CN109721195B - 一种内循环催化氧化废水的方法 - Google Patents

Abstract

一种内循环催化氧化废水的方法，包括以下步骤：启动：废水中的三价铁形成氢氧化铁夹带碳粉形成沉淀物从沉淀池排泥口排出，上清液自沉淀池排水口排出；运行：将沉淀池排泥口排出的氢氧化铁夹带碳粉的沉淀物进入压滤机脱水为泥饼，泥饼送入高温碳化炉进行高温还原碳化处理；泥饼中含有的有机物被碳化，补充了碳作为还原剂的消耗量，高温过程中产生的水蒸汽、二氧化碳从排气口排出，单质铁和碳粉自排料口排出，并被输送至微电解反应器，以替代铁粉和碳粉进行循环利用。本方法中铁、碳等原料可实现循环利用，降低了成本；本发明整套工艺无危险固废产生，避免了对环境的污染，属于绿色工艺。

Description

一种内循环催化氧化废水的方法

技术领域

本发明涉及废水处理技术领域，尤其是涉及一种利用铁和碳元素在处理工艺上的循环利用来对废水进行催化氧化处理的方法。

背景技术

随着现代工业的迅速发展，所产生的工业废水不但水量增大，而且向着成分复杂化、无机盐含量高等趋势发展。目前，国内外对工业废水的处理工艺大都采用经济性较好的生物法进行处理，但是随着各地排放标准的日益严格，单靠生化工艺处理尤其是高盐分、难降解废水很难达到排放指标要求。

对于高盐分、难降解废水的处理是最近几年国内外学者研究的一个热点。为达到更高的处理深度，常采用物理吸附和化学氧化工艺对此类废水进行处理。物理吸附主要包括活性炭吸附和树脂吸附，但是该类方法存在的缺点是吸附材料吸附饱和后需要对其再生，而再生过程不但能耗高，而且再生液一般含高浓度有机物，引起二次污染； 高级氧化技术在处理废水方面有生物法和物理法等无法比拟的优势，具有效率高、处理程度深等优点。目前,铁碳微电解+芬顿催化氧化组合工艺在难降解工业废水中应用较为广泛。

铁碳微电解工艺就是利用金属腐蚀原理法，形成原电池对废水进行处理的良好工艺，又称内电解法、铁屑过滤法等。微电解技术是目前处理高浓度有机废水的一种理想工艺，又称内电解法。它是在不通电、反应体系为酸性的情况下,利用填充在废水中的微电解材料自身产生1.2V电位差对废水进行电解处理，以达到降解有机污染物的目的。

芬顿催化氧化工艺是过氧化氢(氧化剂) 在二价铁离子（催化剂）的作用下在酸性环境中产生具有强氧化性的羟基自由基（OH·），而羟基自由基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。在此反应中作为催化剂的二价铁离子被氧化为三价铁离子，最终依靠加碱转化为氢氧化铁沉淀排出反应体系。

而铁碳微电解+芬顿催化氧化组合工艺就是二者的有机结合，铁碳微电解对废水反应后产生大量的二价铁离子，且反应后废水仍显酸性，后续芬顿催化氧化只需要投加一定量的双氧水，利用铁碳微电解产生的二价铁离子和酸性环境，即可形成芬顿催化氧化反应体系，实现了对废水的两次氧化处理。

虽然能以简单的流程实现对废水的两次氧化，但是该工艺的缺点是消耗大量的铁和碳，并产生大量含氢氧化铁和碳粉的沉淀物。此沉淀物作为危险固废物进行处理成本较高，所以制约了该工艺的推广。

发明内容

本发明针对现有铁塔微电解和芬顿催化氧化组合工艺在废水处理中的不利因素，提供一种内循环催化氧化废水的方法，该方法对铁碳微电解和芬顿催化氧化工艺产生的沉淀物处理后进行循环再利用，有效避免了固废的产生。本发明采用的技术方案是：一种内循环催化氧化废水的方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤：

启动：调节废水PH值为酸性后进入微电解反应器，并在微电解反应器中投加定量的铁粉和碳粉，搅拌一段时间后从微电解反应器中输出的含二价铁离子和碳粉的废水中加入一定量双氧水后进入芬顿氧化反应器，继续搅拌反应一段时间，往芬顿氧化反应器输出的含有三价铁离子和碳粉的废水中加入碱液调节PH为碱性后进入沉淀池，废水中的三价铁形成氢氧化铁夹带碳粉形成沉淀物从沉淀池排泥口排出，上清液自沉淀池排水口排出；

运行：将上述沉淀池排泥口排出的氢氧化铁夹带碳粉的沉淀物进入压滤机脱水为泥饼，泥饼送入高温碳化炉进行高温还原碳化处理；通过高温碳化炉前端进氧量的控制，使泥饼中的氢氧化铁在高温下先被分解为三氧化二铁，部分碳为氧化为一氧化碳；高温碳化炉后端为绝氧段，此段中三氧化二铁被一氧化碳被还原为单质铁，泥饼中含有的有机物被碳化，补充了碳作为还原剂的消耗量，高温过程中产生的水蒸汽、二氧化碳从排气口排出，单质铁和碳粉自排料口排出，并被输送至微电解反应器，以替代铁粉和碳粉进行循环利用。

本发明的技术特征还有：废水进入微电解反应器的PH值为2.5-3.5，废水在微电解反应器中的水力停留时间为0.5-2.0小时。

本发明的技术特征还有：废水进入微电解反应器的PH值为3.0，废水在微电解反应器中的水力停留时间为1.0小时。

本发明的技术特征还有：投加到微电解反应器中铁粉和碳粉摩尔质量比为1:2。

本发明的技术特征还有：微电解反应器输出的废水中加入双氧水的量与铁粉的摩尔比为1:1。

本发明的技术特征还有：芬顿氧化反应器中废水水力停留时间为0.5-2.0小时，芬顿氧化出水PH值调节为7.5-9.0。

本发明的技术特征还有：芬顿氧化反应器中废水水力停留时间为1.0小时，芬顿氧化出水PH值调节为8.0。

本发明的技术特征还有：高温碳化炉温度控制为前段400摄氏度，后段850摄氏度。

本发明的技术特征还有：泥饼在高温碳化炉中的焙烧时间为2-6小时。

本发明的技术特征还有：沉淀池排泥口排出的氢氧化铁夹带碳粉的沉淀物进入压滤机脱水为含水率为70%左右的泥饼。

本发明的有益效果在于：本方法中铁、碳等原料可实现循环利用，降低了成本；本发明整套工艺无危险固废产生，避免了对环境的污染，属于绿色工艺。

附图说明

附图1是发明工艺流程图。

图1中：1-进水管道，2-加酸管道，3-铁碳微电解反应器，4-氧化剂管道，5-芬顿氧化反应器，6-加碱管道，7-沉淀池，8-出水管道，9-排泥管道，10-压滤机，11-高温碳化炉，12-粉料输送带。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明的具体实施方式进行说明。

本发明公开了一种内循环催化氧化废水的方法，该方法包括以下步骤：

待处理废水首先通过进水管道1进入铁碳微电解反应器3，同时酸液通过加酸管道2加入对废水进行调节，控制进入铁碳微电解反应器3的废水PH在2.5-3.5之间；铁粉和碳粉经粉料输送带进入微电解反应器，搅拌反应0.5-2.0小时后废水通过连通管道进入芬顿氧化反应器5，同时双氧水自氧化剂管道4加入芬顿氧化反应器5；废水在芬顿氧化反应器5中反应0.5-2.0小时后经连通管道进入沉淀池7，同时碱液自加碱管道6加入，控制进入沉淀池7的废水PH值在7.5-9.0之间；在沉淀池7中，废水中的三价铁离子形成氢氧化铁沉淀，夹带碳粉和氧化过程形成的有机物螯合物沉淀到沉淀池7底部，自排泥管道9排出；沉淀池7内上清液自出水管道8排出。自排泥管道9排出的沉淀物进压滤机10进行脱水，形成含水率70%左右的泥饼后进入还原炭化炉11，在高温碳化炉11前端控制缺氧状态，保持温度在400摄氏度左右，泥饼中的氢氧化铁分解为三氧化二铁，部分碳和有机物氧化为一氧化碳；在高温碳化炉11后段控制为绝氧状态，控制温度为850摄氏度左右，三氧化二铁被一氧化碳还原为单质铁，有机物碳化形成碳粉，出炉后的铁粉和碳粉经粉料输送带12提升至铁碳微电解反应器3进行循环利用。以上所提供的方法中：

a.微电解反应器3进水PH值为2.5-3.5，优选3.0；

b.废水在微电解反应器3中的水力停留时间为0.5-2.0小时，优选1.0小时；

c.启动段投加到微电解反应器3中铁粉和碳粉摩尔质量比为1:2；

d.微电解反应器3中的搅拌形式为鼓风搅拌或机械搅拌；

e.微电解出水投加双氧水的量与铁粉的摩尔比为1:1；

f.芬顿氧化反应器5中废水水力停留时间为0.5-2.0小时，优选1.0小时；

g.芬顿氧化出水PH值调节为7.5-9.0，优选8.0；

h.高温碳化炉11为二段式，前段设进气口来控制进氧量，后段为绝氧段；

i.高温碳化炉11温度控制为前段400摄氏度，后段850摄氏度；

j.泥饼在高温碳化炉中的焙烧时间为2-6小时，优选4小时。

下面根据以上说明，选择典型的工业废水为处理对象，进行具体实施说明。

实施例1

某染料企业生产废水： COD为21250mg/L，PH为5.0。

采用本发明提供的处理方法进行处理：待处理废水首先通过进水管道1进入铁碳微电解反应器3，同时酸液通过加酸管道2加入对废水进行调节，控制进入铁碳微电解反应器3的废水PH在2.5左右；铁粉和碳粉经粉料输送带进入微电解反应器，搅拌反应2.0小时后废水通过连通管道进入芬顿氧化反应器5，同时双氧水自氧化剂管道4加入芬顿氧化反应器5；废水在芬顿氧化反应器5中反应2.0小时后经连通管道进入沉淀池7，同时碱液自加碱管道6加入，控制进入沉淀池7的废水PH值在8.0左右；在沉淀池7中，废水中的三价铁离子形成氢氧化铁沉淀，夹带碳粉和氧化过程形成的有机物螯合物沉淀到沉淀池7底部，自排泥管道9排出；沉淀池7内上清液自出水管道8排出。自排泥管道9排出的沉淀物进压滤机10进行脱水，形成含水率70%左右的泥饼后进入高温碳化炉11，在高温碳化炉11前端控制缺氧状态，保持温度在400摄氏度左右，泥饼中的氢氧化铁受热分解为三氧化二铁，部分碳和有机物氧化为一氧化碳；在高温碳化炉11后段控制为绝氧状态，控制温度为850摄氏度左右，三氧化二铁被一氧化碳还原为单质铁，有机物碳化形成碳粉，高温6小时后出炉后的铁粉和碳粉经粉料输送带12提升至铁碳微电解反应器3进行循环利用。

该废水经过本发明提供的方法处理后，出水COD为45mg/L，pH为8.4，每吨废水处理费用21元。

实施例2

某制药企业生产废水： COD为5550mg/L，PH为7.8。

采用本发明提供的处理方法进行处理：待处理废水首先通过进水管道1进入铁碳微电解反应器3，同时酸液通过加酸管道2加入对废水进行调节，控制进入铁碳微电解反应器3的废水PH在3.0左右；铁粉和碳粉经粉料输送带进入微电解反应器，搅拌反应1.0小时后废水通过连通管道进入芬顿氧化反应器5，同时双氧水自氧化剂管道4加入芬顿氧化反应器5；废水在芬顿氧化反应器5中反应1.0小时后经连通管道进入沉淀池7，同时碱液自加碱管道6加入，控制进入沉淀池7的废水PH值在8.5；在沉淀池7中，废水中的三价铁离子形成氢氧化铁沉淀，夹带碳粉和氧化过程形成的有机物螯合物沉淀到沉淀池7底部，自排泥管道9排出；沉淀池7内上清液自出水管道8排出。自排泥管道9排出的沉淀物进压滤机10进行脱水，形成含水率70%左右的泥饼后进入高温碳化炉11，在高温碳化炉11前端控制缺氧状态，保持温度在400摄氏度左右，泥饼中的氢氧化铁分解为三氧化二铁，部分碳和有机物氧化为一氧化碳；在高温碳化炉11后段控制为绝氧状态，控制温度为850摄氏度左右，三氧化二铁被一氧化碳还原为单质铁，有机物碳化形成碳粉，高温2小时后出炉后的铁粉和碳粉经粉料输送带12提升至铁碳微电解反应器3进行循环利用。

该废水经过本发明提供的方法处理后，出水COD为39mg/L，pH为8.3，每吨废水处理费用16元。

Claims (8)

1.一种内循环催化氧化废水的方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤：

启动：调节废水PH值为酸性后进入微电解反应器，并在微电解反应器中投加定量的铁粉和碳粉，搅拌一段时间后从微电解反应器中输出的含二价铁离子和碳粉的废水中加入一定量双氧水后进入芬顿氧化反应器，继续搅拌反应一段时间，往芬顿氧化反应器输出的含有三价铁离子和碳粉的废水中加入碱液调节PH为碱性后进入沉淀池，废水中的三价铁形成氢氧化铁夹带碳粉形成沉淀物从沉淀池排泥口排出，上清液自沉淀池排水口排出；

运行：将上述沉淀池排泥口排出的氢氧化铁夹带碳粉的沉淀物进入压滤机脱水为泥饼，泥饼送入高温碳化炉进行高温还原碳化处理；通过高温碳化炉前段进氧量的控制，使泥饼中的氢氧化铁在高温下先被分解为三氧化二铁，部分碳为氧化为一氧化碳；高温碳化炉温度控制为前段400摄氏度，后段850摄氏度，高温碳化炉前段为缺氧状态，后段为绝氧状态，泥饼在高温碳化炉中的焙烧时间为2-6小时，高温碳化炉后端为绝氧段，此段中三氧化二铁被一氧化碳还原为单质铁，泥饼中含有的有机物被碳化，补充了碳作为还原剂的消耗量，高温过程中产生的水蒸汽、二氧化碳从排气口排出，单质铁和碳粉自排料口排出，并被输送至微电解反应器，以替代铁粉和碳粉进行循环利用。

2.按照权利要求1所述的内循环催化氧化废水的方法，其特征在于：废水进入微电解反应器的PH值为2.5-3.5，废水在微电解反应器中的水力停留时间为0.5-2.0小时。

3.按照权利要求2所述的内循环催化氧化废水的方法，其特征在于：废水进入微电解反应器的PH值为3.0，废水在微电解反应器中的水力停留时间为1.0小时。

4.按照权利要求1所述的内循环催化氧化废水的方法，其特征在于：投加到微电解反应器中铁粉和碳粉摩尔质量比为1:2。

5.按照权利要求1所述的内循环催化氧化废水的方法，其特征在于：微电解反应器输出的废水中加入双氧水的量与铁粉的摩尔比为1:1。

6.按照权利要求1所述的内循环催化氧化废水的方法，其特征在于：芬顿氧化反应器中废水水力停留时间为0.5-2.0小时，芬顿氧化出水PH值调节为7.5-9.0。

7.按照权利要求6所述的内循环催化氧化废水的方法，其特征在于：芬顿氧化反应器中废水水力停留时间为1.0小时，芬顿氧化出水PH值调节为8.0。

8.按照权利要求1所述的内循环催化氧化废水的方法，其特征在于：沉淀池排泥口排出的氢氧化铁夹带碳粉的沉淀物进入压滤机脱水为含水率为70%左右的泥饼。

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