CN109110990A - 基于芬顿技术的污水处理系统及其处理方法 - Google Patents
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Abstract
本发明揭示了基于芬顿技术的污水处理系统及其处理方法，其中处理系统包括依次连接的砂滤罐，具有截留污水中的污染物的结构；芬顿反应器，以活性炭作为催化剂与过氧化氢反应生成羟基自由基；反应池，用于去除芬顿反应器中多余的过氧化氢；清水池，用于调节其内污水的PH值。本方案设计精巧，活性炭既作为吸附剂也作为催化剂，一来通过吸附作用使污染物形成富集，减少污染物的含量；同时活性炭催化H2O2形成·OH自由基，充分与污染物反应、降解，大大提高反应效率，并且，活性炭在反应过程中不作为反应物参加反应，活性炭的量不会随反应减少，因此大大降低了药剂使用量，省去了反复添加药剂的繁琐操作，同时减少污泥产量，降低了运行成本。
Description
技术领域
本发明涉及污水处理领域，尤其是基于芬顿技术的污水处理系统及其处理方法。
背景技术
化工、轻纺、制药、电镀等工业中所产生的大量工业废水，其具有成分复杂、种类繁多、COD浓度高、可生化性差、有毒有害等特定点，如不进行有效的控制和治理，将对环境造成无法挽救的污染和破坏，因此各种污水处理技术应运而生。
其中芬顿类氧化处理就是其中的重要研究方向，芬顿反应主要是通过过氧化氢(H2O2)与二价铁离子的混合溶液将很多已知的有机化合物如羧酸、醇、酯类氧化为无机态，反应具有去除难降解有机污染物的高能力，在印染废水、含油废水、含酚废水、焦化废水、含硝基苯废水、二苯胺废水等废水处理中有很广泛的应用。
在芬顿类处理工艺中，UV/Fenton工艺又叫光助芬顿工艺被认为是最具前景的处理技术，其是普通Fenton工艺与UV/H2O2两种系统的复合，由于Fe2+和紫外线对H2O2的催化分解存在协同效应，光助芬顿工艺降低了Fe2+用量，提高了H2O2的利用率，提高了反应速率。
但该工艺存在的主要问题是：
(1)成本高、易形成二次污染。
铁离子流失导致反应过程中需要不断添加亚铁试剂，铁离子的投加增加了水的色度，同时用碱中和后会形成大量铁泥，造成铁离子流失和二次污染，实际应用中，后续铁泥处理成本要远远大于投加药剂的成本和反应过程中的能耗。
(2)H2O2利用率低。
Fe2+和H2O2既是体系所需的催化剂和氧化剂，又是·OH的捕获剂，因此当其投入量不足时反应速率低，而投入量过高时，·OH的猝灭反应又使得H2O2的利用率降低。
(3)Fenton体系pH适用范围窄。
在Fenton反应中，Fe2+在强酸性条件下(一般pH为2-3)才能有效催化H2O2产生·OH，因此需在反应前调节水体的pH值，容易对反应设备产生腐蚀等问题。反应结束后需要用大量的碱中和水体中的酸，增加了处理成本，同时也使得水体中的盐度升高，增加了后续的处理难度。
发明内容
本发明的目的就是为了解决现有技术中存在的上述问题，提供一种基于芬顿技术的污水处理系统及其处理方法。
本发明的目的通过以下技术方案来实现：
基于芬顿技术的污水处理系统，包括依次连接的
砂滤罐，具有截留污水中的污染物的结构；
芬顿反应器，通过芬顿反应对经过其内的污水进行处理，具体是以活性炭作为催化剂与过氧化氢反应生成羟基自由基以对污水中的污染物进行降解；
反应池，用于去除芬顿反应器中多余的过氧化氢；
清水池，用于调节其内污水的PH值。
优选的，所述的基于芬顿技术的污水处理系统中，所述砂滤罐与芬顿反应器之间的管道上设置有用于添加过氧化氢的加料口及位于所述加料口后端的管道混合器。
优选的，所述的基于芬顿技术的污水处理系统中，所述芬顿反应器是光助芬顿反应器。
优选的，所述的基于芬顿技术的污水处理系统中，所述芬顿反应器中的一组UV灯嵌入在活性炭中，其中一个UV灯与反应器共轴，其他UV灯呈圆形分布且以芬顿反应器的轴线为圆心。
优选的，所述的基于芬顿技术的污水处理系统中，所述反应池内设置有搅拌器。
基于芬顿技术的污水处理方法，包括如下步骤：
S1，污水输送至砂滤罐进行过滤；
S2，将砂滤罐的出水与过氧化氢混合后引入内部装有活性炭的芬顿反应器,通过光助芬顿反应对污水进行处理；
S3，使芬顿反应器的出水引入反应池，清除池内污水中的过氧化氢以使污水的氧化还原电位达到0±0.1mV左右；
S4，将反应池的出水引入清水池，并将其内的污水的pH值调节至6-9之间；
S5，清水池的出水排放。
优选的，所述的基于芬顿技术的污水处理方法中，在S1步骤中，所述生物污水的COD在100-150mg/L之间。
优选的，所述的基于芬顿技术的污水处理方法中，在S2步骤中，过氧化氢的添加量为0.2±0.05％，芬顿反应器的进水PH值在6±0.5之间。
优选的，所述的基于芬顿技术的污水处理方法中，在S2步骤中，在芬顿反应器内反应的同时进行紫外光照射，所述紫外光的波长254±5nm；有效紫外剂量为25±1mWs/cm2。
优选的，所述的基于芬顿技术的污水处理方法中，在S2步骤中，在芬顿反应器的反应时间控制在1±0.1h之间
本发明技术方案的优点主要体现在：
本方案设计精巧，结构简单，活性炭既作为吸附剂也作为催化剂，一来通过吸附作用使污染物吸附在活性炭表面，形成富集，减少污染物的含量；同时活性炭催化H2O2形成·OH自由基，充分与污染物反应、降解，大大提高反应效率，并且，活性炭在反应过程中不作为反应物参加反应，活性炭的量不会随反应减少，因此大大降低了药剂使用量，省去了反复添加药剂的繁琐操作，同时减少污泥产量，降低了运行成本。
本技术直接使用商用活性炭即可，不需要制备，解决了传统非均相Fenton技术使用的催化剂制备成本较高，易于获取、便于应用且降低了使用成本。
采用活性炭催化和UV结合，拓宽了反应体系的pH适用范围，在中性条件下就能达到较好的处理效果。
将过氧化氢的添加口设置在管道上，能够简化芬顿反应器的结构，同时通过混合器在进入芬顿反应器之间实现均匀混合，有利于后续在反应时使生成的·OH自由基均匀的分布在污水的区域，从而实现各污水各区域污染物的充分降解，改善处理效果，结合加药管路，可以降低加药难度及操作危险性，实现效率和安全性的统一。
另外，相对于通过物体负载金属或金属氧化物作为催化剂的类芬顿技术，提高了催化剂的稳定性，不需要担心因金属流失而导致催化剂催化效果下降，并且避免了金属离子的二次污染。
增加UV系统，利用UV和活性炭对过氧化氢催化分解存在协同效应，可提高H2O2的利用率，并使得氧化能力增强，在处理高浓度、难降解和有毒有害废水方面表现出更多优势；另外，通过UV灯管的合理分布，能够有效的实现均匀的协同的作用，以改善协同效果。
附图说明
图1是本发明的污水处理系统；
图2是本发明的自动加药管路的结构示意图；
图3是本发明的芬顿反应器的纵截面示意图；
图4是本发明的芬顿反应器的横截面图。
具体实施方式
本发明的目的、优点和特点，将通过下面优选实施例的非限制性说明进行图示和解释。这些实施例仅是应用本发明技术方案的典型范例，凡采取等同替换或者等效变换而形成的技术方案，均落在本发明要求保护的范围之内。
在方案的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。并且，在方案的描述中，以操作人员为参照，靠近操作者的方向为近端，远离操作者的方向为远端。
下面结合附图对本发明揭示的基于芬顿技术的污水处理系统进行阐述，其用于生化污水的处理，如附图1所示，其包括依次连接的
收集池1，与生化污水出水口连接，用于收集生化污水；
砂滤罐2，通过带有泵8的输送管道连接收集池1，具有截留污水中的污染物的结构；
芬顿反应器3，用于通过芬顿反应对经过其内的污水进行处理；
反应池4，用于去除芬顿反应器中多余的过氧化氢；
清水池5，用于调节其内污水的PH值。
其中，所述砂滤罐2可以是已知的各种类型的砂滤罐，其通过如石英砂等能够有效的截留除去水中的悬浮物、有机物、胶质颗粒、微生物、氯、嗅味及部分重金属离子等，最终达到降低水浊度的效果，并且减少后续芬顿反应需要降解的污染物的量，有利于降低后续处理负载。
如附图1所示，所述砂滤罐2通过管道连接所述芬顿反应器3，并且在所述管道上设置有用于添加过氧化氢的加料口6及位于所述加料口后端的管道混合器7，从而能够简化芬顿反应器3的加料结构，并且能够保证在进入到芬顿反应器前，污水已经和过氧化氢溶液充分混合，从而保证后续的反应均匀性、充分性和效率。
另外，由于过氧化氢对人体皮肤有较强的腐蚀性，人工填料时极易给操作人员带来危险，因此，如附图2所示，所述加料口6还连接有自动加药管路9，所述自动加药管路9包括可拆卸地连接所述加药口6的管道91，所述管道91上依次设置有控制阀92、流量计93、加药泵94及位于管道自由端的快接接头95，所述控制阀92、流量计93、加药泵94均连接控制装置，加药时，将装有过氧化氢的吨桶或槽罐车的出液端通过不锈钢管等连接到所述加药管路9的快接接头95上，打开控制阀92并启动加药泵94，通过加药泵94将吨桶或槽罐车内的过氧化氢引入到加药口6处从而实现精准、快速的加药，既提高了系统的自动化程度，同时避免人工操作可能存在的安全隐患，改善了安全性。
所述芬顿反应器3优选是光助芬顿反应器，具体来看，如附图3所示，所述光助芬顿反应器包括罐体31所述罐体31的底部设置有进液口34，顶部设置有出液口35，所述罐体31的内腔中设置有具有一定深度且覆盖罐体横截面的颗粒状的活性炭32，并且，所述活性炭32的至少上下两端分别设置有过滤网36、37，所述过滤网36、37的目数不小于30目，这是由于在活性炭使用一段时间后，其上吸附的污染物会影响其吸附性能，同时也将影响其催化性能，因此需要进行反洗，因此为了避免反洗时，活性炭被水流冲洗出罐体造成流失，通过过滤网对其进行限位，从而避免跑料问题出现。
如附图4所示，所述活性炭32中插入有一组与控制装置电连接的UV灯33，所述UV灯33中的一个与反应器3的共轴，其他的UV灯33呈圆形且等间隙分布，且它们围合成的原以芬顿反应器3的轴线为圆心，通过有效的分布UV灯，以使紫外光能够有效的对污水中的各区域进行照射。
如附图1所示，所述反应池4内设置有与控制装置连接的搅拌器41及氧化还原电位检测仪42，其通过添加催化剂使废水中的氧化还原电位达到设定值；所述清水池5内同样设置有与控制装置连接的搅拌器51及PH计52，其通过添加酸或碱以使出水的PH值达到排放标准。
采用上的基于芬顿技术的污水处理系统进行生化污水处理时，其包括如下步骤：
S0，污水首先在收集池1中收集，所收集的生化污水的COD在100-150mg/L之间。
S1，当达到一定量后，启动泵将收集池1中的污水输送至砂滤罐2中进行过滤，去除污水中的悬浮物、颗粒物等，过滤时，使水流流速控制在8-10m/h，以避免流速过大，导致过滤效果变差，以及流速过小，导致过滤效率低，投资成本会增加等问题。
S2，将砂滤罐2的出水与过氧化氢混合后引入内部装有活性炭的芬顿反应器,通过光助芬顿反应对污水进行处理，
具体操作时，通过加料口向管道内加入过氧化氢并使添加的过氧化氢的质量分数(过氧化氢在含有过氧化氢的污水中的含量)在0.2±0.05％之间，随后通过管道混合器使过氧化氢与管道内的废水混合。芬顿反应器进水时，使进水的PH值控制在6±0.5之间，在芬顿反应器3内反应的同时进行紫外光照射，所述紫外光的波长优选在254±5nm之间；有效紫外剂量为25±1mWs/cm2，并且，控制污水在光助芬顿反应器3中的反应时间为1±0.1h,经过试验研究发现，在上述紫外光及时间条件下，芬顿反应效率最高，污染物去除效率最高，最终出水的COD可低于50mg/L，若各参数进一步提升，污染物的去除效率并未明显改善，同时还造成处理效率和紫外灯的功率损耗；反之，若各工艺条件低于上述优选参数，则污染物去除效率降低明显，无法达到出水水质要求。
在光助芬顿反应时，活性炭一方面作为吸附剂，将污染物吸附在其表面，形成富集，从而将污染物吸附过滤；另一方面，活性炭作为催化剂，催化过氧化氢形成·OH自由基，同时，反应体系在紫外光的照射下，活性炭催化水中的氢氧根离子可以直接产生羟基自由基，光增强的作用主要是紫外线和活性炭对H2O2催化分解存在协同作用，可大大提高过氧化氢的分解速率，促进羟基自由基的生成，其反应过程如下：
H2O2→·OH+OH-
H2O2+hv→2·OH。
由于羟基自由基具有极强的氧化性，因此，光芬顿产生的在固液界面上的·OH自由基与污染物反应，将有机污染物氧化降解为CO2、H2O和无机盐，从而达到降低废水COD，净化废水的目的，从而大大提高反应效率。
并且，·OH自由基在降解废水中污染物时有以下特点：
(1)·OH是高级氧化过程的中间产物，作为引发剂诱发后面的链反应发生，对难降解的物质特别适用。
(2)·OH能够无选择地与废水中的任何污染物发生反应，将其氧化为CO2、水或无机盐，而不会产生新的污染物。
(3)·OH氧化是一种物理化学过程，比较容易控制，反应条件温和，易实施应用。
S3，使芬顿反应器3的出水引入反应池4，并将其内的污水的氧化还原电位(ORP)调节至0±0.1mV左右，具体是在搅拌机41的作用下添加一定量的亚硫酸氢钠(NaHSO3)，从而使其与污水中多余的过氧化氢反应，直至过氧化氢被消耗完，氧化还原电位(ORP)达到0mV左右停止，此时出水的氧化还原电位与自然水体的氧化还原电位接近。
S4，将反应池4的出水引入清水池5，并通过向其内的污水加添加适量的氢氧化钠或硫酸，并通过PH计控制水的pH值至在6-9之间。
S5，清水池5中的水通过排放泵(图中未示出)引出排放。
本发明尚有多种实施方式，凡采用等同变换或者等效变换而形成的所有技术方案，均落在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.基于芬顿技术的污水处理系统，其特征在于：包括依次连接的砂滤罐（2），具有截留污水中的污染物的结构；
芬顿反应器（3），以活性炭（32）作为催化剂与过氧化氢反应生成羟基自由基以对污水中的污染物进行降解；
反应池（4），用于去除芬顿反应器中多余的过氧化氢；
清水池（5），用于调节其内污水的PH值。
2.根据权利要求1所述的基于芬顿技术的污水处理系统，其特征在于：所述砂滤罐（2）与芬顿反应器（3）之间的管道上设置有用于添加过氧化氢的加料口（6）及位于所述加料口后端的管道混合器（7）。
3.根据权利要求2所述的基于芬顿技术的污水处理系统，其特征在于：所述加药口（6）可拆卸地连接有自动加药管路（9）。
4.根据权利要求1所述的基于芬顿技术的污水处理系统，其特征在于：所述芬顿反应器（3）是光助芬顿反应器。
5.根据权利要求4所述的基于芬顿技术的污水处理系统，其特征在于：所述芬顿反应器（3）中的一组UV灯（33）嵌入在活性炭中，其中一个UV灯（33）与反应器（3）共轴，其他UV灯（33）呈圆形分布且以芬顿反应器（3）的轴线为圆心。
6.根据权利要求1所述的基于芬顿技术的污水处理系统，其特征在于：所述反应池（4）内设置有搅拌器（41）及氧化还原电位检测仪（42）。
7.基于芬顿技术的污水处理方法，其特征在于：包括如下步骤：
S1，污水输送至砂滤罐进行过滤；
S2，将砂滤罐的出水与过氧化氢混合后引入内部装有活性炭的芬顿反应器,通过光助芬顿反应对污水进行处理；
S3，使芬顿反应器的出水引入反应池，清除池内污水中的过氧化氢以使污水的氧化还原电位达到0±0.1mV左右；
S4，将反应池的出水引入清水池，并将其内的污水的pH值调节至6-9之间；
S5，清水池的出水排放。
8.根据权利要求7所述的基于芬顿技术的污水处理方法，其特征在于：在S1步骤中，所述生物污水的COD在100-150 mg/L之间。
9.根据权利要求7所述的基于芬顿技术的污水处理方法，其特征在于：在S2步骤中，所述过氧化氢的质量分数在0.2±0.05%之间，芬顿反应器的进水PH值在6±0.5之间。
10.根据权利要求7所述的基于芬顿技术的污水处理方法，其特征在于：在S2步骤中，在芬顿反应器内反应的同时进行紫外光照射，所述紫外光的波长254±5nm；有效紫外剂量为25±1mWs/cm2，在芬顿反应器的反应时间控制在1±0.1h之间。
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