CN108706787A - 一种芬顿氧化装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种芬顿氧化装置，该装置依次设置搅拌混合区、填料反应区和折流半幅高效沉淀区；运行时，废水经搅拌混合区与双氧水等药剂混合，在填料反应区内完成芬顿催化氧化，对废水中的难降解有机物予以处理，再经过折流半幅高效沉淀区出水，完成芬顿氧化处理。本发明设置芬顿催化剂填料层，可强化反应传质过程，提高处理效果，而且可有效避免催化剂流失的问题，省去了固液分离器等设备投资，具有结构简单、易于操作、处理效果好等优点。
Description
技术领域
本发明涉及废水处理领域，尤其工业污水前处理、生化尾水深度处理的一种新型芬顿反应装置。
背景技术
芬顿氧化是一项有效的氧化水处理工艺，该工艺在污水处理领域有着广泛的应用。其主要原理是，在酸性条件下，利用亚铁作为催化剂，与过氧化氢相互作用时产生的强氧化性羟基来氧化水中的有机物。芬顿氧化具有快速、高效、操作简单灵活、反应条件温和等特点。在废水深度处理领域，主要用于处理生化出水，去除水中残余的难降解有机物，因此，芬顿氧化已成为废水实现达标排放的或者回用的重要方法之一。
传统的芬顿氧化中，亚铁是以溶液的方式存在于反应体系中，虽然氧化处理效率较高，但是却存在由于亚铁投加量过大从而导致的化学污泥产量大的问题，进而引起处理成本增加。近年来，采用芬顿流化床工艺。该技术通过流化结晶技术，使反应过程中产生的三价铁大部分留在流化载体表面并继续参与催化氧化反应。该技术充分结合了均相氧化、非均相氧化、流化床结晶及铁氧化物溶解还原等功能，不仅保证了处理效果，而且大幅降低了亚铁的投加量，并减少了铁泥的产生量。但是该技术需要较大的水流上升速度（一般30m/h以上），因此需要消耗较大的动力，从而增加了系统的运行费用。并且，随着系统的长时间运行，生成的铁泥不断的包裹在载体颗粒表面，使得载体粒径不断增大，如果需要维持正常的流化状态，则必须增加动力或更换新的载体。同时，为了防止催化剂的跑料流失，一般需在流化区上方设置固液分离器，如斜板沉淀装置、多孔挡板等，一定程度上增加了设备投资。
因此，必须设计一种既节约成本又能实现高效处理的芬顿氧化装置。
发明内容
本发明提供一种芬顿氧化装置。该装置选用芬顿催化剂载体填料，克服上述问题。
芬顿氧化装置依次设置搅拌混合区、填料反应区和折流半幅高效沉淀区；搅拌混合区的上部设置有废水进水管、双氧水管和pH调节剂管，搅拌混合区内设置有搅拌器，下部设置过水孔填料反应区；填料反应区包括第一填料区和第二填料区，第一填料区底部设置有承托层，布水板设置在承托层之上，布水板向上依次设置有垫层和芬顿催化剂颗粒填料层；第二填料区上部设置配水板，下部设置承托层，承托层向上依次设置垫层和芬顿催化颗粒填料层；第二填料区底部设置过水孔连通折流半幅高效沉淀区；所述的折流半幅高效沉淀区依次设置下挡板和上挡板，下挡板上部设置多个过流孔，末端部设置出水堰连接出水管，折流半幅高效沉淀区侧壁为斜锥形，底部设置排渣管。
进一步的，第一填料区和第二填料区的垫层厚度为10-15cm，填充4-8cm直径的石块或陶瓷块。填料层厚度为1.0-1.5m，填充2-3cm粒径的芬顿催化剂颗粒填料。
进一步的，混合搅拌区设置有pH检测仪。
进一步的，折流半幅高效沉淀区侧壁的斜锥角度为60°。
芬顿催化剂颗粒为固相二价铁催化剂，具体的制备步骤如下：
步骤（1）将一枝黄花用自来水清洗，自然晾干后粉碎至2-4cm均匀段；
步骤（2）对粉碎后的一枝黄花进行碱液浸泡预处理并真空干燥；碱液浸泡采用2-3mol/L的NaOH或KOH溶液，静置浸泡24h；后利用蒸馏水洗涤至中性，并在80-90℃下真空干燥5-8h；
步骤（3）对干燥后的一枝黄花进行活化剂和亚铁盐溶液的浸渍处理，后真空干燥；活化剂为3mol/L的ZnCl2溶液，所述的亚铁盐溶液为3mol/L的Fe(NO3)2或FeCl2溶液；浸渍比例为一枝黄花：ZnCl2溶液：亚铁盐溶液=100g:2L:1L；浸渍过程采用磁力搅拌器以50r/min的转速缓慢进行，浸渍时间为12h；真空干燥操作同步骤（2）；
步骤（4）在高纯氮气下高温热解；高温热解为在流速为200ml/min的高纯氮气下马弗炉热解，炉内温度按照5℃/s缓慢升温至500℃，恒温3h；
步骤（5）采用盐酸稀溶液冲洗去除杂质，后用蒸馏水冲洗至pH恒定，后并在80-90℃下真空干燥5-8h；
步骤（6）先粉碎获得＜1mm的粉末状芬顿催化剂，再经过压缩造粒成2-3cm粒径的颗粒。
本发明的有益效果：
本发明的芬顿反应装置中设置有芬顿催化剂填料层，可强化反应传质过程，提高处理效果，而且可有效避免催化剂流失的问题，省去了固液分离器等设备投资，保证了芬顿氧化装置的长周期稳定运行。
本发明所选用的芬顿催化剂为固相二价铁催化剂，其能够克服传统Fenton技术中以液相二价铁作为催化剂所产生的铁泥量大、pH适宜范围小等缺点；且具有高的比表面积，具备高的吸附性能，分散性能好，不易团聚，对芬顿氧化降解废水具有高效的催化活性，可以处理不同的难降解废水，有机污染物的去除率可超过90%，可生化性显著提高，显著降低芬顿氧化的运行成本。造粒为2-3cm粒径填充，有效避免填料板结、透水性能差等问题，催化剂以入侵植物一枝黄花为原料，能有效的解决的入侵植物后续处理问题，提高其资源化利用，具有良好的社会和经济效益。
本发明设置混合搅拌区对进水、双氧水等药剂充分混合，设置两个催化填料反应区，折流设置确保污染物的充分降解，也保证所添加的双氧水充分反应，避免双氧水的浪费。所选用的填料具有高效的催化性能和吸附性能，确保芬顿氧化装置的处理效果。折流半幅高效沉淀区通过折流板进行整流，并通过侧壁的斜锥角度为60°能高效的沉淀出水部分中的杂质。本发明芬顿氧化装置整体上具有结构简单、易于操作、处理效果好等优点，能够方便的设置在水处理流程中的各个阶段。
附图说明
图1 为本发明芬顿氧化装置的结构示意图
附图标记说明：1.废水进水管、2双氧水管、3pH调节剂管、4搅拌混合区、5过水孔、6承托层、7布水板、8第一填料区、9第二填料区、10配水板、11折流半幅高效沉淀区、12上挡板、13下挡板、14出水堰、15出水管、16排渣管、17搅拌器
具体实施方式
以下将结合附图所示的各实施方式对本发明进行详细描述。但这些实施方式并不限制本发明，本领域的普通技术人员根据这些实施方式所做出的结构或功能上的变换均包含在本发明的保护范围内。
如图1所示，芬顿氧化装置依次设置搅拌混合区4、填料反应区和折流半幅高效沉淀区11；搅拌混合区4的上部设置有废水进水管1、双氧水管2和pH调节剂管3，搅拌混合区4内设置有搅拌器17，下部设置过水孔5连通填料反应区；填料反应区包括第一填料区8和第二填料区9，第一填料区8底部设置有承托层6，布水板7设置在承托层6之上，布水板7向上依次设置有垫层和芬顿催化剂颗粒填料层；第二填料区9上部设置配水板10，下部设置承托层6，承托层6向上依次设置垫层和芬顿催化颗粒填料层；第二填料区底部设置过水孔5连通折流半幅高效沉淀区11；折流半幅高效沉淀区11依次设置下挡板12和上挡板13，下挡板13上部设置多个过流孔，末端部设置出水堰14连接出水管15，折流半幅高效沉淀区侧壁为斜锥形，底部设置排渣管16。
第一填料区和第二填料区的垫层厚度为10-15cm，填充4-8cm直径的石块或陶瓷块。填料层厚度为1.0-1.5m，填充2-3cm粒径的芬顿催化剂颗粒填料。混合搅拌区设置有pH检测仪，折流半幅高效沉淀区侧壁的斜锥角度为60°。
运行时，废水由废水进水管1、双氧水由双氧水管2、酸或碱由pH调节剂管进入搅拌混合区4，在搅拌器17的作用下混合均匀，通过底部设置的过水孔5进入第一填料区8，第一填料区8采用上流式，下部设置承托层6，承托层上设置布水板7均匀布水，向上依次经过垫层和芬顿催化剂填料层，在填料层内充分发生芬顿氧化反应，经上部进入第二填料区9，第二填料区上部设配水板10，均匀布水，后依次经过芬顿催化剂填料层和垫层，后沿池壁过水孔进入折流半幅高效沉淀区11，折流半幅高效沉淀区11设置依次设置下挡板13和上挡板12，下挡板13的上部设置过水孔均匀出水，经上挡板12、出水堰14经出水管出水。折流半幅高效沉淀区11出水一侧侧壁斜锥形，沉淀在折流半幅高效沉淀区11形成的沉淀，底部设置排渣管，定期排出沉渣。
应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施方式中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本发明的可行性实施方式的具体说明，它们并非用以限制本发明的保护范围，凡未脱离本发明技艺精神所作的等效实施方式或变更均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种芬顿氧化装置，其特征在于，所述的芬顿氧化装置依次设置搅拌混合区、填料反应区和折流半幅高效沉淀区；
所述的搅拌混合区的上部设置有废水进水管、双氧水进水管和pH调节剂进水管，搅拌混合区内设置有搅拌器，下部设置过水孔填料反应区；
所述的填料反应区包括第一填料区和第二填料区，所述的第一填料区底部设置有承托层，布水板设置在承托层之上，布水板向上依次设置有垫层和芬顿催化剂颗粒填料层；第二填料区上部设置配水板，下部设置承托层，承托层向上依次设置垫层和芬顿催化颗粒填料层；第二填料区底部设置过水孔连通折流半幅高效沉淀区；
所述的折流半幅高效沉淀区依次设置下挡板和上挡板，下挡板上部设置多个过流孔，末端部设置出水堰连接出水管，折流半幅高效沉淀区侧壁为斜锥形，底部设置排渣管。
2.根据权利要求1所述的芬顿氧化装置，其特征在于，所述的垫层厚度为10-15cm，填充4-8cm直径的石块或陶瓷块。
3.根据权利要求1所述的芬顿氧化装置，其特征在于，所述的填料层厚度为1.0-1.5m，填充2-3cm粒径的芬顿催化剂颗粒填料。
4.根据权利要求1所述的芬顿氧化装置，其特征在于，所述的混合搅拌区设置有pH检测仪。
5.根据权利要求1所述的芬顿氧化装置，其特征在于，所述的折流半幅高效沉淀区侧壁的斜锥角度为60°。
6.根据权利要求1所述的芬顿氧化装置，其特征在于，所述的芬顿催化剂颗粒为固相二价铁催化剂，其具体制备步骤如下：
（1）将一枝黄花清洗、晾干并粉碎；
（2）对粉碎后的一枝黄花进行碱液浸泡预处理并真空干燥；
（3）对干燥后的一枝黄花进行活化剂和亚铁盐溶液的浸渍处理，后真空干燥；
（4）在高纯氮气下高温热解；
（5）对热解后的固体成分进行酸洗、蒸馏水洗后烘干；
（6）粉碎后获得粉末状催化剂，压缩制备为2-3cm颗粒。
7.根据权利要求6所述的芬顿氧化装置，其特征在于，所述的芬顿催化剂颗粒的制备具体步骤如下：
步骤（1）将一枝黄花用自来水清洗，自然晾干后粉碎至2-4cm均匀段；
步骤（2）所述的碱液浸泡采用2-3mol/L的NaOH或KOH溶液，静置浸泡24h；后利用蒸馏水洗涤至中性，并在80-90℃下真空干燥5-8h；
步骤（3）中所述的活化剂为3mol/L的ZnCl2溶液，所述的亚铁盐溶液为3mol/L的Fe(NO3)2或FeCl2溶液；浸渍比例为一枝黄花：ZnCl2溶液：亚铁盐溶液=100g:2L:1L；浸渍过程采用磁力搅拌器以50r/min的转速缓慢进行，浸渍时间为12h；真空干燥操作同步骤（2）；
步骤（4）所述的高温热解为在流速为200ml/min的高纯氮气下马弗炉热解，炉内温度按照5℃/s缓慢升温至500℃，恒温3h；
步骤（5）采用盐酸稀溶液冲洗去除杂质，后用蒸馏水冲洗至pH恒定，后并在80-90℃下真空干燥5-8h；
步骤（6）先粉碎获得＜1mm的粉末状芬顿催化剂，再经过压缩造粒成2-3cm粒径的颗粒。
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