CN103102003B - 用于工业废水处理的非均相Fenton反应连续装置及处理工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种处理工业废水的非均相Fenton反应连续装置及处理工艺。首先在过氧化氢储罐废液储罐中过氧化氢和废液进入原料液混合罐预混合后，通过pH调节器调节PH值、换热器升温，在流量计的控制下进入固定床催化反应器完成Fenton反应过程，经污水检测系统检测，达标的从处理液储罐中直接排出，未达标则通过循环泵循环回原料液储罐进行再处理。本发明实现了工业废水处理过程的高效化、节能化、简易化及安全化。可以快速、高效地降低污水中的COD值(mg/L)，且不会产生二次污染。

Description

用于工业废水处理的非均相Fenton反应连续装置及处理工艺
技术领域
本发明涉及一种工业废水连续处理装置及处理工艺，具体涉及一种用于非均相Fenton体系处理含有机污染物的工业废水的装置及处理工艺。
背景技术
有机污染物是环境中主要的污染物之一，尤其是持久性和难降解的有机物，其对人体健康的危害已经得到共识。因此，含有机污染物的工业废水的降解处理具有重大意义。
Fenton氧化法是一种典型的高级氧化技术。其氧化过程中产生的羟基自由基·OH作为一种强力氧化剂，可以有效的降解废水中的有机污染物。
Fenton反应中，关键的氧化剂：羟基自由基、过氧基以及过羟基等自由基可以由过氧化氢经过以下反应得到(其中，S和S+分别表示还原态和氧化态的金属离子，比如Fe2+)：
S+H2O2→S++OH-+·OH    (1)
S++H2O2→S+·HO2+H+    (2)
鉴于羟基自由基的强氧化力，污水中的有机物可以被迅速分解，且最终产物是水和二氧化碳，可不经后续处理而直接排放。Fenton氧化过程适用于处理有机物浓度为10-2至10-3M的低浓度工业废水，并已被证实能够有效除去工业废水的异味和有毒物质。
Fenton体系一般分为均相和非均相。传统的均相Fenton处理装置中，通常是使用铁盐作为催化剂，但铁盐的流失造成二价铁的不可还原，导致铁盐的过度消耗，并随之产生大量铁淤泥，需要进行后处理，弊病极多。
非均相Fenton体系有效解决了铁盐过度损耗及铁淤泥后处理的问题，因而得到了越来越多的关注与研究。
发明内容
本发明提供了一种高效、节能、简易、安全的处理工业废水的非均相Fenton反应连续装置，以及在连续装置中的处理工艺，解决了均相Fenton反应体系中铁絮凝的问题，避免了高消耗的后处理过程。同时，连续循环过程增加了装置的适用范围，极大降低了处理成本，废水的处理效果也得到大幅度提升，COD值可在20min内由1000下降至100或以下。
一种用于工业废水处理的非均相Fenton反应装置，其特征在于，所述的装置包括：一个过氧化氢储罐1和一个废液储罐2并联后接入供废液与过氧化氢溶液预混合的原料液混合罐3，原料液混合罐3上带有一个PH调节器6，原料液混合罐3的出口依次通过流量计10、换热器9与固定床催化反应器4下端的入口相连接，固定床催化反应器4上端的出口设有一个污水检测系统7并与处理液储罐5入口相连，处理液储罐5通过一个排放口排放合格处理液，通过处理液储罐5出口使不合格处理液进入原料液混合罐3循环处理，在处理液储罐5和原料液混合罐3之间设置有循环泵8。
上述固定床催化反应器4优选2～10级串联的固定床催化反应器；
上述污水检测系统7为COD测定仪。
本发明还提供一种用于上述装置的处理工艺，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
1、将过氧化氢储罐1中过氧化氢溶液与废液储罐2中的工业废水在原料液混合罐3中预混合，并通过pH调节器6调节混合液的pH至2-10，其中，过氧化氢溶液的浓度(mg/L)为工业废水初始COD值(mg/L)的1-500倍；
2、通过换热器将原料液混合罐3中混合液温度升高至25℃-100℃，2；通过流量计调节混合液进入固定床催化反应器4的流量，使混合液在催化剂床层的停留时间为30s-60min；
3、混合液从固定床催化反应器4下端进入，逆流经催化剂床层，从上端排出，从固定床催化反应器4顶端流出的混合液，流入处理液储罐5，经污水检测系统7检测，符合国家排放标准的则直接排放，不合格的处理液通过循环泵8循环至原料液储罐3，进行再处理。
所述的混合液的pH值优选2-4，过氧化氢溶液的浓度优选为工业废水初始COD值的100倍；
所述的混合液温度优选为5-50℃；
混合液在催化剂床层的停留时间优选30s-2min；
所述的固定床催化反应器4中装填Fenton催化剂，可选用Fe2O3负载于SBA-15(具有P6mm空间群的有序介孔氧化硅)载体或者Fe2O3负载于KIT-5(具有体心立方结构的笼状有序介孔氧化硅)载体。上述固定床催化反应器可以单级操作，也可以多级串联，如2-10级。根据工业废水的COD值(mg/L)及相应的国家排放标准确定处理任务，从而确定废水的循环次数及固定床催化反应器的串联个数。
本发明的优势在于：经过非均相Fenton体系处理的工业废水的COD值(mg/L)可有效降低至国家标准。连续装置非均相Fenton体系能有效避免淤泥产生，本发明中涉及的在连续装置中的污水处理过程是一种高效、节能、简易、安全的水处理工艺。
附图说明
附图1：由2级串联的固定床催化反应器组成的非均相Fenton反应连续装置的示意图。
其中：1：过氧化氢储罐，2：废液储罐，3：原料液混合罐，4：固定床催化反应器，5：处理液储罐，6：PH调节器，7：污水检测系统，8：循环泵，9：换热器，10：流量计。
具体实施方式
下面结合实例对本发明涉及的装置及工艺进行更详细的说明。
实施例1：
处理工业废水取自某酵母生产企业所排放废水，经过前期生物法处理后，COD浓度(mg/L)已由100000mg/L降至1000mg/L，但仍未达到排放标准。通过本发明的装置和工艺继续进行处理，具体实施如下：
1、过氧化氢溶液的浓度(mg/L)确定为工业废水初始COD浓度(mg/L)(1000mg/L)的100倍。
2、过氧化氢溶液与工业废水在进入固定床催化反应器之前进行预混合，使用pH调节器调节溶液pH至4；
3、混合液通过换热器，将温度升高至40℃；
4、通过流量计调节混合液进入固定床催化反应器的流量，从而控制混合液在催化剂床层的停留时间为10s；
5、混合液从固定床催化反应器下端进入，逆流经催化剂床层，从上端排出；
6、从固定床催化反应器顶端流出的废水流入处理液储罐后，经污水检测系统质检，考核COD浓度(mg/L)为700mg/L，尚未符合国家排放标准，因此通过循环泵循环至原料液储罐，进行再处理，第四次循环之后，检测COD浓度(mg/L)为100mg/L，达到排放标准。
实施例2：
具体实施如下：
1、过氧化氢溶液的浓度(mg/L)确定为工业废水初始COD浓度(1000mg/L)的100倍。
2、过氧化氢溶液与工业废水在进入固定床催化反应器之前进行预混合，使用pH调节器调节溶液pH至4；
3、混合液通过换热器，将温度升高至40℃；
4、通过流量计调节混合液进入固定床催化反应器的流量，从而控制混合液在催化剂床层的停留时间为1min。
5、混合液从固定床催化反应器下端进入，逆流经催化剂床层，从上端排出；
6、从固定床催化反应器顶端流出的废水流入处理液储罐后，经污水检测系统质检，考核COD浓度(mg/L)为200mg/L，尚未符合国家排放标准，因此通过循环泵循环至原料液储罐，进行再处理，第二次循环之后，检测COD浓度(mg/L)为50mg/L，达到排放标准。
实施例3：
具体实施步骤如下：
1、过氧化氢溶液的浓度(mg/L)确定为工业废水初始COD浓度(1000mg/L)的100倍；
2、过氧化氢溶液与工业废水在进入固定床催化反应器之前进行预混合，使用pH调节器调节溶液pH至4；
3、混合液通过换热器，将温度升高至40℃；
4、通过流量计调节混合液进入固定床催化反应器的流量，从而控制混合液在催化剂床层的停留时间为30s；
5、将3个固定床催化反应器进行串联，废水从固定床催化反应器下端进入，逆流经催化剂床层，从上端排出，再进入下一级反应器；
6、从第三个固定床催化反应器顶端流出的废水流入处理液储罐后，经污水检测系统质检，考核COD浓度(mg/L)为100mg/L，达到排放标准。

Claims (5)

1.一种用于工业废水处理的非均相Fenton反应装置，其特征在于，所述的装置包括：一个过氧化氢储罐(1)和一个废液储罐(2)并联后接入供废液与过氧化氢溶液预混合的原料液混合罐(3)，原料液混合罐(3)上带有一个PH调节器(6)，原料液混合罐(3)的出口依次通过流量计(10)、换热器(9)与固定床催化反应器(4)下端的入口相连接，固定床催化反应器(4)顶端的出口设有一个污水检测系统(7)并与处理液储罐(5)入口相连，处理液储罐(5)设有一个的排放口排放合格处理液，通过处理液储罐(5)出口使不合格处理液进入原料液混合罐(3)循环处理，在处理液储罐(5)和原料液混合罐(3)之间设置有循环泵(8)；
所述的固定床催化反应器(4)为装填Fenton催化剂的固定床催化反应器，所述的Fenton催化剂为Fe2O3负载于具有P6mm空间群的有序介孔氧化硅载体或者负载于具有体心立方结构的笼状有序介孔氧化硅载体的催化剂。
2.如权利要求1所述的非均相Fenton反应装置，其特征在于，所述的固定床催化反应器(4)为2～10级串联的固定床催化反应器。
3.一种用于如权利要求1所述的装置的处理工艺，其特征在于，所述工艺包括如下步骤：
1)、将过氧化氢储罐(1)中过氧化氢溶液与废液储罐(2)中的工业废水在原料液混合罐(3)中预混合，并通过pH调节器(6)调节混合液的pH至4，其中，过氧化氢溶液的浓度为工业废水初始COD值的1-500倍；
2)、通过换热器(9)将原料液混合罐(3)中的混合液温度升高至25℃-100℃，通过流量计(10)调节混合液进入固定床催化反应器(4)的流量，使混合液在催化剂床层的停留时间为30s-2min；
3)、混合液从固定床催化反应器(4)下端进入，逆流经催化剂床层，从上端排出，从固定床催化反应器(4)顶端出口流出的混合液，流入处理液储罐(5)，经污水检测系统(7)检测，符合国家排放标准的直接排放，不符合国家排放标准的处理液通过循环泵(8)循环至原料液储罐(3)，进行再处理。
4.如权利要求3所述的处理工艺，其特征在于，所述的混合液温度为5-50℃。
5.如权利要求3所述的处理工艺，其特征在于，所述的过氧化氢溶液的浓度为工业废水初始COD值的100倍。
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