CN104817139A - 上流式电芬顿固定床反应装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种上流式电芬顿固定床反应装置，主要解决现有技术中结构复杂、沟流和死区多、处理成本高、效果较差的问题。本发明通过采用一种上流式电芬顿固定床反应装置，进入泵(1)出口管线伸入上流式电芬顿固定床反应器底部的滤板以下，反洗泵(2)出口管线伸入上流式电芬顿固定床反应器底部的滤板以下，上流式电芬顿固定床反应器底部的滤板以上部分设有至少一个馈电极阳极(5)和至少一个馈电极阴极(6)，馈电极阳极(5)和馈电极阴极(6)均与交直流电源转换系统(7)相连的技术方案较好地解决了上述问题，可用于污水处理中。
Description
技术领域
本发明涉及一种上流式电芬顿固定床反应装置。
背景技术
随着工业的迅速发展，大量有毒有害污染物进入环境水体，使水质状况恶化，部分环境功能丧失。据环保部发布的《2012年中国环境状况公报》显示：包括长江、黄河、珠江等在内的十大流域国控断面中，Ⅰ-Ⅲ类、Ⅳ-Ⅴ类和劣Ⅴ类水质断面的比例分别为68.9％、20.9％和10.2％。我国工业企业多沿江、沿河分布，部分企业废水成分复杂，仅采用生化方法难以达到排放或回用标准。因此，针对废水达标排放或回用的难题，开发新型、高效的污水深度处理技术具有重要的现实意义，也是水污染治理领域亟需解决的关键问题。
电芬顿作为一种电化学水处理方法，是在氧气(O2)存在条件下在阴极发生O2的两电子还原反应生成过氧化氢(H2O2)，并通过亚铁离子(Fe2+)的催化作用生成强氧化性的羟基自由基(·OH)，对有机物进行氧化降解。与臭氧氧化、化学芬顿等氧化技术相比，电芬顿反应相对温和，并且可以通过改变电压、电流等外部条件调节电化学过程，具有很强的可控性。电芬顿技术一方面实现了H2O2的原位产生，在降低药剂费用的同时避免了H2O2在储运过程中的危险；另一方面实现了Fe2+的阴极再生，减少了铁泥的产生量和处置成本，但是电芬顿技术也存在着自由基产率低、污染物降解速率慢和矿化不彻底等问题。针对以上问题，研究人员开展了多方面的研究工作，如投加臭氧等辅助氧化剂，利用紫外光或太阳光形成光电芬顿体系，将颗粒活性炭与电芬顿结合形成复合体系等。
CN1789154A涉及一种利用感应电芬顿反应去除水中有机物的方法及装置，提供了一种去除难降解有机物的感应电芬顿方法，将感应铁电极引入到电芬顿反应中，在电解过程中亚铁离子可以不断从铁电极表面通过氧化还原反应产生。CN103951018A涉及一种多维电芬顿装置及利用其处理工业污水的方法，利用铁碳合金作为粒子电极，并用循环泵提高传质效率，循环水量是处理水量的2-6倍。上述专利中的亚铁粒子均由电极产生，无法调节加入量。特别是采用铁碳合金作为粒子电极，还存在填料板结和短路电流过大的问题。
CN201110112527.X涉及一种处理有机废水的微波电芬顿法及装置，在微波作用下采用掺硼金刚石膜电极作为电化学降解处理的阳极材料，通过电化学方法将有机污染废水进行高效处理。本发明利用掺硼金刚石膜电极在含二价铁离子的废水体系中持续产生氧化能力极强的羟基自由基，同时借助微波的热效应和非热效应原位活化掺硼金刚石膜电极，增加电极的活性，并且促进了有机污染物在降解过程中的传质过程，因而强化了电芬顿反应的氧化能力，有效地加快了矿化反应速率。尽管如此，上述方法仍然不能解决反应速率慢、有机物矿化率低等问题，使电芬顿技术的实际应用受到了限制。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是传统电芬顿技术反应速率慢、结构复杂、沟流和死区多、处理成本高、效果较差的问题，提供一种新的上流式电芬顿固定床反应装置。该装置用于污水处理中，具有反应速率快、结构简单、操作简便、沟流和死区少、处理成本低、处理效果好的优点。
为解决上述问题，本发明采用的技术方案如下：一种上流式电芬顿固定床反应装置，包括进水泵(1)、反洗泵(2)、加酸装置(3)、加亚铁装置(4)、馈电极阳极(5)、馈电极阴极(6)、交直流电源转换系统(7)、活性炭(8)、催化粒子电极(9)、风机(10)、加碱装置(12)，进入泵(1)出口管线伸入上流式电芬顿固定床反应器底部滤板以下，加酸装置(3)、加亚铁装置(4)均有管线与进入泵(1)出口管线相连，反洗泵(2)出口管线伸入上流式电芬顿固定床反应器底部滤板以下，风机(10)出口管线伸入上流式电芬顿固定床反应器底部滤板以下，上流式电芬顿固定床反应器底部的滤板以上部分设有至少一个馈电极阳极(5)和至少一个馈电极阴极(6)，馈电极阳极(5)和馈电极阴极(6)均与交直流电源转换系统(7)相连，上流式电芬顿固定床反应器顶部设有排水管(11)，加碱装置(12)设有管线与排水管(11)相连；其中，上流式电芬顿固定床反应器底部的滤板以上部分填充有活性炭(8)、催化粒子电极(9)。
上述技术方案中，优选地，所述馈电极阳极(5)采用以金属钛为基体的锑掺杂氧化锡/氧化铅(Ti/Sb-SnO2/PbO2)复合电极，馈电极阴极(6)采用活性炭纤维、石墨或碳钢电极；工作时控制进水的pH值为3～5，施加的电压为1.0～5.0V。
上述技术方案中，优选地，所述滤板位于床层底部，在靠近馈电极阴极侧布置穿孔曝气管与风机相连，污水亦从所述反应器底部进入，配水后向上均匀流经整个床层，床层高度为1.0～3.0m。
上述技术方案中，优选地，所述馈电极阳极(5)是先采用电沉积法或热分解法在金属钛基体上生成锑掺杂氧化锡(Sb-SnO2)涂层、再采用电沉积法在锑掺杂氧化锡(Sb-SnO2)涂层上生成氧化铅(PbO2)涂层制成的。
上述技术方案中，优选地，当悬浮物堵塞床层时，利用配水和配气系统进行气擦洗和水洗，使反应器的电流效率迅速恢复。
上述技术方案中，优选地，所述活性炭(8)与催化粒子电极(9)体积之比为3:1～1:1，活性炭(8)和催化粒子电极(9)的粒径均为2～5mm，填充高度为所述反应器高度1/2～3/4。
上述技术方案中，优选地，所述酸为硫酸或盐酸，碱为氢氧化钠。
上述技术方案中，优选地，所述交直流电源转换系统(7)为稳压直流电源或高频脉冲直流电源，电源电压低于30V。
上述技术方案中，优选地，所述上流式电芬顿固定床反应器底部的滤板以上部分设有多个馈电极阳极(5)和多个馈电极阴极(6)。
本发明是基于以下原理：填充于馈电极阳极、馈电极阴极之间的粒子电极可在外加电场作用下感应成为复极性电极，使电芬顿反应由馈电极阴极扩展至粒子电极感应阴极，氧化反应由馈电极阳极扩展至粒子电极感应阳极，同时具有高析氧电位的馈电极阳极产生羟基自由基氧化有机污染物，共同强化电子传递过程，提高污染物去除效率。反应器结构简单、沟流和死区少，操作简便，可间歇操作，能够实现无人值守。该反应器可用于各类污水的深度处理，保障其达标排放或回用，尤其适用于浓度较低的难降解有机废水的处理。处理成本低，根据水质的不同，处理成本为0.5～1.5元/吨，处理费用低于臭氧、芬顿、氯氧化等化学氧化技术，取得了较好的技术效果。
附图说明
图1为本发明所述装置的流程示意图。
图1中，1为进水泵；2为反洗泵；3为加酸装置；4为加亚铁装置；5为馈电极阳极；6为馈电极阴极；7为交直流电源转换系统；8为活性炭(浅色球状填充物)；9为催化粒子电极(深色柱状填充物)；10为风机；11为排水管；12为加碱装置。
下面通过实施例对本发明作进一步的阐述，但不仅限于本实施例。
具体实施方式
【实施例1】
一种上流式电芬顿固定床反应装置，如图1所示，包括进水泵(1)、反洗泵(2)、加酸装置(3)、加亚铁装置(4)、馈电极阳极(5)、馈电极阴极(6)、交直流电源转换系统(7)、活性炭(8)、催化粒子电极(9)、风机(10)、加碱装置(12)，进入泵(1)出口管线伸入上流式电芬顿固定床反应器底部滤板以下，加酸装置(3)、加亚铁装置(4)均有管线与进入泵(1)出口管线相连，反洗泵(2)出口管线伸入上流式电芬顿固定床反应器底部滤板以下，风机(10)出口管线伸入上流式电芬顿固定床反应器底部滤板以下，上流式电芬顿固定床反应器底部的滤板以上部分设有两个馈电极阳极(5)和两个馈电极阴极(6)，馈电极阳极(5)和馈电极阴极(6)均与交直流电源转换系统(7)相连，上流式电芬顿固定床反应器顶部设有排水管(11)，加碱装置(12)设有管线与排水管(11)相连；其中，上流式电芬顿固定床反应器底部的滤板以上部分填充有活性炭(8)、催化粒子电极(9)。所述馈电极阳极(5)采用以金属钛为基体的锑掺杂氧化锡/氧化铅复合电极，馈电极阴极(6)采用活性炭纤维电极。
活性炭(8)和催化粒子电极(9)的粒径均为2mm，填充高度为所述反应器高度1/2。所述酸为盐酸，碱为氢氧化钠。所述交直流电源转换系统(7)为稳压直流电源，电源电压为4V。
深度处理石油炼制废水。石油炼制排放废水污染物成分复杂，生化处理不易达标。利用上流式电芬顿固定床反应器，调节进水pH值为3，亚铁粒子投加量为20mg/L，施加电压为2.5V，活性炭与催化粒子之比为1:1，水力停留时间为1h，可以将COD(化学需氧量)浓度为100～200mg/L的污水降解至60mg/L，处理成本为0.6元/吨。
【实施例2】
按照实施例1所述的条件和步骤，馈电极阴极(6)采用碳钢电极。活性炭(8)和催化粒子电极(9)的粒径均为5mm，填充高度为所述反应器高度2/3。所述酸为硫酸，碱为氢氧化钠。所述交直流电源转换系统(7)为高频脉冲直流电源，电源电压为5V。
处理油库排水。油库污水水量不定，排放不连续，不宜采用生化处理。将油库污水经隔油、浮选后，石油类为30mg/L，COD在200mg/L左右，利用上流式电芬顿固定床反应器工艺，调节进水pH值为3，亚铁粒子投加量为50mg/L，施加电压为5.0V，活性炭与催化粒子之比为1:2，水力停留时间为1.5h，可以将石油类降低至5mg/L，COD降低至100mg/L，处理成本为1.2元/吨。
Claims (10)
1.一种上流式电芬顿固定床反应装置，包括进水泵(1)、反洗泵(2)、加酸装置(3)、加亚铁装置(4)、馈电极阳极(5)、馈电极阴极(6)、交直流电源转换系统(7)、活性炭(8)、催化粒子电极(9)、风机(10)、加碱装置(12)，进入泵(1)出口管线伸入上流式电芬顿固定床反应器底部滤板以下，加酸装置(3)、加亚铁装置(4)均有管线与进入泵(1)出口管线相连，反洗泵(2)出口管线伸入上流式电芬顿固定床反应器底部滤板以下，风机(10)出口管线伸入上流式电芬顿固定床反应器底部滤板以下，上流式电芬顿固定床反应器底部的滤板以上部分设有至少一个馈电极阳极(5)和至少一个馈电极阴极(6)，馈电极阳极(5)和馈电极阴极(6)均与交直流电源转换系统(7)相连，上流式电芬顿固定床反应器顶部设有排水管(11)，加碱装置(12)设有管线与排水管(11)相连；其中，上流式电芬顿固定床反应器底部的滤板以上部分填充有活性炭(8)、催化粒子电极(9)。
2.根据权利要求1所述上流式电芬顿固定床反应装置，其特征在于所述馈电极阳极(5)采用以金属钛为基体的锑掺杂氧化锡/氧化铅复合电极，馈电极阴极(6)采用活性炭纤维、石墨或碳钢电极；工作时控制进水的pH值为3～5，施加的电压为1.0～5.0V。
3.根据权利要求1所述上流式电芬顿固定床反应装置，其特征在于所述滤板位于床层底部，在靠近馈电极阴极侧布置穿孔曝气管与风机相连，污水从所述反应器底部进入，配水后向上均匀流经整个床层，床层高度为1.0～3.0m。
4.根据权利要求1所述上流式电芬顿固定床反应装置，其特征在于所述馈电极阳极(5)是先采用电沉积法或热分解法在金属钛基体上生成锑掺杂氧化锡涂层、再采用电沉积法在锑掺杂氧化锡涂层上生成氧化铅涂层制成的。
5.根据权利要求1所述上流式电芬顿固定床反应装置，其特征在于当悬浮物堵塞床层时，利用配水和配气系统进行气擦洗和水洗，使反应器的电流效率迅速恢复。
6.根据权利要求1所述上流式电芬顿固定床反应装置，其特征在于所述活性炭(8)与催化粒子电极(9)体积之比为3:1～1:1，活性炭(8)和催化粒子电极(9)的粒径均为2～5mm，填充高度为所述反应器高度1/2～3/4。
7.根据权利要求1所述上流式电芬顿固定床反应装置，其特征在于所述酸为硫酸或盐酸，碱为氢氧化钠。
8.根据权利要求1所述上流式电芬顿固定床反应装置，其特征在于所述交直流电源转换系统(7)为稳压直流电源或高频脉冲直流电源，电源电压低于30V。
9.根据权利要求1所述上流式电芬顿固定床反应装置，其特征在于所述上流式电芬顿固定床反应器底部的滤板以上部分设有两个馈电极阳极(5)和两个馈电极阴极(6)。
10.根据权利要求1所述上流式电芬顿固定床反应装置，其特征在于所述固定床反应器的水力停留时间为0.5～1.5h。
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