CN103641230B - 利用铁炭-Fenton一体化反应器进行有机废水预处理的方法 - Google Patents
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Abstract
利用铁炭-Fenton一体化反应器进行有机废水预处理的方法，本发明涉及工业污水预处理方法。本发明是要解决现有的铁炭微电解法和Fenton法联用处理废水的方法处理后的污水的可生化性差、产生的化学污泥量大的技术问题。铁炭-Fenton一体化反应器系统由pH调节池、铁炭-Fenton一体化反应器、风机和回流管组成，将有机废水注入调节池调节pH后，通入铁炭-Fenton一体化反应器中，同时风机曝气并向反应器中投加H2O2，无需补充Fe2+，即可达到良好的处理效果，处理后其污水的COD值降低50%以上，其BOD/COD的值为0.45～0.6，有利于后续生物单元进行。本方法可用于工业污水预处理。
Description
技术领域
本发明属于废水处理技术领域，具体涉及一种铁炭-Fenton一体化工艺预处理工业污水方法。
背景技术
铁炭微电解工艺是基于铁、铝等金属材料的一种电化学腐蚀反应，把铁屑或铁-炭浸泡于电解质溶液中，腐蚀、电解作用去处理废水。Fenton法是以H2O2为氧化剂、亚铁盐为催化剂的一种催化氧化法。
目前有很多利用铁炭微电解法和Fenton法联用处理废水的方法，如铁炭微电解-Fenton联用，Fenton强化铁炭微电解工艺等，这些方法都是将污水先通过铁炭微电解法处理，然后调节pH值后再经Fenton法处理，在铁炭微电解法处理过程中，新生态的Fe2+具有高的化学活性，能与废水中许多污染物组分发生氧化还原作用，使大分子物质分解为小分子或中间体；Fenton法是以H2O2为氧化剂、亚铁盐为催化剂的一种催化氧化法。常见的Fenton试剂的用量为150～400mg/L的Fe2+，以及3.5～15.0ml/L的H2O2，反应在酸性条件下产生的羟基自由基氧化能力极强，拥有很高的氧化还原电位，能够使废水中大分子污染物降解成小分子物质，发生断链或开环反应，有些物质会被完全转化成CO2和H2O。当污水的BOD/COD大于0.3时，一般认为该废水具有可生化性，但现有的铁炭微电解法和Fenton法联用技术中，因为铁炭微电解产生的Fe2+不能充分发生Fenton反应，使处理后的废水的BOD/COD在0.2～0.3范围内，可生化性差。同时由于药剂使用量大，产生大量的化学污泥。
发明内容
本发明是要解决现有的铁炭微电解法和Fenton法联用处理废水的方法处理后的污水的可生化性差、产生的化学污泥量大的技术问题，而提供利用铁炭-Fenton一体化反应器进行有机废水预处理的方法。
本发明的利用铁炭-Fenton一体化反应器进行有机废水预处理的方法按以下步骤进行：
一、铁炭-Fenton一体化反应器系统：铁炭-Fenton一体化反应器系统由pH调节池、铁炭-Fenton一体化反应器、风机和回流管组成；
铁炭-Fenton一体化反应器的侧壁下部设置入水口、在侧壁上部设置出水口在底部设置进气口；在铁炭-Fenton一体化反应器内填充铁炭填料；
pH调节池与铁炭-Fenton一体化反应器的入水口相连，风机与铁炭-Fenton一体化反应器的进气口相连；在铁炭-Fenton一体化反应器的出水口与入水口之间设置回流管；
二、将有机废水注入调节池调节pH至2.0～3.5后，从铁炭-Fenton一体化反应器的入水口通入铁炭-Fenton一体化反应器中，同时风机经铁炭-Fenton一体化反应器底部的进气口对反应器进行鼓风曝气，并向反应器中投加H2O2，水力停留60～100min后，从铁炭-Fenton一体化反应器的出水口排出，其中，部分出水回流至入水口处，完成有机废水的预处理。
本发明将高浓度有机废水流入调节池调节pH后，出水自下而上通过铁炭-Fenton一体化反应器，从底部对反应器进行鼓风曝气，并向反应器中投加H2O2，无需补充Fe2+，即可达到良好的处理效果，出水部分回流至铁炭-Fenton一体化反应器进水口，保证反应器中Fe2+浓度。
本发明的利用铁炭-Fenton一体化反应器进行有机废水预处理的方法拥有如下工艺特点：
(1)铁炭微电解过程中，酸性条件下生成Fe2+，理论上铁炭微电解进水的pH值控制在2左右，将有0.0495mol/L的Fe2+生成，因此，控制进水pH值较低，可使铁炭-Fenton一体化反应器中产生的Fe2+满足Fenton反应的需要，可很大程度上降低成本，同时又可达到理想的处理效果。生成的Fe2+与投加的H2O2在酸性条件下形成了Fenton试剂，在Fe2+催化作用下，Fenton反应生成了大量羟基自由基，拥有极强的氧化性。因而一体化工艺无需投加Fe2+，符合了经济性原则。铁炭-Fenton一体化工艺技术在依据铁炭微电解原电池反应原理基础上，又利用Fenton反应中OH·的强氧化作用，通过控制反应的pH和反应时间，使Fenton反应能够利用铁炭反应中产生的二价铁(Fe2+)，同时使难降解物质在Fenton反应中停留在开环断链阶段，而不直接生成水和二氧化碳，从而使工艺在实现降解有机物的同时，又达到有效提高废水可生化性的目的，可处理COD浓度范围为50～60000mg/L的各类难降解工业废水，处理后其污水的COD值降低50%以上，其BOD/COD的值为0.45～0.6，有利于后续生物单元进行，为后续处理单元做准备。同时因不用中间补加Fe2+，有效减少处理费用，高效经济。
(2)铁炭微电解反应使用的填料能与部分重金属离子发生化学反应，并可将其还原为价位低且毒性低的金属离子，最终以氢氧化物沉淀的形式除去。且废水中含有的Fe2+和Fe3+拥有絮凝效果，可以将废水中胶体或悬浮物质沉淀使废水得以净化。
(3)联合工艺处理可适用在多类高浓度难降解有机废水中，并可达到40%以上的去除效果，同时可提高废水的可生化能力。
附图说明
图1是具体实施方式一的铁炭-Fenton一体化反应器系统示意图；图中1为pH调节池、2为铁炭-Fenton一体化反应器、3为风机、4为回流管。
图2是铁炭-Fenton一体化反应器的示意图；
具体实施方式
具体实施方式一：本实施方式的利用铁炭-Fenton一体化反应器进行有机废水预处理的方法按以下步骤进行：
一、铁炭-Fenton一体化反应器系统：铁炭-Fenton一体化反应器系统由pH调节池1、铁炭-Fenton一体化反应器2、风机3和回流管4组成；
铁炭-Fenton一体化反应器2的侧壁下部设置入水口2-1、在侧壁上部设置出水口2-2在底部设置进气口2-3；在铁炭-Fenton一体化反应器2内填充铁炭填料2-4；
pH调节池1与铁炭-Fenton一体化反应器2的入水口2-1相连，风机3与铁炭-Fenton一体化反应器2的进气口2-3相连；在铁炭-Fenton一体化反应器2的出水与入水口2-1之间设置有回流管4；
二、将有机废水注入调节池调节pH至2.0～3.5后，从铁炭-Fenton一体化反应器2的入水口2-1通入装有铁炭填料的铁炭-Fenton一体化反应器中，同时风机3经铁炭-Fenton一体化反应器2底部的进气口2-3对反应器进行鼓风曝气，并向反应器中投加H2O2，水力停留60～100min后，从铁炭-Fenton一体化反应器2的出水口2-2排出，其中，部分出水回流至入水口2-1处，完成有机废水的预处理。
具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是所述的铁炭填料为单质铁与炭的混合物，单质铁与炭的质量比为（0.8～5.0）:1；其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一或二不同的是单质铁为铁珠或铁片。其它与具体实施方式一或二相同。
具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一至三之一不同的是炭为焦炭或活性炭；其它与具体实施方式一至三之一相同。
具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一至四之一不同的是铁炭-Fenton一体化反应器2中铁炭填料与污水的质量比为1:（3～6），由风机曝入铁炭-Fenton一体化反应器2中的空气质量与通入铁炭-Fenton一体化反应器2中水的质量的比为（10～28）：1，投加的H2O2的量按铁炭-Fenton一体化反应器2中每升水投加0.5～5.0ml H2O2的比例进行投加。其它与具体实施方式一至四之一相同。
具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式一至四之一不同的是铁炭-Fenton一体化反应器2中铁炭填料与污水的质量比为1:5，由风机曝入铁炭-Fenton一体化反应器2中的空气质量与铁炭-Fenton一体化反应器2中水的质量比为20：1，投加的H2O2的量按铁炭-Fenton一体化反应器2中每升水投加3.0ml H2O2的比例进行投加。其它与具体实施方式一至四之一相同。
具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式一至六之一不同的是从出水口2-2回流至入水口2-1的回流比（0.5～2）:1。其它与具体实施方式一至六之一相同。
本实施方式中回流比为回流水量与进水量的比。
本实施方式中出水部分回流至铁炭-Fenton一体化反应器进水口，保证反应器中Fe2+浓度。
具体实施方式八：本实施方式与具体实施方式一至六之一不同的是从出水口2-2回流至入水口2-1的回流比0.8:1。其它与具体实施方式一至六之一相同。
用以下实施例验证本发明的有益效果：
实施例1：本实施例的利用铁炭-Fenton一体化反应器进行有机废水预处理的方法按以下步骤进行：
一、铁炭-Fenton一体化反应器系统：铁炭-Fenton一体化反应器系统由pH调节池1、铁炭-Fenton一体化反应器2、风机3和回流管4组成；
铁炭-Fenton一体化反应器2的侧壁下部设置入水口2-1、在侧壁上部设置出水口2-2在底部设置进气口2-3；在铁炭-Fenton一体化反应器2内填充铁炭填料2-4；
pH调节池1与铁炭-Fenton一体化反应器2的入水口2-1相连，风机3与铁炭-Fenton一体化反应器2的进气口2-3相连；在铁炭-Fenton一体化反应器2的出水与入水口2-1之间设置回流管4；
二、将炼化废水注入调节池调节pH至2.0～2.5后，从铁炭-Fenton一体化反应器2的入水口2-1通入装有铁炭填料的铁炭-Fenton一体化反应器中，同时风机3经铁炭-Fenton一体化反应器2底部的进气口2-3对反应器进行鼓风曝气，并向反应器中投加H2O2，水力停留100min后，从铁炭-Fenton一体化反应器2的出水口2-2排出，其中，部分出水回流至入水口2-1处，完成有机废水的预处理。
其中铁炭填料为粒径为3-8mm的铁屑与粒径为5～10mm的焦炭的混合物；其中铁屑与焦炭的质量比为2:1；铁炭填料与炼化废水的质量比为1:4，由风机曝入铁炭-Fenton一体化反应器2中的空气质量与通入铁炭-Fenton一体化反应器2中水的质量的比为20：1，投加的H2O2的量按铁炭-Fenton一体化反应器2中每升水投加5.0ml H2O2的比例进行投加。从出水口2-2回流至入水口2-1的回流比1:1；
本实施例中未处理前炼化废水的COD为18000～20000mg/L，BOD为1200～1500mg/L，原水的B/C为0.06～0.08，不能够通过生物法处理该废水，经过本实施例的处理，其COD降至8000～9000mg/L，BOD提高至3800～4500mg/L，COD去除率达到了50%以上。同时炼化废水的B/C提高至0.45～0.5。由此说明铁炭-Fenton一体化反应器可使炼化废水的可生化性得到明显提高，为微生物提供了有利的生长条件，有利于后续生物单元进行，为后续处理单元做准备。同时因不用中间补加Fe2+，有效减少处理费用，高效经济。
因为铁炭-Fenton一体化反应器2的水中含有的Fe2+和Fe3+拥有絮凝效果，可以将废水中胶体或悬浮物质沉淀使废水得以净化。同时因投加的药剂量小，产生的化学污泥少，与传统Fenton法相比，可减少化学污泥产生量45%。
实施例2：本实施例的利用铁炭-Fenton一体化反应器进行有机废水预处理的方法按以下步骤进行：
一、铁炭-Fenton一体化反应器系统：铁炭-Fenton一体化反应器系统由pH调节池1、铁炭-Fenton一体化反应器2、风机3和回流管4组成；
铁炭-Fenton一体化反应器2的侧壁下部设置入水口2-1、在侧壁上部设置出水口2-2在底部设置进气口2-3；在铁炭-Fenton一体化反应器2内填充铁炭填料2-4；
pH调节池1与铁炭-Fenton一体化反应器2的入水口2-1相连，风机3与铁炭-Fenton一体化反应器2的进气口2-3相连；在铁炭-Fenton一体化反应器2的出水口2-2与入水口2-1之间设置回流管4；
二、将酸析糖精废水注入调节池调节pH至2.5后，从铁炭-Fenton一体化反应器2的入水口2-1通入装有铁炭填料的铁炭-Fenton一体化反应器中，同时风机3经铁炭-Fenton一体化反应器2底部的进气口2-3对反应器进行鼓风曝气，并向反应器中投加H2O2，水力停留75min后，从铁炭-Fenton一体化反应器2的出水口2-2排出，其中，部分出水从出水口2-2回流至入水口2-1处，完成有机废水的预处理。
其中铁炭填料为粒径为3～8mm的铁屑与粒径为5～10mm的焦炭的混合物；其中铁屑与焦炭的质量比为3:1；铁炭填料与酸析糖精废水的质量比为1:5，由风机曝入铁炭-Fenton一体化反应器2中的空气质量与通入铁炭-Fenton一体化反应器2中水的质量的比为15：1，投加的H2O2的量按铁炭-Fenton一体化反应器2中每升水投加3.0ml H2O2的比例进行投加。从出水口2-2回流至入水口2-1的回流比0.5:1；
本实施例中未处理前酸析糖精废水的COD为8000mg/L，BOD为700mg/L，原水的B/C为0.09，不能够通过生物法处理该废水。经本实施例的处理后，酸析糖精废水的COD降为4400mg/L，BOD提高为2000mg/L，经过铁炭-Fenton一体化工艺后，原水的B/C提高至0.45。由此说明铁炭-Fenton一体化反应器可使酸化糖精废水的可生化性得到明显提高，为微生物提供了有利的生长条件。同时因不用中间补加Fe2+，有效减少处理费用，高效经济。因为铁炭-Fenton一体化反应器2的水中含有的Fe2+和Fe3+具有絮凝作用，可以将废水中胶体或悬浮物质沉淀使废水得以净化。同时因投加的药剂量小，产生的化学污泥少，与传统Fenton法相比，可减少化学污泥产生量60%。
本实施例的酸析糖精废水同时做对比试验，即先用单一铁炭微电解处理，接着再用单一的Fenton工艺处理，具体的方法如下：
一、将酸析糖精废水注入调节池调节pH至2.5后，注入铁炭微电解反应器中进行铁炭微电解处理，其中铁炭微电解反应器中的铁炭填料为粒径为3～8mm的铁屑与粒径为5～10mm的焦炭的混合物；其中铁屑与焦炭的质量比为3:1；铁炭填料的质量与酸析糖精废水的质量的比为1:5，由风机曝入铁炭微电解反应器中的空气的质量与铁炭微电解反应器中水的质量比为15：1；反应时间为60min。
二、将经步骤一处理后的酸析糖精废水调节再pH至2.5后，注入Fenton反应器中处理，同时补加投加H2O2和Fe2+，其中投加H2O2是按每升水投加3.0ml H2O2的比例进行投加，Fe2+的投加量是20mg/L，反应时间为45min，完成污水的处理。
对比试验中酸析糖精废水未处理前的COD为8000mg/L，BOD为700mg/L，原水的B/C为0.09，不能够通过生物法处理该废水。经过对比试验的处理后，其COD值降为5100mg/L，其BOD提高至1400mg/L，B/C提高为0.27，但仍然不能利用生物法处理该废水。
Claims (7)
1.利用铁炭-Fenton一体化反应器进行有机废水预处理的方法，其特征在于该方法按以下步骤进行：
一、铁炭-Fenton一体化反应器系统：铁炭-Fenton一体化反应器系统由pH调节池(1)、铁炭-Fenton一体化反应器(2)、风机(3)和回流管(4)组成；
铁炭-Fenton一体化反应器(2)的侧壁下部设置入水口(2-1)、在侧壁上部设置出水口(2-2)在底部设置进气口(2-3)；在铁炭-Fenton一体化反应器(2)内填充铁炭填料(2-4)；
pH调节池(1)与铁炭-Fenton一体化反应器(2)的入水口(2-1)相连，风机(3)与铁炭-Fenton一体化反应器(2)的进气口(2-3)相连；在铁炭-Fenton一体化反应器(2)的出水与入水口(2-1)之间设置有回流管(4)；
二、将有机废水注入调节池调节pH至2.0～3.5后，由铁炭-Fenton一体化反应器(2)的入水口(2-1)通入铁炭-Fenton一体化反应器中，同时风机(3)经铁炭-Fenton一体化反应器(2)底部的进气口(2-3)对反应器进行鼓风曝气，并向反应器中投加H2O2，水力停留60～100min后，从铁炭-Fenton一体化反应器(2)的出水口(2-2)排出，其中，部分出水回流至入水口(2-1)处，完成有机废水的预处理。
2.根据权利要求1所述的利用铁炭-Fenton一体化反应器进行有机废水预处理的方法，其特征在于所述的铁炭填料为单质铁与炭的混合物，单质铁与炭的质量比为(0.8～5.0)：1。
3.根据权利要求2所述的利用铁炭-Fenton一体化反应器进行有机废水预处理的方法，其特征在于单质铁为铁珠或铁片。
4.根据权利要求2所述的利用铁炭-Fenton一体化反应器进行有机废水预处理的方法，其特征在于炭为焦炭或活性炭。
5.根据权利要求1、2、3或4所述的利用铁炭-Fenton一体化反应器进行有机废水预处理的方法，其特征在于铁炭-Fenton一体化反应器(2)中铁炭填料与污水的质量比为1：(3～6)，由风机曝入铁炭-Fenton一体化反应器(2)中的空气质量与通入铁炭-Fenton一体化反应器(2)中水的质量的比为(10～28)：1，投加的H2O2的量按铁炭-Fenton一体化反应器(2)中每升水投加0.5～5.0ml H2O2的比例进行投加。
6.根据权利要求1、2、3或4所述的利用铁炭-Fenton一体化反应器进行有机废水预处理的方法，其特征在于步骤二中回流比为(0.5～2)：1。
7.根据权利要求1、2、3或4所述的利用铁炭-Fenton一体化反应器进行有机废水预处理的方法，其特征在于步骤二中回流比为0.8:1。
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| GR01 | Patent grant |