專利名稱：用于水處理的鐵試劑的制備裝置及其使用方法
用于水處理的鐵試劑的制備裝置及其使用方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于水處理技術(shù)。更具體地，本發(fā)明涉及一種能夠高效、快速、環(huán)保、 節(jié)能地獲得用于水處理的鐵試劑的裝置及其使用方法，以及采用所述裝置得到的鐵試劑 在水處理中的應(yīng)用，尤其是對(duì)含磷水的處理應(yīng)用。
背景技術(shù)：
水體富營(yíng)養(yǎng)化現(xiàn)象是一個(gè)日益嚴(yán)重的、全球性的水環(huán)境問題，其主要原因就是 富含氮、磷等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的水體排入河水或湖泊中，使水中的藻類和其他水生植物過度生 長(zhǎng)，從而使水中溶解氧濃度銳減并造成魚類等水生動(dòng)物的大量死亡，最終使得水體變得 惡臭黑水，嚴(yán)重破壞生態(tài)環(huán)境。研究表明引起湖泊、水庫等水體營(yíng)養(yǎng)化現(xiàn)象的主要原因 是由于人們排入水體中的過量磷而引起的。因此，如何去除水中的磷是控制水體富營(yíng)養(yǎng) 化的主要問題所在，是攸關(guān)城市污水能否資源化利用的關(guān)鍵技術(shù)問題之一，對(duì)改善生態(tài) 環(huán)境和保障人民群眾的正常生產(chǎn)生活具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。目前，對(duì)含磷水體的處理技術(shù)主要有生物法、化學(xué)藥劑法和電絮凝法；生物法 存在占地面積大、除磷效率低、運(yùn)行不穩(wěn)定等缺點(diǎn)，使其應(yīng)用受到一定的限制。化學(xué)藥 劑法存在藥劑久置易失效、需要頻繁配制藥液、管理繁瑣、帶入的陰離子容易造成二次 污染等缺點(diǎn)。中國專利申請(qǐng)CN 101269863A提出利用電絮凝和膜生物反應(yīng)器的組合工藝，采 用鐵板或鋁板為陽極電解產(chǎn)生鐵離子或鋁離子，與污水中的氫氧根離子、磷酸根離子形 成絮體，有機(jī)物由膜生物反應(yīng)器內(nèi)的微生物降解后形成污泥，經(jīng)微濾膜過濾污染物被去 除，從而達(dá)到從污水中去除磷和有機(jī)物的目的。該系統(tǒng)的電化學(xué)效率較低，生物池中所 需電極面積過大、電極組過多、處理成本較大，微生物易使電極板失活、不易于工程化 應(yīng)用等諸多問題。中國專利申請(qǐng)CN 101549896A提出一種電解脫氮除磷的水處理方法，采用石墨 和鐵板作為電極，通過間歇調(diào)換電極極性，交替改變電解除磷和電解脫氮過程，從而實(shí) 現(xiàn)在同一個(gè)電解槽中去除廢水中的氮、磷營(yíng)養(yǎng)鹽以及有機(jī)污染物。但在城市污水中這些 無機(jī)鹽的濃度低，溶液的電導(dǎo)率低，電解效率低，電極間距大，能耗較大，處理成本較
尚ο在飲用水體系中，曾有報(bào)道提出使用離子交換法、反滲透法和電滲析法等技 術(shù)，但這些技術(shù)由于效率低并且使用昂貴的離子交換膜，不適合用于污水中磷的深度處理。

發(fā)明內(nèi)容K要解決的技術(shù)問題3本發(fā)明的目的是獲得一種能夠用于水處理、水質(zhì)凈化的鐵試劑，特別有利于處 理含磷廢水，包括制備所述鐵試劑的裝置、所述制備裝置的使用方法以及通過所述裝置
4獲得的鐵試劑在水質(zhì)凈化中的用途。K技術(shù)方案3本發(fā)明的原理是，以鐵或鐵屑作為粉體電極嵌套裝填在管體內(nèi)，兩層電極之間 有供電解液流通的環(huán)形通道。在電源作用下，嵌套在管體內(nèi)的鐵或鐵屑分別形成陽極層 和陰極層。當(dāng)電解液在管狀發(fā)生單元內(nèi)通過時(shí)，在電流和鐵作用下能夠快速地產(chǎn)生高濃 鐵液，該高濃鐵液中主要以亞鐵離子和亞鐵鹽為主，還包括鐵離子、氫氧化鐵等狀態(tài)的 鐵化合物試劑，然后將所產(chǎn)生的鐵試劑加入膜生物反應(yīng)器(MBR)中或其他待處理水體 中處理，能夠起到沉淀、絮凝和凈化作用。特別是，當(dāng)采用該鐵試劑去除污廢水中的磷 時(shí)，其中鐵試劑中的亞鐵離子能夠和磷酸根發(fā)生反應(yīng)生成磷酸亞鐵，以沉淀方式去除。 同時(shí)，鐵試劑中的鐵離子和氫氧化鐵也能夠通過吸附、絮凝作用對(duì)水質(zhì)進(jìn)行凈化除污。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種用于水處理的鐵試劑的制備裝置，其特征 在于該裝置包括電源1、鐵源發(fā)生器裝置9和電解液儲(chǔ)液罐2，其中，所述鐵源發(fā)生器裝 置9由一級(jí)或多級(jí)管狀發(fā)生單元10組成，每個(gè)管狀發(fā)生單元10包括絕緣管體6以及被包 裹在所述絕緣管體6內(nèi)的由金屬構(gòu)成的陽極層和陰極層，所述陽極層和陰極層是相互嵌 套的，所述陽極層和陰極層之間具有供液體流通的環(huán)形通道，所述電源的陽極與管狀發(fā) 生單元10中的陽極層相接，其陰極與所述陰極層相接，所述電解液儲(chǔ)液罐2通過管道連 通到所述管狀發(fā)生單元的環(huán)形通道的一端，在所述管狀發(fā)生單元的環(huán)形通道的另一端設(shè) 有出液口 8。對(duì)于相互嵌套的陽極層和陰極層，哪層處于外側(cè)、哪層處于內(nèi)側(cè)，對(duì)本發(fā)明的 制備裝置及其實(shí)施效果不構(gòu)成明顯可見的影響。對(duì)于由單級(jí)管狀發(fā)生單元10組成的鐵源發(fā)生器裝置9，本發(fā)明的制備裝置則較 為簡(jiǎn)單，由電源1、鐵源發(fā)生器裝置9和電解液儲(chǔ)液罐2構(gòu)成。在管狀發(fā)生單元10中設(shè) 有同心的陽極層和陰極層，在陽極層和陰極層之間有供電解液通過的環(huán)形通道。電源1 陽極與所述陽極層相接，陰極與所述陰極層相接。電解液儲(chǔ)液罐2通過管道連通到管狀 發(fā)生單元的環(huán)形通道的一端，在管狀發(fā)生單元的環(huán)形通道的另一端有出液口 8。根據(jù)本發(fā)明的鐵試劑的制備裝置的一種優(yōu)選的實(shí)施方式，鐵源發(fā)生器裝置9是 由多級(jí)管狀發(fā)生單元10組成的。每個(gè)管狀發(fā)生單元10與水平線的夾角為α ° = 0 90°。其中，對(duì)于=0的情況，即所有管狀發(fā)生單元10之間成水平方向安置。儲(chǔ) 液罐2中的電解液通過管道流入第一級(jí)管狀發(fā)生單元環(huán)形通道的一端，繼而通過各級(jí)管 狀發(fā)生單元的環(huán)形通道，最后由最后一級(jí)管狀發(fā)生單元的出液口 8排出。對(duì)于=90°的情況，即所有管狀發(fā)生單元10之間垂直連接。類似的，儲(chǔ)液 罐2中的電解液通過管道流入第一級(jí)管狀發(fā)生單元環(huán)形通道的上端，在重力勢(shì)能的作用 下向下流動(dòng)，繼而通過各級(jí)管狀發(fā)生單元，最后由最后一級(jí)管狀發(fā)生單元下端的出液口8 排出。對(duì)于0 < α ° < 90°的情況，則相鄰管狀發(fā)生單元10之間成Z行排列。與第 二種情況類似的，儲(chǔ)液罐2中的電解液通過管道流入第一級(jí)管狀發(fā)生單元環(huán)形通道的位 于高處的一端，在重力勢(shì)能的作用下向下流動(dòng)，繼而通過各級(jí)管狀發(fā)生單元，最后由最 后一級(jí)管狀發(fā)生單元下端的出液口 8排出。相比=90°的情況，0<α° <90°的設(shè)置方式更有利于控制流速并減少設(shè)備體積，因此是一種優(yōu)選的實(shí)施方式。根據(jù)本發(fā)明的用于水處理的鐵試劑的制備裝置，一種特別優(yōu)選的具體實(shí)施方式
是所述陽極層和陰極層均包括管狀多孔支撐材料、附著在所述管狀多孔支撐材料表面的 鐵屑層和用于固定所述鐵屑層網(wǎng)狀透過性材料層，所述鐵屑層附著于所述管狀多孔支撐 材料表面朝向環(huán)形通道的一側(cè)。由于在本發(fā)明中，陽極層和陰極層的內(nèi)外關(guān)系是隨意的。則當(dāng)陽極層位于陰 極層內(nèi)側(cè)時(shí)，管狀發(fā)生單元的橫截面中，由內(nèi)而外分別是管狀多孔支撐材料、鐵屑層 (接通電源后形成陽極)、網(wǎng)狀透過性材料層、環(huán)形通道(即為電極間距，用于電解液的 流通)、網(wǎng)狀透過性材料層、鐵屑層(接通電源后形成陰極)、管狀多孔支撐材料、絕緣管體。相反地，當(dāng)陰極層位于陽極層內(nèi)側(cè)時(shí)，管狀發(fā)生單元的橫截面中，由內(nèi)而外分 別是管狀多孔支撐材料、鐵屑層(接通電源后形成陰極)、網(wǎng)狀透過性材料層、環(huán)形通 道(即為電極間距，用于電解液的流通)、網(wǎng)狀透過性材料層、鐵屑層(接通電源后形成 陽極)、管狀多孔支撐材料、絕緣管體6。在本發(fā)明中，優(yōu)選地，所述制備裝置的管道還包括流量計(jì)3。在本發(fā)明中，所述電解液儲(chǔ)液罐2中儲(chǔ)存的電解液應(yīng)當(dāng)是酸性的，優(yōu)選地pH值 為3-5。更優(yōu)選地，所述電解液是總質(zhì)量濃度最大為10%的非氧化還原性的酸性溶液。術(shù)語“非氧化還原性的酸性溶液”應(yīng)當(dāng)理解為在陽極和陰極之間的環(huán)形通道流 通時(shí)，在電流作用下，溶液中除了氫離子和氫氧根離子外其他離子或基團(tuán)不會(huì)在電極表 面得失電子而發(fā)生氧化還原反應(yīng)的酸性液體。由于自來水的電阻率較大，如果采用自來水作為電解液，雖然也能實(shí)現(xiàn)本發(fā) 明，但效率較低。因此，優(yōu)選的實(shí)施方式選用含有無機(jī)酸和該無機(jī)酸的鹽的溶液，起到 減小電阻的作用。因此，無機(jī)酸和該無機(jī)酸的鹽在溶液中的總質(zhì)量濃度無需超過10%。 例如選用鹽酸和氯化鈉的水溶液的混合溶液，只要鹽酸和氯化鈉在溶液中的總質(zhì)量濃度 低于10%即可，例如0.1%鹽酸和的氯化鈉。在給溶液通電的情況下，不會(huì)發(fā)生氧化還原反應(yīng)的無機(jī)酸和該無機(jī)酸的鹽，可 列舉的還有例如醋酸鈉和醋酸(例如0.1%的醋酸+9%的醋酸鈉)、硫酸鉀和稀硫酸等， 或采用在通電作用下不易發(fā)生氧化還原反應(yīng)的有機(jī)酸替代，例如檸檬酸。根據(jù)本發(fā)明的制備裝置一種具體實(shí)施方式
，所述管狀發(fā)生單元10的長(zhǎng)度為 100 1000mm;所述陽極層的鐵屑層的厚度為0 15mm ；所述陰極層的鐵屑層的厚度 為0 15mm ；所述環(huán)形通道寬度為3 15mm ；所述管狀多孔支撐材料的網(wǎng)孔為40 500目，所述鐵屑層的鐵屑平均粒徑為0.1 5mm。當(dāng)陽極層和/或陰極層的鐵屑層厚度為0時(shí)成為本發(fā)明的制備裝置的一種簡(jiǎn)單實(shí) 施方式，即不使用鐵屑，僅以鐵制管狀多孔支撐材料作為陽極層和/或陰極層。在這種 情況下，自然也無需設(shè)置用于固定鐵屑的網(wǎng)狀透過性材料層。在僅以鐵制管狀多孔支撐 材料作為陽極層和陰極層之間的環(huán)形通道中通過電解液也能夠?qū)嵤┍景l(fā)明的構(gòu)思。然而 在這種實(shí)施方式中，由于電流和電解液的作用，會(huì)消耗陽極層和陰極層(鐵)，因此陽極 層和陰極層會(huì)逐漸變薄，長(zhǎng)久之后需更換。盡管能夠?qū)嵤?，但是所耗費(fèi)用較多，工業(yè)應(yīng) 用可行性差。
以附著在管狀多孔支撐材料上的鐵屑層作為陽極層和陰極層是本發(fā)明的制備裝 置的優(yōu)選實(shí)施方式，即陽極層和陰極層的鐵屑層厚度大于0，但無需超過15mm。通過網(wǎng) 狀透過性材料固定后，當(dāng)電解液在管狀發(fā)生單元的環(huán)形通道中通過時(shí)，陽極層和陰極層 的鐵屑被消耗。只需定期添加鐵屑即可長(zhǎng)久實(shí)施該制備裝置，所耗費(fèi)用合理。在本發(fā)明中，所述網(wǎng)狀透過性材料層應(yīng)當(dāng)理解為一種既能包裹、固定住管狀多 孔支撐材料外附著的鐵屑使之不隨意移動(dòng)，又能使產(chǎn)生的鐵液無阻礙地流動(dòng)且結(jié)實(shí)耐用 的網(wǎng)狀材料。所述的網(wǎng)狀透過性材料層可以由各種孔徑合適的透過性材料疊置而成，例 如由選自不銹鋼網(wǎng)、鐵絲網(wǎng)、聚四氟乙烯篩網(wǎng)、織物(例如棉布、紗布)或選用鈦、鉬、 鈀、釕、銥等惰性金屬絲網(wǎng)中的一種或多種透過性材料疊置而成的復(fù)合層。在本發(fā)明中，所述電源1應(yīng)當(dāng)為脈沖電源或具有更換正負(fù)極極性設(shè)備的直流電 源，其中正負(fù)極性更換周期為5 300s。所述直流電源可以是交流電轉(zhuǎn)換為直流電的穩(wěn) 壓直流電源設(shè)備，也可以是由太陽能、風(fēng)能、水能、化學(xué)能或其它能源轉(zhuǎn)換而成的蓄電 池。更優(yōu)選地，在陽極與陰極之間施加電場(chǎng)，使所述管狀發(fā)生單元10中的平均電流 密度為0.5 50mA/cm2。一種更優(yōu)選的實(shí)施方式是，每一個(gè)次級(jí)管狀鐵源發(fā)生器的電流 密度為上一級(jí)的電流密度的30 100%。本發(fā)明還提供采用上述裝置制備鐵試劑的方法。使用時(shí)，在于電源接通后，管 狀發(fā)生單元10中形成陽極層和陰極層，在所述陽極層和陰極層之間有環(huán)形通道，儲(chǔ)液罐 2中的電解液通過管道進(jìn)入所述管狀發(fā)生單元環(huán)形通道的一端，流經(jīng)管狀發(fā)生單元10后 在重力勢(shì)能作用下流入下一級(jí)管狀發(fā)生單元10，直至從出液口 8流出，獲得用于水處理 的鐵試劑。為了使通過不同極性區(qū)域后的電解液的酸堿性得到調(diào)節(jié)緩沖，需使管狀發(fā)生 單元的長(zhǎng)度滿足電解液流過兩個(gè)相鄰管狀發(fā)生單元10所需時(shí)間為所述電源周期的整數(shù) 倍。本發(fā)明還提供采用上述裝置得到的鐵試劑在水處理中作為絮凝劑的用途。上述用途的一種優(yōu)選的具體實(shí)施方式
是，將所述鐵試劑(鐵元素總含量不小于 2g/L)按照鐵磷摩爾比為2-5 1的比例加入到含磷的待處理水中，充分?jǐn)嚢璺磻?yīng)， 0.5h后得到磷濃度小于O.lppm的水，且經(jīng)處理后，由鐵試劑引入的其他離子或雜質(zhì)對(duì)水 質(zhì)的影響很小，可忽略不計(jì)。在本發(fā)明中，鐵試劑的鐵元素總含量或溶液中的磷酸根濃度的測(cè)定方法是按照 國家環(huán)境保護(hù)總局水和廢水監(jiān)測(cè)分析方法編委會(huì)編著，《水與廢水監(jiān)測(cè)分析方法》(第四 版，增補(bǔ)版)，中國環(huán)境科學(xué)出版社出版(2002年)中規(guī)定的測(cè)定方法進(jìn)行分析測(cè)定的。K有益效果3申請(qǐng)人:通過大量試驗(yàn)證實(shí)，采用本發(fā)明的制備裝置及其使用方法獲得的鐵試劑 用于去除污水中的總磷的成本為水中總磷濃度由3ppm降低到O.lppm時(shí)，處理一噸水 消耗的電能耗為0.003度，所消耗的鐵屑和化學(xué)試劑成本為0.015元，共計(jì)約為0.02元/ 噸。而現(xiàn)有的常規(guī)的含磷水的處理成本平均為0.1 0.3元/噸。與目前其它除磷技術(shù)相比，采用所述制備方法制得的鐵試劑應(yīng)用于含磷水體處 理的技術(shù)具有以下優(yōu)點(diǎn)1、即時(shí)性——所述鐵試劑能夠即時(shí)產(chǎn)生即時(shí)使用，避免了化學(xué)加藥中藥劑久置
7易失效的貯存問題。所制得鐵試劑中亞鐵離子含量較高，除磷時(shí)同時(shí)存在沉淀和絮凝兩 種作用，其去除效果和速率遠(yuǎn)優(yōu)于僅有絮凝作用的常規(guī)除磷試劑。2、經(jīng)濟(jì)性——所述方法可采用廢鐵屑構(gòu)成鐵屑層(即作為鐵源)，大大降低了 經(jīng)濟(jì)成本。且所產(chǎn)鐵液依靠重力自發(fā)地流動(dòng)，節(jié)省動(dòng)力和能源。3、環(huán)保性——采用廢鐵屑作為粉體電極，既實(shí)現(xiàn)了廢物利用、變廢為寶，又增 大了電極面積，避免了高電流下鐵板易鈍化的問題。4、實(shí)用性——所制備的鐵液濃度較高，所述裝置占地面積小，鐵屑使用后便于 補(bǔ)充添加，可控性高；整個(gè)鐵源發(fā)生器小巧簡(jiǎn)單，便于操作應(yīng)用。

圖1是本發(fā)明的用于廢水處理的鐵試劑的制備裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是管狀發(fā)生單元的橫截面結(jié)構(gòu)示意圖；其中，1、電源；2、電解液儲(chǔ)液罐；3、流量計(jì)；4、管狀多孔支撐材料層； 5、網(wǎng)狀透過性材料層；6、絕緣管體外殼；7、鐵屑層；8、出液口 ； 9、鐵源發(fā)生器裝 置；10、管狀發(fā)生單元。
具體實(shí)施方式下述實(shí)施例結(jié)合附圖非限制性地說明本發(fā)明。本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在不 脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，還可以對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案做出各種變化和修改， 但所有等效的技術(shù)方案都屬于本發(fā)明的范疇，本發(fā)明保護(hù)范圍是由權(quán)利要求書所限定 的。實(shí)施例1如圖1所示，用于水處理的鐵試劑的制備裝置主要由電源1、管狀鐵源發(fā)生器裝 置9、電解液儲(chǔ)液罐2部分組成。本實(shí)施例采用能夠周期地變換正負(fù)極極性的直流電源， 變換周期為10s。其中，管狀鐵源發(fā)生器裝置9由3個(gè)管狀發(fā)生單元10串聯(lián)構(gòu)成，每個(gè) 發(fā)生器單元長(zhǎng)為300mm，每個(gè)管狀發(fā)生單元10放置成與水平方向具有夾角30°。管狀多孔支撐材料層為類錐形形狀生鑄鐵構(gòu)成。在本實(shí)施例中，僅以內(nèi)外嵌套 的兩層管狀支撐材料層作為陽極層和陰極層(即鐵屑層厚度為0，并且沒有設(shè)置網(wǎng)狀透過 性材料層5)，其中陽極層位于陰極層的內(nèi)側(cè)。其中，作為陽極層的管狀多孔支撐材料層 厚2mm外徑為60mm，作為陰極層的管狀多孔支撐材料層是厚為2_外徑為100mm，其 中篩網(wǎng)目數(shù)為40目。儲(chǔ)液罐2中的電解液為質(zhì)量濃度0.1 %的NaCl ^P 0.1%的HCl水溶液，pH = 3。 該電解液以20ml/min的流速通過鐵源發(fā)生器。分別采用未施加電流和通過附帶有頻繁調(diào) 換控制功能的電源對(duì)兩電極間施加電流密度為5mA/cm2的電場(chǎng)兩種情況下，測(cè)定所產(chǎn)鐵 液的濃度，并比較有無電流時(shí)所產(chǎn)鐵液的濃度。對(duì)比實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)無電流通過時(shí)所產(chǎn)總鐵濃度僅越為通電流時(shí)濃度的 10%,這表明單純的鐵屑與電解液反應(yīng)所產(chǎn)生的鐵量很小，而當(dāng)接通微小的電流時(shí)，電 極能夠明顯促進(jìn)鐵的氧化溶出，從而達(dá)到提高鐵試劑中鐵含量的目的。實(shí)施例2
與實(shí)施例1同樣的方式進(jìn)行實(shí)施。所不同的是，陽極層和陰極層均包括管狀多 孔支撐材料層、鐵屑層和網(wǎng)狀透過性材料。其中，陽極層位于陰極層的內(nèi)側(cè)。陽極層的 具體結(jié)構(gòu)為在厚2mm外徑為60mm篩網(wǎng)目數(shù)為100目的管狀多孔支撐材料層外附著鐵 屑層，鐵屑層厚度10mm，在鐵屑層外覆蓋由厚度為0.1mm的不銹鋼網(wǎng)(200目)重疊得 到的透過性材料層5。陰極層的具體結(jié)構(gòu)為在厚為2mm外徑為IOOmm的管狀支撐材料 層內(nèi)附著鐵屑層，鐵屑層厚度10mm，在鐵屑層內(nèi)覆蓋由厚度為0.1mm的不銹鋼網(wǎng)(200 目)重疊得到的透過性材料層5。內(nèi)外兩層鐵屑層之間的中空區(qū)域作為環(huán)形通道，供電解 液流通。本實(shí)施例所用廢鐵屑是機(jī)械加工廠中粒徑為0.5 2mm的廢鐵屑。儲(chǔ)液罐2中的電解液為質(zhì)量濃度0.5 %的KCl和0.05 %的HCl的水溶液，pH = 5。通電獲得鐵試劑。實(shí)施例3與實(shí)施例2同樣的方式進(jìn)行實(shí)施。所不同的是，管狀鐵源發(fā)生器裝置9由單個(gè) 管狀發(fā)生單元10構(gòu)成，發(fā)生器單元長(zhǎng)為1000mm。每個(gè)電極的鐵屑層厚度為5mm。透 過性材料為厚為0.5mm的聚四氟乙烯篩網(wǎng)(100目)。在陽極與陰極間接通具有更換正負(fù) 極極性設(shè)備的太陽能蓄電池，變換周期為20s，電流密度為lOmA/cm2。電解液為濃度均 為O.Olmol/L的醋酸鈉和醋酸的水溶液混合物，pH = 4.5，該電解液以50ml/min的流速 通過鐵源發(fā)生器，獲得總鐵濃度為2g/L的鐵試劑。實(shí)旋例4與實(shí)施例3類似。所不同的是，管狀鐵源發(fā)生器裝置9由2個(gè)管狀發(fā)生單元10 串聯(lián)構(gòu)成，每個(gè)發(fā)生器單元長(zhǎng)為400mm，其他參數(shù)不變。透過性材料為厚為0.3_的棉 布。電解液為濃度均為O.Olmol/L的硫酸鈉和稀硫酸的水溶液混合物，pH = 3.5，該電 解液以50ml/min的流速通過鐵源發(fā)生器，獲得鐵試劑。所得鐵試劑注入日處理量為36m3/d的MBR池中，采用國標(biāo)中規(guī)定的水中相關(guān) 指標(biāo)的檢測(cè)方法測(cè)定通過MBR池前后的水體中的總磷和電解液中引入的相關(guān)離子含量， 試驗(yàn)結(jié)果列于表1，并計(jì)算成本。表1 所產(chǎn)鐵試劑和除磷藥劑除磷效果對(duì)比
初始液 TP: 2.396 ( mg/L )加鐵液后總磷濃度(mg/L)能耗 (元/噸)含鐵溶液Fe濃度 (mg/L)一'J、時(shí)兩小時(shí)三小時(shí)四小時(shí)20g/L FeSO4 χ 7Η20 (購買絮凝劑)3837.00.2370.1670.1530.1100.05實(shí)施例3所產(chǎn)鐵試劑3561.80.1340.1030.0970.0840.02 由表1中數(shù)據(jù)可以看出，使用本發(fā)明所制備的鐵試劑對(duì)廢水中的總磷進(jìn)行去 除，在Ih內(nèi)就可使廢水中的總磷由2.396mg/L降低到0.2mg/L以下，其去除速率和能耗均 明顯好于購買藥劑的效果。同時(shí)，相關(guān)水質(zhì)指標(biāo)分析測(cè)定結(jié)果表明極少量的高濃鐵液加入 大量的含磷廢液中，其電解液中攜帶的離子或雜質(zhì)對(duì)待處理液的水質(zhì)影響可以忽略不計(jì)。
9
權(quán)利要求
1.一種用于水處理的鐵試劑的制備裝置，其特征在于該裝置包括電源(1)、鐵源發(fā)生 器裝置(9)和電解液儲(chǔ)液罐(2)，其中，所述鐵源發(fā)生器裝置(9)由一級(jí)或多級(jí)管狀發(fā)生 單元(10)組成，每個(gè)管狀發(fā)生單元(10)包括絕緣管體(6)以及被包裹在所述絕緣管體 (6)內(nèi)的由鐵構(gòu)成的陽極層和陰極層，所述陽極層和陰極層是相互嵌套的，所述陽極層和 陰極層之間具有供液體流通的環(huán)形通道，所述電源的陽極與管狀發(fā)生單元(10)中的陽極 層相接，其陰極與所述陰極層相接，所述電解液儲(chǔ)液罐(2)通過管道連通到所述管狀發(fā) 生單元(10)環(huán)形通道的一端，在所述環(huán)形通道的另一端設(shè)有出液口(8)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于水處理的鐵試劑的制備裝置，其特征在于對(duì)由多個(gè)管 狀發(fā)生單元(10)組成的鐵源發(fā)生器裝置(9)，每個(gè)管狀發(fā)生單元(10)與水平線的夾角為 α° =0 90°，相鄰的管狀發(fā)生單元(10)的環(huán)形通道通過管道相通。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的用于水處理的鐵試劑的制備裝置，其特征在于所述陽極 層和陰極層均包括管狀多孔支撐材料、附著在所述管狀多孔支撐材料表面的鐵屑層和用 于固定所述鐵屑層網(wǎng)狀透過性材料層，所述鐵屑層附著于所述管狀多孔支撐材料表面朝 向環(huán)形通道的一側(cè)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于水處理的鐵試劑的制備裝置，其特征在于所述管道還包 括流量計(jì)⑶。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于水處理的鐵試劑的制備裝置，其特征在于所述電解液儲(chǔ) 液罐⑵中儲(chǔ)存的電解液ρΗ值為3-5。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的用于水處理的鐵試劑的制備裝置，其特征在于所述電解液是 總質(zhì)量濃度最大為10%的非氧化還原性的酸性溶液。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的用于水處理的鐵試劑的制備裝置，其特征在于所述管狀發(fā)生 單元(10)的長(zhǎng)度為100 1000mm ；所述陽極層的鐵屑層的厚度為0 15mm ；所述陰 極層的鐵屑層的厚度為0 15mm ；所述環(huán)形通道厚度為3 30mm ；所述管狀多孔支撐 材料的網(wǎng)孔為40 500目，所述鐵屑層的鐵屑平均粒徑為0.1 5mm。
8.根據(jù)權(quán)利要求3所述的用于水處理的鐵試劑的制備裝置，其特征在于所述網(wǎng)狀透過 性材料層是由不銹鋼網(wǎng)、鐵絲網(wǎng)、織物或惰性金屬絲網(wǎng)中的一種或多種材料疊置構(gòu)成的 復(fù)合層。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于水處理的鐵試劑的制備裝置，其特征在于所述電源 (1)為脈沖電源或具有更換正負(fù)極極性設(shè)備的直流電源，其中正負(fù)極性更換周期為5 300s；在所述陽極與陰極之間施加電場(chǎng)，所述管狀發(fā)生單元(10)中的平均電流密度為 0.5 50mA/cm2。
10.采用如權(quán)利要求1或9所述的用于水處理的鐵試劑的制備裝置制備鐵試劑的方 法，其特征在于電源接通后，管狀發(fā)生單元(10)中形成陽極層和陰極層，在所述陽極層 和陰極層之間有環(huán)形通道，儲(chǔ)液罐(2)中的電解液通過管道進(jìn)入所述環(huán)形通道，流經(jīng)管 狀發(fā)生單元(10)后在重力勢(shì)能作用下流入下一級(jí)管狀發(fā)生單元(10)，直至從出液口(8) 流出，獲得用于水處理的鐵試劑；所述電解液流過兩個(gè)相鄰管狀發(fā)生單元(10)所需時(shí)間 為所述電源周期的整數(shù)倍。
11.采用如權(quán)利要求1所述的用于水處理的鐵試劑的制備裝置得到的鐵試劑在水處理 中作為絮凝劑和/或凈水劑的用途。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的用途，其特征在于將所述鐵試劑按照鐵磷摩爾比為2 5 1的比例加入到含磷水中，充分?jǐn)嚢璺磻?yīng)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于水處理的鐵試劑的制備裝置，該裝置包括電源(1)、鐵源發(fā)生器裝置(9)和電解液儲(chǔ)液罐(2)，其中，所述鐵源發(fā)生器裝置(9)由一級(jí)或多級(jí)管狀發(fā)生單元(10)組成，每個(gè)管狀發(fā)生單元(10)包括絕緣管體(6)以及相互嵌套的陽極層和陰極層，所述陽極層和陰極層之間具有供液體流通的環(huán)形通道，所述電解液儲(chǔ)液罐(2)通過管道連通到所述管狀發(fā)生單元的一端，在所述發(fā)生單元的另一端設(shè)有出液口(8)。本裝置在電流的作用下能夠快速高效地產(chǎn)生高濃鐵液，在沉淀和絮凝作用下對(duì)水體凈化處理的方法。使用所述方法制備的鐵試劑能夠快速凈化水體，具有很強(qiáng)的即時(shí)性、經(jīng)濟(jì)性、環(huán)保性和工業(yè)實(shí)用性。
文檔編號(hào)C02F1/46GK102010034SQ20101059790
公開日2011年4月13日 申請(qǐng)日期2010年12月21日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月21日
發(fā)明者關(guān)晶, 文劍平, 李天玉, 陳亦力 申請(qǐng)人:北京碧水源膜科技有限公司