[发明专利]一体式纳米零价铁反应装置

说明书

技术领域

本发明属于废水处理领域，具体涉及一种一体式纳米零价铁反应装置。

背景技术

纳米零价铁（nZVI）是指三维尺度中至少有一维处于纳米尺度范围且以零价铁（Fe⁰）为主要成分的材料。因其具有比表面积高、还原活性强等特点，纳米零价铁能快速去除水中多种有机/无机污染物，如十多种重金属离子（Cu、Pb、Ni、Co、Cd、Zn、Cr等）、非金属含氧阴离子（N、P、As、Se等）、卤代有机物（三氯乙烯、四氯化碳、多氯联苯等）、偶氮染料、硝基芳香族化合物等含氮类有机物等。纳米零价铁作为一种新型的环境功能纳米材料备受各国政府、学者、工程师关注，已成功应用于土壤及地下水污染修复工程，但其在废水处理领域的实际应用则报道较少。

Li等人率先报道了纳米零价铁分别处理含铜电路板废水及冶炼废水的中试研究（Li et al., Environ. Sci.: Processes Impacts, 2014, 16, 524; Li et al., Chem. Eng. J., 2014, 254, 115），结果显示纳米零价铁能连续稳定地去除废水中的Cu、As、Zn、Ni等多种污染物。Li等人采用重力沉降方式对反应后的纳米零价铁进行分离。为了提高纳米零价铁利用率，降低药剂成本，Li等人又将分离后的纳米零价铁回流至反应器内进行回用。现有发明专利中有关利用纳米零价铁处理废水的技术，也多采用重力沉降的方式分离纳米零价铁。如CN102897889A介绍了一种“纳米零价铁净化废水中镉的方法及其装置”，其中的分离过程即采用重力沉降方式。然而，由于纳米零价铁颗粒粒径小，采用重力沉降方式进行分离易产生沉降不完全、高水力负荷下流失严重（导致出水水质变差）、设备占地面积大（工程化需要较大沉降池）等工程问题。此外，针对复杂工业废水处理，CN103253757B介绍了一种利用纳米零价铁多级处理此类废水的方法，在实际工程应用中，若采用3级以上纳米零价铁反应体系，则需3个以上纳米零价铁分离装置，此时若采用沉降池分离就显得过于占地。因此，如何充分发挥纳米零价铁去除污染物的高效反应优势，并在反应后实现纳米零价铁与废水的高效分离与回用，成为目前纳米零价铁应用于废水处理的技术难题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高效利用纳米零价铁的一体式水处理反应装置。

本发明提出的一体式纳米零价铁反应装置，包括反应器、搅拌器、电磁铁组和刮泥装置；其中：

所述反应器由依次连通的反应区、缓冲区和磁场分离区组成；反应区底侧设有进水管，顶部设有纳米零价铁进药管；反应区与缓冲区之间设有主挡板，主挡板上下两端均设有流体通道，使反应区和缓冲区相通；缓冲区底侧设有排泥管；缓冲区与磁场分离区之间设有子挡板，子挡板下端开口，磁场分离区底侧与缓冲区通过子挡板下端开口部位相通；磁场分离区一侧设有三角堰、出水槽和出水管，出水槽与出水管相连；

所述搅拌器由电动机和搅拌桨组成，电动机设在反应器的反应区顶端中央，电动机与搅拌浆相连，所述搅拌浆竖直插入反应区内；

所述电磁铁组包括若干个永久磁铁或电磁铁，电磁铁组均匀固定在反应器的磁场分离区底部外侧；

所述刮泥装置由刮泥机和刮泥板组成；刮泥机设在反应器的磁场分离区顶端，刮泥机与刮泥板通过连接杆相连；刮泥板贴近反应器的磁场分离区底部内侧；正常运行时，刮泥板从反应器的磁场分离区近三角堰一侧向缓冲区一侧做来回往复移动。

本发明中，所述反应器反应区和磁场分离区均为长方体，缓冲区为锥形体，其中反应区、缓冲区和磁场分离区的体积比为1：（0.1~0.4）：（0.1~0.4）。

本发明中，所述反应器可在反应区四个侧面设置不超过四个缓冲区和四个磁场分离区，可根据待处理废水的水质、水量进行选择。

本发明中，所述反应器的磁场分离区的磁感应强度通过永久磁铁或电磁铁组控制，且不低于0.01特斯拉。

本发明中，所述刮泥板与磁场分离区底部呈30° ~ 90°倾角，并且刮泥板顶端至磁场分离区底部的距离不超过三角堰最低点至磁场分离区底部距离的1/2。

本发明中，所述反应器的磁场分离区底部及刮泥板均为非磁性材质。

本发明提出的一体式纳米零价铁反应装置应用于处理含重金属废水，所述重金属包括铜、镍、锌、铅、镉或银等污染物中一种或多种。

本发明提出的一体式纳米零价铁反应装置应用于处理含有含氧阴离子的废水，所述含氧阴离子包括砷、硒、铬、氮或磷等污染物中一种或多种。