CN103663802B - 微电解-芬顿氧化反应装置 - Google Patents

Abstract

本发明属于污水处理技术领域，具体涉及一种微电解-芬顿氧化反应装置。本氧化反应装置包括供废水装置，还包括由防腐材质构成的中空状的反应器，反应器的筒体内部自下而上分为芬顿氧化反应区、微电解反应区和絮凝反应区，所述微电解反应区内满布有铁碳填料；本发明还包括设置在反应器上侧的排水装置，以便将经过处理的废水排出在本氧化反应装置的外侧。本发明把微电解技术及芬顿氧化技术合为一体，最大限度地利用反应器的有效空间，即在一台独立的单元设备的有效空间内，同时进行着电化学反应和氧化还原反应，极大地简化了废水处理工艺流程，降低了各种因素对废水处理运行的影响程度，提高了单元设备对废水处理的净化性能，最终获得理想的处理效果。

Description

微电解-芬顿氧化反应装置

技术领域

本发明属于污水处理技术领域，具体涉及一种微电解-芬顿氧化反应装置。

背景技术

微电解和Fenton(芬顿)氧化技术是两种不同的废水处理技术，在废水处理工艺设计中经常分别或同时采用，并能取得较好的处理效果。在现有技术中，同时采用微电解和Fenton(芬顿)氧化技术时的通常做法是把微电解反应器和芬顿氧化反应装置先后串联，以期达到更好的处理效果，从而为后续生化工艺提供良好预处理条件。但是这种串联使用的设计方式，需要配套两台不同的单元处理设备，也即需要按照设定的流程把各自独立的微电解反应器和芬顿氧化反应装置连接起来，并配置一系列辅助管道和设施，这种简单叠加的连接方式不仅建设投资大，运行成本高，处理工艺流程冗长繁杂，而且难以使微电解反应器和芬顿氧化反应装置同时处于最佳运行工况，因此也难以获得理想的处理效率。

发明内容

本发明的目的是提供一种微电解-芬顿氧化反应装置，本氧化反应装置把微电解技术及芬顿氧化技术合为一体，即在一台独立的单元设备的有效空间内，同时进行着电化学反应和氧化还原反应，从而极大地简化了废水处理工艺流程，降低了各种因素对废水处理运行的影响程度，提高了单元设备对废水处理的净化性能。

为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：一种微电解-芬顿氧化反应装置，本氧化反应装置包括如下组成部分：

供废水装置，用于将与芬顿试剂初步混合的废水送入反应器的芬顿氧化反应区；

反应器，反应器为由防腐材质构成的中空状的筒体，所述反应器的筒体内部自下而上分为芬顿氧化反应区、微电解反应区和絮凝反应区，所述芬顿氧化反应区和微电解反应区以及微电解反应区和絮凝反应区彼此相连通，且微电解反应区内满布有铁碳填料；

排水装置，所述排水装置设置在反应器的上侧，以便将经过处理的废水排出在反应器的外侧。

本发明还可以通过以下技术措施得以进一步实现：

优选的，所述供废水装置包括用于供废水的水泵和脉冲布水器，水泵和脉冲布水器之间设有联接二者的供水管，所述脉冲布水器架设在反应器的上侧，脉冲布水器上还设置有向脉冲布水器内供应芬顿试剂的加药管道，脉冲布水器的下侧设置有穿过反应器的筒体而向芬顿氧化反应区供水的输水管。

进一步的，所述芬顿氧化反应区与絮凝反应区的高度相同，芬顿氧化反应区或絮凝反应区与微电解反应区的高度比例为3∶4～1∶1。

进一步的，所述输水管的下侧出水端设置有便于均匀地向芬顿氧化反应区供水的布水管，布水管设置为靠近反应器的筒底处，且布水管上均匀地设有布水孔。

更进一步的，所述脉冲布水器的内部设置有搅拌装置。

作为本发明的优选方案，所述絮凝反应区的上部设有溢流堰，溢流堰上设置有引导废水排出在反应器外侧的出水管。

优选的，所述脉冲布水器的底端与溢流堰的顶端之间的间距大于1.0米。

进一步的，所述溢流堰上还设置有与水泵进水端处的进水管相连接的回流管，回流管上设置有阀门。

本发明具有以下有益效果：

1)、本氧化反应装置将微电解电化学反应和芬顿氧化反应并入同一反应体系也即反应器中，微电解电化学反应和芬顿氧化反应在反应器中同时进行，互为弥补，相得益彰。

由于微电解电化学反应和芬顿氧化反应均在同一个反应器中，则微电解电化学反应中产生的Fe²⁺是对芬顿氧化反应中的Fe²⁺的补充，从而降低了芬顿试剂中Fe²⁺的外加量；另外，Fe²⁺在芬顿氧化反应中不仅起到催化作用，而且当反应进行到一定程度时，随着PH值的上升，废水中的Fe²⁺将成为絮凝剂，而不会白白“流失”。

由上述可知，本发明从微电解和芬顿氧化反应原理出发，根据反应进行程度的不同，最大限度地利用反应器的有效空间，使废水在不同的反应阶段中能够充分发挥微电解和芬顿氧化反应的双重去污和降解作用，从而获得理想的处理效果。

2)、本氧化反应装置中设置有脉冲布水器，也即本发明采用脉冲式给水方式，这种给水方式具有以下优势：

①节约用电，比采用水泵直接给水节电30％；

②布水均匀，瞬间流速快，增强了水的湍动性和反应物的直接碰撞作用，有利于化学反应的进行；

③可缓解铁-碳微电解反应过程中形成的电极钝化现象，对滞留在填料颗粒表面或间隙中的泥垢具有清理作用，可提高填料使用寿命。

3)、本氧化反应装置设置有回流管，所述回流管的作用是把经过微电解-芬顿氧化反应处理后的废水，按照出水水质标准控制出水或回流量，不合格的水可通过回流管返回本氧化反应装置的进水口，并得以重新处理；同时回流废水中残余的有效药剂可充分利用，减少了原废水中各种药剂的添加量。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图中标记的含义如下：

10-反应器  11-芬顿氧化反应区  12-微电解反应区

13-絮凝反应区  14-卸料孔  15-人孔  20-水泵

21-进水管  30-脉冲布水器  31-供水管  32-加药管道

33-输水管  34-布水管  40-溢流堰  41-出水管

42-回流管

具体实施方式

如图1所示，一种微电解-芬顿氧化反应装置，其特征在于本氧化反应装置包括如下组成部分：

供废水装置，用于将与芬顿试剂初步混合的废水送入反应器10的芬顿氧化反应区11；

反应器10，反应器10为由防腐材质构成的中空状的筒体，所述反应器10的筒体内部自下而上分为芬顿氧化反应区11、微电解反应区12和絮凝反应区13，所述芬顿氧化反应区11和微电解反应区12以及微电解反应区12和絮凝反应区13彼此相连通，且微电解反应区12内满布有铁碳填料；

排水装置，所述排水装置设置在反应器10的上侧，以便将经过处理的废水排出在反应器的外侧。

本发明是用于酸性有机废水预处理的环保设备，主体设备及相应辅助设施或构件，必须具有较强耐腐蚀性能。根据设计水量，可采用不锈钢、碳钢防腐、耐酸塑料及钢混防腐制造。

所述供废水装置包括用于供废水的水泵20和脉冲布水器30，水泵20和脉冲布水器30之间设有联接二者的供水管31，所述脉冲布水器30架设在反应器10的上侧，脉冲布水器30上还设置有向脉冲布水器30内供应芬顿试剂的加药管道32，脉冲布水器30的下侧设置有穿过反应器10的筒体而向芬顿氧化反应区11供水的输水管33。

比较简易的一种脉冲布水器30就是可以脉冲供水的水箱，当水箱内的水位未达到设定水位时，阀门处于关于状态；而当水箱内的水位达到设定水位时，阀门打开以通过输水管33向下输水。

脉冲布水器30是本发明中的重要辅助设备，脉冲布水器30置于反应器10的顶部，脉冲布水器30的底部可设计为高于反应器10内的液面1.0m～1.2m或更高，以保持有足够的布水脉冲力。

所述芬顿氧化反应区11与絮凝反应区13的高度相同，芬顿氧化反应区11或絮凝反应区13与微电解反应区12的高度比例为3∶4～1∶1。

所述输水管33的下侧出水端设置有便于均匀地向芬顿氧化反应区11供水的布水管34，布水管34设置为靠近反应器10的筒底处，且布水管34上均匀地设有布水孔。

所述脉冲布水器30的内部设置有搅拌装置。

如图1所示，所述絮凝反应区13的上部设有溢流堰40，溢流堰40上设置有引导废水排出在反应器10外侧的出水管41。所述溢流堰40使得经过反应器10处理的水通过溢流堰40的堰口流出，随后经出水管41排出在反应器10的外侧。

所述脉冲布水器30的底端与溢流堰40的顶端之间的间距大于1.0米。

所述溢流堰40上还设置有与水泵20进水端处的进水管21相连接的回流管42，回流管42上设置有阀门。

下面结合图1对本发明的工作过程做进一步说明：

如图1所示，废水经水泵20以及供水管31打入脉冲布水器30，脉冲布水器30上设有加药管道32，芬顿试剂通过加药管道32加入脉冲布水器30，并调整脉冲布水器中的废水PH值至3左右。废水经脉冲布水器30的降水管33对位于反应器10底部的布水管34周期性脉冲供水。废水自布水管34的布水孔处均匀喷出，并在反应器10下部的芬顿氧化反应区11内留动，并沿反应器10的轴线方向脉冲上移，如图1中的箭头所示。在此过程中，废水中的污染物与芬顿试剂发生反应，污染物被初步去除或降解。当废水沿反应器10的轴线方向继续上升进入微电解反应区12时，废水中的污染物在铁碳填料所形成的微电流作用下进一步去除和降解，同时由微电解阴极反应释放的Fe²⁺对芬顿氧化反应所消耗的Fe²⁺给予补充，从而保持芬顿氧化反应持续有效地进行。当废水沿反应器10的轴线方向上升离开铁碳填料所在的区域时，芬顿氧化反应仍在进行，同时由于H⁺的消耗及Fe²⁺的絮凝作用，大部分污染物胶体及悬浮物形成絮体，为下一步的分离创造了条件。被处理的废水沿反应器10的轴线方向继续上升，最后经溢流堰40溢出，大部分经出水管41自流到下一道工序；小部分废水则可根据工艺要求通过回流管42与原废水混合，被水泵20再次打入脉冲布水器30以重新处理，从而确保处理后的废水水质达到预定指标。

如图1所示，本发明中的反应器10内的区域几乎都是有效的反应空间。根据废水的水质状况确定，总停留时间一般为100min～120min，相当于微电解或芬顿氧化反应装置单台单元设备串联停留时间的1/2。反应器10自下而上共分三个区域：

1、芬顿氧化反应区11

该区域占反应器10内的总反应区域的1/3的高度，原废水加入芬顿试剂后，在此区域内生成大量羟基自由基，发生剧烈氧化反应，废水中污染物去除率和降解效果达35％以上。由于脉冲供水的作用，废水始终处于湍动状态，加大了各反应物相互碰撞力度，提高了反应速度。

2、微电解反应区12

微电解反应区12也即即铁碳填料层反应段，该区域约占总反应区域高度的1/3～2/5，此区域主要是芬顿氧化反应持续进行条件下的电化学反应区。随着废水的上移，废水中污染物逐渐得以降解，同时Fe²⁺的浓度在减少，水的PH值也缓慢上升。当废水缓慢进入铁碳填料层后，由微电极阳极生成的Fe²⁺立即与废水的H₂O₂构成新的芬顿试剂氧化体系；由阴极反应生成的新生态[H]和[O]与废水中的污染物发生氧化还原反应，从而促进了废水中污染物去除或持续降解。

微电解填料是微小原电池形成重要条件。为降低废水处理运行成本，一般采用铁屑和活性炭作填料，按铁碳质量比2∶1均匀混合，置于填料床上以得到铁碳填料层。由于反应器内采用脉冲供水，对填料颗粒外表面及间隙，具有一定脉冲力，可有效地阻止电极钝化膜的形成，从而延长铁碳填料的寿命。随着整个氧化反应装置的运行时间的增加，填料中的铁元素会有明显消耗，应定期补充铁屑和活性炭粉末。填料补充时尽量将空洞和塌陷部位填平，从而保持废水均匀通过填料不发生偏流现象。

3、絮凝反应区13

絮凝反应区13位于铁碳填料层的上部，约占总反应区高度的1/3左右。废水进入该区域后，未消耗完的芬顿试剂及微电解产生的Fe²⁺、羟基自由基HO等活性物质将继续发挥作用。但更多的是由于PH的下降，促使Fe(OH)₂及一系列络合物的形成，对废水中胶体和微小固体污染颗粒进行絮凝或捲扫，并形成“矾花”，这将有促于下道工序污染的进一步分离，此区域的净化作用占总去除率的1/3以上。

如图1所示，铁碳填料装入时从反应器10的顶部进入。装填时可把脉冲布水器30底部的输水管33的连接口螺栓拆卸掉，把脉冲布水器30整体移开，填料从反应器10的顶部吊装。更换填料时，将卸料孔14的快装门打开，填料从卸料孔14卸出。考虑到反应器10底部清理布水管34及反应器10内的其他作业方便，靠近反应器10的底部设一人孔15，正常生产时，人孔15关闭。

Claims (7)

1.一种微电解-芬顿氧化反应装置，其特征在于本氧化反应装置包括如下组成部分：

供废水装置，用于将与芬顿试剂初步混合的废水送入反应器(10)的芬顿氧化反应区(11)；

反应器(10)，反应器(10)为由防腐材质构成的中空状的筒体，所述反应器(10)的筒体内部自下而上分为芬顿氧化反应区(11)、微电解反应区(12)和絮凝反应区(13)，所述芬顿氧化反应区(11)和微电解反应区(12)以及微电解反应区(12)和絮凝反应区(13)彼此相连通，且微电解反应区(12)内满布有铁碳填料；

排水装置，所述排水装置设置在反应器(10)的上侧，以便将经过处理的废水排出在反应器(10)的外侧；

所述供废水装置包括用于供废水的水泵(20)和脉冲布水器(30)，水泵(20)和脉冲布水器(30)之间设有联接二者的供水管(31)，所述脉冲布水器(30)架设在反应器(10)的上侧，脉冲布水器(30)上还设置有向脉冲布水器(30)内供应芬顿试剂的加药管道(32)，脉冲布水器(30)的下侧设置有穿过反应器(10)的筒体而向芬顿氧化反应区(11)供水的输水管(33)。

2.根据权利要求1所述的微电解-芬顿氧化反应装置，其特征在于：所述芬顿氧化反应区(11)与絮凝反应区(13)的高度相同，芬顿氧化反应区(11)或絮凝反应区(13)与微电解反应区(12)的高度比例为3:4～1:1。

3.根据权利要求1所述的微电解-芬顿氧化反应装置，其特征在于：所述输水管(33)的下侧出水端设置有便于均匀地向芬顿氧化反应区(11)供水的布水管(34)，布水管(34)设置为靠近反应器(10)的筒底处，且布水管(34)上均匀地设有布水孔。

4.根据权利要求1所述的微电解-芬顿氧化反应装置，其特征在于：所述脉冲布水器(30)的内部设置有搅拌装置。

5.根据权利要求1或3所述的微电解-芬顿氧化反应装置，其特征在于：所述絮凝反应区(13)的上部设有溢流堰(40)，溢流堰(40)上设置有引导废水排出在反应器(10)外侧的出水管(41)。

6.根据权利要求5所述的微电解-芬顿氧化反应装置，其特征在于：所述脉冲布水器(30)的底端与溢流堰(40)的顶端之间的间距大于1.0米。

7.根据权利要求5所述的微电解-芬顿氧化反应装置，其特征在于：所述溢流堰(40)上还设置有与水泵(20)进水端处的进水管(21)相连接的回流管(42)，回流管(42)上设置有阀门。