW，工作电压为220V，其冷却管的平均流量为30m3/h。
通过本系统处理后的废水，其无机盐离子的去除效率可达99.5%。
本发明的优点在于：
（1）本反应器摆脱了现有的工业废水中无机盐类的处理技术思路，创造性的利用了水溶液中无机盐类受到弱电作用会发生粉体化汇聚的特性，向含有较高浓度无机盐类的废水中施加低压脉冲电流，无机盐离子会在经过磁化的金属表面汇聚并转化为离子粉体团，当该水溶液遇冷而急速降温时，溶液中的离子粉体团会迅速发生分子化凝聚并脱离溶液形成悬浮物，并在保持低温的状态下，通过沉淀的方式将悬浮物从水溶液中去除。
（2）本反应器运用纯粹的物理手段，通过电化学和热化学的协同作用来去除废水中的无机盐类，不适用任何化学物质，从而消除了引入危害更大的化学物质的风险，从根本上避免了二次污染。
（3）经过本反应器净化处理后，分离得到的无机盐类污泥均被集中回收，并可被用来生产水泥等建材，从而实现了资源的再利用。
（4）本反应器设计原理先进，设备占地面积小，施工成本较低，并且处理效果较好，运行维护成本很低，有利于大范围推广应用。
附图说明
图1是弱电脉冲活化-急冷团聚除盐反应器的示意图。
图中：51-进水阀门、52-磁化镍金属网、53-低压水下电极、54-冷却管、55-循环制冷机组、56-保温沉淀槽、57-排水阀门、58-电动推泥机、59-污泥排口
具体实施方式
如图1所示，一种处理工业废水的弱电脉冲活化-急冷团聚除盐反应器，弱电脉冲活化-急冷团聚除盐反应器5采用硬质玻璃钢材质，反应器顶部设有进水阀门51，反应器内中间位置固定有1扇磁化镍金属网52，磁化镍金属网52两侧各安装有1支低压水下电极53，磁化镍金属网52下方设有1组冷却管54，冷却管54末端连接1套循环制冷机组55，反应器底部设有1套保温沉淀槽56，保温沉淀槽56右侧上部设有排水阀门57，右侧底部设有污泥排口59，左侧底部安装有1部电动推泥机58；含有无机盐类的钢铁工业废水通过位于弱电脉冲活化-急冷团聚除盐反应器5顶部的进水阀门51进入反应器内部，此时，位于反应器两侧壁上的低压水下电极53启动，以脉冲放电的形式对废水中的无机盐离子进行活化处理，受到活化作用的无机盐离子会在位于反应器中部的磁化镍金属网52表面汇聚并转化为一种比表面能高、热力学不稳定的离子粉体团，含有上述离子粉体团的废水经过冷却管54时发生急速降温，废水中的离子粉体团会迅速发生分子化凝聚并脱离溶液形成悬浮物，以降低整个溶液分散系统的自由焓，之后，含有上述悬浮物的废水进入位于反应器底部的保温沉淀槽56中，在保持低温的状态下，废水中的悬浮物不会发生溶解，并会逐步沉降至保温沉淀槽56底部，形成盐类污泥，在电动推泥机58的推动下，通过位于保温沉淀槽56右侧底部的污泥排口59排出反应器，并进行回收再利用，同时，经过脱盐净化处理后的废水通过位于保温沉淀槽56右侧上部的排水阀门57排出反应器，并进入下一处理工序。其中，曝气池6的作用是通过好氧曝气过程对废水中剩余的COD进行初步氧化分解处理；其中，生物氧化滤池7的作用是对废水残留的COD进行最后的深度净化处理。其中，弱电脉冲活化-急冷团聚除盐反应器5的有效容积为260m3，保温沉淀槽56的有效容积为225m3，其保温材料选用酚醛泡沫树脂，导热系数为0.028W/m·k，适用温度范围为-60~150℃；其中，弱电脉冲活化-急冷团聚除盐反应器5，其低压水下电极53的峰值电压为45V，脉冲放电频率为25~35次/秒，使用寿命大于8000h；其中，弱电脉冲活化-急冷团聚除盐反应器5，其循环制冷机组55的制冷量为99760kcal/h，功率为116kW，工作电压为220V，其冷却管54的平均流量为30m3/h。
通过本系统处理后的废水，其无机盐离子的去除效率可达99.5%。
Claims (4)
1.一种处理工业废水的弱电脉冲活化-急冷团聚除盐反应器，其特征在于，反应器顶部设有进水阀门，反应器内中间位置固定有1扇磁化镍金属网，磁化镍金属网两侧各安装有1支低压水下电极，磁化镍金属网下方设有1组冷却管，冷却管末端连接1套循环制冷机组，反应器底部设有1套保温沉淀槽，保温沉淀槽右侧上部设有排水阀门，右侧底部设有污泥排口，左侧底部安装有1部电动推泥机；
其中，含有无机盐类的工业废水通过位于弱电脉冲活化-急冷团聚除盐反应器顶部的进水阀门进入反应器内部，此时位于反应器两侧壁上的低压水下电极启动，以脉冲放电的形式对废水中的无机盐离子进行活化处理，受到活化作用的无机盐离子会在位于反应器中部的磁化镍金属网表面汇聚并转化为一种比表面能高、热力学不稳定的离子粉体团，含有上述离子粉体团的废水经过冷却管时发生急速降温，废水中的离子粉体团会迅速发生分子化凝聚并脱离溶液形成悬浮物，之后含有上述悬浮物的废水进入位于反应器底部的保温沉淀槽中，在保持低温的状态下，废水中的悬浮物不会发生溶解，并会逐步沉降至保温沉淀槽底部，形成盐类污泥，在电动推泥机的推动下，通过位于保温沉淀槽右侧底部的污泥排口排出反应器，并进行回收再利用，同时经过脱盐净化处理后的废水通过位于保温沉淀槽右侧上部的排水阀门排出反应器，并进入下一处理工序。
2.根据权利要求1所述的弱电脉冲活化-急冷团聚除盐反应器，其特征在于，反应器的有效容积为260m3，保温沉淀槽的有效容积为225m3，其保温材料选用酚醛泡沫树脂，导热系数为0.028W/m·k，适用温度范围为-60~150℃。
3.根据权利要求1所述的弱电脉冲活化-急冷团聚除盐反应器，其特征在于，反应器的低压水下电极的峰值电压为45V，脉冲放电频率为25~35次/秒。
4.根据权利要求1所述的弱电脉冲活化-急冷团聚除盐反应器，其特征在于，弱电脉冲活化-急冷团聚除盐反应器的循环制冷机组的制冷量为99760kcal/h，功率为116kW，工作电压为220V，其冷却管的平均流量为30m3/h。
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