CN103601317A - 一种联锁控制的模块式芬顿试剂处理废水方法和装置 - Google Patents

Abstract

一种联锁控制的模块式芬顿试剂处理废水方法及装置，是使废水依次连续通过第一调节池、第二调节池、强氧化反应池、pH值回调池和絮凝池五个反应池；废水在第一调节池中调节pH值至3.0-5.0；废水进入第二调节池中加入H₂O₂，使强氧化应池中废水的氧化还原电位控制在1.8V-2.8V；废水在强氧化应池进行反应；在pH值回调池中加入氢氧化钠，使废水pH值回调至6-9；最后使废水进入絮凝池，在絮凝池中投加絮凝剂。本发明设置多个反应池，使反应更充分，减少了中间产物的生成，提高了氧化剂的利用率，实现了连续进水，连续反应，提高了自动化程度和药剂投加量的精确度，可实现投加药剂的量化控制，降低运行误差，减小运行难度。

Description

一种联锁控制的模块式芬顿试剂处理废水方法和装置

技术领域

本发明涉及一种用于废水处理的芬顿试剂反应方法及装置，属于污水处理技术领域。

背景技术

芬顿（Fenton）试剂法是一种目前常用的废水处理高级氧化技术，具有较高的去除难降解有机污染物的能力。Fenton试剂法催化氧化处理工艺原理是借助H₂O₂与铁盐等催化氧化反应机制，产生具有极强氧化性的羟基自由基（·OH），借助羟基自由基具有“攻击”有机物分子内高电子云密度部位的特点，破坏分子链结构，使大部分难降解的有机物迅速被·OH自由基彻底矿化为CO₂和H₂O。强氧化反应主要是在一个搅拌反应池中进行。

Fenton试剂法是一种有效的废水处理方法，但目前主要反应方式为在一个搅拌反应池内进行，一般为非连续反应，存在以下问题：（1）反应条件不好掌握，pH值的调节范围、药剂的最佳投加量等需要人工控制，容易造成误差，工作难度大；（2）不能充分矿化有机物，初始物质部分转化为某些中间产物，这些中间产物或与Fe³⁺形成络合物，或与羟基自由基·OH的生成路线发生竞争，并可能对环境的危害更大；（3）无法精确控制反应参数，造成药剂投加量不精确，如H₂O₂的利用率不高。

发明内容

本发明针对现有Fenton试剂法处理废水技术存在的不足，提供一种氧化反应更充分、能够提高氧化剂利用率的联锁控制的模块式芬顿试剂处理废水方法，同时提供一种实现该方法的装置。

本发明的联锁控制的模块式芬顿试剂处理废水方法，是使废水依次连续通过第一调节池、第二调节池、强氧化反应池、pH值回调池和絮凝反应池五个反应池，具体包括以下步骤：

（1）废水首先进入第一调节池，在该调节池中对废水进行pH值调节，向废水中投加浓H₂SO₄，调节废水pH值至3.0-5.0，如果废水pH值低于3.0，则不投加浓硫酸；同时加入FeSO₄，投加量根据废水在步骤（3）强氧化反应后的氧化还原电位决定，并根据步骤（4）中检测的废水COD调整，通过搅拌强化混合，创造反应环境，保证充分反应；

（2）调节pH值后的废水由第一调节池进入第二调节池，在第二调节池中加入H₂O₂，并充分搅拌混和，创造氧化环境；H₂O₂的投加量根据废水在步骤（3）强氧化反应中的氧化还原电位决定，并根据步骤（4）中检测的废水COD调整；

（3）废水继续进入强氧化反应池进行反应，实现强氧化反应，采用搅拌强化混合，充分混合均匀，反应时间控制在20分钟-45分钟，使废水在强氧化反应池中的氧化还原电位控制在1.8V-2.8V；

（4）之后废水进入pH值回调池，在pH值回调池中加入氢氧化钠，采用搅拌强化混合，使废水pH值回调至6-9，创造絮凝反应环境；同时检测废水COD，确认处理后的废水是否达到排放要求，如果达不到排放要求就在各参数的范围内调整各参数（各参数是指第一调节池进水流量、pH值、氧化还原电位及各药剂投加量），直至达到排放要求；如果达到了排放要求就进入絮凝反应池；

（5）最后使废水进入絮凝反应池，在絮凝反应池中投加絮凝剂，实现絮凝反应，使废水中泥水分离。

实现上述方法的联锁控制的模块式芬顿试剂处理废水装置，采用下述技术解决方案：

该装置，包括第一调节池、第二调节池、强氧化反应池、pH值回调池和絮凝池五个模块以及PLC可编程控制器，第一调节池、第二调节池、强氧化反应池、pH值回调池和絮凝池依次连通，各池中均设置有搅拌装置；第一调节池上设有进水管，进水管上连接有进水pH值自动检测仪、流量计和进水COD自动检测仪，第一调节池中设有H₂SO₄投加管和FeSO₄投加管，H₂SO₄投加管和FeSO₄投加管上均设有计量泵，第一调节池的出水口处设有出水pH值自动检测仪；第二调节池中设置有H₂O₂投加管，H₂O₂投加管上设有计量泵，第二调节池中还设有氧化还原电位检测仪；pH值回调池中设有NaOH投加管，NaOH投加管上设有计量泵，pH值回调池中还设有回调pH值自动检测仪和出水COD自动检测仪；絮凝反应池上设有出水管，絮凝反应池中设有絮凝剂投加管，絮凝剂投加管上设有计量泵；各处的pH值自动检测仪、计量泵、COD自动检测仪、流量计和氧化还原电位检测仪均与PLC可编程控制器连接。

上述装置的运行过程如下所述：

（1）废水首先通过进水管进入第一调节池，并通过设置在进水管上的进水pH值自动检测仪、流量计和进水COD自动检测仪在线实时检测废水的pH值、流量和COD，并将检测数据传输给PLC可编程控制器；当检测到废水的pH值高于5.0时，通过H₂SO₄投加管向第一调节池中投加浓H₂SO₄，调节废水pH值至设定范围3.0-5.0，并通过出水pH值自动检测仪检测是否达到该设定范围，如果检测的废水pH值低于3.0，则不投加浓硫酸；按上述要求控制H₂SO₄投加量，PLC可编程控制器根据该投加量控制H₂SO₄计量泵；同时向第一调节池中通过FeSO₄投加管投加FeSO ₄溶液，由PLC可编程控制器控制FeSO₄计量泵来控制投加量；通过第一调节池中的搅拌机搅拌，充分反应；

（2）经过步骤（1）pH值调节后的废水进入第二调节池，在第二调节池中通过H₂O₂投加管投加H₂O₂，投加量控制在使强氧化反应池中的氧化还原电位至1.8V-2.8V，根据强氧化反应池中的氧化还原电位检测仪检测的数据确定H₂O₂投加量，PLC可编程控制器 根据该投加量控制H₂O₂投加管上的H₂O₂计量泵；通过第二调节池中的搅拌机充分搅拌混和；

（3）废水继续进入强氧化反应池进行反应，反应时间控制在20分钟-45分钟，通过强氧化反应池中的搅拌机充分搅拌混和，使强氧化反应池中的氧化还原电位至1.8V-2.8V；

（4）废水在强氧化反应池反应后进入pH值回调池，在pH值回调池中通过NaOH投加管投加NaOH溶液，使废水pH值回调至6-9，完成强氧化反应；根据回调的pH值确定NaOH的投加量，PLC可编程控制器 根据该投加量控制NaOH投加管上的NaOH计量泵；通过pH值回调池中的回调pH值自动检测仪检测pH值是否回调至6-9；通过pH值回调池中的出水COD自动检测仪检测出水COD，确认处理后的废水是否达到排放要求，如果达不到排放要求就调整各参数，直至达到排放要求；如果达到了排放要求就进入絮凝反应池；通过pH值回调池中的搅拌机充分搅拌混和；

（5）最后使废水进入絮凝反应池，在絮凝反应池中通过絮凝剂投加管投加絮凝剂聚丙烯酰胺，使步骤（4）反应后的废水中的泥水分离。

废水在上述装置的各个模块反应池中是连续运行的，自动检测第一调节池的进水流量和pH值，通过PLC可编程控制器自动控制投加H₂SO₄，自动调节强化反应所需要的pH值，同时自动控制投加FeSO₄。在第二调节池的进水口处投加H₂O₂，控制氧化还原电位。在强氧化反应池中进行Fenton强氧化反应，并检测出水的PH值，根据该pH值通过PLC可编程控制器自动控制pH值回调池中的NaOH投加量，强氧化反应池可以设置多个串联的分池，以增加强氧化反应时间。在絮凝反应池投加絮凝剂，使反应后泥水能快速分离。通过各反应池中搅拌机的搅拌，使药剂与废水充分混合和反应。

本发明设置多个串联连通的反应池，使反应更充分，减少了中间产物的生成，提高了氧化剂的利用率，实现了连续进水，连续反应，并通过PLC可编程控制器进行数据分析和控制，在每个反应阶段均实现了在线检测和数据的实时采集，通过在线信号控制药剂投加量，提高了自动化程度和药剂投加量的精确度，可实现投加药剂的量化控制，降低系统运行误差，减轻运行难度。

附图说明

附图是本发明联锁控制的模块式芬顿反应废水处理装置的结构原理示意图。

图中：1、第一调节池，2、第二调节池，3、强氧化反应池，4、pH值回调池，5、絮凝反应池，6、进水管，7、出水管，8、PLC可编程控制器，9、H₂SO₄投加管，10、H₂O₂投加管，11、进水pH值自动检测仪，12、流量计，13、进水COD自动检测仪，14、氧化还原电位检测仪，15、FeSO₄投加管，16、NaOH投加管，17、絮凝剂投加管，18、搅拌机，19、H₂SO₄计量泵，20、出水pH值自动检测仪，21、回调pH值自动检测仪，22、出水COD自动检测仪，23、FeSO₄计量泵，24、H₂O₂计量泵，25、NaOH计量泵，26、絮凝剂计量泵。

具体实施方式

如附图所示，本发明中的联锁控制的模块式芬顿试剂处理废水装置，自左至右共设8个依次排列并连通的反应池，其中第一反应池为第一调节池1，第二反应池为第二调节池2，第三至第五反应池均为强氧化反应池3，第六和第七反应池为pH值回调池4，第八反应池为絮凝反应池5，八个反应池中均设有搅拌机18。第一调节池1的侧壁上设有进水管6，絮凝反应池5的侧壁上设有出水管7。在进水管6上连接有进水pH值自动检测仪11、流量计12和进水COD自动检测仪13，以在线实时检测废水进行芬顿氧化反应前的pH值、流量和COD。第一调节池1中设有H₂SO₄投加管9和FeSO₄投加管15，H₂SO₄投加管9上设有H₂SO₄计量泵19，FeSO₄投加管15上均设有FeSO₄计量泵23，通过H₂SO₄计量泵19和FeSO₄计量泵23分别控制H₂SO₄和FeSO₄溶液的投加量。第一调节池1的末端（出水口处）设有出水pH值自动检测仪20，以检测调节后的废水pH值。第二调节池2中设置有H₂O₂投加管10，H₂O₂投加管10上设有H₂O₂计量泵24，以控制H₂O₂的投加量。在强氧化反应池3的第二个池（即第四反应池）中设有氧化还原电位检测仪14，以根据检测的氧化还原电位控制第二调节池2中H₂O₂的投加量。强氧化反应池3采用三个反应池的作用是增加废水的强氧化反应时间，保证充分反应，也可以用2个、4个或更多个。在pH值回调池4的进口端设有NaOH投加管16，NaOH投加管16上设有NaOH计量泵25，以控制NaOH溶液的投加量，在pH值回调池4的第二个反应池（即第七个反应池）中设有回调pH值自动检测仪21和出水COD自动检测仪22，回调pH值自动检测仪21用于检测回调后的pH值是否达到要求，并以此控制NaOH溶液的投加量，出水COD自动检测仪22用于检测出水COD。絮凝反应池5中设有絮凝剂投加管17，絮凝剂投加管17上设有絮凝剂计量泵26，以控制絮凝剂的投加量。所有仪表（进水pH值自动检测仪11、流量计12、进水COD自动检测仪13、氧化还原电位检测仪14、H₂SO₄计量泵19、出水pH值自动检测仪20、回调pH值自动检测仪21、出水COD自动检测仪22、FeSO₄计量泵23、H₂O₂计量泵24、NaOH计量泵25和絮凝剂计量泵26）均与PLC可编程控制器8连接。

上述装置进行废水处理时，按照本发明提供的方法，使废水依次连续通过第一调节池1、第二调节池2、强氧化反应池3、pH值回调池4和絮凝池5，具体的运行过程如下所述：

（1）废水首先通过进水管6进入第一调节池1，并通过设置在进水管6上的进水pH值自动检测仪11、流量计12和进水COD自动检测仪13在线实时检测废水的pH值、流量和COD，并将检测数据传输给PLC可编程控制器8。当进水pH值自动检测仪11检测到废水的pH值高于5.0时，通过H₂SO₄投加管9向第一调节池1中投加浓H₂SO₄，调节废水pH值至设定范围3.0-5.0，并通过出水pH值自动检测仪20检测是否达到该设定范围。如果进水pH值自动检测仪11检测的废水pH值低于3.0，则不投加浓硫酸。按上述要求控制H₂SO₄投加量，PLC可编程控制器8根据该投加量控制H₂SO₄计量泵19。同时向第一调节池1中通过FeSO₄投加管15投加FeSO ₄溶液，由PLC可编程控制器8控制FeSO₄计量泵23来控制投加量，投加量由试验确定，根据废水在步骤（3）强氧化反应后的氧化还原电位调整。通过第一调节池1中的搅拌机搅拌，充分反应。

（2）经过步骤（1）pH值调节后的废水由第一调节池1进入第二调节池2，在第二调节池2中通过H₂O₂投加管10投加H₂O₂，投加量控制在使强氧化反应池3中的氧化还原电位至1.8V-2.8V，根据强氧化反应池3中的氧化还原电位检测仪14检测的数据确定H₂O₂投加量，PLC可编程控制器8 根据该投加量控制H₂O₂投加管10上的H₂O₂计量泵24。通过第二调节池2中的搅拌机充分搅拌混和。

（3）废水继续进入强氧化反应池3进行反应，在强氧化反应池3中主要控制目标是混合均匀，反应时间可控制在20分钟-45分钟，强氧化反应池3采用三个反应池的作用是增加废水的强氧化反应时间，保证充分反应。通过强氧化反应池3的三个反应池中的搅拌机充分搅拌混和。

（4）废水在强氧化反应池3反应后进入pH值回调池4，在pH值回调池4的第一个池（即第六个反应池）中通过NaOH投加管16投加NaOH溶液，使废水pH值回调至6-9，完成强氧化反应。根据回调的pH值确定NaOH的投加量，PLC可编程控制器8 根据该投加量控制NaOH投加管16上的NaOH计量泵25。通过pH值回调池4的第二个池中的回调pH值自动检测仪21检测pH值是否回调至6-9。通过pH值回调池4的第二个池中的出水COD自动检测仪22检测出水COD，确认处理后的废水是否达到排放要求，如果达不到排放要求就调整各参数（第一调节池进水流量、pH值、氧化还原电位及各药剂投加量），直至达到排放要求；如果达到了排放要求就进入絮凝反应池5。通过pH值回调池4的两个反应池中的搅拌机充分搅拌混和。

（5）最后使废水进入絮凝反应池5，在絮凝反应池5中通过絮凝剂投加管17投加絮凝剂聚丙烯酰胺（PAM），投加絮凝剂可使反应后泥水能快速分离。絮凝剂投加量根据试验确定，能够使步骤（4）反应后的废水中泥水能够在需要的时间内实现分离要求即可。PLC可编程控制器8 根据所需投加量控制絮凝剂投加管17上的絮凝剂计量泵26。通过絮凝反应池5中的搅拌机充分搅拌使絮凝剂与泥水混和。

本发明具有以下特点：

（1）多格反应池，每个池子均有其固定的功能，芬顿氧化反应的每一过程均有其固定的反应池；

（2）每个反应阶段均设在线检测仪表，信号收集后通过模块化PLC控制，可实现投加药剂的量化控制，降低系统运行误差，减轻运行难度；

（3）分格反应实现了连续进水，连续反应，可使反应更充分，减少中间产物的生成，提高氧化剂的利用率。

Claims (2)

1.一种联锁控制的模块式芬顿试剂处理废水方法，是使废水依次连续通过第一调节池、第二调节池、强氧化反应池、pH值回调池和絮凝池五个反应池，其特征是，具体包括以下步骤：

（1）废水首先进入第一调节池，在该调节池中对废水进行pH值调节，向废水中投加浓H₂SO₄，调节废水pH值至3.0-5.0，如果废水pH值低于3.0，则不投加浓硫酸；同时加入FeSO₄，投加量根据废水在步骤（3）强氧化反应后的氧化还原电位决定，并根据步骤（4）中检测的废水COD调整；通过搅拌强化混合，创造反应环境，保证充分反应；

（2）调节pH值后的废水由第一调节池进入第二调节池，在第二调节池中加入H₂O₂，并充分搅拌混和，创造氧化环境；H₂O₂的投加量根据废水在步骤（3）强氧化反应中的氧化还原电位决定，并根据步骤（4）中检测的废水COD调整；

（3）废水继续进入强氧化反应池进行反应，实现强氧化反应，采用搅拌强化混合，充分混合均匀，反应时间控制在20分钟-45分钟，使废水在强氧化反应池中的氧化还原电位控制在1.8V-2.8V；

（4）之后废水进入pH值回调池，在pH值回调池中加入氢氧化钠，采用搅拌强化混合，使废水pH值回调至6-9，创造絮凝反应环境；同时检测废水COD，确认处理后的废水是否达到排放要求，如果达不到排放要求就在各参数的范围内调整各参数，直至达到排放要求；如果达到了排放要求就进入絮凝反应池；

（5）最后使废水进入絮凝反应池，在絮凝反应池中投加絮凝剂，实现絮凝反应，使废水中泥水分离。

2.一种实现上述方法的联锁控制的模块式芬顿试剂处理废水装置，其特征是：包括第一调节池、第二调节池、强氧化反应池、pH值回调池和絮凝池五个模块以及PLC可编程控制器，第一调节池、第二调节池、强氧化反应池、pH值回调池和絮凝池依次连通，各池中均设置有搅拌装置；第一调节池上设有进水管，进水管上连接有进水pH值自动检测仪、流量计和进水COD自动检测仪，第一调节池中设有H₂SO₄投加管和FeSO₄投加管，H₂SO₄投加管和FeSO₄投加管上均设有计量泵，第一调节池的出水口处设有出水pH值自动检测仪；第二调节池中设置有H₂O₂投加管，H₂O₂投加管上设有计量泵，第二调节池中还设有氧化还原电位检测仪；pH值回调池中设有NaOH投加管，NaOH投加管上设有计量泵，pH值回调池中还设有回调pH值自动检测仪和出水COD自动检测仪；絮凝反应池上设有出水管，絮凝反应池中设有絮凝剂投加管，絮凝剂投加管上设有计量泵；各处的pH值自动检测仪、计量泵、COD自动检测仪、流量计和氧化还原电位检测仪均与PLC可编程控制器连接；

上述装置的运行过程如下所述：

（1）废水首先通过进水管进入第一调节池，并通过设置在进水管上的进水pH值自动检测仪、流量计和进水COD自动检测仪在线实时检测废水的pH值、流量和COD，并将检测数据传输给PLC可编程控制器；当检测到废水的pH值高于5.0时，通过H₂SO₄投加管向第一调节池中投加浓H₂SO₄，调节废水pH值至设定范围3.0-5.0，并通过出水pH值自动检测仪检测是否达到该设定范围，如果检测的废水pH值低于3.0，则不投加浓硫酸；按上述要求控制H₂SO₄投加量，PLC可编程控制器根据该投加量控制H₂SO₄计量泵；同时向第一调节池中通过FeSO₄投加管投加FeSO ₄溶液，由PLC可编程控制器控制FeSO₄计量泵来控制投加量；通过第一调节池中的搅拌机搅拌，充分反应；

（2）经过步骤（1）pH值调节后的废水进入第二调节池，在第二调节池中通过H₂O₂投加管投加H₂O₂，投加量控制在使强氧化反应池中的氧化还原电位至1.8V-2.8V，根据强氧化反应池中的氧化还原电位检测仪检测的数据确定H₂O₂投加量，PLC可编程控制器根据该投加量控制H₂O₂投加管上的H₂O₂计量泵；通过第二调节池中的搅拌机充分搅拌混和；

（3）废水继续进入强氧化反应池进行反应，反应时间控制在20分钟-45分钟，通过强氧化反应池中的搅拌机充分搅拌混和，使强氧化反应池中的氧化还原电位至1.8V-2.8V；

（4）废水在强氧化反应池反应后进入pH值回调池，在pH值回调池中通过NaOH投加管投加NaOH溶液，使废水pH值回调至6-9，完成强氧化反应；根据回调的pH值确定NaOH的投加量，PLC可编程控制器 根据该投加量控制NaOH投加管上的NaOH计量泵；通过pH值回调池中的回调pH值自动检测仪检测pH值是否回调至6-9；通过pH值回调池中的出水COD自动检测仪检测出水COD，确认处理后的废水是否达到排放要求，如果达不到排放要求就调整各参数，直至达到排放要求；如果达到了排放要求就进入絮凝反应池；通过pH值回调池中的搅拌机充分搅拌混和；

（5）最后使废水进入絮凝反应池，在絮凝反应池中通过絮凝剂投加管投加絮凝剂聚丙烯酰胺，使步骤（4）反应后的废水中的泥水分离。

Images