CN112340941A - 一种碳纤维净水*** - Google Patents

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Abstract

本发明属于水处理技术领域，具体涉及一种碳纤维净水***，其包括依次连通设置的微电解反应器、碱性过渡池、兼氧及厌氧反应器和好氧反应器。本发明的***简便易操作，可在高浓度酸性环境下运行，前置微电解工艺不仅可以去除废水中的大颗粒悬浮物和钙镁离子，降低水的硬度，还能灭菌消毒，降低废水色度，提高废水可生化性，后续兼性厌氧和好氧区的微生物滤床降解工艺，可高效降低废水的COD、TN、TP，最终实现“1+1+1”大于“3”的组合效果。

Description

一种碳纤维净水***
技术领域
本发明属于水处理技术领域，具体涉及一种碳纤维净水***。
背景技术
聚丙烯腈基碳纤维是一种各项性能优异的新材料，它的强度比钢的大、密度比铝小、比不锈钢耐腐蚀、比耐热钢还耐高温、又能像铜那样导电的性质。在净水领域，国内外现较为成熟的技术是用聚丙烯腈基碳纤维制作碳素纤维生态水草来净化水体，但该技术仅在自然封闭水体应用效果较好，对于某些具有酸性的工业废水(甚至具有毒性)、生活污水，其应用效果不佳，且无法除去大颗粒悬浮物。
发明内容
为解决现有技术的不足，本发明提供了一种碳纤维净水***。本发明的***简便易操作，可在高浓度酸性环境下运行，前置微电解工艺不仅可以去除废水中的大颗粒悬浮物和钙镁离子，降低水的硬度，还能灭菌消毒，降低废水色度，提高废水可生化性，后续兼性厌氧和好氧区的微生物滤床降解工艺，可高效降低废水的COD、TN、TP，最终实现“1+1+1”大于“3”的组合效果。
本发明所提供的技术方案如下：
一种碳纤维净水***，包括依次连通设置的微电解反应器、碱性过渡池、兼氧及厌氧反应器和好氧反应器。
上述技术方案中：
微电解反应器中：酸性废水(中性、碱性废水需预处理将PH调解至3～5)从入水口进水后，通过混合型铁碳纤维电解剂的微电解作用，灭菌消毒，生成二价态的铁离子，提高废水可生化性；
碱性过渡池中：废水再通过碱性过渡池，调节废水pH至8～9，除去废水中的钙、镁离子，从而降低水的硬度；另一方面，铁离子与氢氧根作用形成具有混凝作用的氢氧化亚铁，可与污染物中带微弱负电荷的微粒异性相吸，形成比较稳定的絮凝物絮凝沉淀(铁泥)，吸附去除颗粒悬浮物，降低废水色度；
兼氧及厌氧反应器中：经前置处理后的废水流经碳纤维生态基，一方面碳纤维生态基的音波能够激发微生物活性，促进污染物的降解及转化；另一方面碳纤维生态基上具有很强净化活性功能的“生物膜”，由于反应区处于半厌氧状态，在生物膜的一个断面上，由外及里形成了兼性厌氧和厌氧两种反应区。厌氧菌和兼性厌氧菌将硝基氮转化为氮气和氧气，把难分解的大分子有机物分解为可降解的小分子有机物。最终污染基团就被分解转化成逸出水体的N2、CO2和H2O。
好氧反应器中：废水流经碳纤维生态草，一方面絮状碳纤维生态草的音波能够激发微生物活性，另一方面絮状碳纤维生态草伸展开会形成巨大的比表面积(可达1000m2/g)，对该反应区进行曝气，絮状碳纤维断面上薄层具有很强净化活性功能的“生物膜”发生生化反应，好氧菌将氨氮转化为硝基氮，并把小分子有机物转化为二氧化碳和水，并把无机磷转化为细胞体内的ATP。
具体的，所述的微电解反应器中的电解剂为混合型铁碳纤维电解剂。
具体的，所述的电解剂由下述方法制备得到：
将混合原料制作成球形颗粒，然后经过200～600℃的高温烧制，烧制时间至少6h，然后冷却至室温，即得，其中，所述混合原料包括重量比为55:18～22:9～11:9～11:4～6的铁粉、改性膨润土、聚丙烯腈基碳纤维粉末、碳粉和造孔剂。
上述技术方案中，通过高温冶炼形成的铁碳纤维一体化，保证“原电池”效应持续作用，不会像传统物理混合组配那样容易出现阴阳极分离，影响原电池反应；微孔圆球形合金结构，比表面积大，活性强，不钝化、不板结，对废水处理提供了更大的电流密度和更好的微电解反应效果，反应速率更快。
具体的：
所述改性膨润土包括重量比为3:0.9～1.1:0.9～1.1的膨润土、高岭土和石灰石；
所述造孔剂选自PMMA粉、可膨胀微球发泡剂或碳粉造孔剂中的任意一种。
所述粘合剂选自有机硅胶粘剂、玻璃胶或环氧树脂胶中的任意一种。
具体的，所述碱性过渡池设置有向其提供pH为8～9的缓冲溶液的加液装置。加液装置所述提供缓冲溶液，例如，pH为8～9的碳酸盐缓冲液，碳酸盐可为碳酸氢钠或碳酸氢钾等。
具体的，所述兼氧及厌氧反应器内竖向固定设置有至少一根第一软管，所述第一软管上固定有若干致密的长条状的聚丙烯腈基碳纤维长条，所述的聚丙烯腈基碳纤维长条表面覆盖有生物膜。
上述技术方案中，聚丙烯腈基碳纤维长条的材质为聚丙烯腈基碳纤维，其基本结构呈发丝絮状，通过粘合剂和机械压实，其结构呈致密的长条状，有利于条状“生物膜”的形成，将其均匀粘合在PVC材质软管，软管上下两端用板框固定。
具体的，所述的聚丙烯腈基碳纤维长条由若干聚丙烯腈基碳纤维丝经粘合剂粘合后再经机械压实得到。
具体的，所述好氧反应器内设置有碳纤维生态草。
具体的，所述好氧反应器内竖向固定设置有至少一根第二软管，所述第二软管上固定有若干聚丙烯腈基碳纤维丝，所述的聚丙烯腈基碳纤维丝表面覆盖有生物膜，各所述聚丙烯腈基碳纤维丝构成所述的碳纤维生态草。
聚丙烯腈基碳纤维丝的结构呈发丝絮状，在水体中极易分散开来，形成具有巨大比表面积的机构，有利于絮状薄层“生物膜”的形成。将其均匀粘合在PVC材质软管，软管上下两端用板框固定
进一步的：
所述微电解反应器和所述碱性过渡池之间通过带有泵的管道连通；
所述碱性过渡池和所述兼氧及厌氧反应器之间通过带有泵的管道连通；
所述兼氧及厌氧反应器和所述好氧反应器之间通过带有泵的管道连通。
基于上述技术方案，通过泵的启、停控制水在各个区域的停留处理时间。
进一步的：
所述兼氧及厌氧反应器和所述好氧反应器底部通过带有泵的管道连通，用于将处理水从所述好氧反应器底部送往所述兼氧及厌氧反应器的底部。
具体的，电解剂与原水的用量比为1g/L～2g/L；处理时间为0.5～0.75h。
经处理过的水在碱性过渡池中的处理时间为0.75～1h；
经处理过的水在兼氧及厌氧反应器中的处理时间为2.0～3.0h，聚丙烯腈基碳纤维长条的设置用量视进水量设计，每根碳纤维生态基长条规格为24×30cm，可处理50L～100L废水。
具体的，粘合剂为有机硅胶粘剂、玻璃胶、环氧树脂胶中的任意一种。
经处理过的水在好氧反应器中的处理时间为2.0～3.0h，碳纤维生态草的设置用量视进水量设计，每根碳纤维生态草规格为24×30cm，可处理50～100L废水。
本装置充分利用了碳纤维的耐腐蚀、导电、致密、比表面积巨大、吸附性强特性，通过工艺间的相互组合，可以实现单一的传统净水工艺无法达到的净水效果。
附图说明
图1是本发明所提供的碳纤维净水***的结构示意图。
附图1中，各标号所代表的结构列表如下：
1、微电解反应器，2、碱性过渡池，3、兼氧及厌氧反应器，4、好氧反应器。
具体实施方式
以下对本发明的原理和特征进行描述，所举实施例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
在一个具体实施方式中，如图1所示，碳纤维净水***包括依次连通设置的微电解反应器1、碱性过渡池2、兼氧及厌氧反应器3和好氧反应器4。微电解反应器1和碱性过渡池2之间设置有泵；碱性过渡池2和兼氧及厌氧反应器3之间设置有泵；兼氧及厌氧反应器3和好氧反应器4之间设置有泵；兼氧及厌氧反应器3和好氧反应器4底部连通设置。
微电解反应器1中的电解剂由下述方法制备得到：将混合原料制作成球形颗粒，然后经过1小时的200℃、1小时的400℃、4小时的600℃的高温烧制，然后冷却，即得，其中，混合原料包括重量比为55:20:10:10:5的铁粉、改性膨润土、聚丙烯腈基碳纤维、碳粉和造孔剂混合后。改性膨润土包括重量比为3:1:1的膨润土、高岭土和石灰石；造孔剂为PMMA粉。碱性过渡池2的pH为9。
兼氧及厌氧反应器3内竖向固定设置有至少一根第一软管，第一软管上固定有若干致密的长条状的聚丙烯腈基碳纤维长条，的聚丙烯腈基碳纤维长条表面覆盖有生物膜。的聚丙烯腈基碳纤维长条由若干聚丙烯腈基碳纤维丝经粘合剂粘合后再经机械压实得到。粘合剂为环氧树脂胶。
好氧反应器4内竖向固定设置有至少一根第二软管，第二软管上固定有若干聚丙烯腈基碳纤维丝，的聚丙烯腈基碳纤维丝表面覆盖有生物膜，各聚丙烯腈基碳纤维丝构成的碳纤维生态草。
实施例
50L的不同原水在微电解反应器中停留时间为0.5h，电解剂与原水的用量比为2g/L。
经处理过的水在碱性过渡池中的停留时间为0.5h，碱性过渡池中通过加碳酸盐缓冲液调整pH为9。
经处理过的水在兼氧及厌氧反应器中的停留时间为2.0～3.0h。碳纤维生态基长条的数量为一块。
经处理过的水在好氧反应器中的停留时间为2.0～3.0h。碳纤维生态草的数量为一根。
不同的原水经过***处理后的数据如下表所示：
Figure BDA0002747706310000061
Figure BDA0002747706310000071
由表可以看出，本***对水中的总氮、COD、浊度和总磷都有优异的去除效果。其中，经过微电解后，就具有显著的去除效果。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种碳纤维净水***，其特征在于，包括依次连通设置的微电解反应器(1)、碱性过渡池(2)、兼氧及厌氧反应器(3)和好氧反应器(4)。
2.根据权利要求1所述的碳纤维净水***，其特征在于：所述的微电解反应器(1)中的电解剂为混合型铁碳纤维电解剂。
3.根据权利要求2所述的碳纤维净水***，其特征在于，所述的电解剂由下述方法制备得到：
将混合原料制作成球形颗粒，然后经过200～600℃的高温烧制，烧制时间至少6h，然后冷却，即得，其中，所述混合原料包括重量比为55:18～22:9～11:9～11:4～6的铁粉、改性膨润土、聚丙烯腈基碳纤维粉末、碳粉和造孔剂。
4.根据权利要求3所述的碳纤维净水***，其特征在于：
所述改性膨润土包括重量比为3:0.9～1.1:0.9～1.1的膨润土、高岭土和石灰石；
所述造孔剂选自PMMA粉、可膨胀微球发泡剂或碳粉造孔剂中的任意一种。
5.根据权利要求1所述的碳纤维净水***，其特征在于：所述碱性过渡池(2)设置有向其提供pH为8～9的缓冲溶液的加液装置。
6.根据权利要求1所述的碳纤维净水***，其特征在于：所述兼氧及厌氧反应器(3)内竖向固定设置有至少一根第一软管，所述第一软管上固定有若干致密的长条状的聚丙烯腈基碳纤维长条，所述的聚丙烯腈基碳纤维长条表面覆盖有生物膜。
7.根据权利要求1所述的碳纤维净水***，其特征在于：所述的聚丙烯腈基碳纤维长条由若干聚丙烯腈基碳纤维丝经粘合剂粘合后再经机械压实得到。
8.根据权利要求1所述的碳纤维净水***，其特征在于：所述好氧反应器(4)内设置有碳纤维生态草。
9.根据权利要求8所述的碳纤维净水***，其特征在于：所述好氧反应器(4)内竖向固定设置有至少一根第二软管，所述第二软管上固定有若干聚丙烯腈基碳纤维丝，所述的聚丙烯腈基碳纤维丝表面覆盖有生物膜，各所述聚丙烯腈基碳纤维丝构成所述的碳纤维生态草。
10.根据权利要求1至9任一所述的碳纤维净水***，其特征在于：
所述微电解反应器(1)和所述碱性过渡池(2)之间通过带有泵的管道连通；
所述碱性过渡池(2)和所述兼氧及厌氧反应器(3)之间通过带有泵的管道连通；
所述兼氧及厌氧反应器(3)和所述好氧反应器(4)之间通过带有泵的管道连通；
所述兼氧及厌氧反应器(3)和所述好氧反应器(4)底部通过带有泵的管道连通，用于将处理水从所述好氧反应器(4)底部送往所述兼氧及厌氧反应器(3)的底部。
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