CN104671500B - 循环变速流化床芬顿催化氧化装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种循环变速流化床芬顿催化氧化装置，包括相互连通的一圆台体和一反应罐体，以及一出水管、针铁矿载体、一储药池、一进药泵、一废水池和一进水泵；所述圆台体位于反应罐体的顶端，所述出水管连通于圆台体的上部；所述针铁矿载体从上至下间隔填充于反应罐体内；所述进药泵的一端与储药池的下部连通，另一端连通于反应罐体的底部；所述进水泵的一端与废水池的下部连通，另一端连通于反应罐体的底部。本发明降低了H2O2分解速率，增加了混合液中羟基自由基的浓度和利用效率，提高反应物的传质效率，提高催化氧化降解污染物效率，促进催化剂的循环使用，减少催化剂加量，从而减少反应体系的污泥产量。

Description

循环变速流化床芬顿催化氧化装置
技术领域
本发明具体涉及一种循环变速流化床芬顿催化氧化装置。
背景技术
高级氧化技术由于其在均相或异相体系中可以产生高氧化活性的羟基自由基而被用于难降解工业废水处理。芬顿流化床是芬顿催化反应与流化床反应器相结合的一种工艺技术，主要原理是将芬顿试剂应用于流化床反应器中，利用流态化反应床的方式提高催化剂与反应液的接触效率，利用芬顿反应过程中产生的不同价态铁离子，在流化床载体表面以结晶或沉淀的方式覆盖自负载，使这些铁氧化物能够参与一部分铁的供给，减少铁盐的加入从而减少污泥的产生。
传统均相芬顿催化氧化体系中，氧化剂和亚铁盐使用量大，处理后生成大量含铁污泥，其后续处理成本和二次污染问题严重，制约了均相芬顿体系的工业应用。
发明内容
本发明要解决的技术问题，在于提供一种循环变速流化床芬顿催化氧化装置。
本发明是这样实现的：一种循环变速流化床芬顿催化氧化装置，包括相互连通的一圆台体和一反应罐体，以及一出水管、针铁矿载体、一储药池、一进药泵、一废水池、一进水泵、一循环泵和相对且间隔设置的一对波纹板；所述圆台体位于反应罐体的顶端，所述出水管连通于圆台体的上部；所述针铁矿载体从上至下间隔填充于反应罐体内；所述进药泵的输入端与储药池的下部连通，输出端连通于反应罐体的底部；所述进水泵的输入端与废水池的下部连通，输出端连通于反应罐体的底部；所述循环泵的输出端与反应罐体的底部连通，输入端连通于圆台体的下部；
所述两波纹板竖向设于反应罐体内中部，且所述针铁矿载体填充于两波纹板所形成的空间内。
优选地，还包括一上过滤网和一下过滤网，所述上过滤网设于圆台体和反应罐体之间，所述下过滤网设于反应罐体的下部，并位于所述针铁矿载体的下方；所述上过滤网和下过滤网的孔径均为0.6mm。
优选地，所述循环泵的工作扬程为10m H2O，所述进药泵和进水泵的工作扬程均为35m H2O。
优选地，所述圆台体的顶端设有一闷盖，该闷盖与圆台体紧固连接。
优选地，所述圆台体的侧壁中下部向内收缩，形成一斜壁，且该斜壁与水平面之间的锐角为60度。
优选地，所述针铁矿载体的装填体积为反应罐体体积的65％。
本发明的优点在于：本发明在压力条件下，通过循环泵使混合体系成流态化；通过在反应罐体内设置一对波纹板，使得混合液在反应罐体内的循环流速持续突变，成强紊流状态；本发明通过外加压力，降低了H2O2分解速率，增加了混合液中羟基自由基的浓度和利用效率；通过混合液强紊动状态，提高反应物的传质效率，提高催化氧化降解污染物效率，促进催化剂的循环使用，减少催化剂加量，从而减少反应体系的污泥产量。
附图说明
下面参照附图结合实施例对本发明作进一步的说明。
图1是本发明循环变速流化床芬顿催化氧化装置的结构示意图。
具体实施方式
请参阅图1，一种循环变速流化床芬顿催化氧化装置，包括相互连通的一圆台体1和一反应罐体2，以及一出水管3、针铁矿载体4、一储药池5、一进药泵6、一废水池7、一进水泵8和相对且间隔设置的一对波纹板9；还包括一上过滤网10、一下过滤网11和一循环泵12。
请再参阅图1，所述圆台体1位于反应罐体2的顶端，所述出水管3连通于圆台体1的上部；所述圆台体1的顶端设有一闷盖13，该闷盖13与圆台体1紧固连接，可通过紧固件螺栓实现与圆台体1紧固连接。所述圆台体1的侧壁中下部向内收缩，形成一斜壁11，且该斜壁11与水平面之间的锐角为60度，可以使沉淀在圆台体内壁上的少量絮体污泥进入反应罐体2。圆台体1和反应罐体2采用碳钢，圆台体1和反应罐体2、闷盖13及紧固件的耐压等级均为0.6MPa。所述反应罐体2的长度优选为1500cm，底面直径优选为60cm。
请再参阅图1，所述储药池5用于储藏芬顿试剂即H2O2和Fe2+相混合的药液。所述针铁矿载体4从上至下间隔填充于反应罐体2内；即所述两波纹板9竖向设于反应罐体2内中部，所述针铁矿载体4填充于两波纹板9所形成的空间内。所述针铁矿载体4的装填体积为反应罐体2体积的65％。针铁矿载体4中的针铁矿砂的粒径为1mm。两波纹板9的设置使混合液的流动成为竖向变流速强紊动状态。
请再参阅图1，所述进药泵6的输入端与储药池5的下部连通，输出端连通于反应罐体2的底部；所述进水泵8的输入端与废水池7的下部连通，输出端连通于反应罐体2的底部。所述循环泵12的输出端与反应罐体2的底部连通，输入端连通于圆台体1的下部。所述循环泵12的工作扬程为10m H2O，所述进药泵6和进水泵8的工作扬程均为35m H2O。
请再参阅图1，所述上过滤网10设于圆台体1和反应罐体2之间，所述下过滤网11设于反应罐体2的下部，并位于所述针铁矿载体4的下方；所述上过滤网10和下过滤网11的孔径均为0.6mm。
请再参阅图1，当应用本发明工作时，含有污染物的废水由废水池7通过进水泵8进入反应罐体2底部，芬顿试剂由储药池5通过进药泵6进入反应罐体2底部，再经过下过滤网11过滤后进入两波纹板9所围成的空间内，与针铁矿载体4进行吸附和反应。循环外加动力由循环泵12提供，循环泵12的进水管口位于圆台体1的中心位置，循环泵12从圆台体1的下部抽吸混合液，再将其放入反应罐体2的底部。上过滤网10和下过滤网11均焊接固定于反应罐体2，下过滤网11兼做配水作用，使得流体均布进入反应罐体2内。针铁矿载体4表面具有四种Lewis酸位表面羟基，混合液中的部分亚铁离子会吸附在铁氧化物表面，形成亚铁－铁氧化物共存的表面结合催化反应体系。芬顿试剂中的游离态Fe(II)反应活性较弱，而吸附在针铁矿载体4表面的Fe(II)则具有相当高的反应活性。亚铁－铁氧化物共存的催化载体表面，通过Fe(II)和Fe(III)之间的电子转移，铁矿物表面的吸附位点FeIII(OH)与游离态FeII(OH)+相结合生成比离子态Fe(II)离子还原性更强的混合价态的中间产物FeIIOFeIIIOH，表面结合铁具有相当高的催化反应活性，促进了电子转移过程的发生，加速了废水中的有机物的转化。在循环流态化作用下，在针铁矿载体4表面的亚铁离子不断析出、溶解和沉积，针铁矿载体4表面的铁氧化物不断发生氧化还原，形成均相到非均相的多相催化反应体系，还原和氧化不断进行，使得Fe(II)离子得以循环利用，催化剂用量大大减少，提高了催化剂即芬顿试剂的利用效率，使得反应体系产生的污泥量减小。
本发明为压力式反应器，即压力式循环变速流化床反应体系，延缓了H2O2分解，增加分子氧在混合液中的分压，提高了氧化剂羟基自由基的循环利用效率。在反应器内设置波纹板9，以形成变速流强紊动状态。
本发明与传统均相催化氧化体系和芬顿流化床前负载两相催化氧化两种体系对比，在压力条件下，采用外加机械能循环作用，促进多相体系中铁离子在载体表面自负载过程，同时采用变速循环流动，提高载体表面活性，载体表面沉积铁又能迅速溶解，构成均相到非均相的多相催化反应体系，提高自负载铁的二次催化效能；同时构建压力环境，降低H2O2分解速率，提高氧分压，提高羟基自由基的利用效率，降低氧化剂H2O2和亚铁盐用量，达到既减少反应体系的铁污泥产量，又能提高催化氧化降解污染物效率的目的。
1、本发明采用粒径细小的针铁矿作为催化剂载体，亚铁在载体表面沉积析出，形成结合铁，催化活性得以提高，形成多相催化反应体系，催化剂用量减少。
2、采用压力式反应器，延缓了H2O2的分解速率，提高了氧化剂的使用效率。
3、采用循环变速流态化反应体系，促进了传质效率，提高了催化载体表面活性，增加了反应速率。

Claims (6)

1.一种循环变速流化床芬顿催化氧化装置，其特征在于：包括相互连通的一圆台体和一反应罐体，以及一出水管、针铁矿载体、一储药池、一进药泵、一废水池、一进水泵、一循环泵和相对且间隔设置的一对波纹板；所述圆台体位于反应罐体的顶端，所述出水管连通于圆台体的上部；所述针铁矿载体从上至下间隔填充于反应罐体内；所述进药泵的输入端与储药池的下部连通，输出端连通于反应罐体的底部；所述进水泵的输入端与废水池的下部连通，输出端连通于反应罐体的底部；所述循环泵的输出端与反应罐体的底部连通，输入端连通于圆台体的下部；
所述两波纹板竖向设于反应罐体内中部，且所述针铁矿载体填充于两波纹板所形成的空间内。
2.如权利要求1所述的循环变速流化床芬顿催化氧化装置，其特征在于：还包括一上过滤网和一下过滤网，所述上过滤网设于圆台体和反应罐体之间，所述下过滤网设于反应罐体的下部，并位于所述针铁矿载体的下方；所述上过滤网和下过滤网的孔径均为0.6mm。
3.如权利要求1所述的循环变速流化床芬顿催化氧化装置，其特征在于：所述循环泵的工作扬程为10m H2O，所述进药泵和进水泵的工作扬程均为35m H2O。
4.如权利要求1所述的循环变速流化床芬顿催化氧化装置，其特征在于：所述圆台体的顶端设有一闷盖，该闷盖与圆台体紧固连接。
5.如权利要求1所述的循环变速流化床芬顿催化氧化装置，其特征在于：所述圆台体的侧壁中下部向内收缩，形成一斜壁，且该斜壁与水平面之间的锐角为60度。
6.如权利要求1所述的循环变速流化床芬顿催化氧化装置，其特征在于：所述针铁矿载体的装填体积为反应罐体体积的65％。
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