專利名稱：一種微電解法處理高濃度有機(jī)廢水的空化撞擊流反應(yīng)器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種空化撞擊流反應(yīng)器，特別是涉及一種用于微電解法處理高濃度有機(jī)廢水的空化撞擊流反應(yīng)器，屬于物理、化學(xué)工藝設(shè)備，適用于微電解法處理高濃度有機(jī)廢水，也適用于其他物理、化學(xué)反應(yīng)。
背景技術(shù)：
微電解技術(shù)是目前處理高濃度有機(jī)廢水的一種理想工藝。它是在不通電的情況下，利用填充在廢水中的微電解材料自身產(chǎn)生I. 2V電位差對(duì)廢水進(jìn)行電解處理，以達(dá)到降解有機(jī)污染物的目的。當(dāng)系統(tǒng)通水后，設(shè)備內(nèi)會(huì)形成無(wú)數(shù)的微電池系統(tǒng)，在其作用空間構(gòu)成一個(gè)電場(chǎng)。在處理過(guò)程中產(chǎn)生的新生態(tài)[H]、Fe2+、Fe3+、羥基自由基等能與廢水中的許 多組分發(fā)生氧化還原反應(yīng)，比如能破壞有色廢水中的有色物質(zhì)的發(fā)色基團(tuán)或助色基團(tuán)，甚至斷鏈，達(dá)到降解脫色的作用；生成的Fe2 +進(jìn)一步氧化成Fe3 +，它們的水合物具有較強(qiáng)的吸附-絮凝活性，特別是在加堿調(diào)PH值后生成氫氧化亞鐵和氫氧化鐵膠體絮凝劑，它們的吸附能力遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于一般藥劑水解得到的氫氧化鐵膠體，能大量吸附水中分散的微小顆粒，金屬粒子及有機(jī)大分子。其工作原理基于電化學(xué)、氧化-還原、物理吸附以及絮凝沉淀的共同作用對(duì)廢水進(jìn)行處理。該法具有適用范圍廣、處理效果好、成本低廉、操作維護(hù)方便，不需消耗電力資源等優(yōu)點(diǎn)。該工藝用于難降解高濃度廢水的處理可大幅度地降低COD和色度，提高廢水的可生化性，同時(shí)可對(duì)氨氮的脫除具有很好的效果。傳統(tǒng)上微電解工藝所采用的微電解材料一般為鐵粉和炭顆粒，使用的過(guò)程中很容易鈍化、板結(jié)，這導(dǎo)致了頻繁地更換微電解材料，不但工作量大成本高還影響廢水的處理效果和效率。另外，傳統(tǒng)微電解材料表面積太小也使得廢水處理需要很長(zhǎng)的時(shí)間，增加了噸水投資成本，這都嚴(yán)重影響了微電解工藝的利用和推廣?？栈淞魇抢昧黧w動(dòng)力學(xué)特性人為地從噴嘴射出的射流內(nèi)誘發(fā)空化?？张轁鐣r(shí)將在空泡周圍的極小空間內(nèi)出現(xiàn)熱點(diǎn)(Hot spot)，產(chǎn)生瞬時(shí)的高溫(約5200 K)和高壓(50 MPa以上)，并能形成強(qiáng)烈的沖擊波和速度高達(dá)100 m/s以上的微射流(Micro jet)，并伴有碰撞、剪切、拉伸、擠壓，這樣的極端條件為在一般條件下難以實(shí)現(xiàn)或不可能實(shí)現(xiàn)的化學(xué)反應(yīng)提供了一種非常特殊的物理環(huán)境，并將引發(fā)復(fù)雜的化學(xué)效應(yīng)，主要表現(xiàn)在三個(gè)方面直接熱分解、自由基氧化和超臨界水氧化。有研究表明，利用空化水射流能降解垃圾滲濾液中結(jié)構(gòu)復(fù)雜、難生化降解的有機(jī)物，顯著提高滲濾液的可生化性，改善水質(zhì)。為了進(jìn)一步提高降解率，一些學(xué)者將空化射流與其他技術(shù)聯(lián)合進(jìn)行了降解實(shí)驗(yàn)，如Amey A.等采用水力空化和Fenton進(jìn)行了對(duì)硝基酚降解實(shí)驗(yàn)，降解率在60_80%。盧義玉等的實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，空化水射流結(jié)合雙氧水處理苯酚是有效的，苯酚去除率可達(dá)99. 85% ;空化和Fenton的聯(lián)合工藝存在協(xié)同效應(yīng)，即空化射流結(jié)合Fenton氧化降解硝基苯效率高于單獨(dú)空化和Fenton降解效率之和，且硝基苯去除率可達(dá)95.06%。利用空化射流處理有機(jī)廢水的研究雖然取得了一些成果，但存在能耗大、降解率低、循環(huán)時(shí)間較長(zhǎng)等問題；因此找到一種可以強(qiáng)化空化效應(yīng)、提高自由基產(chǎn)量，并使產(chǎn)生的自由基迅速與污染物混合，進(jìn)而提高降解率、降低能耗、縮短處理時(shí)間的高效技術(shù)與空化射流技術(shù)聯(lián)用，是將空化射流處理有機(jī)廢水工業(yè)化的關(guān)鍵。

發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明目的本發(fā)明的目的是為了克·服現(xiàn)有技術(shù)中的不足，解決鈍化、板結(jié)等問題，同時(shí)提高廢水處理效率，提供一種新型高效的空化撞擊流反應(yīng)器。技術(shù)方案本發(fā)明是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)施的
一種微電解法處理高濃度有機(jī)廢水的空化撞擊流反應(yīng)器，包括有筒體(8),電機(jī),與電機(jī)相連并穿入到筒體的軸，及筒體上設(shè)置的出氣口、加料口、出液口、余料口 ；其特征在于筒體兩端形狀為向外的錐形封頭，內(nèi)側(cè)設(shè)有向內(nèi)的分布錐；在筒體內(nèi)設(shè)置有外螺旋推進(jìn)器和內(nèi)螺旋加速器，外螺旋推進(jìn)器和內(nèi)螺旋加速器分別設(shè)置在軸上，且推進(jìn)方向相反；筒體內(nèi)還設(shè)有加速導(dǎo)流筒，且加速導(dǎo)流筒設(shè)置在內(nèi)螺旋加速器的外面。筒體內(nèi)的外螺旋推進(jìn)器、內(nèi)螺旋加速器和加速導(dǎo)流筒分別為一對(duì)，且相對(duì)設(shè)置。筒體內(nèi)的外螺旋推進(jìn)器、內(nèi)螺旋加速器和加速導(dǎo)流筒為多組，且相對(duì)設(shè)置。加速導(dǎo)流筒為雙層同軸圓筒結(jié)構(gòu)，兩圓筒端部環(huán)隙由環(huán)板焊接固定、密封；外層筒壁連接空氣入口，內(nèi)層筒壁上在靠近流體出口側(cè)的半段鉆有與流體流動(dòng)方向成一定角度的斜向空氣射流孔。筒體頂部設(shè)有氣室，氣室頂部設(shè)出氣口，側(cè)面設(shè)加料口。軸由固定在分布錐上的軸承支撐。優(yōu)點(diǎn)及效果本發(fā)明具有以下特點(diǎn)
(I)避免了傳統(tǒng)微電解工藝的板結(jié)現(xiàn)象。(2)不會(huì)形成鐵、碳隔離層，產(chǎn)生鈍化，使微電解不能繼續(xù)進(jìn)行而失去作用，因此不必頻繁地更換微電解材料。(3)縮短廢水處理時(shí)間，降低噸水投資成本。(4)提高廢水的處理效果和效率。(5)無(wú)二次污染。


圖I為本發(fā)明的原理示意 圖2為加速導(dǎo)流筒結(jié)構(gòu)示意圖。附圖標(biāo)記說(shuō)明
I-電機(jī)，2-軸，3-廢液入口，4-支撐板，5-氣室，6-出氣口(進(jìn)入微生物池)，
7-加料口，8-筒體，9-法蘭，10-軸承，11-加速導(dǎo)流筒，12-內(nèi)螺旋加速器，13-空氣入口，14-出液口，15-余料口，16-外螺旋推進(jìn)器，17-分布錐，18-錐形封頭，19-空氣射流孔。
具體實(shí)施例方式 下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步描述
一種用于微電解法處理高濃度有機(jī)廢水的空化撞擊流反應(yīng)器，包括有筒體8,電機(jī)I,與電機(jī)I相連并穿入到筒體I的軸2，及筒體8上設(shè)置的出氣口 6、鐵粉、碳粉的加料口 7、出液口 14、余料口 15，出氣口 6連接微生物池；其特征在于筒體8兩端形狀為向外的錐形封頭18，內(nèi)側(cè)設(shè)有向內(nèi)的分布錐17 ;在筒體8內(nèi)設(shè)置有外螺旋推進(jìn)器16和內(nèi)螺旋加速器12，外螺旋推進(jìn)器16和內(nèi)螺旋加速器12分別設(shè)置在軸2上，且推進(jìn)方向相反；筒體8內(nèi)還設(shè)有加速導(dǎo)流筒11，且加速導(dǎo)流筒11設(shè)置在內(nèi)螺旋加速器12的外面。外螺旋推進(jìn)器16、內(nèi)螺旋加速器12和加速導(dǎo)流筒11為一組設(shè)置，加速導(dǎo)流筒11為圓筒形結(jié)構(gòu)，外螺旋推進(jìn)器16、內(nèi)螺旋加速器12和加速導(dǎo)流筒11與錐形封頭18和分布錐17的作用，也能產(chǎn)生撞擊流，可以達(dá)到本發(fā)明的目的。最佳實(shí)施例如圖I中所不，包括圓筒形反應(yīng)器外殼(筒體8)、軸2、一對(duì)外螺旋推進(jìn)器16、一對(duì)內(nèi)螺旋加速器12、一對(duì)加速導(dǎo)流筒11。反應(yīng)器外殼在筒體8上面中間位置連有氣室5，氣室頂部設(shè)出氣口 6、側(cè)面設(shè)加料口 7 ;圓筒頂部設(shè)廢液入口 3、底部中間位置設(shè)余料口 15，側(cè)面偏下位置設(shè)出液口 14 ;圓筒兩端有錐形封頭18并與圓筒采用法蘭9連接，錐形封頭18內(nèi)側(cè)有分布錐17。軸2由固定在分布錐17上的軸承10支撐。 外螺旋推進(jìn)器16對(duì)稱安裝在筒體8內(nèi)靠近兩端封頭18內(nèi)側(cè)。內(nèi)螺旋加速器12對(duì)稱安裝在外螺旋推進(jìn)器16內(nèi)側(cè)。加速導(dǎo)流筒11安裝在內(nèi)螺旋加速器12外面，并由支撐板4和空氣入口 13接管固定在圓筒形外殼8上。加速導(dǎo)流筒11如圖2中所示，為雙層同軸圓筒結(jié)構(gòu)，兩圓筒端部環(huán)隙由環(huán)板焊接固定、密封；內(nèi)層圓筒壁上在靠近流體出口側(cè)的半段鉆有與流體流動(dòng)方向一致的成一定角度的斜向空氣射流孔19，角度為與垂直方向成45 80°。本發(fā)明還可以制備大型的反應(yīng)器，S卩筒體8內(nèi)的外螺旋推進(jìn)器16、內(nèi)螺旋加速器12和加速導(dǎo)流筒11為多組，且相對(duì)設(shè)置。廢水由入口 3注入反應(yīng)器；鐵粉和碳粉由位于氣室壁上的加料口 7加入；空氣斜向進(jìn)入加速導(dǎo)流筒11，使導(dǎo)流筒內(nèi)由螺旋加速器推進(jìn)的流體加速并產(chǎn)生氣、液、固三相射流，兩股相向流動(dòng)的流體撞擊形成空化撞擊影響區(qū)，該區(qū)域內(nèi)曝氣充分，產(chǎn)生大量氣泡，且高度湍動(dòng)，氣泡撞擊破碎促進(jìn)空化發(fā)生，因此該區(qū)域是進(jìn)行三傳一反的主要區(qū)域。外螺旋推進(jìn)器16推動(dòng)流體向外運(yùn)動(dòng)，使鐵、碳顆粒在撞擊影響區(qū)均勻分布，采用分布錐與錐形封頭改善流形，避免鐵、碳顆粒沉積死角。廢水經(jīng)處理后，清液由設(shè)置在側(cè)面的出液口 14排出，余料由設(shè)置在底部的余料口15排出，流體經(jīng)空化撞擊后反應(yīng)器內(nèi)產(chǎn)生的氣體進(jìn)入氣室5分離并由出氣口 6排出，避免蹩壓。經(jīng)試驗(yàn)證明，降解率和脫色率都達(dá)到98%以上。本發(fā)明主要利用撞擊流(Impinging Streams,簡(jiǎn)記為IS)技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)發(fā)明目的的。研究證實(shí)，應(yīng)用撞擊流技術(shù)能強(qiáng)化熱、質(zhì)傳遞過(guò)程，促進(jìn)化學(xué)反應(yīng)，提高化學(xué)裝置的生產(chǎn)能力。液體連續(xù)相撞擊流兩流體間碰撞、擠壓、剪切、拉伸等相互作用非常強(qiáng)烈，具有微觀混合非常有效和壓力波動(dòng)相當(dāng)強(qiáng)烈的特點(diǎn)，可以顯著地促進(jìn)過(guò)程動(dòng)力學(xué)，這些特性提示撞擊流具有應(yīng)用到廢水處理過(guò)程的可能性。攜帶大量空化泡的兩股空化射流相向流動(dòng)并撞擊，在廢水降解上具有如下優(yōu)勢(shì)
(I)由于空化的發(fā)生而產(chǎn)生如上所述高溫分解、自由基氧化及超臨界水氧化等效應(yīng)，首先將廢水中一部分有機(jī)污染物氧化降解為小分子無(wú)害物質(zhì)，避免二次污染。(2)相向流動(dòng)的兩流體間產(chǎn)生強(qiáng)烈的碰撞、擠壓、剪切、拉伸等相互作用，可能使未及潰滅的氣泡分裂成微氣泡，使氣泡表面積增大，氣泡的表面能也增大，加強(qiáng)了表面氧化還原反應(yīng)，因此廢水中一部分有機(jī)污染物得以在微氣泡表面被氧化降解。(3)由于強(qiáng)烈的碰撞，部分流體的流動(dòng)能轉(zhuǎn)化為振動(dòng)能，在撞擊區(qū)形成強(qiáng)烈的湍動(dòng)，增大了使空化發(fā)生的湍流條件，進(jìn)而有可能使空化現(xiàn)象在撞擊區(qū)繼續(xù)發(fā)生，使空化效應(yīng)更加強(qiáng)烈，進(jìn)而加速水分子發(fā)生化學(xué)鍵斷裂，提高 OH的產(chǎn)量；同時(shí)，伴隨這種空化現(xiàn)象，不斷產(chǎn)生小振幅、高頻率的壓力脈沖，反過(guò)來(lái)又會(huì)使撞擊流“微觀混合”和“壓力波動(dòng)”兩個(gè)特性得以放大，這對(duì)促進(jìn)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)十分有利。(4)空化效應(yīng)產(chǎn)生的 OH和超臨界水等強(qiáng)氧化劑由于撞擊流微觀混合的特性得以在反應(yīng)器內(nèi)迅速均化，使其與污染物分子間的碰撞頻率和有效碰撞幾率大大增加，加速?gòu)U水中有機(jī)污染物的氧化降解，這將使降解效率大大提高。此外，由于空化撞擊流流場(chǎng)處于高度湍動(dòng)狀態(tài)，加上采用獨(dú)特的反應(yīng)器結(jié)構(gòu)，使得在采用微電解工藝處理廢水時(shí)，微電解材料不容易鈍化、板結(jié)，這避免了頻繁地更換微電解材料。因此，空化撞擊流反應(yīng)器可克服傳統(tǒng)微電解工藝的不足，解決鈍化、板結(jié)、處理效率低、噸水投資成本高等問題。本發(fā)明的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)①螺旋加速器是動(dòng)量傳遞主要來(lái)源，是空化撞擊流的主要?jiǎng)恿?。②加速?dǎo)筒如圖2所示，內(nèi)螺旋加速器加速的鐵、碳和液流與空氣射流孔射出的空氣相混合得到三相高速射流，其效果是曝氣充分，加速流場(chǎng)，加大湍流度，強(qiáng)化空化，避免表面鈍化。③外螺旋推進(jìn)器是使鐵、碳顆粒進(jìn)入撞擊影響區(qū)，與廢水充分混合同時(shí)避免板結(jié)現(xiàn)象發(fā)生。④分布錐與錐形封頭用于改善流形，避免鐵、碳顆粒沉積死角。⑤空化撞擊后的空氣進(jìn)入氣室減壓。
權(quán)利要求
1.一種微電解法處理高濃度有機(jī)廢水的空化撞擊流反應(yīng)器，包括有筒體(8)，電機(jī)(1)，與電機(jī)(I)相連并穿入到筒體(I)的軸(2)，及筒體(8)上設(shè)置的出氣口(6)、加料口(7)、出液口(14)、余料口(15);其特征在于筒體(8)兩端形狀為向外的錐形封頭(18)，內(nèi)側(cè)設(shè)有向內(nèi)的分布錐(17);在筒體(8)內(nèi)設(shè)置有外螺旋推進(jìn)器(16)和內(nèi)螺旋加速器(12)，外螺旋推進(jìn)器(16)和內(nèi)螺旋加速器(12)分別設(shè)置在軸(2)上，且推進(jìn)方向相反；筒體(8)內(nèi)還設(shè)有加速導(dǎo)流筒(11)，且加速導(dǎo)流筒(11)設(shè)置在內(nèi)螺旋加速器(12 )的外面。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的微電解法處理高濃度有機(jī)廢水的空化撞擊流反應(yīng)器，其特征在于筒體(8)內(nèi)的外螺旋推進(jìn)器(16)、內(nèi)螺旋加速器(12)和加速導(dǎo)流筒(11)分別為一對(duì)，且相對(duì)設(shè)置。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的微電解法處理高濃度有機(jī)廢水的空化撞擊流反應(yīng)器，其特征在于筒體(8)內(nèi)的外螺旋推進(jìn)器(16)、內(nèi)螺旋加速器(12)和加速導(dǎo)流筒(11)為多組，且相對(duì)設(shè)置。
4.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的微電解法處理高濃度有機(jī)廢水的空化撞擊流反應(yīng)器，其特征在于加速導(dǎo)流筒(11)為雙層同軸圓筒結(jié)構(gòu)，兩圓筒端部環(huán)隙由環(huán)板焊接固定、密封；外層筒壁連接空氣入口(13)，內(nèi)層筒壁上在靠近流體出口側(cè)的半段鉆有與流體流動(dòng)方向一致的斜向空氣射流孔。
5.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的微電解法處理高濃度有機(jī)廢水的空化撞擊流反應(yīng)器，其特征在于筒體(8)頂部設(shè)有氣室(5)，氣室(5)頂部設(shè)出氣口(6)，側(cè)面設(shè)加料口(7)。
6.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的微電解法處理高濃度有機(jī)廢水的空化撞擊流反應(yīng)器，其特征在于軸(2)由固定在分布錐(17)上的軸承(10)支撐。
全文摘要
本發(fā)明具體指一種用于微電解法處理高濃度有機(jī)廢水的空化撞擊流反應(yīng)器，包括圓筒形外殼、主軸、一對(duì)外螺旋推進(jìn)器、一對(duì)內(nèi)螺旋加速器、一對(duì)加速導(dǎo)流筒。廢水、鐵粉和碳粉、空氣在反應(yīng)器內(nèi)形成氣、液、固三相射流，兩股相向流動(dòng)的流體撞擊形成空化撞擊影響區(qū)，該區(qū)域內(nèi)曝氣充分，產(chǎn)生大量氣泡，且高度湍動(dòng)，氣泡撞擊破碎促進(jìn)空化發(fā)生，宏觀和微觀混合加強(qiáng)，壓力波動(dòng)劇烈，為有機(jī)物降解提供了極佳環(huán)境，大大提高廢水降解效率。本發(fā)明解決了傳統(tǒng)微電解工藝易產(chǎn)生板結(jié)、鈍化等問題，因此不必頻繁地更換微電解材料，降低了勞動(dòng)強(qiáng)度和噸水投資成本，縮短廢水處理時(shí)間，提高廢水的處理效果和效率避免二次污染。
文檔編號(hào)C02F1/52GK102976452SQ20121047103
公開日2013年3月20日 申請(qǐng)日期2012年11月20日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月20日
發(fā)明者李勤, 李福寶, 王德喜, 吳昊, 李良 申請(qǐng)人:沈陽(yáng)工業(yè)大學(xué)