CN112295724B - 一种不同再生程度粉末活性炭浮选方法及浮选装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种不同再生程度粉末活性炭浮选方法及浮选装置。粉末活性炭再生时，未完全再生的活性炭粉末颗粒掺杂在完全再生的活性炭粉末颗粒中，难以将其筛分出来。本发明如下：一、为完成再生操作的活性炭粉末添加电荷。二、将带有电荷的活性炭粉末送入一个匀强电场中，活性炭粉末颗粒在电场力的作用下发生偏移，根据漂移距离的不同将未完全再生的活性炭粉末颗粒与已完全再生的活性炭粉末颗粒分离。三、分别收集未完全再生的活性炭粉末和已完全再生的活性炭粉末。本发明利用再生后的粉末活性炭与未完全再生的粉末活性炭自身的介电常数不同的特点，浮选出不完全再生的粉末活性炭，对不完全再生的粉末活性炭进行二次再生。

Description

一种不同再生程度粉末活性炭浮选方法及浮选装置
技术领域
本发明属于活性炭再生技术领域，具体涉及一种根据完全再生和不完全再生的粉末炭颗粒自身的介电常数不同范围(具体介电常数范围为1-3)，来区分完全再生活性炭的浮选方法。
背景技术
活性炭有很好的吸附作用，被广泛用于处理污染物。由于活性炭在吸附饱和后不仅不能再起到净化作用，还会造成更严重的污染。所以对饱和的活性炭进行再生，达到环保和循环利用的目的。粉末活性炭相较于颗粒活性炭有着更小的颗粒，可以再生得更彻底。但是粉末活性炭再生时容易出现部分粉末未完全再生的情况；未完全再生的活性炭粉末颗粒，掺杂在完全再生的活性炭粉末颗粒中，现有技术无法将其筛分出来，从而导致再生后的活性炭粉末效果较差；此外，再生不完全的粉末活性炭由于表面残留有有机物，介电常数明显大于再生完全的粉末活性炭的介电常数。
发明内容
本发明的目的在于通过粉末活性炭再生不同程度自身的介电常数的不同，给粉末活性炭颗粒带电后，在同一电场力的作用下，受力不同，运动轨迹不同，进入不同的收集仓中。区分出完全再生粉末活性炭与不完全再生的粉末活性炭。提高粉末活性炭的再生质量。
本发明一种不同再生程度粉末活性炭浮选方法，具体步骤如下：
步骤一、为完成再生操作的活性炭粉末添加电荷。
步骤二、将带有电荷的活性炭粉末送入一个匀强电场中，活性炭粉末颗粒在电场力的作用下发生偏移；带电荷量大的活性炭粉末的偏移距离比带电荷量小的活性炭粉末的偏移距离更远；未完全再生的活性炭粉末颗粒的电荷量大于已完全再生的活性炭粉末颗粒的电荷量；由此使得未完全再生的活性炭粉末颗粒与已完全再生的活性炭粉末颗粒分离。
步骤三、分别收集未完全再生的活性炭粉末和已完全再生的活性炭粉末。
作为优选，已完全再生的活性炭粉末通过旋风分离器从气体中分离出来备用。未完全再生的活性炭粉末输入再生炉进行二次再生。
作为优选，步骤一中使得活性炭粉末带上电荷的方式如下：先将栅网电极通电产生电晕放电，再将活性炭粉末输送到栅网电极处进行，使得活性炭粉末带上电荷。
作为优选，步骤二中所述匀强电场的场强为1 10V/m。
作为优选，活性炭粉末的初速度方向与电场方向垂直。
本发明一种不同再生程度粉末活性炭浮选装置，包括电荷添加模块和电荷式分选模块。电荷添加模块与电荷式分选模块连接，且电荷添加模块内的活性炭粉末能够进入电荷式分选模块的浮选输入口。所述的电荷添加模块包括栅网电极和带电仓。所述带电仓的侧部开设有入料口。栅网电极安装在带电仓内，且位于入料口处。栅网电极连接到直流电源的负极；直流电源的正极及吸引极板接地；带电仓上设置有连接到电荷式分选模块的输出口。
所述的电荷式分选模块包括流量控制阀、第一电极板、第二电极板、浮选仓和分隔板。电荷式分选模块的浮选输入口开设在浮选仓的顶部，并由流量控制阀控制输入气体的流速；浮选仓的内腔分为上方的电漂移腔室和下方的分离腔室。电漂移腔室的两侧分别设置有第一电极板、第二电极板。分隔板设置在分离腔室内，将分离腔室分隔为完全再生腔室和部分再生腔室。分隔板、第一电极板及第二电极板相互平行。分隔板位于第一电极板与第二电极板之间的下方。浮选输入口位于分隔板所在竖直平面靠近完全再生腔室的一侧。第一电极板、第二电极板分别位于完全再生腔室、部分再生腔室上方。
作为优选，浮选输入口与分隔板的水平距离L满足如下关系式：
Figure GDA0003453962700000021
其中，t0的表达式为
Figure GDA0003453962700000022
Q为浮选输入口输入的气体流量；S为浮选输入口的截面积；h为浮选输入口与分隔板的竖直距离。m为活性炭粉末颗粒的平均质量；E2为电漂移腔室匀强电场；E1为栅网电极处场强；ε0为调整参数；ε为活性炭粉末的介电常数；a为活性炭粉末颗粒的平均粒径。
作为优选，本发明一种不同再生程度粉末活性炭浮选装置还包括转移管道。带电仓的输出口处安装有第一离心风机。浮选输入口与转移管道的一端连接。转移管道的另一端通过第一离心风机连接到输出口处。转移管道为两端大中间小的回转体状。转移管道两端的直径与中部最小处直径的比值为1:5～1:3。
作为优选，所述的电荷添加模块还包括吹气机、下筛网、上筛网和吸引极板。带电仓内腔的顶部、底部分别设置有上筛网、下筛网。所述的吹气机安装在带电仓的底部，且位于下筛网的下方。吸引极板安装在带电仓的顶部，位于的上方，且与上筛网间隔设置。
作为优选，所述的下筛网和上筛网均采用230目的绝缘筛网。栅网电极采用100目的金属筛网。所述的带电仓为绝缘壳体。分隔板采用绝缘材料。
作为优选，所述的电荷式分选模块还包括旋风分离机、第二离心风机和第三离心风机。所述完全再生腔室的底部设置有完全再生出口；部分再生腔室的底部设置有部分再生出口；完全再生出口处设置有第二离心风机；部分再生出口出设置有第三离心风机。完全再生出口经第二离心风机连接到旋风分离机的旋风输入口。
本发明具有的有益效果是：
1.本发明利用再生后的粉末活性炭与未完全再生的粉末活性炭自身的介电常数不同的特点，浮选出不完全再生的粉末活性炭，并对不完全再生的粉末活性炭进行二次再生，提高粉末活性炭的再生质量。
2.本发明利用高压负电所产生的电晕放电现象及栅网结构使游离负电粒子与空气中的粉末炭颗粒充分进行碰撞，进而让粉末炭颗粒根据自身介电常数的不同，带上不同的电荷量，再根据不同电荷量颗粒在电场中的漂移距离不同的特点实现已完全再生的粉末活性炭与不完全再生的粉末活性炭的分离。
3.本发明将转移管道设计为文丘里管，并在转移管道后方形成负压，使粉末活性炭混合气体在转移过程中不会堵塞，并且在进入电极板形成的匀强电场中有一个向下的初速度，更好的区分再生后的粉末活性炭与不完全再生的粉末活性炭。
4.本发明使用吹气机，使粉末炭颗粒在栅网电极中运动，让每一颗粉末炭颗粒充分接触空气中所产生的游离负电粒子。
附图说明
图1为一种再生后粉末活性炭浮选方法示意图
图中：1吹气机；2、下筛网；3、栅网电极；4、入料口；5、带电仓；6、上筛网；7、吸引极板；8、第一离心风机；9、直流电源；10、转移管道；11、流量控制阀；12、第一电极板、14、第二电极板；13、浮选仓；15、分隔板；16、旋风分离机；17、第二离心风机；18、第三离心风机；13-1、电漂移腔室；13-2、完全再生腔室；13-3、部分再生腔室。
具体实施方式
以下结合附图对本发明作进一步说明。
如图1所示，一种不同再生程度粉末活性炭浮选装置，包括电荷添加模块、转移管道10和电荷式分选模块。电荷添加模块包括吹气机1、下筛网2、上筛网6、栅网电极3、入料口4、带电仓5和吸引极板7。带电仓5为绝缘壳体。带电仓5内腔的顶部、底部分别设置有上筛网6、下筛网2。吹气机1安装在带电仓5的底部，且位于下筛网2的下方。吹气机1能够向上吹风，辅助带电仓5内的活性炭粉末到达带电仓5的顶部。吸引极板7安装在带电仓5的顶部，且位于上筛网6的上方。吸引极板7能够对带上负电荷的活性炭粉末产生向上的吸力，辅助带电仓5内的活性炭粉末到达带电仓5的顶部。上筛网6能够避免活性炭粉末到达吸引极板7处。下筛网2能够避免活性炭粉末到达吹气机1处。下筛网2和上筛网6均采用230目的绝缘筛网，能够阻挡活性炭粉末通过。
带电仓5的侧部开设有入料口4。栅网电极3安装在带电仓5内腔的中部。栅网电极3为100目的金属筛网构成。下筛网2与栅网电极3距离20mm。栅网电极3连接到直流电源9的负极，吸引极板7及电源正极均接地；当活性炭粉末颗粒进入带电仓5，经过栅网电极3时，栅网电极3使得活性炭粉末颗粒带上负电荷。活性炭粉末颗粒上携带的负电荷量，由活性炭粉末颗粒的介电常数决定；活性炭粉末颗粒的介电常数越大，则活性炭粉末颗粒上携带的负电荷量越大；不完全再生的粉末活性炭上含有吸附的有机污染物，有机污染物很容易带上空气中游离的电子，导致不完全再生的粉末活性炭的介电常数高于完全再生后的粉末活性炭。因此，未完全再生的活性炭粉末颗粒的介电常数大于已完成再生的活性炭粉末颗粒的介电常数。未完全再生的活性炭粉末颗粒经过栅网电极3时带上的负电荷量高于已完成再生的活性炭粉末颗粒经过栅网电极3时带上的负电荷量。带电仓5的侧壁顶部设置有输出口。带电仓5的输出口低于上筛网6。第一离心风机8安装在带电仓5的输出口处。
电荷式分选模块包括流量控制阀11、第一电极板12、第二电极板14、浮选仓13、分隔板15、旋风分离机16、第二离心风机17和第三离心风机18。分隔板15采用绝缘材料。浮选仓13的顶部开设有朝下设置的浮选输入口；流量控制阀11设置在浮选输入口中；浮选输入口与转移管道10的一端连接。转移管道10的另一端通过第一离心风机连接到输出口处。转移管道10呈文丘里管状(腰鼓形)，即两端大中间小的回转体状。转移管道10两端的直径与中部最小处直径的比值为1:5～1:3。该呈腰鼓形的转
浮选仓13的内腔分为上方的电漂移腔室13-1和下方的分离腔室。移管道10利用了流体力学中的文丘里管效应，可以使活性炭粉末在输送中不会堵塞。电漂移腔室13-1的两侧分别设置有第一电极板12、第二电极板14。分隔板15设置在分离腔室内，将分离腔室分隔为完全再生腔室13-2和部分再生腔室13-3。分隔板15、第一电极板12及第二电极板14相互平行。分隔板15位于第一电极板12与第二电极板14之间的下方。浮选输入口位于分隔板15所在竖直平面靠近完全再生腔室13-2的一侧。浮选输入口与分隔板15的水平距离
Figure GDA0003453962700000051
本实施例中，为L≈4.5mm
其中，t0为粉末炭穿越匀强电场的时间，t0的表达式为
Figure GDA0003453962700000052
本实施例中，t0＝5s；Q为浮选输入口输入的气体流量，本实施例中取值为30ml/min；d1为浮选输入口的直径，本实施例中取值为18mm；h为浮选输入口与分隔板15的竖直距离，本实施例中取值为10mm。m为活性炭粉末颗粒的平均质量，本实施例中的取值为m＝1.98×10-13kg；E2为电漂移腔室匀强电场，本实施例中取值为1V/m；E1为栅网电极处场强，本实施例中取值为6×104V/m；ε0为调整参数，取值为0.89×10-11F/m；ε为粉末活性炭介电常数，本实施例中取值为1.5F/m；a为活性炭粉末颗粒的平均粒径，本实施例中取值为10×10-6m。
第一电极板12、第二电极板14分别位于完全再生腔室13-2、部分再生腔室13-3上方，提供匀强电场场强为1 10V/m，电场线方向从第二电极板14指向第一电极板12，使得带负电荷的活性炭粉末进入电漂移腔室13-1后在电场力的作用下向部分再生腔室13-3发生偏移；带电荷量大的活性炭粉末的偏移距离较远，带电荷量小的活性炭粉末的偏移距离较近；因此，未完全再生的活性炭粉末由于带电荷量大，偏移量较大，越过分隔板15进入到部分再生腔室13-3中；已完全再生的活性炭粉末由于带电荷量小，偏移量较大，进入到完全再生腔室13-2中，这样就实现了对活性炭粉末根据再生程度的分离，使得未完全再生的活性炭粉末能够再次输入再生炉进行再生。
完全再生腔室13-2的底部设置有完全再生出口；部分再生腔室13-3的底部设置有部分再生出口；完全再生出口处设置有第二离心风机17；部分再生出口出设置有第三离心风机18。完全再生出口经第二离心风机17连接到旋风分离机16的旋风输入口；旋风分离机16底部的固相输出口连接到活性炭粉末收集装置，用于输出活性炭粉末供后续的吸附污染物使用。旋风分离机16能够将飘散在气体中的活性炭粉末汇聚起来并从底部的固相输出口送出。第三离心风机18用于将分离出的未完全再生的活性炭粉末输出到活性炭再生炉，进行二次再生和活化，从而保证活性炭粉末的再生效果。第一离心风机8、第二离心风机17及第三离心风机18的叶片均采用绝缘材料。避免带电荷的活性炭粉末粘附在离心风机的叶片上。
使用该不同再生程度粉末活性炭浮选装置的粉末活性炭浮选方法具体如下：
步骤一、打开直流电源9，使得栅网电极3产生电晕放电，吸引极板7对带负电荷的粉末产生吸力；第一电极板12与第二电极板14之间产生匀强电场。直流电源9的输出电压为30kv～80kv。之后，将经过再生操作的活性炭粉末通过入料口4加入带电仓5中，并打开吹风机1。
步骤二、活性炭粉末在吹风机1的风力作用下，在栅网电极3附近运动，各活性炭粉末颗粒带上与栅网电极3相同极性的电荷。
步骤三、带上电荷的活性炭粉末在吸引极板7电场力和风机1的吹力的共同作用下向上运动，并被上筛网6挡住；第一离心风机8启动产生吸力，将带电荷的活性炭粉末从带电仓5经过转移管道吸入浮选室13的电漂移腔室13-1。
步骤四、带电荷的活性炭粉末颗粒在第一电极板12与第二电极板14之间的电场的作用下，向部分再生腔室13-3发生偏移；带电荷量大的活性炭粉末的偏移距离较远，带电荷量小的活性炭粉末的偏移距离较近；因此，未完全再生的活性炭粉末由于带电荷量大，偏移量较大，越过分隔板15进入到部分再生腔室13-3中；已完全再生的活性炭粉末由于带电荷量小，偏移量较大，进入到完全再生腔室13-2中。
步骤五、第二离心风机17启动，将完全再生腔室13-2中完全再生的活性炭粉末输出到旋风分离器16中；旋风分离器16将完全再生的活性炭粉末与空气分离后输入活性炭粉末收集装置。
第三离心风机18启动，将未完全再生的活性炭粉末能够再次输入再生炉进行二次再生。

Claims (9)

1.一种不同再生程度粉末活性炭浮选装置，其特征在于：包括电荷添加模块和电荷式分选模块；电荷添加模块与电荷式分选模块连接，且电荷添加模块内的活性炭粉末能够进入电荷式分选模块的浮选输入口；所述的电荷添加模块包括栅网电极(3)、带电仓(5)和吸引极板(7)；所述带电仓(5)的侧部开设有入料口(4)；栅网电极(3)安装在带电仓(5)内，且位于入料口(4)处；吸引极板(7)安装在带电仓(5)的顶部；栅网电极(3)连接到直流电源(9)的负极；吸引极板(7)及电源正极均接地；带电仓(5)上设置有连接到电荷式分选模块的输出口；
所述的电荷式分选模块包括流量控制阀(11)、第一电极板(12)、第二电极板(14)、浮选仓(13)和分隔板(15)；电荷式分选模块的浮选输入口开设在浮选仓(13)的顶部，且设置有流量控制阀(11)；浮选仓(13)的内腔分为上方的电漂移腔室(13-1)和下方的分离腔室；电漂移腔室(13-1)的两侧分别设置有第一电极板(12)、第二电极板(14)；分隔板(15)设置在分离腔室内，将分离腔室分隔为完全再生腔室(13-2)和部分再生腔室(13-3)；分隔板(15)、第一电极板(12)及第二电极板(14)相互平行；分隔板(15)位于第一电极板(12)与第二电极板(14)之间的下方；浮选输入口位于分隔板(15)所在竖直平面靠近完全再生腔室(13-2)的一侧；第一电极板(12)、第二电极板(14)分别位于完全再生腔室(13-2)、部分再生腔室(13-3)上方。
2.根据权利要求1所述的一种不同再生程度粉末活性炭浮选装置，其特征在于，进行活性炭浮选方法的过程包括以下步骤：
步骤一、为完成再生操作的活性炭粉末添加电荷；
步骤二、将带有电荷的活性炭粉末送入一个匀强电场中，活性炭粉末颗粒在电场力的作用下发生偏移；带电荷量大的活性炭粉末的偏移距离比带电荷量小的活性炭粉末的偏移距离更远；未完全再生的活性炭粉末颗粒的电荷量大于已完全再生的活性炭粉末颗粒的电荷量；由此使得未完全再生的活性炭粉末颗粒与已完全再生的活性炭粉末颗粒分离；
步骤三、分别收集未完全再生的活性炭粉末和已完全再生的活性炭粉末。
3.根据权利要求2所述的一种不同再生程度粉末活性炭浮选装置，其特征在于：已完全再生的活性炭粉末通过旋风分离器(16)从气体中分离出来备用；未完全再生的活性炭粉末输入再生炉进行二次再生。
4.根据权利要求2所述的一种不同再生程度粉末活性炭浮选装置，其特征在于：步骤一中使得活性炭粉末带上电荷的方式如下：先将栅网电极(3)通电产生电晕放电，再将活性炭粉末输送到栅网电极(3)处，使得活性炭粉末带上电荷。
5.根据权利要求2所述的一种不同再生程度粉末活性炭浮选装置，其特征在于：匀强电场场强为1～10V/m；活性炭粉末的初速度方向与电场方向垂直。
6.根据权利要求1所述的一种不同再生程度粉末活性炭浮选装置，其特征在于：还包括转移管道(10)；带电仓(5)的输出口处安装有第一离心风机(8)；浮选输入口与转移管道(10)的一端连接；转移管道(10)的另一端通过第一离心风机连接到输出口处；转移管道(10)为两端大中间小的回转体状；转移管道(10)两端的直径与中部最小处直径的比值为1:5～1:3。
7.根据权利要求1所述的一种不同再生程度粉末活性炭浮选装置，其特征在于：所述的电荷添加模块还包括吹气机(1)、下筛网(2)、上筛网(6)；带电仓(5)内腔的顶部、底部分别设置有上筛网(6)、下筛网(2)；所述的吹气机(1)安装在带电仓(5)的底部，且位于下筛网(2)的下方；吸引极板(7)位于上筛网(6)的上方，且与上筛网(6)间隔设置。
8.根据权利要求7所述的一种不同再生程度粉末活性炭浮选装置，其特征在于：所述的下筛网(2)和上筛网(6)均采用230目的绝缘筛网；栅网电极(3)采用100目的金属筛网；所述的带电仓(5)为绝缘壳体；分隔板(15)采用绝缘材料。
9.根据权利要求1所述的一种不同再生程度粉末活性炭浮选装置，其特征在于：所述的电荷式分选模块还包括旋风分离器 (16)、第二离心风机(17)和第三离心风机(18)；所述完全再生腔室(13-2)的底部设置有完全再生出口；部分再生腔室(13-3)的底部设置有部分再生出口；完全再生出口处设置有第二离心风机(17)；部分再生出口出设置有第三离心风机(18)；完全再生出口经第二离心风机(17)连接到旋风分离器 (16)的旋风输入口。
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