CN107522280A - 一种循环结晶芬顿流化床及其处理难降解废水方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种循环结晶芬顿流化床及其处理难降解废水方法，属于废水处理技术领域。本发明包括混合区、反应区、流化区、沉淀区和出水区；步骤包括：废水和药剂通过泵进入混合区混合，回流泵使混合液从反应器顶部向底部循环，在底部混合液的冲击下，流化区的填料开始流化，溶液中的铁在填料表面结晶，随后进入沉淀区去除部分絮体，最后通过出水口排出。本发明可以有效的去除水中的污染物，并减少出水总铁的含量，对各种难降解废水具有良好的处理效果。

Description

一种循环结晶芬顿流化床及其处理难降解废水方法
技术领域
本发明涉及废水处理技术领域，具体涉及一种循环结晶芬顿流化床及其处理难降解废水方法。
背景技术
工业废水一般具有污染物含量高、组分复杂、色度深、毒性大、难生化降解等特点，使用现有的的生物法或者一些改良的生物法处理后出水中仍残留部分的难生物降解有机物，水质无法满足日趋严格的排放标准及“减排”要求。高级氧化技术是一类新兴的水处理技术，在难降解有机污染物治理方面具有不可比拟的处理优势，但它们在实际应用中存在着成本高、设备复杂等局限性。
芬顿技术(Fenton)是一种可以有效去除工业废水生化出水中污染物的高级氧化技术，以其绿色、高效、反应条件温和等优点受到工业界关注。Fenton技术应用广泛，并且在很多行业已取得较好的效果，工业化应用具备良好前景。但是现有的芬顿法存在着很大的局限性，如：(1)H2O2和Fe2+利用率不高；(2)运行成本高，反应后产生的铁泥(危废)处理成本高。
芬顿流化床技术可以通过结晶，使溶液中的三价铁附着于固体填料表面，不仅可以使出水的铁含量大大降低，并且填料表面的铁氧化物对污染物具有一定的催化氧化效果，增加有机物的去除率。中国专利公开号CN202139138U公开了一种改进型芬顿流化床处理废水装置，该装置具有药剂投加量少，污染物去除效果好等优点，但是该装置包括铁床微电解反应装置、中间水池、流化床装置等部分，设备复杂，且停留时间过长；中国专利公开号CN102774953A公开了一种芬顿流化床及其工作方法，该方法可以有效去除污水中的有机物，并对悬浮物质有一定的过滤作用，但其底部未设置排渣口，悬浮物质在底部积累容易形成堵塞；中国专利公开号CN202688073U公开了一种处理垃圾渗滤液的芬顿反应装置，可以有效的去除垃圾渗滤液的COD(化学需氧量)和改善出水的可生化性，但其限制性大，只可用于处理垃圾渗滤液，并且操作过程繁琐，需通过多级加药，多级处理；中国专利公开号CN204490649U公开了一种循环变速流化床芬顿催化氧化装置，该装置可以提高反应物的传质效率，提高催化氧化速率，但没有设置布水器，可能存在布水不均和药剂混合不充分的情况。
综上，现有的芬顿流化床装置存在着设备复杂、操作过程繁琐、易堵塞、药剂利用率低等缺点。
发明内容
本发明的目的就是针对现有的芬顿流化床技术中，存在设备复杂、操作过程繁琐、易堵塞、药剂利用率低等问题，提供一种循环结晶芬顿流化床及其处理难降解废水方法。
本发明采用的技术方案是：一种循环结晶芬顿流化床，包括混合区、反应区、流化区、斜板沉淀区和出水区；所述混合区位于上部，包括进水口、第一药剂投加口、第二药剂投加口及第一流化床回流口、第二流化床回流口；所述反应区位于底部，包括第三流化床回流口、第四流化床回流口、鱼骨式布水器、八爪式布水器和放空管；所述流化区位于反应区上方，所述流化区与反应区之间设有布水板，所述流化区包括非流化态固相铁催化剂层和填料流化层；所述斜板沉淀区位于流化区上方，其内设置有沉淀斜板；所述出水区位于上部，包括出水堰板和出水口。
进一步优选的结构，所述混合区分成左右两部分，左边设置第二流化床回流口和第二药剂添加口，右边设置第一流化床回流口、进水口和第一药剂添加口。
进一步优选的结构，所述第一流化床回流口与第三流化床回流口通过回流管连通，所述第二流化床回流口与第四流化床回流口通过回流管连通；两根回流管进水角度的夹角为90°。
进一步优选的结构，所述反应区中的鱼骨式布水器位于上部，水流为方向为水平；八爪式布水器位于下部，水流方向为垂直向上。
进一步优选的结构，所述布水板上开有若干孔。
进一步优选的结构，所述布水板上布置一层非流化态固相铁催化剂，所述非流化态固相铁催化剂层上面设置石英砂、砖块、陶粒填料中的一种或多种。
进一步优选的结构，所述填料的直径为0.4—0.6mm。
一种基于循环结晶芬顿流化床的处理难降解废水方法，包括以下步骤：
(1)、向进水口中加入待处理废水，向混合区的两个加药口中分别加入硫酸亚铁溶液和过氧化氢溶液，使两种药剂随回流液分别回流至底部反应区，其中，第一流化床回流口中的回流液经过回流管进入第三流化床回流口通过八爪式布水器均匀喷出，第二流化床回流口中的回流液经过回流管进入第四流化床回流口通过鱼骨式布水器均匀喷出；
(2)、两股回流液在反应区进行充分的混合，并依次经过流化区、斜板沉淀区和出水区，最终通过出水口排出；
(3)、在条件(1)—(2)的步骤下，使系统连续运行，直至系统中COD(化学需氧量)的去除率和总铁的去除率稳定。
上述步骤中，在非流化态固相铁催化剂层的上方，加入220g/L的经过预处理的填料，其粒径范围为0.4—0.6mm。
上述步骤中，待处理废水采用一种或多种难降解化工有机废水或未达标的生化处理出水，调节进水(待处理废水)的pH为3—4；通过调节进水流量控制废水在流化床中的停留时间；通过调节回流流量，控制流化床中进水流量与回流流量的比例。
本发明废水和药剂通过泵进入混合区混合，回流泵使混合液从反应区顶部向底部循环，在底部混合液的冲击下，流化区的填料开始流化，溶液中的铁在填料表面结晶，随后进入沉淀区去除部分絮体，最后通过出水口排出。
本发明可以提高药剂的利用率、充分利用填料表面的异相催化作用，减少亚铁的投加量、减少大量铁泥的产生，对各种难降解废水都有良好的处理效果。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是本发明混合区及出水区俯视图；
图3是本发明反应区布水器具体布置图；
图4是本发明鱼骨式布水器详图；
图5是本发明八爪式布水器详图。
图中，1-混合区、2-反应区、3-流化区、4-斜板沉淀区、5-出水区、6-进水口、7-第一流化床回流口、8-第二流化床回流口、9-第一药剂投加口、10-第二药剂投加口、11-出水口、12-放空管、13-八爪式布水器、14-鱼骨式布水器、15-布水板、16-沉淀斜板、17-出水堰板、18-第三流化床回流口、19-第四流化床回流口。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明，便于清楚地了解本发明，但它们不对本发明构成限定。
如图1、图2所示，本发明一种循环结晶芬顿流化床，包括混合区1、反应区2、流化区3、斜板沉淀区4和出水区5；所述混合区1位于上部，包括进水口6、第一药剂投加口9、第二药剂投加口10及第一流化床回流口7、第二流化床回流口8；所述反应区2位于底部，包括第三流化床回流口18、第四流化床回流口19、鱼骨式布水器14、八爪式布水器13和放空管12；所述流化区3位于反应区2上方，所述流化区3与反应区2之间设有布水板15，所述流化区3包括非流化态固相铁催化剂层和填料流化层；所述斜板沉淀区4位于流化区3上方，其内设置有沉淀斜板16；所述出水区5位于上部，包括出水堰板17和出水口11。沉淀斜板16布置高度为600—1000mm，布置角度为45°—75°，出水堰板17采用三角堰形式。
所述混合区1分成左右两部分，左边设置第二流化床回流口8和第二药剂添加口10，右边设置第一流化床回流口7、进水口6和第一药剂添加口9。
所述第一流化床回流口7与第三流化床回流口18通过回流管连通，所述第二流化床回流口8与第四流化床回流口19通过回流管连通；两根回流管进水角度的夹角为90°。
如图3—图5所示，所述反应区2中的鱼骨式布水器14位于上部，水流为方向为水平；八爪式布水器13位于下部，水流方向为垂直向上。
所述布水板15上开有若干孔。所述布水板15上布置一层非流化态固相铁催化剂，所述非流化态固相铁催化剂层上面设置石英砂、砖块、陶粒填料中的一种或多种。所述填料的直径为0.4—0.6mm。
一种基于循环结晶芬顿流化床的处理难降解废水方法，包括以下步骤：
(1)、向进水口6中加入待处理废水，向混合区1的两个加药口中分别加入硫酸亚铁溶液和过氧化氢溶液，使两种药剂随回流液分别回流至底部反应区2，其中，第一流化床回流口7中的回流液经过回流管进入第三流化床回流口18通过八爪式布水器13均匀喷出，第二流化床回流口8中的回流液经过回流管进入第四流化床回流口19通过鱼骨式布水器14均匀喷出；
(2)、两股回流液在反应区2进行充分的混合，并依次经过流化区3、斜板沉淀区4和出水区5，最终通过出水口11排出；
(3)、在条件(1)—(2)的步骤下，使系统连续运行，直至系统中COD(化学需氧量)的去除率和总铁的去除率稳定。
上述步骤中，在非流化态固相铁催化剂层的上方，加入220g/L的经过预处理的填料，其粒径范围为0.4—0.6mm。
上述步骤中，待处理废水采用一种或多种难降解化工有机废水或未达标的生化处理出水，如印染废水，调节进水的pH为3—4；通过调节进水流量控制废水在流化床中的停留时间；通过调节回流流量，控制流化床中进水流量与回流流量的比例。
本发明中进水和硫酸亚铁或者过氧化氢经过短暂的预混合，通过左边的第一流化床回流口7进入反应区2底部，通过八爪式布水器13使回流液均匀喷出；右边的进水和硫酸亚铁或者过氧化氢随回流液经过短暂的预混合通过第二流化床回流口8进入反应区2底部，通过鱼骨式布水器14均匀喷出；两股回流液在底部反应区2中充分混合，可以增加芬顿试剂的反应速率，提高药剂利用率，从而可以达到减少运行成本，提高处理效果的目的。反应区2中的液体通过布水板15进入流化区3，并通过布水板15和非流化态固相铁催化剂使流化区中的填料处于均匀流化状态，废水中的铁离子结晶于填料表面，从而减少出水中铁泥的含量，并且固相铁催化剂和结晶填料表面的铁氧化物可以催化过氧化氢的分解，有利于污染物的去除及减少硫酸亚铁的投加量。流化区3中的废水经过斜板沉淀区4时，可以使部分絮体沉淀于沉淀斜板16的表面，提高出水水质。出水区的水流过出水堰板17并通过出水口11排出。
所述整个反应器的回流比可以通过回流泵进行调节。所述反应器的水力停留时间可以通过控制进水的流量来进行调节。
实施例1：
进水pH值为3，处理的印染废水COD(化学需氧量)＝90mg/L，TOC(总有机碳)＝30mg/L，经过本循环结晶芬顿流化床处理之后，出水COD(化学需氧量)为19mg/L，COD(化学需氧量)去除率为80％；出水TOC(总有机碳)为11mg/L，TOC(总有机碳)去除率为64％；总铁的去除率为65％。
实施例2：
和实施例1相比，本实施例中的进水pH值变为3.5，其余条件不变，使系统连续运行，直至系统中COD(化学需氧量)的去除率和总铁的去除率稳定。
处理的印染废水COD(化学需氧量)＝97mg/L，TOC(总有机碳)＝29mg/L，经过本循环结晶芬顿流化床处理之后，出水COD(化学需氧量)为14mg/L，COD(化学需氧量)去除率为85％；出水TOC(总有机碳)为13mg/L，TOC(总有机碳)去除率为54％；总铁的去除率为80％。
实施例3：
和实施例1相比，本实施例中的进水pH值变为4，其余条件不变，使系统连续运行，直至系统中COD(化学需氧量)的去除率和总铁的去除率稳定。
处理的印染废水COD(化学需氧量)＝90mg/L，TOC(总有机碳)＝30mg/L，经过本循环结晶芬顿流化床处理之后，出水COD(化学需氧量)为22mg/L，COD(化学需氧量)去除率为76％；出水TOC(总有机碳)为16mg/L，TOC(总有机碳)去除率为47％；总铁的去除率为70％。
实施例4：
和实施例2相比，本实施例中的进水选用焦化废水，其余条件不变，使系统连续运行，直至系统中COD(化学需氧量)的去除率和总铁的去除率稳定。
处理的焦化废水TOC(总有机碳)＝67mg/L，经过本循环结晶芬顿流化床处理之后，出水TOC(总有机碳)为29mg/L，TOC(总有机碳)去除率为57％；总铁的去除率为67％。
实施例5：
和实施例2相比，本实施例中的进水选用养猪废水生化出水，其余条件不变，使系统连续运行，直至系统中COD(化学需氧量)的去除率和总铁的去除率稳定。
处理的养猪废水TOC(总有机碳)＝102mg/L，经过本循环结晶芬顿流化床处理之后，出水TOC(总有机碳)为24mg/L，TOC(总有机碳)去除率为76％；总铁的去除率为90％。
实施例6：
和实施例2相比，本实施例中的进水选用某制药废水厂的好氧池出水，其余条件不变，使系统连续运行，直至系统中COD(化学需氧量)的去除率和总铁的去除率稳定。
处理的制药废水好氧池出水COD(化学需氧量)＝61mg/L，TOC(总有机碳)＝58mg/L，经过本循环结晶芬顿流化床处理之后，出水COD(化学需氧量)为26mg/L，COD(化学需氧量)去除率为57％；出水TOC(总有机碳)为12mg/L，TOC(总有机碳)去除率为79％；总铁的去除率为67％。
实施例7：
和实施例2相比，本实施例中的进水选用某造纸废水厂的生化出水，其余条件不变，使系统连续运行，直至系统中COD(化学需氧量)的去除率和总铁的去除率稳定。
处理的造纸废水生化出水COD(化学需氧量)＝71mg/L，TOC(总有机碳)＝22mg/L，经过本循环结晶芬顿流化床处理之后，出水COD(化学需氧量)为36mg/L，COD(化学需氧量)去除率为49％；出水TOC(总有机碳)为6mg/L，TOC(总有机碳)去除率为72％；总铁的去除率在70％。
实施例8：
和实施例2相比，本实施例中的进水选用某甲苯废水，其余条件不变，使系统连续运行，直至系统中COD(化学需氧量)的去除率和总铁的去除率稳定。
处理的甲苯废水COD(化学需氧量)＝276mg/L，经过本循环结晶芬顿流化床处理之后，出水COD(化学需氧量)为135mg/L，COD(化学需氧量)去除率为51％；总铁的去除率为66％。
本说明书未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。

Claims (10)

1.一种循环结晶芬顿流化床，包括混合区(1)、反应区(2)、流化区(3)、斜板沉淀区(4)和出水区(5)；其特征在于，所述混合区(1)位于上部，包括进水口(6)、第一药剂投加口(9)、第二药剂投加口(10)及第一流化床回流口(7)、第二流化床回流口(8)；所述反应区(2)位于底部，包括第三流化床回流口(18)、第四流化床回流口(19)、鱼骨式布水器(14)、八爪式布水器(13)和放空管(12)；所述流化区(3)位于反应区(2)上方，所述流化区(3)与反应区(2)之间设有布水板(15)，所述流化区(3)包括非流化态固相铁催化剂层和填料流化层；所述斜板沉淀区(4)位于流化区(3)上方，其内设置有沉淀斜板(16)；所述出水区(5)位于上部，包括出水堰板(17)和出水口(11)。
2.根据权利要求1所述的一种循环结晶芬顿流化床，其特征在于，所述混合区(1)分成左右两部分，左边设置第二流化床回流口(8)和第二药剂添加口(10)，右边设置第一流化床回流口(7)、进水口(6)和第一药剂添加口(9)。
3.根据权利要求1所述的一种循环结晶芬顿流化床，其特征在于，所述第一流化床回流口(7)与第三流化床回流口(18)通过回流管连通，所述第二流化床回流口(8)与第四流化床回流口(19)通过回流管连通；两根回流管进水角度的夹角为90°。
4.根据权利要求1所述的一种循环结晶芬顿流化床，其特征在于，所述反应区(2)中的鱼骨式布水器(14)位于上部，水流为方向为水平；八爪式布水器(13)位于下部，水流方向为垂直向上。
5.根据权利要求1所述的一种循环结晶芬顿流化床，其特征在于，所述布水板(15)上开有若干孔。
6.根据权利要求1或5所述的一种循环结晶芬顿流化床，其特征在于，所述布水板(15)上布置一层非流化态固相铁催化剂，所述非流化态固相铁催化剂层上面设置石英砂、砖块、陶粒填料中的一种或多种。
7.根据权利要求6所述的一种循环结晶芬顿流化床，其特征在于，所述填料的直径为0.4—0.6mm。
8.一种基于权利要求1-7中任一项所述的循环结晶芬顿流化床的处理难降解废水方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)、向进水口(6)中加入待处理废水，向混合区(1)的两个加药口中分别加入硫酸亚铁溶液和过氧化氢溶液，使两种药剂随回流液分别回流至底部反应区(2)，其中，第一流化床回流口(7)中的回流液经过回流管进入第三流化床回流口(18)通过八爪式布水器(13)均匀喷出，第二流化床回流口(8)中的回流液经过回流管进入第四流化床回流口(19)通过鱼骨式布水器(14)均匀喷出；
(2)、两股回流液在反应区(2)进行充分的混合，并依次经过流化区(3)、斜板沉淀区(4)和出水区(5)，最终通过出水口(11)排出；
(3)、在条件(1)—(2)的步骤下，使系统连续运行，直至系统中COD的去除率和总铁的去除率稳定。
9.根据权利要求8所述的处理难降解废水方法，其特征在于，上述步骤中，在非流化态固相铁催化剂层的上方，加入220g/L的经过预处理的填料，其粒径范围为0.4—0.6mm。
10.根据权利要求8所述的处理难降解废水方法，其特征在于，上述步骤中，待处理废水采用一种或多种难降解化工有机废水或未达标的生化处理出水，调节进水的pH为3—4；通过调节进水流量控制废水在流化床中的停留时间；通过调节回流流量，控制流化床中进水流量与回流流量的比例。
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