CN109912007B - 有机废水的降解方法及降解系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种有机废水的降解方法及降解系统，降解方法，包括如下步骤：首先向有机废水中投加双氧水，混匀；再投加三价铁离子，混匀后进行降解反应。当调整双氧水和三价铁离子的投加顺序，首先将有机废水与双氧水混合，然后再投加三价铁离子时，可以在有机废水的pH值在1‑12的范围内都具有良好的降解效率，显著提高了降解反应适宜的pH值范围，在降解反应过程中无需反复调节有机废水的pH值，对于本身就是碱性的有机废水，可以需要投加酸来调节pH值，降低了人力和财力的投入。
Description
技术领域
本发明属于有机废水处理领域，具体涉及有机废水的降解方法及降解系统。
背景技术
公开该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。
有机废水一般是指由造纸、皮革、食品以及药品生产等行业排出的COD在2000mg/L以上的废水，通常根据其性质和来源可分为三类：1)不含有害物质且易于生物降解的高浓度有机废水，其一般来自以农牧产品为原料的工业废水，如食品工业废水；2)含有有害物质且易于生物降解的高浓度有机废水，其主要来自轻工和冶金工业等，如制药业废水；3)含有有害物质且难于生物降解的高浓度有机废水，其主要来自有机合成化学工业和农药生产工业等，如农药废水。高浓度有机废水中污染物成分复杂，排入水体后对人类健康和生态环境构成严重威胁。
高级氧化法是处理有机废水的较有效的方法之一，其中应用较为广泛的Fenton氧化法是利用Fe2+催化H2O2产生具有强氧化性的羟基自由基氧化降解废水中的有机物质。但是发明人发现，传统的均相Fenton技术在pH2-4之间才能有效地进行，导致废水处理前后需要反复调节pH，增加了处理成本。非均相Fenton技术是以固相催化剂来促进H2O2分解产生具有强氧化性的羟基自由基，可以在一定程度上拓宽反应适宜的pH范围(如，反应适宜的pH范围在3-7)，但是一般具有催化效率不高的问题，且在强酸或碱性条件下的催化效率下降明显。
发明内容
为了解决现有技术中存在的技术问题，本发明的目的是提供有机废水的降解方法及降解系统。该降解方法可以在废水的pH值在1-12的较宽pH范围内都维持了较高水平，成功解决了Fenton体系在降解有机废水过程中受pH值影响较大的问题。
为了解决以上技术问题，本发明的技术方案为：
本发明的一个目的是提供一种有机废水的降解方法，包括如下步骤：
首先向有机废水中投加双氧水，混匀；再投加三价铁离子，混匀后进行降解反应。
发明人经过反复试验发现，当调整双氧水和三价铁离子的投加顺序，首先将有机废水与双氧水混合，然后再投加三价铁离子时，可以在有机废水的pH值在1-12的范围内都具有良好的降解效率，显著提高了降解反应适宜的pH值范围，在降解反应过程中无需反复调节有机废水的pH值，对于本身就是碱性的有机废水，可以需要投加酸来调节pH值，降低了人力和财力的投入。
此外，发明人发现，该种有机废水处理方法式放热反应，降解反应完成后的废水的温度较高，可以对该部分废水进行热量回收利用。
三价铁离子为氯化铁或硫酸铁。
在一些实施例中，每升有机废水中投加的双氧水的量为0.1-0.3mol，投加的三价铁离子的量为0.005-0.02mol。
在该投加量的基础上，有机废水的降解效率较高，且放热较为明显，可以回收的热量较多。
进一步的，每升有机废水中投加的双氧水的量为0.1-0.2mol，投加的三价铁离子的量为0.005-0.01mol。
在一些实施例中，所述有机废水为造纸、印染、制药、化工、养殖行业生产过程中产生含有难降解有机物的废水。
在一些实施例中，有机废水与双氧水的混匀方法为搅拌和有机废水循环混合的方式同时进行。
向有机废水中加入的双氧水的量相对较少，仅用搅拌的方式难以保证有机废水和双氧水混合均匀，当配合采用有机废水循环混合的方式时，可以避免出现混合死角，以保证混匀程度。
在一些实施例中，所述降解方法还包括对降解过程中的有机废水进行热量回收的步骤。回收有机废水中的热量，一方面可以提高资源的利用率，另一方面，双氧水受热易分解，降低反应过程中有机废水的温度，可以防止双氧水分解，减少双氧水的损失，第三方面，将有机废水的温度降低，有利于进行排放或进行下一步处理。
进一步的，所述热量回收的方法为：在降解反应的区域内设置换热器，向换热器中通入循环水，利用循环水对降解反应区域的有机废水进行热量回收。
本发明的第二个目的是提供一种有机废水的降解系统，包括：
混合釜，内部设置有第一搅拌桨，顶部设置有双氧水加料口，其进口端与有机废水源连接；
反应釜，内部设置有第二搅拌桨，顶部设置有三价铁离子加料口，其进口端与混合釜的出口端连接；
换热器，设置于反应釜内部，换热器的进水管道和回水管道均贯穿反应釜，并向外延伸，均与水箱连接，进水管道上设置有第一泵。
第一搅拌桨可以对混合釜中的有机废水进行搅拌，使得有机废水和双氧水充分混合。反应釜中设置第二搅拌桨，可以促进有机废水与三价铁离子的充分混合，保证有机废水的均匀降解。
在反应釜中设置换热器，向换热器中通入循环水，可以与反应釜中的有机废水进行换热，将氧化还原反应中产生的大量的水进行回收，同时降低有机废水的温度。
在一些实施例中，所述降解系统还包括第二泵，第二泵的进口端与混合釜的底部连接，第二泵的出口端与混合釜的上端连接。
通过第二泵将混合釜底部的有机废水泵送至混合釜的上端，使有机废水在混合釜中循环流动，在循环流动的过程中实现有机废水与双氧水的充分混合。之所以设置第二泵使有机废水循环流动，是因为有些有机废水具有一定的粘度，搅拌桨搅拌时，混合釜底部的有机废水难以与双氧水进行充分混合，而如果混合不充分就会影响后续氧化还原反应的进行。
在一些实施例中，所述混合釜的进水管道设置于混合釜的底部，出水管道设置于混合釜的上端。采用该种方式，可以进一步促进有机废水与双氧水的混合均匀。
本发明的有益效果为：
本发明中通过调整双氧水和三价铁离子加入有机废水的顺序，双氧水与有机废水混合均匀后再加入三价铁离子，不但可以使有机废水在较宽pH值范围内都具有较高的降解效率，还可以产生大量的热量，对热量的回收，实现了对热能的资源化利用。
附图说明
构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
图1为本发明实施例的结构示意图。
其中，1、第一电机，2、混合釜，3、第二电机，4、反应釜，5、水箱，6、第一泵，7、换热器，8、第二泵。
具体实施方式
应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
实施例1
如图1所示，一种有机废水的降解系统，包括：
混合釜，内部设置有第一搅拌桨，顶部设置有双氧水加料口，其进口端与有机废水源连接；混合釜的进水管道设置于混合釜的底部，出水管道设置于混合釜的上端。第一搅拌桨在第一电机的带动下旋转。第一搅拌桨的具体结构不限，可以为现有的任意能实现混匀效果的搅拌桨结构。
反应釜，内部设置有第二搅拌桨，顶部设置有三价铁离子加料口，其进口端与混合釜的出口端连接；第二搅拌桨在第二电机的带动下旋转，第二搅拌桨的具体结构不限，可以为现有的任意能实现混匀效果的搅拌桨结构。
换热器，设置于反应釜内部，换热器的进水管道和回水管道均贯穿反应釜，并向外延伸，均与水箱连接，进水管道上设置有第一泵；换热器可以贴合反应釜的内壁设置，以防对有机废水的流动、有机废水与三价铁离子的混匀产生干扰。换热器可以为蛇形、盘状、或螺旋状管道，管道的壁为热的良导体，便于实现热量的顺利传导。第一泵为凉水的循环流动提供动力。如果水箱中的凉水的温度达到一定值时，可以将该部分水外送，用于其他应用。
以及，第二泵，第二泵的进口端与混合釜的底部连接，第二泵的出口端与混合釜的上端连接。第二泵不断地将混合釜底部的有机废水泵送至混合釜的上端，有机废水在不断循环流动过程中产生混匀，避免产生混合死角。
实施例2
试剂：邻苯二胺(C6H8N2)、H2O2(30％)、NaSiO3、FeSO4、Fe2(SO4)3、NaOH、HCl均为分析纯，购自阿拉丁。
配制邻苯二胺溶液(模拟邻苯二胺有机废水)，其中，邻苯二胺的浓度为0.04mol/L，将其等分为42份，每份的体积为500ml，分成六组，每组7份，调节每组中每份溶液的pH值。
第一组，pH值依次为1、3、5、7、9、11、13；
第二组，pH值依次为1、3、5、7、9、11、13；
第三组，pH值依次为1、3、5、7、9、11、13；
第四组，pH值依次为1、3、5、7、9、11、13；
第五组，pH值依次为1、3、5、7、9、11、13；
第六组，pH值依次为1、3、5、7、9、11、13。
第一组的试验方法是，首先向每份溶液中加入0.1mol双氧水，混匀后，再向每份溶液中投加Fe2(SO4)30.005mol，混匀，反应，反应30min后，取样检测每份溶液中的邻苯二胺的浓度，计算每份溶液的降解率。
第二组的试验方法是，同时向每份溶液中加入0.1mol双氧水和0.005mol Fe2(SO4)3，搅拌，混匀，反应30min后，取样检测每份溶液中的邻苯二胺的浓度，计算每份溶液的降解率。
第三组的试验方法是，首先向每份溶液中加入Fe2(SO4)30.005mol，混匀后，再向每份溶液中投加0.1mol双氧水，混匀，反应，反应30min后，取样检测每份溶液中的邻苯二胺的浓度，计算每份溶液的降解率。
第四组的试验方法是，首先向每份溶液中加入0.1mol双氧水，混匀后，再向每份溶液中投加FeSO40.01mol，混匀，反应，反应30min后，取样检测每份溶液中的邻苯二胺的浓度，计算每份溶液的降解率。
第五组的试验方法是，同时向每份溶液中加入0.1mol双氧水和0.01mol FeSO4，搅拌，混匀，反应30min后，取样检测每份溶液中的邻苯二胺的浓度，计算每份溶液的降解率。
第六组的试验方法是，首先向每份溶液中加入FeSO40.01mol，混匀后，再向每份溶液中投加0.1mol双氧水，混匀，反应，反应30min后，取样检测每份溶液中的邻苯二胺的浓度，计算每份溶液的降解率。
邻苯二胺的降解率β＝(C0-Ct)/C0*100％，其中，C0为初始浓度，Ct为降解反应后的最终浓度。六组溶液的降解率见表1。
表1六组溶液的降解率(％)
实施例3
含有邻苯二胺的有机废水来水进入混合釜中，有机废水的pH值为7.6，向混合釜中的有机废水中投加双氧水，每升有机废水中投加的双氧水的量为0.2mol，开启第一电机，带动第一搅拌桨转动，同时开启第二泵，将混合釜底部的有机废水泵送至混合釜的上端，使有机废水在循环流动中与双氧水进行混合。充分混合后，将混合釜中的混合液输送至反应釜中，并向其中投加硫酸铁，每升有机废水中Fe2(SO4)3的投加量为0.01mol，并开启第二电机，带动第二搅拌桨转动，使三价铁离子与有机废水混匀，充分进行降解反应，降解过程中，有机废水的温度可升高7.6℃。所以，开启第一泵，将水箱中的凉水循环泵入换热器中，对反应釜中的有机废水进行降温，同时回收有机废水中的热量，使有机废水的温度保持在30℃。降解反应30min后，降解反应完全，将反应釜中的有机废水排出，降解率为93.45％。
实施例4
含有造纸黑液的有机废水来水进入混合釜中，有机废水的pH值为8.6，向混合釜中的有机废水中投加双氧水，每升有机废水中投加的双氧水的量为0.2mol，开启第一电机，带动第一搅拌桨转动，同时开启第二泵，将混合釜底部的有机废水泵送至混合釜的上端，使有机废水在循环流动中与双氧水进行混合。充分混合后，将混合釜中的混合液输送至反应釜中，并向其中投加硫酸铁，每升有机废水中Fe2(SO4)3的投加量为0.02mol，并开启第二电机，带动第二搅拌桨转动，使三价铁离子与有机废水混匀，充分进行降解反应，降解过程中，有机废水的温度可升高3.6℃。所以，开启第一泵，将水箱中的凉水循环泵入换热器中，对反应釜中的有机废水进行降温，同时回收有机废水中的热量。降解反应30min后，降解反应完全，将反应釜中的有机废水排出，降解率为92.65％。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (4)
1.一种有机废水的降解方法，其特征在于：具体步骤为：
首先将邻苯二胺有机废水的pH调节为9、11或13，然后向邻苯二胺有机废水中加入0.1mol双氧水，混匀后，再向废水中投加Fe2(SO4)30.005mol，混匀，反应30min；
所述邻苯二胺有机废水的浓度为0.04mol/L，体积为500ml。
2.根据权利要求1所述的降解方法，其特征在于：有机废水与双氧水的混匀方法为搅拌和有机废水循环混合的方式同时进行。
3.根据权利要求1所述的降解方法，其特征在于：所述降解方法还包括对降解过程中的有机废水进行热量回收的步骤。
4.根据权利要求3所述的降解方法，其特征在于：所述热量回收的方法为：在降解反应的区域内设置换热器，向换热器中通入循环水，利用循环水对降解反应区域的有机废水进行热量回收。
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