一种耦合电-芬顿生物反应装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种耦合电‑芬顿生物反应装置，包括曝气混合单元、微流体反应单元、生物滤池，和泵水装置，所述的曝气混合单元设置在储水箱和微流体反应单元之间，通过泵水装置连通并控制水路和气路；所述的曝气混合单元包括若干根平行设置的曝气管、集水器、曝气板、曝气混合腔，所述的曝气管的顶端与集水器相连，下端与曝气板相连，当水流通过曝气管时，借助文丘里效应将空气吸入曝气管中，所吸入的水流和空气在曝气混合腔中混合；所述微流体反应单元中的阴极与曝气混合腔相连，所述的阳极与生物滤池相连。本发明专利技术装置可以优化电芬顿反应过程，能够更好地修复水体，提高修复效率。

A Coupled Electro-Fenton Bioreactor

【技术实现步骤摘要】
一种耦合电-芬顿生物反应装置
本专利技术属于水体净化设备领域，具体涉及一种耦合电-芬顿生物反应装置。
技术介绍
二氯吡啶酸是合成激素类除草剂，可用于大麦、小麦、玉米、油菜等作物田防除阔叶杂草，尤其对豆科和菊科多年生杂草防效好，被广泛应用到农业生产中。在施用二氯吡啶酸药物后，其会致使根部生长过量，茎及叶生长畸形，养分消耗，可彻底杀死敏感深根杂草。但是土壤对二氯吡啶酸的吸附性较弱，药物会随着地表径流进水自然水体，污染水环境。在无氧和少量微生物存在条件下，二氯吡啶酸可以持续很长时间。在一般条件下，二氯吡啶酸的半衰期为4~287d。根据美国环保局（EPA）的报告显示，长期暴露于含有二氯吡啶酸的环境中，会产生毒性，造成动物胎儿畸形。人体吸入二氯吡啶酸后会诱发咳嗽和咽喉疼痛等症状，直接接触后皮肤会变红，眼睛也会变红并伴有疼痛感，严重可能导致永久失明。研究已表明，水体是除草剂物质的主要“储存库”。被这种激素类药物污染后的水体会对人类和生态产生潜在风险。其致畸形和致病作用需要准确的暴露信息，这在实际中很难得到。但是很多发达国家，诸如美国、荷兰等都采取了一系列防护措施。但是大部分除草剂的都具有难生物降解的特点，传统的方法是用生物膜法，这种方法难以高效的去除这类药物。近年来，电-芬顿法被广泛应用于有机污染物去除和污染水体修复过程中。电-芬顿法废水处理反应器的设计仍然是一个难题。电芬顿是一种高效的电化学高级氧化过程，其本质是在氧气的还原过程中产生过氧化氢，最终目的是促进芬顿反应。电-芬顿法及相关技术在生物技术处理效果不佳的废水修复中表现出了很高的效率。相比之下，大部分的研究都集中在电极材料和工作条件的影响上，较少关注电池设计的其他方面。传统上电-芬顿法被广泛应用于简单搅拌槽反应器或平行板流式电池中。尽管传统的电-芬顿法反应器到目前为止已经取得了积极的效果，但是其无法形成工业规模，因此需要尽快降低这项技术的成本。电-芬顿法废水处理反应器的合理设计是实现电芬顿法技术修复水体污染实用化的关键技术之一。但是，现有的用于水体修复的电-芬顿反应器存在以下问题：一、电能消耗大：由于电-芬顿法缺乏高效的电极材料以及在电极间存在较大的孔隙，电阻增大，导致电极间电流损失增大，因此没有较高的电能利用率，能耗增加；二、目前为止，电芬顿反应器的主要限制是因为电极间间隙较窄，导致电极表面和电极间隙中会产生旗袍的积聚从而产生操作问题；三、目前为止，几乎所有的用到电芬顿法的处理工艺都要用到空气压缩机已增加曝气，这大大增加了处理的成本；四、传统电芬顿法的操作较为复杂，操作繁琐：电芬顿反应器的目标是高效快速的产生过氧化氢，一旦反应器出现异常，处理效果不明显，需要后续处理步骤。
技术实现思路
针对上述问题，本专利技术提出一种耦合电-芬顿生物反应装置。实现上述技术目的，达到上述技术效果，本专利技术通过以下技术方案实现：一种耦合电-芬顿生物反应装置，包括储水箱、曝气混合单元、微流体反应单元、生物滤池，和泵水装置，所述的曝气混合单元设置在储水箱和微流体反应单元之间，通过泵水装置连通并控制水路和气路；所述的曝气混合单元包括若干根平行设置的曝气管、集水器、曝气板、曝气混合腔，所述的曝气管的顶端与集水器相连，下端与曝气板相连，当水流通过曝气管时，借助文丘里效应将空气吸入曝气管中，所吸入的水流和空气在曝气混合腔中混合；所述微流体反应单元中包括外接直流电源，阴极，微垫片和阳极，所述的阴极与曝气混合腔相连，所述的阳极与生物滤池相连。作为本专利技术的进一步改进，所述的曝气混合单元还包括集成管路布水器，所述的曝气管的底端固定在集成管路布水器上。作为本专利技术的进一步改进，在所述曝气管底部设有微孔，所述的曝气板安装在微孔的位置，借助文丘里效应在连接处将空气吸入曝气管中。作为本专利技术的进一步改进，所述的泵水装置包括连接水路或气路的管路和控制阀、进水泵、进气泵，还包括液体转子流量计和气体转子流量计，所述的液体转子流量计或气体转子流量计设置在所述曝气混合单元的进水端或进气端，根据所述的液体转子流量计或气体转子流量计检测流量的大小对应的控制进水泵或进气泵的开启。作为本专利技术的进一步改进，所述的曝气混合腔和所述的微流体反应单元设置在装置的顶部，所述的曝气混合腔固定于装置的顶部，位于所述集水器的正上方，其固定高度不高于所述的微流体反应单元。作为本专利技术的进一步改进，所述曝气混合腔的顶部为圆台形，底部为倒置的圆台形。作为本专利技术的进一步改进，所述生物滤池还通过回流管路与所述的储水箱相连，所述的生物滤池的底面高于所述的储水箱的顶端，所述的回流管路的一端连接在所述的生物滤池的中上方的侧壁上。作为本专利技术的进一步改进，所述外接直流电源的电压为10V-20V，所述的阳极材料为RuO2/IrO2涂层钛网，阴极材料为掺硼金刚石，微垫片材料为厚度300-500μm的聚四氟乙烯。作为本专利技术的进一步改进，所述的微垫片材料为厚度400μm的聚四氟乙烯。本专利技术的有益效果：（1）本专利技术装置将电-芬顿法和生物膜法修复水体功能于一体，本专利技术装置占地面积小，操作方便，结构简单，反应条件易控，无二次污染，处理效果高效且稳定。（2）采用射流曝气的方式曝气，利用管道中形成的文丘里效应，不需要用到空气压缩机，减少了能耗，而且射流携带更多的空气气泡，大大提升了曝气效果；空气泵仅在少数情况下使用，主要目的是保障曝气效果。（3）采用曝气混合腔将射流曝气管路产物收集，在腔体中，两相物质充分混合，为后续微流体反应器中的进一步反应提供了稳定的反应物，为后续电芬顿反应提供了稳定条件。（4）本专利技术采用改进型微流体电芬顿反应器，采用RuO2/IrO2涂层钛网作为阳极材料，掺硼金刚石作为阴极材料，微垫片材料为厚度约为400μm的聚四氟乙烯，极大降低了反应器电阻，效率同比提高了4-10倍，能耗降低了6-15倍。（5）本专利技术采用电芬顿法和生物膜法联用，电芬顿将不易降解的高分子氧化分解成易被生物利用的小分子有机物，提高了微生物活性，提升了处理效果；通过控制进水阀与进气阀，可以优化电芬顿反应过程，使得本专利技术装置能够更好地修复水体，提高修复效率。附图说明图1为本专利技术一种实施例的结构示意图；图2为图1的A处的局部放大图；图3是本专利技术装置处理水体中二氯吡啶酸的效果图；其中：1-储水箱，2-进水泵，3-进气泵，4-液体转子流量计，5-气体转子流量计，6-管路，6_1-回流管路，7-控制阀，8-集成管路布水器，9-曝气板，10-曝气管，11-集水器，12-曝气混合腔，13-装置外壳，14-生物滤池，15-外接直流电源，16-阴极，17-微垫片，18-阳极。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。下面结合附图对本专利技术的应用原理作详细的描述。如图所示的耦合电-芬顿生物反应装置，在箱体中设置了储水箱1、曝气混合单元、微流体反应单元、生物滤池14，和泵水装置，各装置之间通过泵水装置进行连接，所述的泵水装置包括连接水路或气路的管路6和控制阀7、并在连接曝气混合单元的进气端和进水端的设置了进水泵2和进气泵3。所述的曝气混合单元设置在储水箱1和微流体反应单元之间，包括成管本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种耦合电‑芬顿生物反应装置，其特征在于：包括储水箱（1）、曝气混合单元、微流体反应单元、生物滤池（14），和泵水装置，所述的曝气混合单元设置在储水箱和微流体反应单元之间，通过泵水装置连通并控制水路和气路；所述的曝气混合单元包括若干根平行设置的曝气管（10）、集水器（11）、曝气板（9）、曝气混合腔（12），所述的曝气管（10）的顶端与集水器（11）相连，下端与曝气板（9）相连，当水流通过曝气管（10）时，借助文丘里效应将空气吸入曝气管（10）中，所吸入的水流和空气在曝气混合腔（12）中混合；所述微流体反应单元中包括外接直流电源（15），阴极（16），微垫片（17）和阳极（18），所述的阴极（16）与曝气混合腔（12）相连，所述的阳极（18）与生物滤池（14）相连。

【技术特征摘要】
1.一种耦合电-芬顿生物反应装置，其特征在于：包括储水箱（1）、曝气混合单元、微流体反应单元、生物滤池（14），和泵水装置，所述的曝气混合单元设置在储水箱和微流体反应单元之间，通过泵水装置连通并控制水路和气路；所述的曝气混合单元包括若干根平行设置的曝气管（10）、集水器（11）、曝气板（9）、曝气混合腔（12），所述的曝气管（10）的顶端与集水器（11）相连，下端与曝气板（9）相连，当水流通过曝气管（10）时，借助文丘里效应将空气吸入曝气管（10）中，所吸入的水流和空气在曝气混合腔（12）中混合；所述微流体反应单元中包括外接直流电源（15），阴极（16），微垫片（17）和阳极（18），所述的阴极（16）与曝气混合腔（12）相连，所述的阳极（18）与生物滤池（14）相连。2.根据权利要求1所述的一种耦合电-芬顿生物反应装置，其特征在于：所述的曝气混合单元还包括集成管路布水器（8），所述的曝气管（10）的底端固定在集成管路布水器（8）上。3.根据权利要求1或2所述的一种耦合电-芬顿生物反应装置，其特征在于：在所述曝气管（10）底部设有微孔，所述的曝气板（9）安装在微孔的位置，借助文丘里效应在连接处将空气吸入曝气管（10）中。4.根据权利要求1所述的一种耦合电-芬顿生物反应装置，其特征在于：所述的泵水装置包括连接水路或气路的管路（6）和控制阀（7）、进水泵（2）、进气泵（3），还包括液体转子流量计（4）和气体转...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱金鑫，李轶，王龙飞，张文龙，张焕军，
申请(专利权)人：河海大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32