CN103880225B - 一种多级铁碳微电解耦合芬顿氧化床反应器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多级铁碳微电解耦合芬顿氧化床反应器，其特征在于它包括提升水泵、进水管道、过氧化氢投加装置、进水管道混合器、配水室、多级铁碳微电解耦合芬顿氧化床反应器本体、取换料口、单质铁和颗粒活性碳混合物层、出水澄清区、筛板布水系统、排泥口、反应器出水渠、出水管和沉淀池，沉淀池包括沉淀池本体、出水管道和排泥管道。本发明所提出的一种多级铁碳微电解耦合芬顿氧化床反应器，解决了传统焦化废水处理工艺对难降解复杂有机污染物去除效果不理想而导致出水中COD、氨氮、总氮及色度不达标等问题，对于废水中的难降解多环、杂环类有机物和有毒有害物质的处理极为有效。

Description

一种多级铁碳微电解耦合芬顿氧化床反应器

技术领域

本发明属于水处理技术领域，具体涉及一种多级铁碳微电解耦合芬顿氧化床反应器。

背景技术

焦化废水是煤焦化过程中产生的一种含大量油、酚、氨氮等有害、有毒物质的难降解废水。该类废水具有成分复杂、污染物浓度高等特点，其有机组分除85％的酚类化合物以外，还包括脂肪族化合物、多环芳烃(PAHs)和含氧、氮、硫元素的杂环化合物等。有机污染物的排入水体会消耗水中溶解氧，最终会导致水体缺氧进而引起水中的水生动物的无法呼吸而死亡，其尸体会在水中厌氧分解产生甲烷、硫化氢等恶臭气体，同时使水体发黑变臭，使水体流域环境发生恶化。氮等营养元素的排入水体会导致水体的富营养化，使大量藻类和微生物繁殖进而影响水源水质。同时因废水中含有酚类化合物，其可通过皮肤、黏膜的接触和经口服侵入人体内部，使人体细胞失去活力，还可进一步向深部渗透，引起深部组织损伤或坏死，长期饮用含酚水会引起头晕、贫血以及各种神经系统病症。另外，未经达标排放的废水直接灌溉农田，会使农作物减产和枯死，废水中的油类物质会堵塞土壤孔隙，使土壤盐碱化。水污染已经成为我国水源性缺水及环境污染的主要问题，同时按照人均水资源量我国也是严重贫水国，水体不断受到污染导致了我国很多城市和地方出现了水源性缺水，大量废水的排放不仅导致水体污染严重加剧也导致了水资源的浪费。随着我国钢铁产能的过剩发展，焦化废水的数量也在与日俱增，再加上焦化行业新标准和综合排放标准对污染物排放指标的要求日趋严格，焦化废水的达标排放问题严重制约了焦化行业和钢铁行业的可持续发展。整个行业对经济合理、新型高效的焦化废水处理技术的需求非常迫切。因此，如何采用经济、高效和稳定的处理方法，使处理后的焦化废水能够达到最新《钢铁工业水污染物排放标准》，对于钢铁行业和焦化行业的发展显得十分必要，符合我国可持续经济发展的要求。

长期以来，国内焦化厂普遍采用生化法对焦化废水进行处理，且80%以上采用普通生化法，但是现有工艺虽能将焦化废水中的酚、氰等有机物有效去除，但仍存在COD很难达标，氨氮超标严重，废水中的难降解多环、杂环类有机物和有毒有害物质极难处理，处理后的水色度和气味较重等问题。为此，生化后出水需要进行深度处理，但是深度处理费用昂贵，成本压力大。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种多级铁碳微电解耦合芬顿氧化床反应器，解决传统焦化废水处理工艺对难降解复杂有机污染物去除效果不理想而导致出水中COD、氨氮、总氮及色度不达标等问题，特别是对于废水中的难降解多环、杂环类有机物和有毒有害物质的处理极为有效。

为实现上述目的，本发明提供一种多级铁碳微电解耦合芬顿氧化床反应器，它包括提升水泵、进水管道、过氧化氢投加装置、进水管道混合器、配水室、多级铁碳微电解耦合芬顿氧化床反应器本体、取换料口、单质铁和颗粒活性碳混合物层、出水澄清区、筛板布水系统、排泥口、反应器出水渠、出水管和沉淀池，沉淀池包括沉淀池本体、出水管道和排泥管道，所述的进水管道一端与焦化废水原水并经常规普通生物处理工艺处理后的出水相连接，另一端通过提升水泵后连通多级铁碳微电解耦合芬顿氧化床反应器本体下部，在提升水泵与多级铁碳微电解耦合芬顿氧化床反应器本体之间的一段进水管道上设置过氧化氢投加装置和进水管道混合器，配水室设置在多级铁碳微电解耦合芬顿氧化床反应器本体下部，在配水室下部设置排泥口，单质铁和颗粒活性碳混合物层设置在多级铁碳微电解耦合芬顿氧化床反应器本体内、配水室上部，在单质铁和颗粒活性碳混合物层下部设置筛板布水系统，在单质铁和颗粒活性碳混合物层左侧设置多组取换料口，单质铁和颗粒活性碳混合物层上部为出水澄清区，出水澄清区连通反应器出水渠，反应器出水渠通过出水管与沉淀池相连，沉淀池本体中上部连接出水管道，底部连接排泥管道。

所述的单质铁和颗粒活性碳混合物层、筛板布水系统、取换料口设置多组。

所述的多级铁碳微电解耦合芬顿氧化床反应器还包括上循环口、回流管道、循环泵和下循环口，上循环口设置在反应器出水渠底部，下循环口设置在配水室上部，回流管道一端连接上循环口，另一端穿过循环泵后连接下循环口。

所述的多级铁碳微电解耦合芬顿氧化床反应器还包括pH在线监测仪、碱液自动投加系统和出水管道混合器，pH在线监测仪、碱液自动投加系统和出水管道混合器设置在反应器出水渠与沉淀池之间的出水管上。

使用时，废水预先经调节pH至3.0-5.0，然后由提升水泵、进水管道并经管道混合器送入多级铁碳微电解耦合芬顿氧化床反应器进行氧化处理；过氧化氢投加装置投加的过氧化氢经管道混合器与由进水管道输送来的废水混合后进入铁碳微电解耦合芬顿氧化床反应器配水室，在多级铁碳微电解耦合芬顿氧化床反应器内的筛板布水系统上部分级填装有混合均匀的单质铁和颗粒活性碳混合物层，该反应器出水渠中设置有上循环口，上循环口通过回流管道、循环泵和配水室侧壁的下循环口相连接，废水经由筛板布水系统向上流经多级铁碳微电解耦合芬顿氧化床，通过铁碳微电解产生的羟基的氧化还原作用去除废水中的部分杂环类有机物和色度，同时利用微电解产生的Fe²⁺与废水中投加的过氧化氢构成芬顿（Fenton）试剂的强氧化性，在铁碳微电解-Fenton耦合氧化体系内使废水中的难降解多环、杂环类有机物和有毒有害物质开环、断链降解为易被微生物吸收降解的小分子物质、氨氮、水和二氧化碳，由于铁碳微电解耦合芬顿氧化床设计为多级叠加，水流为上向流柱推形式，所以每一级的氧化对象和产生的氧化后物质均不同，一般来讲从下至上所氧化对象由难变易，确保了反应器最终的氧化效果。由于通过该反应器处理后的溢流出水具有强酸性，需进行中和处理，所以反应器出水渠的溢流出水经过设置在出水管上的pH在线监测仪，将监控信号反馈到碱液自动投加系统，并由碱液自动投加系统的PLC系统根据流量和监测的pH值向管道混合器进行碱液自动精确投加混合，以实现程序调节pH值至6～9，经过碱液投加中和以后的处理出水排入沉淀池，以促进酸碱中和过程生成的Fe(OH)₂和Fe(OH)₃等胶体通过沉淀池进行絮凝沉淀，中和后的澄清液由出水管道排入下一个处理单元，而沉淀污泥则由排泥管道排出进行脱水处置。

本发明所提出的一种多级铁碳微电解耦合芬顿氧化床反应器，解决了传统焦化废水处理工艺对难降解复杂有机污染物去除效果不理想而导致出水中COD、氨氮、总氮及色度不达标等问题，对于废水中的难降解多环、杂环类有机物和有毒有害物质的处理极为有效。

附图说明

图1 是多级铁碳微电解耦合芬顿氧化床反应器的结构、系统、控制示意图。

1、提升水泵，2、进水管道，3、过氧化氢投加装置，4、管道混合器，5、配水室，6、多级铁碳微电解耦合芬顿氧化床反应器，7、取换料口，8、单质铁和颗粒活性碳混合物层，9、出水澄清区，10、筛板布水系统，11、上循环口，12、回流管道，13、循环泵，14、下循环口，15、排泥口，16、反应器出水渠，17、pH在线监测仪，18、出水管，19、碱液自动投加系统，20、管道混合器，21、沉淀池，22、出水管道，23、排泥管道。

具体实施方式

本发明具体实施方式结合附图，进行详细的描述。

一种多级铁碳微电解耦合芬顿氧化床反应器，包括提升水泵1、进水管道2、过氧化氢投加装置3、进水管道混合器4、配水室5、多级铁碳微电解耦合芬顿氧化床反应器本体6、取换料口7、单质铁和颗粒活性碳混合物层8、出水澄清区9、筛板布水系统10、排泥口15、反应器出水渠16、出水管18和沉淀池，沉淀池包括沉淀池本体21、出水管道22和排泥管道23，所述的进水管道一端与焦化废水原水并经常规普通生物处理工艺处理后的出水相连接，另一端通过提升水泵后连通多级铁碳微电解耦合芬顿氧化床反应器本体下部，在提升水泵与多级铁碳微电解耦合芬顿氧化床反应器本体之间的一段进水管道上设置过氧化氢投加装置和进水管道混合器，配水室设置在多级铁碳微电解耦合芬顿氧化床反应器本体下部，在配水室下部设置排泥口，单质铁和颗粒活性碳混合物层设置在多级铁碳微电解耦合芬顿氧化床反应器本体内、配水室上部，在单质铁和颗粒活性碳混合物层下部设置筛板布水系统，在单质铁和颗粒活性碳混合物层左侧设置多组取换料口，单质铁和颗粒活性碳混合物层上部为出水澄清区，出水澄清区连通反应器出水渠，反应器出水渠通过出水管与沉淀池相连，沉淀池本体中上部连接出水管道，底部连接排泥管道。

所述的单质铁和颗粒活性碳混合物层、筛板布水系统、取换料口设置多组。

所述的多级铁碳微电解耦合芬顿氧化床反应器还包括上循环口11、回流管道12、循环泵13和下循环口14，上循环口设置在反应器出水渠底部，下循环口设置在配水室上部，回流管道一端连接上循环口，另一端穿过循环泵后连接下循环口。

所述的多级铁碳微电解耦合芬顿氧化床反应器还包括pH在线监测仪17、碱液自动投加系统19和出水管道混合器20，pH在线监测仪、碱液自动投加系统和出水管道混合器设置在反应器出水渠与沉淀池之间的出水管上。

3、焦化废水原水并经常规普通生物处理工艺处理后的出水，在进入本反应器前须预先调节pH至3.0-5.0，然后由提升水泵1、进水管道2并经管道混合器4送入多级铁碳微电解耦合芬顿氧化床反应器6进行氧化处理；过氧化氢投加装置3投加的过氧化氢经管道混合器4与由进水管道2输送来的废水混合后进入铁碳微电解耦合芬顿氧化床反应器配水室5，在多级铁碳微电解耦合芬顿氧化床反应器6内的筛板布水系统10上部分级填装有混合均匀的单质铁和颗粒活性碳混合物层8，该反应器出水渠16中设置有上循环口11，上循环口11通过回流管道12、循环泵13和配水室5侧壁的下循环口14相连接，废水经由筛板布水系统10向上流经多级铁碳微电解耦合芬顿氧化床，通过铁碳微电解产生的羟基的氧化还原作用去除废水中的部分杂环类有机物和色度，同时利用微电解产生的Fe²⁺与废水中投加的过氧化氢构成芬顿（Fenton）试剂的强氧化性，在铁碳微电解-Fenton耦合氧化体系内使废水中的难降解多环、杂环类有机物和有毒有害物质开环、断链降解为易被微生物吸收降解的小分子物质、氨氮、水和二氧化碳，由于铁碳微电解耦合芬顿氧化床设计为多级叠加，水流为上向流柱推形式，所以每一级的氧化对象和产生的氧化后物质均不同，一般来讲从下至上所氧化对象由难变易，确保了反应器最终的氧化效果。由于通过该反应器处理后的溢流出水具有强酸性，需进行中和处理，所以反应器出水渠16的溢流出水经过设置在出水管18上的pH在线监测仪17，将监控信号反馈到碱液自动投加系统19，并由碱液自动投加系统19的PLC系统根据流量和监测的pH值向管道混合器20进行碱液自动精确投加混合，以实现程序调节pH值至6～9，经过碱液投加中和以后的处理出水排入沉淀池21，以促进酸碱中和过程生成的Fe(OH)₂和Fe(OH)₃等胶体通过沉淀池21进行絮凝沉淀，中和后的澄清液由出水管道22排入下一个处理单元，而沉淀污泥则由排泥管道23排出进行脱水处置。

本发明所提出的一种多级铁碳微电解耦合芬顿氧化床反应器，解决了传统焦化废水处理工艺对难降解复杂有机污染物去除效果不理想而导致出水中COD、氨氮、总氮及色度不达标等问题，对于废水中的难降解多环、杂环类有机物和有毒有害物质的处理极为有效。

Claims (3)

1.一种多级铁碳微电解耦合芬顿氧化床反应器，其特征在于它由提升水泵、进水管道、过氧化氢投加装置、进水管道混合器、配水室、多级铁碳微电解耦合芬顿氧化床反应器本体、取换料口、单质铁和颗粒活性碳混合物层、出水澄清区、筛板布水系统、排泥口、反应器出水渠、出水管和沉淀池组成，沉淀池包括沉淀池本体、出水管道和排泥管道，所述的进水管道一端与焦化废水原水并经常规普通生物处理工艺处理后的出水相连接，另一端通过提升水泵后连通多级铁碳微电解耦合芬顿氧化床反应器本体下部，在提升水泵与多级铁碳微电解耦合芬顿氧化床反应器本体之间的一段进水管道上设置过氧化氢投加装置和进水管道混合器，配水室设置在多级铁碳微电解耦合芬顿氧化床反应器本体下部，在配水室下部设置排泥口，单质铁和颗粒活性碳混合物层设置在多级铁碳微电解耦合芬顿氧化床反应器本体内、配水室上部，在单质铁和颗粒活性碳混合物层下部设置筛板布水系统，在单质铁和颗粒活性碳混合物层左侧设置多组取换料口，单质铁和颗粒活性碳混合物层上部为出水澄清区，出水澄清区连通反应器出水渠，反应器出水渠通过出水管与沉淀池相连，沉淀池本体中上部连接出水管道，底部连接排泥管道；单质铁和颗粒活性碳混合物层、筛板布水系统、取换料口设置多组。

2.根据权利要求1所述的一种多级铁碳微电解耦合芬顿氧化床反应器，其特征在于所述的多级铁碳微电解耦合芬顿氧化床反应器还包括上循环口、回流管道、循环泵和下循环口，上循环口设置在反应器出水渠底部，下循环口设置在配水室上部，回流管道一端连接上循环口，另一端穿过循环泵后连接下循环口。

3.根据权利要求1所述的一种多级铁碳微电解耦合芬顿氧化床反应器，其特征在于所述的多级铁碳微电解耦合芬顿氧化床反应器还包括pH在线监测仪、碱液自动投加系统和出水管道混合器，pH在线监测仪、碱液自动投加系统和出水管道混合器设置在反应器出水渠与沉淀池之间的出水管上。