CN103539293A

CN103539293A - 一种用于高浓度有机废水预处理的高效铁碳-芬顿组合式反应器

Info

Publication number: CN103539293A
Application number: CN201310438742.8A
Authority: CN
Inventors: 姚明; 李双建; 胡召堂; 赵晓刚
Original assignee: ANHUI LVJUREN ENVIRONMENT TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: ANHUI LVJUREN ENVIRONMENT TECHNOLOGY Co Ltd
Priority date: 2013-09-25
Filing date: 2013-09-25
Publication date: 2014-01-29

Abstract

本发明涉及一种用于高浓度有机废水预处理的高效铁碳-芬顿组合式反应器，其特征在于包括管道混合器（1），以及分段组合的一段活动式铁碳反应床（2）和二段芬顿催化氧化反应器（3），所述管道混合器（1）将废水输送到与其管路连通的活动式铁碳反应床（2），废水经由活动式铁碳反应床（2）的铁碳微电解反应，而后通过上流式旋流布水器排送至位于其上部的芬顿催化氧化反应器（3）。本发明可有效处理印染废水、化工废水、制药废水、制革废水等高有机物、高色度、高氨氮等高浓度有机废水。降低运行成本；效果明显。

Description

一种用于高浓度有机废水预处理的高效铁碳-芬顿组合式反应器

技术领域

本发明涉及高效铁碳-芬顿组合式反应器，属于铁碳-芬顿组合式反应器结构技术领域。

背景技术

高效铁碳-芬顿组合式反应器是一种结合了最新铁碳微电解反应技术及高级氧化领域里面的芬顿催化氧化技术，利用两种技术的反应原理，通过组合运用实现对高浓度、难降解、可生化性差有机废水进行有效预处理的装置。

铁碳-芬顿组合式反应器，其主体由管道混合器、活动式铁碳反应床、芬顿催化氧化器、曝气搅拌系统、搅拌系统、进出水管道系统和自控系统组成。

铁碳微电解工作原理如下：

当铁和碳在酸性废水中时，由于铁和碳之间的电极电位差，废水中会形成无数个微原电池。其中电位低的铁成为阳极，电位高的碳成为阴极，在酸性充氧条件下发生电化学反应，其反应过程如下：

阳极(Fe): Fe- 2e→ Fe2+,

阴极(C) : 2H++2e→ 2[H]→H2,

阳极产生的初生态的Fe2+进入第二段芬顿催化氧化反应器补充Fe2+，阴极产生原子 [H]它们具有高化学活性, 能改变废水中许多有机物的结构和特性, 能与废水中许多污染物组份发生氧化还原反应，使有机物发生断链、开环等作用，使某些难生化降解的物质转变成容易处理的物质，提髙废水的可生化性。充氧发生下面的反应：　

O₂+4H⁺+4e→2H₂O； O₂+2H₂O+4e→4OH^－；2Fe²⁺ +O₂+4H+→2H₂O+ Fe³⁺ 芬顿催化氧化工作原理如下：

芬顿催化氧化是由亚铁离子(Fe2+)与过氧化氢(H2O2)组成的体系，也称芬顿试剂，它能生成强氧化性的羟基自由基，在水溶液中与难降解有机物生成有机自由基使之结构破坏，最终氧化分解。

芬顿氧化法可有效地处理含硝基苯、ABS等高浓度、毒性大、难降解的高浓度有机物的废水以及用于废水的脱色、除恶臭。

芬顿反应是以亚铁离子为催化剂的一系列自由基反应。主要反应大致如下：

　　 Fe2++H2O2==Fe3++OH-+HO·

　　 Fe3++H2O2+OH-==Fe2++H2O+HO·

　　 Fe3+ +H2O2==Fe2++H++HO2·

　　 HO2+H2O2==H2O+O2↑+HO·

芬顿试剂通过以上反应，不断产生HO·（羟基自由基，电极电势2.80EV，仅次于F2），使得整个体系具有强氧化性，可以氧化氯苯、氯化苄、油脂等等难以被一般氧化剂（氯气，次氯酸钠，二氧化氯，臭氧，臭氧的电极电势只有2.23EV）氧化的物质。

传统铁碳芬顿组合反应器存在的技术缺陷

现有的组合反应器结构多采用敞口式罐体形式，罐体外部安装管道混合器，罐体内部由下至上为穿孔布水管、穿孔曝气管、滤头、滤板、铁碳微电解填料，废水经管道混合器，加入酸、双氧水、硫酸亚铁，药剂与废水充分混合后，进入罐体，通过穿孔布水管布水均匀，通过穿孔曝气管搅拌混合，后经滤头排至上部铁碳微电解填料，在罐体内铁和碳之间形成电极电位差，组合无数微原电池，改变废水中许多有机物的结构和特性,使有机物发生断链、开环，同时双氧水与亚铁盐在酸性环境下产生羟基自由基，对难降解有机物强行氧化分解。

以上结构的现有组合反应器具有如下技术缺陷：

1、铁碳微电解及芬顿反应虽然都是在酸性环境下加药反应，但是要达到最大的去除效率，这两个过程需要分段，传统组合反应器的往往将铁碳微电解填料设于芬顿反应器中，混为一体，只能在前段加酸调节PH，由于铁碳微电解反应及芬顿反应所需PH值不同，因此很容易造成去除效率低下，控制难度高的问题。

2、传统的铁碳微电解反应器，采用设立承托支架及滤板，放置铁碳填料，由于铁碳填料比重大，一般填料设置厚度在2-3m,铁碳微电解反应器运行久了以后如果遇到铁碳填料堵塞，水头损失过大的情况，即便设有检修口，但是由于挤压密实及板结情况，很难进行清理。

3、传统的组合反应器，铁碳填料采用铁粉与碳粉，使用寿命短，消耗快，而且容易板结，出水悬浮物量大。

以上现有组合反应器存在的不足及缺陷，即是本发明技术要解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的在于解决上述已有技术存在的不足之处，提供一种去除效率高、操作方便、性能稳定可靠持久的用于高浓度有机废水预处理的高效铁碳-芬顿组合式反应器。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种用于高浓度有机废水预处理的高效铁碳-芬顿组合式反应器，其特殊之处在于包括管道混合器1，以及分段组合的一段活动式铁碳反应床2和二段芬顿催化氧化反应器3，所述管道混合器1作为高浓度有机废水的混合入口，将废水进一步输送到与其管路连通的活动式铁碳反应床2，废水经由活动式铁碳反应床2的铁碳微电解反应，而后通过上流式旋流布水器排送至位于其上部的芬顿催化氧化反应器3；

高浓度有机废水首先进入管道混合器1，所述管道混合器1上开设有与加药泵相连通的加药口1-1，所述管道混合器1内部设有用于混合废水并将其推进一段活动铁碳反应床的固定螺旋叶片。

所述活动式铁碳反应床2的前段安装有与管道混合器的加药泵联动、能够实时监测pH值的一段数显pH检测计2-1；

所述活动式铁碳反应床2由多个活动式铁碳组件2-2组成，所述活动式铁碳组件2-2采用的是上进水方式，其顶端设有把手、底板设有通孔，内部填装有成品铁碳微电解填料；

所述单个活动式铁碳组件2-2的规格为700×1000×2000mm,组件外壳采用PP高聚防腐板制作，组件底板通孔直径Φ20mm，孔间距15mm，空塔流速取0.2-1m/min；

经铁碳微电解反应的废水经过上流式旋流布水器自流入二段的芬顿催化氧化反应器3，所述上流式旋流布水器包括安装于一段活动式铁碳反应床2和二段芬顿催化氧化反应器3之间的进水管4处的布水器中心筒5，所述布水器中心筒5的上部设有加药点6，所述布水器中心筒5下部与进水管4出口切向安装，使废水在经过进水管4进入布水器中心筒的过程中即可切向流入后形成旋流，向下布水至二段的芬顿催化氧化反应器3；

所述芬顿催化氧化反应器3前端安装有能够实时监测pH值的二段数显pH检测计3-1、中间横向设有穿孔板7、纵向安装有将整个反应器分为三个区的两个折流板8、底部接有穿孔曝气管9。

本发明兼有铁碳微电解反应器及芬顿催化氧化反应器的特点，组合运用提高去除效率，可有效处理印染废水、化工废水、制药废水、制革废水等高有机物、高色度、高氨氮等高浓度有机废水。铁碳微电解反应可以为芬顿催化氧化补充亚铁离子（Fe²⁺），可以节省芬顿反应所需投加的亚铁盐药剂量，降低运行成本；以显著提高废水的可生化性，可有效减少废水中有毒物质对微生物的毒害作用，为进一步生化处理创造了有利条件。通过强氧化作用对于难降解、环链、大分子等复杂的有机物，开环断链，去除效果明显。

附图说明

图1：本发明结构示意图；

图2：图1的A-A剖视图；

图3：图1的B-B剖视图。

具体实施方式

以下参照附图，给出本发明的具体实施方式，用来对本发明的构成进行进一步说明。

实施例1

本实施例的一种用于高浓度有机废水预处理的高效铁碳-芬顿组合式反应器参考图1-3，包括管道混合器1，以及分段组合的一段活动式铁碳反应床2和二段芬顿催化氧化反应器3，所述管道混合器1作为高浓度有机废水的混合入口，将废水进一步输送到与其管路连通的活动式铁碳反应床2，废水经由活动式铁碳反应床2的铁碳微电解反应，而后通过上流式旋流布水器排送至位于其上部的芬顿催化氧化反应器3；高浓度有机废水首先进入管道混合器1，所述管道混合器1上开设有与加药泵相连通的加药口1-1，所述管道混合器1内部设有用于混合废水并将其推进一段活动铁碳反应床的固定螺旋叶片。所述活动式铁碳反应床2的前段安装有与管道混合器的加药泵联动、能够实时监测pH值的一段数显pH检测计2-1；所述活动式铁碳反应床2由多个活动式铁碳组件2-2组成，所述活动式铁碳组件2-2采用的是上进水方式，其顶端设有把手、底板设有通孔，内部填装有成品铁碳微电解填料；所述单个活动式铁碳组件2-2的规格为700×1000×2000mm,组件外壳采用PP高聚防腐板制作，组件底板通孔直径Φ20mm，孔间距15mm，空塔流速取0.2-1m/min；经铁碳微电解反应的废水经过上流式旋流布水器自流入二段的芬顿催化氧化反应器3，所述上流式旋流布水器包括安装于一段活动式铁碳反应床2和二段芬顿催化氧化反应器3之间的进水管4处的布水器中心筒5，所述布水器中心筒5的上部设有加药点6，所述布水器中心筒5下部与进水管4出口切向安装，使废水在经过进水管4进入布水器中心筒的过程中即可切向流入后形成旋流，向下布水至二段的芬顿催化氧化反应器3；所述芬顿催化氧化反应器3前端安装有能够实时监测pH值的二段数显pH检测计3-1、中间横向设有穿孔板7、纵向安装有将整个反应器分为三个区的两个折流板8、底部接有穿孔曝气管9。

高浓度有机废水首先进入管道混合器1，通过管道混合器1上设置的加药口1-1加入酸，通过一段数显pH检测计2-1控制调节PH至4左右，通过管道混合器1内部螺旋结构混合均匀，充分反应后进入一段活动式铁碳反应床2，经过内部上下折流，与活动式铁碳组件2-2充分接触，通过原电池作用使有机物发生断链、开环，经铁碳微电解反应的废水自流进入二段芬顿催化氧化反应器3，首先进入上流式旋流布水器，进水管4与布水器中心筒5切向安装，进水时即可形成旋流，向下布水至芬顿反应器底部，同时加药点6设置在布水器中心筒5上部，进水时加入酸，通过二段数显pH检测计3-1控制调节PH至3左右，然后加入双氧水、硫酸亚铁，同废水一同旋流向下过程充分混合均匀，废水进入底部后再向上溢流，经过三段折流区混合反应，底部接穿孔曝气管9，充分搅拌混合，反应器中间增加穿孔板7，可有效保证水流稳定，同时可有效防止芬顿反应时大量气泡的产生，芬顿反应出水即可进入后续处理工艺。

本发明相对于传统的反应器，具有以下不同点：

1、结构上采用活动式铁碳反应床与芬顿催化氧化反应器分段组合。

具有以下特点：1）由于铁碳微电解反应器只需要调节废水至PH在4左右，而芬顿催化氧化需要调节PH、投加亚铁盐及双氧水，两种运行方式不同，将两者分开可有效保证两阶段去除效率达到最大化，而传统的往往将铁碳微电解填料设于芬顿反应器中，加药控制难度大，容易堵塞微电解填料，去除效率低。

2）分段组合有利于检查运行过程出现的问题，便于及时调整加药量或者运行方式。

、活动式铁碳反应床采用成品铁碳微电解填料。

具有以下特点：1）采用成品铁碳微电解填料，相对于传统采用铁屑和碳粉的方法，操作更方便，效果更好，工作性能稳定、可靠、持久。

2）使用的微电解填料采用特殊烧结工艺，形成铁碳包容架构形式，铁骨架与碳链相互分散交叉；添加多种催化元素，形成多孔式架构，具有高电位差的金属合金融合催化剂并采用高温微孔活化技术生产而成，具有铁炭一体化、熔合催化剂、微孔架构式合金结构、比表面积大、比重轻、活性强、电流密度大、作用水效率高等特点。可克服传统铁碳微电解填料易于板结、钝化、沟流现象严重，严重影响了处理效果的情况。

、铁碳反应床采用活动式安装。

具有以下特点：1）铁碳反应床由多个组件组成，单个组件规格700×1000×2000mm,组件外壳采用6mm厚PP高聚防腐板制作，顶端设置把手，组件底板开Φ20mm孔，间距15mm，组件内部填装新型成品铁碳微电解填料，组件进水方式采用上进水，单个组件空塔流速取0.2-1m/min；根据流量大小不同选择组件数量。

传统的铁碳微电解反应器，采用设立承托支架，放置铁碳填料，由于铁碳填料比重大，一般填料设置厚度在2-3m,铁碳微电解反应器运行久了以后如果遇到铁碳填料堵塞，水头损失过大的情况，即便设有检修口，但是由于挤压密实及板结情况，很难进行清理。通过组件活动式安装，完全避免了这个问题，而且检修方便，直接取出即可，同时布水全面，避免有死角的情况出现，提高反应效率。

、两段式PH控制。

具有以下特点：1）在活动式铁碳反应床前设置管道混合器，加酸调节PH，反应床前段安装数显PH计与加药泵联动，实时监测PH值。

2）在芬顿催化氧化反应器上流式旋流布水器加酸调节PH，一区出水口设置数显PH计，与加药泵联动，实时监测PH值。

传统的反应器只能在前段加酸调节PH，由于铁碳微电解反应及芬顿反应所需PH值不同，因此很容易造成去除效率低下，控制难度高的问题。

、芬顿催化氧化反应器上流式旋流进水+折流布水

具有以下特点：1）芬顿催化氧化反应器第一区一侧设置上流式旋流布水器，进水切向进入，呈旋流状态进入底部，加药点设置在进水口，这样在旋流布水的过程可以使亚铁盐及双氧水、酸充分有效的混合均匀，再通过一区二区曝气搅拌，反应时间控制在1.5-2h，使芬顿反应充分有效进行，达到最大去除效率。传统方式多采用底部进水，通过滤头进行布水。

2）芬顿催化氧化反应器段分三个区，采用上下折流布水的方式，每区流道设置穿孔板，利于化学反应，流道上升/下降流速控制在1m/s左右。

Claims

1.一种用于高浓度有机废水预处理的高效铁碳-芬顿组合式反应器，其特征在于包括管道混合器（1），以及分段组合的一段活动式铁碳反应床（2）和二段芬顿催化氧化反应器（3），所述管道混合器（1）将废水输送到与其管路连通的活动式铁碳反应床（2），废水经由活动式铁碳反应床（2）的铁碳微电解反应，而后通过上流式旋流布水器排送至位于其上部的芬顿催化氧化反应器（3）。

2.如权利要求1所述一种用于高浓度有机废水预处理的高效铁碳-芬顿组合式反应器，其特征在于所述管道混合器（1）上开设有与加药泵相连通的加药口（1-1），所述管道混合器（1）内部设有用于混合废水并将其推进一段活动铁碳反应床的固定螺旋叶片。

3.如权利要求1所述一种用于高浓度有机废水预处理的高效铁碳-芬顿组合式反应器，其特征在于所述活动式铁碳反应床（2）的前段安装有与管道混合器的加药泵联动、能够实时监测pH值的一段数显pH检测计（2-1）。

4.如权利要求1所述一种用于高浓度有机废水预处理的高效铁碳-芬顿组合式反应器，其特征在于所述活动式铁碳反应床（2）由多个活动式铁碳组件（2-2）组成，所述活动式铁碳组件（2-2）采用的是上进水方式，其顶端设有把手、底板设有通孔，内部填装有成品铁碳微电解填料。

5.如权利要求4所述一种用于高浓度有机废水预处理的高效铁碳-芬顿组合式反应器，其特征在于所述单个活动式铁碳组件（2-2）的规格为700×1000×2000mm,组件外壳采用PP高聚防腐板制作，组件底板通孔直径Φ20mm，孔间距15mm，空塔流速取0.2-1m/min。

6.如权利要求1所述一种用于高浓度有机废水预处理的高效铁碳-芬顿组合式反应器，其特征在于所述上流式旋流布水器包括安装于一段活动式铁碳反应床（2）和二段芬顿催化氧化反应器（3）之间的进水管（4）处的布水器中心筒（5），所述布水器中心筒（5）的上部设有加药点（6），所述布水器中心筒（5）下部与进水管（4）出口切向安装。

7.如权利要求1所述一种用于高浓度有机废水预处理的高效铁碳-芬顿组合式反应器，其特征在于所述芬顿催化氧化反应器（3）前端安装有能够实时监测pH值的二段数显pH检测计（3-1）、中间横向设有穿孔板（7）、纵向安装有将整个反应器分为三个区的两个折流板（8）、底部接有穿孔曝气管（9）。