CN106892497A - Fenton铁泥再生回用装置、Fenton法污水处理系统及其方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种Fenton铁泥再生回用装置，一种Fenton法污水处理系统，以及一种能在线回用铁泥的Fenton污水处理方法。Fenton铁泥再生回用装置至少包括：污泥浓缩器(B)、酸化反应器(C)、还原反应器(E)、残渣处理器(D)和催化剂储池(F)；污泥浓缩器(B)用于接纳Fenton铁泥并进行浓缩，酸化反应器(C)用于使得Fe(OH)3转化为Fe2(SO4)3，其产生的上清液流入还原反应器(E)，而其产生的不溶性物质则流入残渣处理器(D)；还原反应器(E)用于将Fe3+溶液还原为Fe2+催化剂。总之，本发明所述的技术方案具有以下优点：可有效减少污泥排放总量，显著减少催化剂使用量，且系统自动化程度高，运行成本较低，因此，具有广阔的应用前景与潜在的市场价值。
Description
技术领域
本发明属于污水处理技术领域，具体涉及一种Fenton铁泥再生回用装置，还涉及一种Fenton法污水处理系统，以及一种能在线回用铁泥的Fenton污水处理方法。
背景技术
Fenton氧化法是一种有效的高级氧化工艺，由于其设备简单、氧化能力强、处理效率高，被广泛应用于处理各种难降解工业废水。Fenton氧化的机理是Fe2+和H2O2组成Fenton试剂，在酸性条件下产生氧化电位高达2.8V的羟基自由基·OH，能氧化废水中大部分有机污染物，反应结束后，加入碱中和，利用产生的Fe(OH)3而具有胶体吸附、絮凝作用，进一步去除水中有机物。尽管上述协同作用能够保证出水水质达标，然而，该废水处理技术方案会产生大量含铁污泥，若处理不当易产生二次污染，而且处理工业废水产生的含铁污泥大多被认定为危险废物，处置成本较高，因此成为了企业运行的负担。
目前国内常用的铁泥处置方法有脱水干燥后进行填埋、焚烧处理以及资源化处理(例如制砖)等。其中填埋处理会占用大量土地且浪费了大量铁元素，而且污泥中的有毒有害物质会进一步污染土壤、地下水等，甚至造成严重的环境污染。焚烧处理成本较高，焚烧过程中产生的气体若控制不当，同样易产生二次污染。关于Fenton铁泥资源化的方法，现有技术中，主要包括将铁泥资源化为硫酸亚铁产品和将铁泥资源化为Fenton催化剂两种途径。例如，公开号为CN103252340B、CN105016589A和CN105836987A的三篇中国专利分别公开了三种将铁泥资源化为硫酸亚铁晶体的方法，然而，由于废水中污染物种类不同，铁泥中携带的有机物或重金属种类不同，导致资源化后产生的硫酸亚铁产品的质量得不到保证，因此，产品的最终用途不能明确；此外，将硫酸亚铁溶液结晶为硫酸亚铁晶体需要消耗大量的能源。此外，制砖过程中，若污泥含有重金属或持久性污染物，则需要进一步处理和净化。
又如，公开号为CN102642997A、CN105621740A、CN105668759A和CN105776783A的四篇中国专利申请分别公开了四种技术方案，用于将Fenton污泥资源化后作为Fenton催化剂直接回用于Fenton反应中。其中，CN102642997A利用铁泥加酸溶解后产生的Fe3+直接作为Fenton反应的催化剂，然而，由于Fenton试剂体系中Fe3+作为催化剂时反应效率会受到严重影响，所以此种铁泥回用方法对Fenton水处理效果的不利影响较大。其中，CN105621740A利用加热催化还原的方法将铁泥加热到180～200℃，得到的固液混合物作为催化剂用于Fenton反应，众所周知，固液混合物催化剂可能会影响Fenton试剂的接触效果，从而不利于Fenton水处理效果。其中，CN105668759A利用紫外光催化将铁泥溶解后的Fe3+还原为Fe2+，并回用于Fenton反应中，其采用活性炭吸附铁泥溶解后的有机物，但是，活性炭吸附后产生的活性炭固废还需进一步处理，并没有实现有机物的彻底去除。其中，类似地，CN105776783A也利用紫外光催化将铁泥溶解后的Fe3+还原为Fe2+，成功回用于Fenton反应中，然而，该技术方案并没有提及铁泥溶解后有机物的处理，因此，容易导致再生催化剂中有机物进入Fenton水处理系统中，从而不利于Fenton水处理效果。
由此可见，在污水处理行业内，亟需研发出一种适用于难降解工业废水的Fenton污水处理装置，运行工艺条件温和可行，使其能够实现Fenton铁泥的就地回用，减少铁泥的排放，从而有效减少Fenton工艺催化剂的用量，与此同时，还能够彻底去除Fenton铁泥中有机物，最终减少并避免铁泥产生的二次污染。
发明内容
本发明所提供的技术方案旨在解决现有技术中存在的上述技术问题，发明人拟设计并制造出一种Fenton铁泥再生回用装置，旨在实现在线回用铁泥，节省加药成本、运行成本，并避免环境污染。
因此，本发明的第一方面提供了一种Fenton铁泥再生回用装置，包括：
污泥浓缩器、酸化反应器、还原反应器、残渣处理器和催化剂储池；
所述污泥浓缩器用于接纳Fenton法污水处理所产生的Fenton铁泥并进行浓缩，并且其中设置有搅拌器、污泥浓度计以及液位计；其中，设置的污泥浓度计能够及时检测所述污泥浓缩器内的总铁浓度，有利于确保铁泥回用设备进料稳定性，从而实现设备的精确加药；所述污泥浓缩器的出口通过污泥排放管路连接至所述酸化反应器；所述污泥排放管路上设有污泥排放泵；
所述酸化反应器通过加酸管路与加酸计量泵相连，并且，其中设置有搅拌器，所述酸化反应器的出口连接有酸液排放泵；所述酸化反应器产生的上清液通过上清液输送管路流入所述还原反应器，而其产生的不溶性物质则通过不溶性物质输送管路流入所述残渣处理器；由此可见，所述酸化反应器被设置用于有效分离酸化溶解物与不溶性物质；
所述还原反应器用于将所述酸化反应器产生的上清液中的Fe3+还原为Fe2+，并且，所述还原反应器通过Fe粉投加管路与Fe粉自动投加机相连，通过进气管路与稀释风机相连，通过催化剂排放管路与所述催化剂储池相连，通过排气管路与大气相连；其中，所述稀释风机用于稀释产生的氢气；
并且，所述排气管路上设有氢气检测仪及氢气报警器，用于在线检测反应产生的氢气浓度并及时预警过高的氢气浓度；所述催化剂排放管路上设有催化剂排放泵；所述还原反应器中设置有搅拌器；
所述残渣处理器通过加碱管路与加碱计量泵相连，通过残渣排放管路与残渣排放阀相连，并且其中设置有搅拌器、pH计；其中，所述pH计中预设一定的pH值范围，用于控制所述加碱计量泵的启停，有利于使残渣pH值达到中性后外排处置；
所述催化剂储池中设置有液位计。
优选地，在上述Fenton铁泥再生回用装置中，所述还原反应器中还设置有ORP仪。所述ORP仪被设置用于电位值的连续监测，从而高效表征所述还原反应器的出料中Fe2+的浓度，保证出料质量达标。
优选地，在上述Fenton铁泥再生回用装置中，所述搅拌器的叶轮均为推进式叶轮，有利于实现粉体在容器中均匀分布，有利于充分搅拌。
优选地，在上述Fenton铁泥再生回用装置中，所述污泥浓缩器、所述酸化反应器、所述还原反应器、所述残渣处理器和所述催化剂储池的材质为316L不锈钢或玻璃钢。
本发明的第二方面还提供了一种Fenton法污水处理系统，包含本发明第一方面所述的Fenton铁泥再生回用装置，还包括：Fenton反应器，其通过Fenton铁泥输出管路连接至所述污泥浓缩器的入口，其通过产水管路连接至产水池；
其中，所述Fenton铁泥输出管路上设有Fenton铁泥输出阀；所述催化剂储池的出口通过催化剂输出管路连接至所述Fenton反应器，并且所述催化剂输出管路上设置有催化剂计量泵。
优选地，在上述Fenton法污水处理系统中，所述Fenton反应器中依次串联设置有调酸池，氧化池，中和池和沉淀池，并且各池内均设置有搅拌器；其中，所述调酸池和所述中和池内设有pH计，所述中和池底还设有曝气管，用于去除过量的过氧化氢。
进一步优选地，在上述Fenton法污水处理系统中，所述沉淀池内含有斜管填料或斜板填料。
值得说明的是，一般地，为使Fenton反应污水处理后的水质达标稳定，运行的水利流态为连续流；此外，本发明第一方面所述的Fenton铁泥再生回用装置或/和本发明第二方面所述的Fenton法污水处理系统中的各电气设备，如电动/气动阀门、泵、pH计、搅拌器、污泥浓度计、液位计、ORP仪、电磁流量计等，均连接有PLC控制点，通过PLC系统进行控制，并且可根据工程需要切换自动和手动控制程序。因此，上述Fenton铁泥再生回用装置或/和Fenton法污水处理系统的自动化程度高，运行管理方便，处理效果稳定可靠，可适用于各种难降解工业废水。
例如，根据本发明的一个优选实施例，在上述污泥浓缩器中的污泥浓度计测得的污泥浓度数值(可通过经验公式换算为总铁浓度)可作为自动控制与所述酸化反应器相连接的加酸计量泵的控制信号，即时加入适量的酸液，例如硫酸，从而使得酸化反应器内铁泥中的Fe(OH)3转化为Fe2(SO4)3。
因此，上述Fenton法污水处理系统的运行，能够确保铁泥物料来自于系统本身，并且，该Fenton法污水处理系统在常温常压下运行，条件温和，加入药剂量少，动力要求低；由该系统产生的Fenton铁泥可被循环利用于Fenton法污水处理。
另外，本发明的第三方面还提供了一种能在线回用铁泥的Fenton污水处理方法，其使用本发明第二方面所述的Fenton法污水处理系统，并包括以下步骤：
S1：以调酸、氧化反应、加碱中和、沉淀四个阶段为一个周期，序批式运行所述Fenton反应器；Fenton处理完毕后，产水流入所述产水池，Fenton铁泥则被输送入所述污泥浓缩器；
S2：将浓缩的污泥排放至所述酸化反应器，进行酸化；
S3：将所述酸化反应器产生的上清液输送入所述还原反应器，以将Fe3+溶液还原为Fe2+催化剂，并将其输送至所述催化剂储池中；并且，将所述酸化反应器产生的不溶性物质输送入所述残渣处理器，中和后外排；
S4：将Fe2+催化剂从所述催化剂储池泵送至所述Fenton反应器的调酸池；
S5：重复S1～S4。
优选地，在上述Fenton污水处理方法中，S4为：向所述催化剂储池中补加Fe2+催化剂，再将Fe2+催化剂从所述催化剂储池泵送至所述Fenton反应器的调酸池。
值得说明的是，在上述Fenton污水处理方法中，当初始运行所述Fenton法污水处理系统的时候，应当先向所述催化剂储池内添加适量的硫酸亚铁催化剂，然后按照上述步骤S1～S5实施该方法；此外，当测得所述污泥浓缩器产生的污泥所含总铁量大于所述Fenton法污水处理系统运行一天所需的Fe2+量时，可停止加入硫酸亚铁。
经过多次实验以实施上述Fenton污水处理方法，发明人发现，相较于传统Fenton水处理技术，本发明所提供的方法能减少污泥排放60％以上，同时减少Fenton反应催化剂用量50％以上。
综上所述，相对于现有技术，本发明所提供的技术方案主要具有以下技术优势：a)处理相同水质与水量的污水，可有效减少污泥排放总量；b)Fenton铁泥可被循环利用于Fenton法污水处理，从而显著减少了催化剂使用量；c)自动化程度高，运行管理方便，处理效果稳定可靠；d)系统在常温常压下运行，条件温和，运行成本较低；e)合理设置污泥浓度计，监测水处理产生污泥浓度，并通过经验公式推算Fenton污泥中的总铁浓度，从而有效控制加酸量，确保污泥中铁离子最大溶出且不受再生时催化剂pH的影响。
因此，本发明所述的Fenton铁泥再生回用装置、Fenton法污水处理系统，以及能在线回用铁泥的Fenton污水处理方法均具有广阔的应用前景与潜在的市场价值。
附图说明
图1为本发明的一个实施例中所述的Fenton法污水处理系统的结构示意图；其中：A-Fenton反应器，B-污泥浓缩器，C-酸化反应器，D-残渣处理器，E-还原反应器，F-催化剂储池；1-电磁流量计，2-加酸计量泵，3-搅拌器，4-pH计，5-过氧化氢计量泵，6-PAM计量泵，7-加碱计量泵，8-斜管填料，9-Fenton铁泥输出阀，10-污泥浓度计，11-液位计，12-污泥排放泵/酸液排放泵，13-Fe粉自动投加机，14-稀释风机，15-氢气检测仪及氢气报警器，16-ORP仪，17-催化剂计量泵。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明作进一步阐述，但本发明并不限于以下实施方式。
第一方面，提供了一种Fenton铁泥再生回用装置，包括：
污泥浓缩器B、酸化反应器C、还原反应器E、残渣处理器D和催化剂储池F；
所述污泥浓缩器B用于接纳Fenton法污水处理所产生的Fenton铁泥并进行浓缩，并且其中设置有搅拌器3、污泥浓度计10以及液位计11；所述污泥浓缩器B的出口通过污泥排放管路连接至所述酸化反应器C；所述污泥排放管路上设有污泥排放泵12；
所述酸化反应器C通过加酸管路与加酸计量泵2相连，并且，其中设置有搅拌器3，所述酸化反应器C的出口连接有酸液排放泵12；所述酸化反应器C产生的上清液通过上清液输送管路流入所述还原反应器E，而其产生的不溶性物质则通过不溶性物质输送管路流入所述残渣处理器D；
所述还原反应器E通过Fe粉投加管路与Fe粉自动投加机13相连，通过进气管路与稀释风机14相连，通过催化剂排放管路与所述催化剂储池F相连，通过排气管路与大气相连，并且，所述排气管路上设有氢气检测仪及氢气报警器15，所述催化剂排放管路上设有催化剂排放泵；所述还原反应器E中设置有搅拌器3；
所述残渣处理器D通过加碱管路与加碱计量泵7相连，通过残渣排放管路与残渣排放阀相连，并且其中设置有搅拌器3、pH计4；
所述催化剂储池F中设置有液位计11。
在一个优选实施例中，所述还原反应器E中还设置有ORP仪16。
在一个优选实施例中，所述搅拌器3的叶轮均为推进式叶轮。
在一个优选实施例中，所述污泥浓缩器B、所述酸化反应器C、所述还原反应器E、所述残渣处理器D和所述催化剂储池F的材质为316L不锈钢或玻璃钢。
第二方面，提供了一种Fenton法污水处理系统，包含第一方面所述的Fenton铁泥再生回用装置，还包括：Fenton反应器A，其通过Fenton铁泥输出管路连接至所述污泥浓缩器B的入口，其通过产水管路连接至产水池；
其中，所述Fenton铁泥输出管路上设有Fenton铁泥输出阀9；所述催化剂储池F的出口通过催化剂输出管路连接至所述Fenton反应器A，并且所述催化剂输出管路上设置有催化剂计量泵17。
在一个优选实施例中，所述Fenton反应器A中依次串联设置有调酸池，氧化池，中和池和沉淀池，并且各池内均设置有搅拌器3；其中，所述调酸池和所述中和池内设有pH计4，所述中和池底还设有曝气管。其中，所述调酸池的入口前连接有用于监测进水流量的电磁流量计1和用于添加硫酸的加酸计量泵2。
在一个进一步优选的实施例中，所述沉淀池内含有斜管填料8。
第三方面，提供了一种能在线回用铁泥的Fenton污水处理方法，其使用第二方面所述的Fenton法污水处理系统，并包括以下步骤：
S1：以调酸、氧化反应、加碱中和、沉淀四个阶段为一个周期，序批式运行所述Fenton反应器A；Fenton处理完毕后，产水流入所述产水池，Fenton铁泥则被输送入所述污泥浓缩器B；
S2：将浓缩的污泥排放至所述酸化反应器C，进行酸化；
S3：将所述酸化反应器C产生的上清液输送入所述还原反应器E，以将Fe3+溶液还原为Fe2+催化剂，并将其输送至所述催化剂储池F中；并且，将所述酸化反应器C产生的不溶性物质输送入所述残渣处理器D，中和后外排；
S4：将Fe2+催化剂从所述催化剂储池F泵送至所述Fenton反应器A的调酸池；
S5：重复S1～S4。
在一个优选实施例中，S4为：向所述催化剂储池F中补加Fe2+催化剂，再将Fe2+催化剂从所述催化剂储池F泵送至所述Fenton反应器A的调酸池。
实施例1
发明人采用如图1所示的Fenton法污水处理系统对某化工园区集中式污水处理厂的污水进行Fenton工艺处理：
该污水处理厂的污水(日处理水量2万m3)先经生化工艺处理后的出水作为Fenton工艺处理的原水，二级出水COD120mg/L，在pH3～4条件下，加入Fenton试剂(过氧化氢与硫酸亚铁)反应2h，中和沉淀，产水COD低于60mg/L；具体操作包括：初始运行所述Fenton法污水处理系统的时候，应当先向所述催化剂储池内添加适量的硫酸亚铁催化剂；以调酸、氧化反应、加碱中和、沉淀四个阶段为一个周期，序批式运行Fenton反应器，Fenton处理完毕后，产水流入所述产水池(COD＜60mg/L)，Fenton铁泥则被输送入所述污泥浓缩器；Fenton污泥浓缩后，污泥浓度显示10000mg/L左右，酸化反应器每次加入98％浓硫酸且按照20L/m3进料比例投加，搅拌停留20min，后沉淀40min，上清液输送至还原反应器，底部残渣输送至残渣处理器；向Fe粉自动投加机的粉料斗内加入足量Fe粉，并由该Fe粉自动投加机按设定比例自动投加至所述还原反应器内，并且，当检测到反应ORP低于250mV时停止投加，沉淀停留10min；然后，将再生的Fe2+催化剂输送至所述催化剂储池；之后，使用催化剂计量泵，将Fe2+催化剂从所述催化剂储池泵送至所述Fenton反应器的调酸池，循环以上操作；
长期运行所述Fenton法污水处理系统，发现残渣排放量为传统Fenton法的30％，同时减少污泥排放66％，且减少Fenton反应催化剂用量52％。
实施例2
发明人采用如图1所示的Fenton法污水处理系统对某精细化工企业生产废水进行Fenton工艺处理：
该生产废水(日处理水量300m3)先经生化工艺处理后的出水作为Fenton工艺处理的原水，二级出水COD 200mg/L，在pH3～4条件下，加入Fenton试剂(过氧化氢与硫酸亚铁)反应2h，中和沉淀，产水COD低于100mg/L；具体操作包括：初始运行所述Fenton法污水处理系统的时候，应当先向所述催化剂储池内添加适量的硫酸亚铁催化剂；以调酸、氧化反应、加碱中和、沉淀四个阶段为一个周期，序批式运行Fenton反应器，Fenton处理完毕后，产水流入所述产水池(COD＜100mg/L)，Fenton铁泥则被输送入所述污泥浓缩器；Fenton污泥浓缩后，污泥浓度显示10000mg/L左右，酸化反应器每次加入98％浓硫酸且按照20L/m3进料比例投加，搅拌停留10min，后沉淀30min，上清液输送至还原反应器，底部残渣输送至残渣处理器；向Fe粉自动投加机的粉料斗内加入足量Fe粉，并由该Fe粉自动投加机按设定比例自动投加至所述还原反应器内，并且，当检测到反应ORP低于200mV时停止投加，沉淀停留10min；然后，将再生的Fe2+催化剂输送至所述催化剂储池；之后，使用催化剂计量泵，将Fe2+催化剂从所述催化剂储池泵送至所述Fenton反应器的调酸池，循环以上操作；
长期运行所述Fenton法污水处理系统，发现残渣排放量为传统Fenton法的25％，同时减少污泥排放70％，且减少Fenton反应催化剂用量56％。
以上对本发明的具体实施例进行了详细描述，但其只是作为范例，本发明并不限制于以上描述的具体实施例。对于本领域技术人员而言，任何对本发明进行的等同修改和替代也都在本发明的范畴之中。因此，在不脱离本发明的精神和范围下所作的均等变换和修改，都应涵盖在本发明的范围内。
Claims (9)
1.一种Fenton铁泥再生回用装置，其特征在于，包括：
污泥浓缩器、酸化反应器、还原反应器、残渣处理器和催化剂储池；
所述污泥浓缩器用于接纳Fenton法污水处理所产生的Fenton铁泥并进行浓缩，并且其中设置有搅拌器、污泥浓度计以及液位计；所述污泥浓缩器的出口通过污泥排放管路连接至所述酸化反应器；所述污泥排放管路上设有污泥排放泵；
所述酸化反应器通过加酸管路与加酸计量泵相连，并且，其中设置有搅拌器，所述酸化反应器的出口连接有酸液排放泵；所述酸化反应器产生的上清液通过上清液输送管路流入所述还原反应器，而其产生的不溶性物质则通过不溶性物质输送管路流入所述残渣处理器；
所述还原反应器通过Fe粉投加管路与Fe粉自动投加机相连，通过进气管路与稀释风机相连，通过催化剂排放管路与所述催化剂储池相连，通过排气管路与大气相连，并且，所述排气管路上设有氢气检测仪及氢气报警器，所述催化剂排放管路上设有催化剂排放泵；所述还原反应器中设置有搅拌器；
所述残渣处理器通过加碱管路与加碱计量泵相连，通过残渣排放管路与残渣排放阀相连，并且其中设置有搅拌器、pH计；
所述催化剂储池中设置有液位计。
2.根据权利要求1所述的Fenton铁泥再生回用装置，其特征在于，所述还原反应器中还设置有ORP仪。
3.根据权利要求1所述的Fenton铁泥再生回用装置，其特征在于，所述搅拌器的叶轮均为推进式叶轮。
4.根据权利要求1所述的Fenton铁泥再生回用装置，其特征在于，所述污泥浓缩器、所述酸化反应器、所述还原反应器、所述残渣处理器和所述催化剂储池的材质为316L不锈钢或玻璃钢。
5.一种Fenton法污水处理系统，其特征在于，包含根据权利要求1～4中任一项所述的Fenton铁泥再生回用装置，还包括：Fenton反应器，其通过Fenton铁泥输出管路连接至所述污泥浓缩器的入口，其通过产水管路连接至产水池；
其中，所述Fenton铁泥输出管路上设有Fenton铁泥输出阀；所述催化剂储池的出口通过催化剂输出管路连接至所述Fenton反应器，并且所述催化剂输出管路上设置有催化剂计量泵。
6.根据权利要求5所述的Fenton法污水处理系统，其特征在于，所述Fenton反应器中依次串联设置有调酸池，氧化池，中和池和沉淀池，并且各池内均设置有搅拌器；其中，所述调酸池和所述中和池内设有pH计，所述中和池底还设有曝气管。
7.根据权利要求6所述的Fenton法污水处理系统，其特征在于，所述沉淀池内含有斜管填料或斜板填料。
8.一种能在线回用铁泥的Fenton污水处理方法，其特征在于，其使用根据权利要求5～7中任一项所述的Fenton法污水处理系统，并包括以下步骤：
S1：以调酸、氧化反应、加碱中和、沉淀四个阶段为一个周期，序批式运行所述Fenton反应器；Fenton处理完毕后，产水流入所述产水池，Fenton铁泥则被输送入所述污泥浓缩器；
S2：将浓缩的污泥排放至所述酸化反应器，进行酸化；
S3：将所述酸化反应器产生的上清液输送入所述还原反应器，以将Fe3+溶液还原为Fe2+催化剂，并将其输送至所述催化剂储池中；并且，将所述酸化反应器产生的不溶性物质输送入所述残渣处理器，中和后外排；
S4：将Fe2+催化剂从所述催化剂储池泵送至所述Fenton反应器的调酸池；
S5：重复S1～S4。
9.根据权利要求8所述的Fenton污水处理方法，其特征在于，S4为：向所述催化剂储池中补加Fe2+催化剂，再将Fe2+催化剂从所述催化剂储池泵送至所述Fenton反应器的调酸池。
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