CN109179805B - 一种污水处理装置及其方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种污水处理装置及其方法，所述污水处理装置包括蓄水池和位于蓄水池内的反应装置，所述反应装置包括至少一组主电极阳极和主电极阴极，所述主电极阳极为包括碳棒的第一反应件，所述主电极阴极为包括磁性小球的第二反应件；所述污水处理装置还包括有形成于所述蓄水池侧壁上的进水口和出水口；所述装置还包括稳压电源，该稳压电源的正负极分别与所述第一反应件和所述第二反应件电连接。将有机废水进行预处理，再将有机废水和过硫酸盐混合，注入所述污水处理装置，通过所述稳压电源施加电压在所述反应装置内反应降解，降解后产物从所述出水口排出。通过运用该污水处理装置及其方法，可有效加大SO4·‑自由基的产出，提高体系对Fe2+的利用率，有效提高铁氧化物催化剂的利用率进而实现高浓度有机废水的高效处理，同时也很好解决铁氧化物沉淀多和催化剂难回收等问题。本装置具有快速、高效的特点，对应急条件下高浓度有机废水处理具有重要意义。

Description

一种污水处理装置及其方法
技术领域
本发明涉及水和废水处理技术领域，特别涉及一种污水处理装置及其方法。
背景技术
近年来，随着现代工业的迅速发展，难降解有机污染物的工业废水种类和数量日益增多，对生态环境的危害日益严峻，尤其是化工、医药、农药、造纸和冶金等行业；由于经济和技术方面的原因，采用传统的废水处理技术如物理法、化学法和生化法已不能满足越来越高的环保要求，探索高效、经济的方法处理高毒性和难生化降解有机废水已成为化学界和环保领域重要的研究课题。
SR-Fenton反应(硫酸根自由基高级氧化技术)一直被认为是有机废水的一种有效治理技术，从过硫酸盐活化中产生的硫酸根自由基(SO4·-)的氧化还原电位为2.6V，氧化性很强，理论上能降解大多数有机污染物。一般常用的为利用过渡金属离子来活化过硫酸盐。
在各种可以活化过硫酸盐的过渡金属中，亚铁离子一直被广泛应用于活化过硫酸盐，铁离子来源相对廉价，并且活化效率较高。
不过，用亚铁离子活化过硫酸盐技术也存在一定的问题，主要的问题在于铁氧化物催化剂的利用率较低从而导致污水处理效率较低，而且反应后生成的铁泥随废水流出后沉淀在废水中会形成二次污染，增加处理成本。
发明内容
本发明所要解决的技术问题之一在于提供一种能够有效提高铁氧化物催化剂的利用率进而实现高浓度有机废水的高效处理，同时也可很好地解决均相体系中Fe2+消耗量大、铁污泥多以及催化剂难回收等问题的污水处理装置。
本发明所要解决的另一个技术问题在于提供一种包括上述污水处理装置的污水处理方法。
为解决上述问题，本发明采用以下技术方案：
根据本发明的一方面，本发明提供一种污水处理装置，所述装置包括：蓄水池；位于蓄水池内的反应装置；
定义，在水平面上，所述反应装置的延伸方向为第一方向，垂直于所述第一方向的方向为第二方向；与所述第一方向和第二方向均垂直的方向为第三方向；
所述反应装置包括至少一组主电极阳极和主电极阴极；所述主电极阳极为包括碳棒的第一反应件；所述主电极阴极为包括磁性小球的第二反应件；在第二方向上，所述第一反应件与第二反应件呈并排设置；所述装置还包括有形成于所述蓄水池侧壁上的进水口和出水口，其中，所述进水口位于与所述反应装置对应的靠近第一反应件的一侧蓄水池侧壁上，所述出水口位于与所述反应装置对应的靠近第二反应件的一侧蓄水池侧壁上；所述装置还包括稳压电源，该稳压电源的正、负极分别与所述第一反应件和所述第二反应件电连接。
此外，优选地方案是，在第二方向上，所述第一反应件和第二反应件之间包括有间隔距离，所述间隔距离为0.5cm。
此外，优选地方案是，所述第一反应件包括有在第三方向上依次排列的若干碳棒；所述第二反应组件包括有在第一方向和第三方向上呈阵列排布的若干磁性小球。
此外，优选地方案是，所述磁性小球表面均匀分散有铁氧化物纳米颗粒催化剂，所述铁氧化物纳米颗粒催化剂选自铁酸钴、四氧化三铁、三氧化二铁、水合氧化铁及其混合物。
此外，优选地方案是，所述反应装置位于所述蓄水池的底部位置；在水平方向上，所述进水口位于所述出水口的下方。
此外，优选地方案是，所述蓄水池包括有形成于蓄水池侧壁内表面上的固定槽，所述第一反应件的两端以及第二反应件的两端均固定于所述固定槽内。
根据本发明的另一方面，本发明提供了一种污水处理方法，所述方法包括以下步骤：
1)对有机废水进行预处理；
2)有机废水和过硫酸盐混合，从所述进水口注入权利要求1-6任一项所述污水处理装置，通过所述稳压电源施加电压3-5V在所述反应装置内反应降解，在所述反应装置内停留时间为10-90min，降解后产物从所述出水口排出。
此外，优选地方案是，所述过硫酸盐为单过硫酸盐或过硫酸盐，所述单过硫酸盐为单过硫酸钾、单过硫酸钠或单过硫酸铵中的一种或几种的混合物，所述过硫酸盐为过硫酸钾、过硫酸钠或过硫酸铵中的一种或几种的混合物。
此外，优选地方案是，所述废水为四环素废水，所述废水通入方式为连续注水方式。
此外，优选地方案是，所述废水污染物浓度为10-100mg/L，所述铁氧化物纳米颗粒催化剂的负载量为1-5g，所述过硫酸盐混合后的浓度为1-3g/L。本发明的有益效果如下：
1、本发明公开的污水处理装置及其方法，有效提高铁氧化物催化剂的利用率进而实现高浓度有机废水的高效处理，同时也可很好地解决均相体系中Fe2+消耗量大、铁污泥多以及催化剂难回收等问题。
2、所述第一反应件和第二反应件上碳棒和磁性小球特殊的排列方式，扩大了过硫酸盐和铁氧化物催化剂接触反应的截面积，提高废水降解反应效率。
本发明所提供的污水处理装置以及包括污水处理装置的污水处理方法相对于现有技术所具有的优势相同，在此不再赘述。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图进行简单的介绍。可以理解的是，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
图1示出本发明实施例中的污水处理装置的俯视图。
图2示出本发明实施例中的污水处理装置的主视图。
附图标记说明
1：蓄水池；2：反应装置；3：主电极阳极；4：主电极阴极；5：碳棒；6：磁性小球；7：铁氧化物固体催化剂；8：稳压电源；9：固定槽；10：进水口；11：出水口；
具体实施方式
为了更清楚地说明本发明，下面结合优选实施例和附图对本发明做进一步的说明。附图中相似的部件以相同的附图标记进行表示。本领域技术人员应当理解，下面所具体描述的内容是说明性的而非限制性的，不应以此限制本发明的保护范围。
根据本发明的一个方面，为解决铁氧化物催化剂的利用率较低从而导致污水处理效率较低以及fenton反应后生成的过多铁泥沉淀造成的二次污染等问题，参见图1，本发明提供一种污水处理装置，所述装置包括：蓄水池；位于蓄水池内的反应装置；
定义，在水平面上，所述反应装置的延伸方向为第一方向，垂直于所述第一方向的方向为第二方向；与所述第一方向和第二方向均垂直的方向为第三方向；
所述反应装置包括至少一组主电极阳极和主电极阴极；所述主电极阳极为包括碳棒的第一反应件；所述主电极阴极为包括磁性小球的第二反应件；在第二方向上，所述第一反应件与第二反应件呈并排设置；所述装置还包括有形成于所述蓄水池侧壁上的进水口和出水口，其中，所述进水口位于与所述反应装置对应的靠近第一反应件的一侧蓄水池侧壁上，所述出水口位于与所述反应装置对应的靠近第二反应件的一侧蓄水池侧壁上；所述装置还包括稳压电源，该稳压电源的正、负极分别与所述第一反应件和所述第二反应件电连接。该污水处理装置通过将主电极阳极设置为包括碳棒的第一反应件；所述主电极阴极设置为包括磁性小球的第二反应件，扩大了过硫酸盐和铁氧化物催化剂接触反应的截面积，有效提高铁氧化物催化剂的利用率进而实现高浓度有机废水的高效处理。
为避免所述第一反应件和第二反应件相接触导致电路短路，优选地，在第二方向上，所述第一反应件和第二反应件之间包括有间隔距离，所述间隔距离为0.5cm。
进一步优选地，所述蓄水池包括有形成于蓄水池侧壁内表面上的固定槽，所述第一反应件的两端以及第二反应件的两端均固定于所述固定槽内，方便第一反应件和第二反应件平稳放置在蓄水池内，并且确保第一反应件和第二反应件不会因废水注入时左右晃动或倾斜。所述固定槽相比于其他固定方式而言，具有可拆卸，简便等优点。
另外，所述第一反应件包括有在第三方向上依次排列的若干碳棒；所述第二反应组件包括有在第一方向和第三方向上呈阵列排布的若干磁性小球。本领域技术人员可以理解的是，在第三方向上依次排列的若干碳棒之间留有可供水流穿过的缝隙，同样，在第一方向和第三方向上呈阵列排布的若干磁性小球之间也留有可供水流穿过的缝隙。若干磁性小球通过磁力的方式进行固定，有机废水和过硫酸盐通过所述碳棒和磁性小球之间的缝隙穿过，与碳棒和磁性小球相互接触。这种排列方式极大地扩大了过硫酸盐和铁氧化物催化剂接触反应的截面积，大大提高铁氧化物催化剂的利用率。
进一步地，为保证铁氧化物催化剂和过硫酸盐更好地接触，促进铁氧化物催化剂更好地利用，所述磁性小球表面均匀分散有铁氧化物纳米颗粒催化剂，所述铁氧化物纳米颗粒催化剂选自铁酸钴、四氧化三铁、三氧化二铁、水合氧化铁及其混合物。
作为进一步改进的实施方式，在实际应用过程中，所述反应装置位于所述蓄水池的底部位置；在水平方向上，所述进水口位于所述出水口的下方。确保有机废水和过硫酸盐注入蓄水池时，蓄水池内保证有一定的液面高度，有机废水、过硫酸盐和铁氧化物纳米颗粒催化剂有充分时间相互接触和反应，对有机废水进行充分降解。
根据本发明的另一个方面，本发明还提供一种处理污水的方法，包括以下步骤：
1)对有机废水进行预处理；
2)有机废水和过硫酸盐混合，从所述进水口注入权利要求1-6任一项所述污水处理装置，通过所述稳压电源施加电压3-5V在所述反应装置内反应降解，在所述反应装置内停留时间为10-90min，降解后产物从所述出水口排出。该污水处理方法将电催化和SR-Fenton反应联合，在较低的外加电压和较短的水力停留时间内，有效提高铁氧化物催化剂的利用率进而实现高浓度有机废水的高效处理，同时也可很好地解决均相体系中Fe2+消耗量大、铁污泥多以及催化剂难回收等问题。
进一步地，为提高加大SO4·-自由基的产出，所述过硫酸盐为单过硫酸盐或过硫酸盐，所述单过硫酸盐为单过硫酸钾、单过硫酸钠或单过硫酸铵中的一种或几种的混合物，所述过硫酸盐为过硫酸钾、过硫酸钠或过硫酸铵中的一种或几种的混合物。
为促进有机废水的有效降解，提高铁氧化物纳米颗粒催化剂的有效利用率，所述废水为四环素废水，所述废水通入方式为连续注水方式。所述废水污染物浓度为10-100mg/L，所述铁氧化物纳米颗粒催化剂的负载量为1-5g，所述过硫酸盐混合后的浓度为1-3g/L。
显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定，对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动，这里无法对所有的实施方式予以穷举，凡是属于本发明的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。

Claims (9)

1.一种污水处理装置，其特征在于，所述装置包括：
蓄水池；
位于蓄水池内的反应装置，以及形成于所述蓄水池侧壁上的进水口和出水口；
定义，在水平面上，与所述反应装置的进出水方向垂直的方向为第一方向，垂直于所述第一方向的方向为第二方向；
与所述第一方向和第二方向均垂直的方向为第三方向；
所述反应装置包括至少一组主电极阳极和主电极阴极；
所述主电极阳极为包括碳棒的第一反应件；
所述主电极阴极为包括磁性小球的第二反应件；
在第二方向上，所述第一反应件与第二反应件呈并排设置；
所述进水口位于与所述反应装置对应的靠近第一反应件的一侧蓄水池侧壁上，所述出水口位于与所述反应装置对应的靠近第二反应件的一侧蓄水池侧壁上；
所述装置还包括稳压电源，该稳压电源的正、负极分别与所述第一反应件和所述第二反应件电连接；
使用所述污水处理装置时，包括以下步骤：
1）对有机废水进行预处理；
2）有机废水和过硫酸盐混合，从所述进水口注入所述污水处理装置，通过所述稳压电源施加电压3-5V在所述反应装置内反应降解，在所述反应装置内停留时间为10-90min，降解后产物从所述出水口排出。
2.根据权利要求1所述的污水处理装置，其特征在于，在第二方向上，所述第一反应件和第二反应件之间包括有间隔距离，所述间隔距离为0.5cm。
3.根据权利要求1所述的污水处理装置，其特征在于，所述第一反应件包括有在第三方向上依次排列的若干碳棒；所述第二反应件包括有在第一方向和第三方向上呈阵列排布的若干磁性小球。
4.根据权利要求1所述的污水处理装置，其特征在于，所述磁性小球表面均匀分散有铁氧化物纳米颗粒催化剂，所述铁氧化物纳米颗粒催化剂选自铁酸钴、四氧化三铁、三氧化二铁、水合氧化铁及其混合物。
5.根据权利要求1所述的污水处理装置，其特征在于，所述反应装置位于所述蓄水池的底部位置；在水平方向上，所述进水口位于所述出水口的下方。
6.根据权利要求1所述的污水处理装置，其特征在于，所述蓄水池包括有形成于蓄水池侧壁内表面上的固定槽，所述第一反应件的两端以及第二反应件的两端均固定于所述固定槽内。
7.一种污水处理方法，其特征在于，包括以下步骤：
1）对有机废水进行预处理；
2）有机废水和过硫酸盐混合，从所述进水口注入权利要求1-6任一项所述污水处理装置，通过所述稳压电源施加电压3-5V在所述反应装置内反应降解，在所述反应装置内停留时间为10-90min，降解后产物从所述出水口排出。
8.根据权利要求7所述的污水处理方法，其特征在于，所述过硫酸盐为过硫酸钾、过硫酸钠或过硫酸铵中的一种或几种的混合物。
9.根据权利要求7所述的污水处理方法，其特征在于，所述废水为四环素废水，所述废水通入方式为连续注水方式。
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