专利名称：一种铁碳填料三相循环流化床微电解反应器的制作方法
技术领域：
本实用新型属于微电解反应于废水处理的应用技术领域，特别涉及一种铁碳填料三相循环流化床微电解反应器。
背景技术：
微电解反应以“零价铁+辅助金属催化剂+活性碳填料”(简称“铁碳填料”)为反应载体，当废水在酸性条件下通过铁碳填料时，废水中污染物组份在铁碳填料表面上发生氧化还原反应，其中零价铁作为阳极与污染物发生氧化反应并失去电子而成为Fe++，活性碳作为阴极与污染物发生还原反应，并可能产生H2,于是总反应的结果是使废水污染物得到初步降解，宏观表现为废水脱色、COD降低、BOD升高、废水得到 了初步的净化处理。在高色度的印染及染料废水净化中，微电解反应的脱色效果十分显著。更多的研究也表明在合适的反应条件下，微电解反应对化工、造纸、制药、皮革等有机化工废水的预处理效果也是显著的，而且成本低廉。近年来许多生产实践也表明微电解反应对重金属废水的处理效果优越，它不但能使废水中重金属析出，而且还能使废水脱色、COD降低，一举多得，因此在电镀、电络板行业废水处理中得到越来越多的运用。但是微电解反应有个严重的缺陷废水与铁碳填料反应进行一段时间后，铁碳填料容易发生钝化、板结。在搅拌反应器中铁碳填料一旦钝化，废水与铁碳填料反应便不能进行。在过滤床反应器中，铁碳填料首先发生钝化，使废水的脱色率及COD去除率显著降低，接着铁碳填料板结，废水无法通过；如果停止运转数天又不及时处理，整个铁碳填料会板结成块，无法松开，导致反应器报废。为了解决上述问题，研究人员提出了许多不同的解决方案，勉强可取的方案是把铁碳填料压铸或烧结成型，如球状、粒状、翅片状、瓷环状，放入塔或反应器中以过滤方式运行，这种方式可以大大延长反应塔的正常运行周期，一般是60-90天，但这个周期过后，同样会发生铁碳填料的钝化、板结、堵塞的现象，而且这种现象往往首先在塔底部发生。铁碳填料在与废水中的污染物反应的过程中，容易被软化、松化、继而被压实，于是造成板结、堵塞。为了解决板结、堵塞的问题，需要定期通过人工翻松填料，进行酸洗，但是这样劳动强度大，而且劳动条件很恶劣。铁碳填料钝化、板结的原因在于微电解反应过程中，发生如下反应(I)、零价铁失去两个电子，成为两价铁离子Fe。一 Fe2+;(2)、两价铁离子水解生成氢氧化铁Fe2+ — Fe (OH)2; (3)、在空气中氧的作用下，部份氢氧化铁被氧化成水合氧化铁Fe (OH)2 — Fe2O3 ·ηΗ20ο上述反应产物，都会不同程度地附着在零价铁颗粒表面，既阻碍了零价铁与水中染物的反应，也成为粘结剂，使不同颗粒的铁碳相互粘结、成块，也造成了铁碳填料的钝化、板结堵塞过水通道。[0013]前述使铁碳填料压铸结成型的方法，只会迟延填料钝化、板结的时间，但不能从根本上解决填料钝化、板结问题。因此，亟需一种新的微电解反应工艺及反应器，能够克服现有技术存在的缺陷。
实用新型内容本实用新型的目的在于针对现有技术的不足而提供能够克服现有技术中的微电解反应器的铁碳填料容易发生钝化、板结的缺点的一种铁碳填料三相循环流化床微电解反应器。本实用新型的目的是这样实现的。一种铁碳填料三相循环流化床微电解反应器，它包括进水泵、空气泵、流化床、循环泵和循环槽，所述流化床设有分布孔板，铁碳填料层设置于分布孔板的上方，所述进水泵 与所述流化床的分布孔板的下方连接，所述空气泵与所述流化床的分布孔板的上方连接，所述流化床的上部与循环槽连接，所述循环泵分别与所述流化床的分布孔板的下方及所述循环槽连接。其中，所述循环槽的底部设有用于定期排出沉积的微电解反应的产物的排出口，循环槽的上部设有用于流出产水的排水口。其中，所述流化床由下至上依次包括进水段、所述分布孔板、填料段、扩大段、分离段、集水段和超高段。进一步的，所述进水段及填料段的直径为D ;所述进水段的高度Hl=O. 5D ;所述填料段的高度H2=2D ;所述扩大段的高度H3=D，直径为1. 5D ;所述分离段的高度H4=0. 5D ;所述集水段的高度H5=0. 25D ;所述超高段的高度H6=0. 25D。更进一步的，所述循环槽的直径为1. 所述循环槽的高度Η7=4.其中，所述分布孔板的开孔率为59TlO%。其中，所述循环泵及所述空气泵的开关均为脉动开关。本实用新型的有益效果本实用新型的原理如图3所示，铁碳填料颗粒FeC在地心重力W的作用下会下沉，废水高速向上通过铁碳填料层时，则会对铁碳填料颗粒FeC产生一个上升力f。通过不断加大废水空气上升的流速，使上升力f >重力W，则铁碳填料颗粒FeC便会在废水空气混合物中悬浮，相互间不断磨擦，铁碳填料颗粒FeC表面上附着的反应产物便被废水流带走，而铁碳填料颗粒FeC —直悬浮在废水中形成一个流态化悬浮层,不会被废水流带走。本实用新型使铁碳颗粒相互摩擦表面随时更新，反应产物不能在颗粒表面上积累，从根本上解决铁碳填料纯化、板结的问题，可以永久性地保证铁碳填料在微电解反应中不会发生钝化、板结、堵塞的问题，可以广泛地工业化应用到各行业的废水处理中。
图1为本实用新型的一种铁碳填料三相循环流化床微电解反应器的结构示意图。图2为本实用新型的一种铁碳填料三相循环流化床微电解反应器的流化床的结构示意图。图3为本实用新型的一种铁碳填料三相循环流化床微电解反应器的原理示意图。[0029]附图标记I——进水泵2——空气泵3——流化床4——循环泵5——循环槽6——分布孔板31——进水段32——填料段33——扩大段34——分离段35——集水段 36——超高段。
具体实施方式
下面以具体实施例对本实用新型作进一步的说明，但本实用新型不受下述实施例的限定。如图1所示，一种铁碳填料三相循环流化床微电解反应器，它包括进水泵1、空气泵2、流化床3、循环泵4和循环槽5，所述流化床3设有分布孔板6，铁碳填料层设置于分布孔板6的上方，所述进水泵I与所述流化床3的分布孔板6的下方连接，所述空气泵2与所述流化床3的分布孔板6的上方连接，所述流化床3的上部与循环槽5连接，所述循环泵4与所述流化床3的分布孔板6的下方及所述循环槽5连接。进水泵I输送外界废水至所述流化床3的分布孔板6的下方，空气泵2输送压缩空气至所述铁碳填料层，流化床3的上部的废水进入循环槽5，循环泵4输送循环槽5的沉积分离微电解反应的产物后的循环废水至所述流化床3的分布孔板6的下方。图中箭头表示水的流向。本实施例所述循环槽5的底部设有用于定期排出沉积的微电解反应的产物的排出口，循环槽5的上部设有用于流出产水的排水口。如图2所示，本实施例所述流化床3由下至上依次包括进水段31、分布孔板6、填料段32、扩大段33、分离段34、集水段35和超高段36。所述进水段31及填料段32的直径为D ;所述进水段31的高度Hl=O. 5D ;所述填料段32的高度H2=2D ;所述扩大段33的高度H3=D，直径为1. 5D ;所述分离段34的高度H4=0. 5D ;所述集水段35的高度H5=0. 25D ;所述超高段36的高度H6=0. 25D。进水段31起到缓冲废水的作用；分布孔板6使废水均匀上升至填料段32，分布孔板6的开孔率为59TlO% ;铁碳填料装填于分布孔板6与扩大段33之间构成填料段32，铁碳填料选用铁碳填料颗粒；扩大段33起到使废水减速、避免填料流失的作用；在分离段34，铁碳填料颗粒与废水分离；集水段35设置集水环，使出水均匀；超高段36起到防止废水溢出流化床3的作用。其中，所述循环槽5的直径为1. 所述循环槽5的高度H7=4. 循环泵4及空气泵2的开关均为脉动开关，脉动频率为109Γ15%，起到节能的作用。流化床3的塔径为D，进水段31及填料段32的直径等于塔径，塔径D的计算公式
为D=.等，式中，Q为水处理量m3/H, W为流化速度m/H ;依据广义流态化理论，
可以估算W值，但与实际差值较大，因此，本实用新型的流化速度等依据废水及填料物理特性用实验确定。本实用新型实现一种铁碳填料三相循环流化床微电解反应工艺，它由以下具体方法步骤组成(a)外界废水通过进水泵I和循环废水通过循环泵4进入流化床3的分布孔板6的下方，铁碳填料层设置于流化床3的分布孔板6的上方；(b)压缩空气同时通过空气泵2进入铁碳填料层；(c)逐步增加循环废水的流量，铁碳填料层形成流态化悬浮层，铁碳填料在流态化悬浮层内相互碰撞摩擦，流化床3的废水中的污染物组分于铁碳填料的表面发生微电解反应；(d)微电解反应的产物被废水带出流化床3外，然后进入循环槽5进行沉积；(e)废水在循环槽5内沉积分离微电解反应的产物后，自动上升，一部分流出作为产水，大部分作为循环废水返回流化床3中；(f)微电解反应的产物从循环槽5的底部排出。·步骤(a)中，进水泵I的进水量由装置设计能力决定；分布孔板6设置于流化床3的底部。步骤(b)中，压缩空气的通入量是由微电解反应的需要决定的，当进水泵I的进水量决定时，压缩空气的通入量也是确定的。步骤(C)中，当流化床3的尺寸确定时,铁碳填料的最大装填量是确定的,调节废水的进入量，则可以控制微电解反应时间，一般微电解反应的时间为15分钟 45分钟。步骤(d)中，无论循环泵4的流量如何调节变化，所述外界废水进入流化床3的进水量与循环槽5的排出外界的产水量始终是自动相等的。应用示例1:本实用新型的一种铁碳填料三相循环流化床微电解反应器，可以代替电絮凝反应器。电絮凝反应器的特性是，在铁或铝电极板上通上直流电调节废水(或河水)在PH5 6条件下，产生Fe2+或Al3+，从而形成絮凝体，其原理与微电解相同，但时间一长，铁或铝电极板表面会发生极化而使电化学反应效率大大降低。要频繁变换整流器的正负极，才能解决，但自动变换正负极的整流器造价高。而使用三相循环流化床微电解反应器，既可以达到电絮凝反应的效果，又避免了电极板极化及整流器造价高的难题。应用示例2 :本实用新型的一种铁碳填料三相循环流化床微电解反应器，可以同时进行微电解-Fenton反应。微电解反应是在pH3 4的微酸性条件下进行的，所产生的Fe2+同时又是H2O2分解生成[· 0H]的催化剂，只要在循环桶上加入适量H2O2，则可以产生Fenton 反应。应用示例3 :本实用新型的一种铁碳填料三相循环流化床微电解反应器，可以代替传统化学絮凝反应，改变铁碳填料中铁、铝比例(铁碳填料中含有铁、碳及铜、铝等物质)，就可以实现，从而减少废水处理中化学药剂投加量。以上所述仅是本实用新型的较佳实施例，故凡依本实用新型专利申请范围所述的构造、特征及原理所做的等效变化或修饰，均包括于本实用新型专利申请范围内。
权利要求1.一种铁碳填料三相循环流化床微电解反应器，其特征在于它包括进水泵、空气泵、流化床、循环泵和循环槽，所述流化床设有分布孔板，铁碳填料层设置于分布孔板的上方，所述进水泵与所述流化床的分布孔板的下方连接，所述空气泵与所述流化床的分布孔板的上方连接，所述流化床的上部与循环槽连接，所述循环泵分别与所述流化床的分布孔板的下方及所述循环槽连接。
2.根据权利要求1所述的一种铁碳填料三相循环流化床微电解反应器，其特征在于所述循环槽的底部设有用于定期排出沉积的微电解反应的产物的排出口，所述循环槽的上部设有用于流出产水的排水口。
3.根据权利要求1所述的一种铁碳填料三相循环流化床微电解反应器，其特征在于所述流化床由下至上依次包括进水段、所述分布孔板、填料段、扩大段、分离段、集水段和超高段。
4.根据权利要求3所述的一种铁碳填料三相循环流化床微电解反应器，其特征在于所述进水段及填料段的直径为D ;所述进水段的高度Hl=O. 5D ;所述填料段的高度H2=2D ；所述扩大段的高度H3=D，直径为1. 5D ;所述分离段的高度H4=0. 5D ;所述集水段的高度H5=0. 25D ;所述超高段的高度H6=0. 25D。
5.根据权利要求4所述的一种铁碳填料三相循环流化床微电解反应器，其特征在于所述循环槽的直径为1. 所述循环槽的高度H7=4.
6.根据权利要求1所述的一种铁碳填料三相循环流化床微电解反应器，其特征在于所述分布孔板的开孔率为59TlO%。
7.根据权利要求1所述的一种铁碳填料三相循环流化床微电解反应器，其特征在于所述循环泵及所述空气泵的开关均为脉动开关。
专利摘要本实用新型属于微电解反应于废水处理的应用技术领域，特别涉及一种铁碳填料三相循环流化床微电解反应器；它包括进水泵、空气泵、流化床、循环泵和循环槽，所述流化床设有分布孔板，铁碳填料层设置于分布孔板的上方，所述进水泵与所述流化床的分布孔板的下方连接，所述空气泵与所述流化床的分布孔板的上方连接，所述流化床的上部与循环槽连接，所述循环泵分别与所述流化床的分布孔板的下方及所述循环槽连接。本实用新型在微电解反应中不会发生钝化、板结、堵塞，可以广泛地工业化应用到各行业的废水处理中。
文档编号C02F1/461GK202849128SQ201220277860
公开日2013年4月3日 申请日期2012年6月13日 优先权日2012年6月13日
发明者袁伟光, 焦伟丽, 赵锐柏, 曾庆波 申请人:东莞市珠江海咸水淡化研究所