全文摘要
本实用新型公开了一种去除水体磷的铁碳微电解反应系统，该系统包括碳微电解反应装置、斜板沉淀装置、连通铁碳微电解反应装置和斜板沉淀装置的连接管以及设于连接管中的微涡絮凝球。含磷水体从进水口进入铁碳微电解反应装置，与铁碳微电解反应模块产生的Fe2+\/Fe3+反应生成磷酸铁沉淀或被Fe(OH)2\/Fe(OH)3絮凝物吸附，然后絮凝物和沉淀颗粒在微涡絮凝球和斜板沉淀装置的作用下加速沉淀，含磷沉淀物经排泥装置排出。本实用新型可达到去除水体磷的目的，降低水体富营养化的风险，解决了现有铁碳微电解技术和装置存在的铁碳填料堵塞、板结、钝化等问题，而且铁碳微电解反应模块活化和再生简单，系统投资和运行成本低。
主设计要求
1.一种去除水体磷的铁碳微电解反应系统，其特征在于：包括铁碳微电解反应装置、斜板沉淀装置、连通铁碳微电解反应装置和斜板沉淀装置的连接管以及设于连接管中的微涡絮凝球，所述铁碳微电解反应装置包括第一槽体及设于第一槽体内的铁碳微电解反应模块、第一冲洗装置、设于第一槽体槽体底部的第一排泥装置，所述铁碳微电解反应模块由铁丝网和碳素纤维加工而成，第一槽体下部形成第一导流槽，所述第一排泥装置与第一导流槽连通，所述第一冲洗装置用于将第一导流槽槽底表面的絮凝物冲刷后沿第一导流槽槽底流入第一排泥装置；所述斜板沉淀装置包括第二槽体及设于第二槽体内的斜板，所述斜板安装于第二槽体进水口上方，并布满第二槽体，第二槽体下部形成第二导流槽，所述斜板用于加速絮凝物沉降至第二导流槽。
设计方案
1.一种去除水体磷的铁碳微电解反应系统，其特征在于：包括铁碳微电解反应装置、斜板沉淀装置、连通铁碳微电解反应装置和斜板沉淀装置的连接管以及设于连接管中的微涡絮凝球，所述铁碳微电解反应装置包括第一槽体及设于第一槽体内的铁碳微电解反应模块、第一冲洗装置、设于第一槽体槽体底部的第一排泥装置，所述铁碳微电解反应模块由铁丝网和碳素纤维加工而成，第一槽体下部形成第一导流槽，所述第一排泥装置与第一导流槽连通，所述第一冲洗装置用于将第一导流槽槽底表面的絮凝物冲刷后沿第一导流槽槽底流入第一排泥装置；所述斜板沉淀装置包括第二槽体及设于第二槽体内的斜板，所述斜板安装于第二槽体进水口上方，并布满第二槽体，第二槽体下部形成第二导流槽，所述斜板用于加速絮凝物沉降至第二导流槽。
2.如权利要求1所述的一种去除水体磷的铁碳微电解反应系统，其特征在于：所述铁碳微电解反应装置还包括曝气装置，所述曝气装置安装于铁碳微电解反应模块的底部，用于为原电池反应提高富氧环境，冲刷铁丝网表面产生的稳定絮凝物，以及使絮凝物与含磷水体充分混合。
3.如权利要求2所述的一种去除水体磷的铁碳微电解反应系统，其特征在于：所述曝气装置包括气泵和曝气管，曝气管安装于导流槽和铁碳微电解反应模块之间。
4.如权利要求1所述的一种去除水体磷的铁碳微电解反应系统，其特征在于：所述斜板沉淀装置还包括第二冲洗装置和设于第二槽体底部的第二排泥装置，所述第二排泥装置与第二导流槽连通，所述第二冲洗装置用于将第二导流槽槽底表面的絮凝物冲刷后沿第二导流槽槽底流入第二排泥装置。
5.如权利要求1所述的一种去除水体磷的铁碳微电解反应系统，其特征在于：所述第一冲洗装置包括第一抽水泵和第一冲洗管，第一抽水泵安装在第一导流槽槽底下方，第一冲洗管安装在第一导流槽槽底上方。
6.如权利要求1所述的一种去除水体磷的铁碳微电解反应系统，其特征在于：所述第一排泥装置安装于出水口侧的第一导流槽槽底下方，通过控制第一排泥装置的阀门可随时排出沉降在第一导流槽底部的含磷泥水。
设计说明书
技术领域
本实用新型涉及环境治理领域，具体涉及一种去除水体磷的铁碳微电解反应系统。
背景技术
水体富营养化是当前我国面临的重大环境问题之一，是新时期水生态文明建设面临的最大挑战之一，富营养化治理十分必要和迫切。已有研究证实，磷是内陆水体富营养化的限制性因子，水体磷的削减和去除对遏制水体富营养化过程极为重要。优化和创新有关水体除磷技术，可为水体富营养化治理提供科技支撑。
铁碳微电解是一种新型的水体除磷技术，其原理是利用铁和碳形成原电池，在原电池反应中铁产生Fe2+<\/sup>和Fe3+<\/sup>与水体磷共沉淀，以及Fe2+<\/sup>和Fe3+<\/sup>在一定条件下形成Fe(OH)2<\/sub>和Fe(OH)3<\/sub>絮凝物与水体磷混凝，从而达到去除水体磷的目的。该技术适用范围广、处理效果好、工艺简单，具有较好的应用前景。近年来，有关铁碳微电解水体除磷的技术专利不断增多，为水体富营养化控制提供了多种技术途径，但现有的一些碳微电解除磷技术仍存在一定的局限性。
中国实用新型专利“一种铁碳微电解反应装置”(申请号201520576322.0) 提供一种由铁粉和颗粒活性炭作为反应介质的铁碳微电解反应装置，该介质在反应一段时间后由于铁的腐蚀使铁粉表面形成金属氧化物和氢氧化物膜，致使金属钝化，且粉(粒)状填料易出现堵塞以及板结等问题，严重影响除磷效果。
中国实用新型专利“一种铁碳微电解装置及其使用方法”(申请号201510128960.0)公开一种叶轮搅拌强化铁碳微电解反应的方法，叶轮搅拌可使粉 (粒)状铁碳填料一直处于流动状态，一定程度上避免了粉(粒)状填料在运行中存在的床层堵塞、板结等问题；但由于增设了搅拌设备，且设备需要长时间运行，从而增加了装置的投资成本和运行成本；另外，粉(粒)状铁碳填料的活化和再生较困难。
中国实用新型专利“一种铁铜微电解反应槽及镀铜铁丝网板的制备方法” (申请号201210056772.8)提供一种以镀铜铁丝网板为微电解材料的铁铜微电解反应槽，专利所述铁铜微电解反应槽及镀铜铁丝网板结构简单，无需增设叶轮搅拌等设备也能减缓常规铁碳微电解出现的堵塞、板结和钝化等问题，因此投资成本和运行相对较低，但是运行过程中可能会引入铜元素，造成二次污染。
综上，现有铁碳微电解技术和装置存在铁碳填料堵塞、板结、钝化，或者其他元素引入，或者填料活化和再生困难，或者投资成本和运行成本大等问题。
实用新型内容
针对上述问题，本实用新型提出了一种去除水体磷的铁碳微电解反应系统，该系统和方法是利用铁丝网和碳素纤维形成原电池，在原电池反应中，铁丝网作为阳极产生Fe2+<\/sup>和Fe3+<\/sup>与水体磷共沉淀，以及Fe2+<\/sup>和Fe3+<\/sup>在一定条件下形成Fe(OH)2<\/sub>和Fe(OH)3<\/sub>絮凝物与水体磷混凝，从而达到去除水体磷的目的；系统所述铁碳微电解反应模块是由铁丝网和碳素纤维组成的，原电池反应过程中不存在填料堵塞和板结等问题，而且处理过程中只引入铁元素，不引入其他金属元素或者阴离子，不会造成二次污染；所述铁碳微电解反应模块置于铁碳微电解反应装置内部，取出方便，活化和再生简单。
本实用新型采用的技术方案是：
一种去除水体磷的铁碳微电解反应系统，包括铁碳微电解反应装置、斜板沉淀装置、连通铁碳微电解反应装置和斜板沉淀装置的连接管以及设于连接管中的微涡絮凝球，所述铁碳微电解反应装置包括第一槽体及设于第一槽体内的铁碳微电解反应模块、第一冲洗装置、设于第一槽体槽体底部的第一排泥装置，所述铁碳微电解反应模块由铁丝网和碳素纤维加工而成，第一槽体下部形成第一导流槽，所述第一排泥装置与第一导流槽连通，所述第一冲洗装置用于将第一导流槽槽底表面的絮凝物冲刷后沿第一导流槽槽底流入第一排泥装置；所述斜板沉淀装置包括第二槽体及设于第二槽体内的斜板，所述斜板安装于第二槽体进水口上方，并布满第二槽体，第二槽体下部形成第二导流槽，所述斜板用于加速絮凝物沉降至第二导流槽。
进一步的，所述铁碳微电解反应装置还包括曝气装置，所述曝气装置安装于铁碳微电解反应模块的底部，用于为原电池反应提高富氧环境，冲刷铁丝网表面产生的稳定絮凝物，以及使絮凝物与含磷水体充分混合。
进一步的，所述曝气装置包括气泵和曝气管，曝气管安装于导流槽和铁碳微电解反应模块之间。
进一步的，所述斜板沉淀装置还包括第二冲洗装置和设于第二槽体底部的第二排泥装置，所述第二排泥装置与第二导流槽连通，所述第二冲洗装置用于将第二导流槽槽底表面的絮凝物冲刷后沿第二导流槽槽底流入第二排泥装置。
进一步的，所述第一冲洗装置包括第一抽水泵和第一冲洗管，第一抽水泵安装在第一导流槽槽底下方，第一冲洗管安装在第一导流槽槽底上方。
进一步的，所述第一导流槽呈不规则漏斗形，第一导流槽槽底有一定倾斜度，进水口侧比出水口侧高，有利于絮凝沉淀物随第一导流槽进入第一排泥装置。
进一步的，所述第一排泥装置安装于出水口侧的第一导流槽槽底下方，通过控制第一排泥装置的阀门可随时排出沉降在第一导流槽底部的含磷泥水。
本实用新型优点在于：
(1)铁碳微电解反应模块由铁丝网和碳素纤维组成，原电池反应过程中不存在填料堵塞、板结等问题，而且处理过程中只引入了铁元素，不引入其他阴离子和金属元素；
(2)铁碳微电解反应模块可随时取出，用酸浸泡数分钟即可实现模块活化和再生，操作简单；
(3)铁碳微电解反应系统通过曝气即可冲刷模块表面产生的稳定絮凝物，无需超声波、流态化床等设计，系统投资成本和运行成本低；
(4)铁碳微电解反应系统安装了冲洗装置和排泥装置，可随时排出或者清洗装置底部的含磷泥水。
附图说明
图1为本实用新型一种去除水体磷的铁碳微电解反应系统的结构示意图；
图2为铁碳微电解反应装置的正视图；
图3为铁碳微电解反应装置的侧视图；
图4为铁碳微电解反应模块的结构示意图；
图5为本实用新型去除水体磷的铁碳微电解反应系统的工作原理示意图。
图中：1—铁碳微电解反应装置，2—斜板沉淀装置，3—铁碳微电解反应模块，4—曝气装置，5—气泵，6—曝气管，7—冲洗装置，8—进水口， 9—导流槽，10—排泥装置，10-1—上阀门，10-2—下阀门，11—连接管， 12—微涡絮凝球，13—斜板，14—出水口，15—回流口。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本实用新型做进一步说明，但本实用新型的实施方式不限于此。
本实用新型实施例以富营养化的湖泊水体为处理对象，采用一种去除水体磷的铁碳微电解反应系统，实施含磷水体净化处理。该系统的工作原理如图5所示，首先，通过铁碳微电解反应装置1将进水体磷转化为含磷絮凝物或者含磷沉淀物，具体是利用铁丝网和碳素纤维形成原电池(铁碳微电解反应模块3)，在原电池反应中，铁丝网作为阳极产生Fe2+<\/sup>和Fe3+<\/sup>与水体磷共沉淀，以及Fe2+<\/sup>和Fe3+<\/sup>在一定条件下形成Fe(OH)2<\/sub>和Fe(OH)3<\/sub>絮凝物与水体磷混凝；然后，水体中松散且细小的含磷絮凝物在微涡絮凝球12作用下变成颗粒大而密实的絮凝物，接着在斜板沉淀装置2的作用下加速沉降至导流槽9槽底；最后，导流槽9槽底的含磷絮凝物在系统的冲洗装置7和排泥装置10作用下排出并送至固废中心处理，从而达到对水体磷的彻底去除。系统中各装置的尺寸、数量和组合方式可根据含磷水体的日处理量实时调整(见图5)。
如图1-4所示，一种去除水体磷的铁碳微电解反应系统，包括铁碳微电解反应装置1、斜板沉淀装置2、连通铁碳微电解反应装置1和微涡絮凝球12的连接管11以及设于连接管11中的微涡絮凝球12。
所述铁碳微电解反应装置1包括槽体及设于槽体内的铁碳微电解反应模块3、曝气装置4、冲洗装置7和设于槽体底部的排泥装置10，槽体下部形成导流槽9，所述排泥装置10与导流槽9连通。所述铁碳微电解反应模块3由铁丝网和碳素纤维加工而成，并置于铁碳微电解反应装置1的槽体内部，可随时取出并进行活化处理。所述铁碳微电解反应模块3是由铁碳微电解材料插入预制长方体框架而形成的模块，例如，所述铁碳微电解材料由碳素纤维平铺于两块铁丝网块之间，并用细铁丝固定而形成。
所述曝气装置4安装于铁碳微电解反应模块3的底部，由气泵5和曝气管6组成，曝气管6安装于导流槽9和铁碳微电解反应模块3之间。所述曝气装置4通过曝气既可为原电池反应提高富氧环境，又可冲刷铁丝网表面产生的稳定絮凝物，还可使絮凝物与含磷水体充分混合。
所述导流槽9呈不规则漏斗形，槽底有一定倾斜度，进水口侧比出水口侧高，有利于絮凝沉淀物随导流槽9进入排泥装置10；所述冲洗装置7 包括抽水泵和冲洗管，抽水泵安装在导流槽9槽底下方，冲洗管安装在导流槽9槽底上方，打开抽水泵，导流槽9槽底表面的絮凝物即可在水力冲刷作用下沿导流槽9槽底流入排泥装置10；所述排泥装置10安装在导流槽9槽底下方。
所述斜板沉淀装置2包括槽体及设于槽体内的斜板13、冲洗装置7和设于槽体底部的排泥装置10，所述斜板13安装于斜板沉淀装置的槽体进水口上方，并布满槽体，通过斜板13可缩短絮凝物的沉降距离，从而缩短沉降时间。所述槽体下部形成导流槽9，所述排泥装置10与导流槽9连通。所述冲洗装置7包括抽水泵和冲洗管，抽水泵安装在导流槽9槽底下方，冲洗管安装在导流槽9槽底上方，打开抽水泵，导流槽9槽底表面的絮凝物即可在水力冲刷作用下沿导流槽9槽底流入排泥装置10。所述斜板沉淀装置2中槽体的侧壁设有出水口14及与出水口14连通的回流口15，上清液达一定水质标准后通过出水口14外排，否则通过回流口15回流至铁碳微电解反应装置1再次处理。
使用本实用新型一种去除水体磷的铁碳微电解反应系统处理含磷水体的具体方法如下：
①设计并加工一套有效容积均为100L的铁碳微电解反应装置1和斜板沉淀装置2，并在铁碳微电解反应装置1和斜板沉淀装置2之间连接的连接管11中填满微涡絮凝球12(直径20mm)。
②试验中，首先打开铁碳微电解反应装置1和斜板沉淀装置2中排泥装置10的上阀门10-1，关闭排泥装置10的下阀门10-2，关闭冲洗装置 7，打开水泵使湖泊含磷水体(总磷浓度为0.55mg\/L，pH＝7.5)以12.5L\/h 的流量从进水口8进入铁碳微电解反应装置1的槽体，待含磷水体淹没铁碳微电解反应装置1中的铁碳微电解反应模块3；然后，打开气泵5，并通过控制气泵5的曝气方式、曝气时间和曝气量确保水体的溶解氧。
③待含磷水体在铁碳微电解反应装置1中经铁碳法处理后经连接管 11进入斜板沉淀装置2，而后在斜板13的作用下加速絮凝物沉降，经分析测定，出水口14的出水总磷浓度降低至0.1mg\/L(湖库水Ⅳ类)。
④处理一段时间后，关闭排泥装置10中的上阀门10-1，打开排泥装置10的下阀门10-2以排去泥水，泥水作为固废进一步处理。
⑤处理完成后，打开排泥装置10和冲洗装置7，即可使装置底部的泥水沿着导流槽9流入排泥装置10，达到清洗装置的目的。
本实用新型可达到去除水体磷的目的，降低水体富营养化的风险，以节能环保的方式解决了现有铁碳微电解技术和装置存在的铁碳填料堵塞、板结、钝化、二次污染引入等问题，而且铁碳微电解反应模块活化和再生简单，系统投资成本和运行成本低。
设计图
相关信息详情
申请码:申请号:CN201920078788.6
申请日:2019-01-17
公开号:公开日:国家:CN
国家/省市:83(武汉)
授权编号:CN209721668U
授权时间:20191203
主分类号:C02F1/463
专利分类号:C02F1/463
范畴分类:申请人:长江水利委员会长江科学院
第一申请人:长江水利委员会长江科学院
申请人地址:430010 湖北省武汉市黄浦大街23号
发明人:王振华;李青云;胡艳平;汤显强;龙萌;李冠亚
第一发明人:王振华
当前权利人:长江水利委员会长江科学院
代理人:孔敏
代理机构:42113
代理机构编号:武汉楚天专利事务所 42113
优先权:关键词:当前状态:审核中
类型名称:外观设计