CN110066048B - Fenton反应控制系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种Fenton反应控制系统。至少包括：依次连接进水pH调节池和Fenton反应池。其中，进水pH在线控制模块单元根据进水pH调节池的检测数据，通过控制受控管路控制从酸/碱储罐加入酸/碱至进水pH调节池中；Fenton反应在线控制模块单元根据Fenton反应池H2O2和Fe2+的检测数据，通过控制受控管路控制从H2O2储罐和铁盐溶液储罐数次交替加入或同时加入H2O2和铁盐至Fenton反应池中。本发明通过在线控制系统精准控制Fenton反应废水处理工艺中的进水调节池pH、Fenton反应池中亚铁盐和H2O2投加量和出水调节池pH，实现出水达标后排放。本系统可以精准控制Fenton反应处理污染物的过程，提高处理效率，降低Fenton试剂用量。
Description
技术领域
本发明属于水污染治理领域，涉及一种Fenton反应控制系统。
背景技术
Fenton试剂是Fe2+与H2O2的混合物，具有强氧化性，它是由1894年，化学家FentonHJ 发现。原理是H2O2在Fe2+的催化下，产生羟基自由基(·OH)，·OH是一种很强的氧化剂，其标准氧化还原电位为2.8eV，氧化能力仅次于F(标准氧化还原电位为3.08eV)，是已知的第二强的氧化剂。·OH为广谱氧化剂，没有选择性，几乎可以与水中物质发生反应。·OH 与有机物的反应有三个基本的反应途径，即羟基加成反应、羟基的夺氢反应和羟基的电子转移反应。羟基加成反应，即·OH加成到不饱和C-C键上；羟基的夺氢反应，即·OH打断C-H键，夺取一个H而形成水分子；羟基的电子转移反应，即·OH从易于氧化的无机离子得到一个电子形成氢氧根OH-。具体是哪个反应途径为主，取决于·OH与反应的物质。一般来说，加成反应较夺氢反应快，而电子转移反应通常发生在·OH与无机物之间。
直到1970年之后，随着环境保护的研究日益深入，污水中难降解有机物的存在成了让人头疼的问题，也是水污染控制技术研究的重难点。尤其是随着石油化工、医药、农药和染料等工业的迅速发展,含各种生物难降解的有机污染物废水排放相应增多,废水中难降解有机污染物的数量与种类与日俱增,其危害日益严重,已成为水污染控制的焦点问题。在诸多方法中，Fenton处理技术越来越被人广泛关注。
Fenton反应产生的·OH虽为广谱氧化剂，且·OH与中等和大分子有机物反应快速，接近扩散控制极限。但·OH与小分子有机物反应较慢，在通常的Fenton反应中，大量·OH瞬间形成，还没有来得及与有机物反应就已经发生其它反应而失活，所以Fenton反应降解效率大大降低。造成这一问题的主要原因是没有做到精细化控制，即对Fenton反应过程监测不到位，或是 Fenton试剂形成·OH的利用率不高，或是Fenton试剂投加过量，最终结果是使用的Fenton试剂用量远大于理论值。所以，Fenton反应废水处理效率有很大的改进和提升空间。
发明内容
针对上述问题，本发明提供了一种精准控制Fenton反应参数，提高Fenton反应效率，降低Fenton试剂用量的Fenton反应控制系统，
为达到上述目的，本发明Fenton反应控制系统，至少包括：
依次连接进水pH调节池和Fenton反应池
其中，
一进水pH在线控制模块单元根据进水pH调节池的检测数据，通过控制受控管路控制从酸/碱储罐加入酸/碱至进水pH调节池中；
Fenton反应在线控制模块单元根据Fenton反应池H2O2和Fe2+的检测数据，通过控制受控管路控制从H2O2储罐和铁盐溶液储罐数次交替加入或同时加入H2O2和铁盐至Fenton反应池中。
进一步地，还包括通过管路与Fenton反应池出水连接的出水pH调节池；
一出水pH在线控制模块单元根据出水pH调节池的检测数据，通过控制受控管路控制从碱储罐加入碱至出水pH调节池中。
进一步地，所述的pH调节池根据原水pH用酸/碱调节pH至2-4。
进一步地，所述的反应池中亚铁盐为亚铁盐缓释颗粒；所述的亚铁盐缓释颗粒为氯化铁、硫酸亚铁、硝酸亚铁、硫酸亚铁铵中的一种或两种以上混合物。
进一步地，Fenton反应池中亚铁盐的加入量为0.01-100mmol/L。
进一步地，Fenton反应池中H2O2：Fe2+摩尔比为1：1～6：1，H2O2加入量为0.01-100mmol/L。
进一步地，Fenton反应池中反应停留时间30-120min。
进一步地，出水pH调节池用碱调节pH至6-8。
进一步地，出水pH调节池所用的碱是氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化镁、氢氧化钙中一个或两种以上混合物。
本发明的有益效果：
1、本发明Fenton反应模块化控制体系实现了模块化在线实时控制Fenton反应处理系统中的参数，精准控制；
2、本发明Fenton反应模块化控制体系可以提高Fenton反应降解有机物的效率，降低Fenton 试剂的用量；
3、本发明Fenton反应模块化控制体系建设成本低，可控性强，适合规模化应用。
附图说明
下面结合附图对本发明进一步说明。
图1是本发明一种Fenton反应模块化控制体系示意图
1-进水pH调节池；2-Fenton反应池；3-出水pH调节池；4-进水pH在线控制模块单元； 5-Fenton反应在线控制模块单元；6-出水pH在线控制模块单元；7-酸/碱储罐；8-H2O2储罐； 9-亚铁盐溶液储罐；10-碱储罐；11-自动阀门；12-终端控制服务器。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步的描述。所描述的实施例及其结果仅用于说明本发明，而不应当也不会限制权利要求书中所详细描述的本发明。
有机印染废水：马鞍山某纺织厂印染废水；
H2O2：试剂级；
七水硫酸亚铁：试剂级；
颗粒活性炭：溧阳永佳活性炭有限公司，椰壳活性炭，粒径2mm；
硫酸：试剂级；
氢氧化钠：试剂级。
实施例1
如图1所示
设计进水pH调节池(1)1m3，连接进水pH控制模块(4)和酸液储罐(7)，酸液储罐(7)中装有10％浓度的硫酸溶液；
设计Fenton反应池(2)1m3，连接Fenton反应在线控制模块(5)和H2O2储罐(8)与亚铁盐溶液储罐(9)，H2O2储罐(8)中装有30％浓度的H2O2溶液，亚铁盐溶液储罐(9) 中装有40％浓度的硫酸亚铁溶液；
设计出水pH调节池(3)1m3，连接出水pH控制模块(6)和碱液储罐(10)，碱液储罐(10)中装有10％浓度的氢氧化钠溶液；
进水pH控制模块(4)、Fenton反应在线控制模块(5)和出水pH控制模块(6)均连接到终端服务器(12)上。
有机印染废水以20L/min的流速依次经过进水pH调节池(1)，在进水pH在线控制模块单元(4)的检测和控制下，将数据传输给终端服务器(12)，分析并发出指令，控制自动阀门(11)的开/关，酸储罐(7)中的硫酸加入到进水调节池(1)中，调节酸加入量，进而控制pH至3；
调整pH后的水，流入Fenton反应池(2)，通过Fenton反应在线控制模块(5)实时检测H2O2和Fe2+浓度，将数据传输给终端服务器(12)，分析并发出指令，控制自动阀门(11) 的开/关，将H2O2储罐(8)和亚铁盐储罐(9)中的H2O2和硫酸亚铁分10次交替加入到Fenton 反应池(2)中，充分混合，H2O2投加量为20mmol/L，硫酸亚铁的投加量为10mmol/L，废水在Fenton反应池(2)中停留反应时间50min。
Fenton反应后的水呈酸性，进入出水pH调节池(3)，在出水pH在线控制模块单元(6) 的检测和控制下，将数据传输给终端服务器(12)，分析并发出指令，控制自动阀门(11)的开/关，碱储罐(10)中的氢氧化钠加入到出水调节池(3)中，调节碱加入量，进而控制pH至7，产生沉淀。
经过过滤池，检测达标后排放。
试验规模：产水量20L/min。
试验结果：试验进水和出水水质如下表1。
表1
| 指标 | 色度(PCU) | COD<sub>Cr</sub>(mg/L) | BOD(mg/L) | SS(mg/L) | pH |
| 进水 | 150 | 200 | 30 | 180 | 10 |
| 出水 | 15 | 50 | 15 | 3 | 7 |
如表1所示，废水经过该结构处理后，出水水质为COD50mg/L；SS3mg/L；BOD15mg/L；色度15PCU；pH7。完全达到国家排放标准。
综上可知，本系统，通过模块化在线控制系统精准控制Fenton反应废水处理工艺中的进水调节池pH、Fenton反应池中亚铁盐和H2O2投加量和出水调节池pH，确保出水达标后排放。本发明系统工艺简单，建设成本低，可控性好，适合大规模应用。本发明Fenton反应控制系统还可以采用在线控制模块实时检测Fenton反应工艺中的进水pH调节池、Fenton反应池和出水pH调节池中的情况，并将检测结果传输到终端服务器，分析检测结果并发出指令，调整酸 /碱和Fenton试剂加入量，达到最佳的反应条件，实现精准控制Fenton反应过程。
Claims (2)
1.一种Fenton反应控制系统，其特征在于：所述的系统至少包括：
依次连接进水pH调节池和Fenton反应池
其中，
一进水pH在线控制模块单元根据进水pH调节池的检测数据，通过控制受控管路控制从酸/碱储罐加入酸/碱至进水pH调节池中；
一Fenton反应在线控制模块单元根据Fenton反应池H2O2和Fe2+的检测数据，通过控制受控管路控制从H2O2储罐和铁盐溶液储罐数次交替加入或同时加入H2O2和铁盐至Fenton反应池中；还包括通过管路与Fenton反应池出水连接的出水pH调节池；
一出水pH在线控制模块单元根据出水pH调节池的检测数据，通过控制受控管路控制从碱储罐加入碱至出水pH调节池中；
所述的进水pH调节池根据原水pH用酸/碱调节pH至2-4；
所述的反应池中亚铁盐为亚铁盐缓释颗粒；所述的亚铁盐缓释颗粒为氯化亚铁、硫酸亚铁、硝酸亚铁、硫酸亚铁铵中的一种或两种以上混合物；
Fenton反应池中亚铁盐的加入量为0.01-100mmol/L；
Fenton反应池中H2O2：Fe2+摩尔比为1：1~6：1，H2O2加入量为0.01-100mmol/L；
Fenton反应池中反应停留时间30-120min；
出水pH调节池用碱调节pH至6-8。
2.如权利要求1所述的Fenton反应控制系统，其特征在于，出水pH调节池所用的碱是氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化镁、氢氧化钙中一种或两种以上混合物。
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