CN110078181A - 一种二级磁感应强化Fenton反应污水处理装置及其污水处理的方法 - Google Patents

一种二级磁感应强化Fenton反应污水处理装置及其污水处理的方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种二级磁感应强化Fenton反应污水处理装置，包括池体，池体外侧壁的磁感线圈、池中心的螺旋调节管，螺旋调节管上设有螺旋中心柱，螺旋中心柱上若干螺旋叶片；螺旋调节管底部和中部分别接有预处理进水管和双氧水加药管；螺旋调节管顶部出水口位于所述池体内；池体内一侧设置有若干曝气推流管；池体一侧壁中部设有带阀门的出水管。本发明还提供了利用所述装置处理污水的方法。本发明使用磁场强化Fenton反应的效果，达到促进COD、氨氮等污染物质的降解的目的；螺旋调节管与曝气推流管对磁场进行二级调节与增强，达到调节磁场强度、Fenton反应混合程度与反应时间的效果，显著提升污水出水质量；纳米磁粉作为Fe2+的提供者可以减少铁泥产量。

Description

一种二级磁感应强化Fenton反应污水处理装置及其污水处理 的方法
技术领域
本发明涉及污水处理技术领域，具体地说是一种二级磁感应强化Fenton反应污水处理装置及其污水处理的方法。
背景技术
磁极间的磁场能实现电磁能与机械能，化学能和生物能的转换。在其转换过程中相应地产生机械效应、化学效应、生物效应和核磁共振效应等。利用这些效应可以较好地实现污水的磁化处理，实验结果表明，磁化处理对水的许多物理化学性质(如折射率、电导率、介电常数、表面张力、粘度和红外吸收光谱等)都有影响。这些影响说明，磁化处理会使水结构发生变化；磁处理对溶解、结晶、聚合、润湿、凝聚、凝固、沉淀过程及生物系统的代谢过程也产生影响，磁处理可使水系统显著活化并能影响化学反应的动力学过程；研究还发现，磁场对水系统的作用具有明显的记忆效应(即当撤掉外磁场后，水系统的物理化学性质能保持数小时或数天)。
Fenton反应中H2O2在Fe2+的催化作用下分解产生·OH，其氧化电位达到2.8V，·OH通过电子转移等途径将有机物氧化分解成小分子。同时，Fe2+被氧化成Fe3+产生混凝沉淀，去除大量有机物。可见，Fenton试剂在水处理中具有氧化和混凝两种作用，同时Fenton试剂在黑暗中就能降解有机物，节省了设备投资，缺点是H2O2的利用率不高，不能充分矿化有机物。研究表明,利用Fe、Mn等均相催化剂和铁粉、石墨、铁、锰的氧化矿物等非均相催化剂同样可使H2O2分解产生·OH，因其反应基本过程与Fenton试剂类似而称之为类Fenton体系。
Fenton法在处理难降解有机废水时，具有一般化学氧化法无法比拟的优点，至今已成功运用于多种工业废水的处理。但H2O2价格昂贵，单独使用往往成本太高，因而在实际应用中，通常是与其他处理方法联用，将其用于废水的预处理或最终深度处理。用少量Fenton试剂对工业废水进行预处理，使废水中的难降解有机物发生部分氧化，改变它们的可生化性、溶解性和混凝性能，利于后续处理。另外，一些工业废水经物化、生化处理后，水中仍残留少量的生物难降解有机物，当水质不能满足排放要求时，可采用Fenton法对其进行深度处理。
所以单独使用磁力对于污水中污染物的处理效果较差，磁力只可以改变污水中水分子的物理状态，对于COD、氨氮等污染物的直接去除并不能达到较好的效果，而使用Fenton法处理对于药剂使用较多，产生铁泥较多，并且使用后不能重复使用，易造成浪费。
以此可以说明磁化处理对于污水改性具有效果，但是其对于污水中污染物质的去除并不适用，而Fenton法效果较好，但铁泥产量较大，花费昂贵。现有技术存在的问题主要有以下几个方面：1、Fenton法使用药剂费用较高，产生铁泥较多，投加药剂不可回收利用；2、Fenton法的反应程度较难控制，且由于双氧水挥发性，不宜一次直接投加；3、磁场达到阈值才会有效果，使用时需要有一定的磁场调节装置确定最适合的磁场强度；4、目前磁力水处理主要适用于磁力絮凝，并未涉及磁力强化高级氧化的内容。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提供一种二级磁感应强化Fenton反应污水处理装置及其污水处理的方法，所述装置可进行Fenton反应且具有二级污水磁化系统，可以调节污水及污染物受磁化的强度与方向，利用各个强度和方向磁化后污水中氢键变大，水分子变小等水质的物理变化，充分发挥Fenton反应中·OH的产生效果与·OH对于污染物的氧化速率，使得Fenton反应对污染物处理效率得到显著的提升。利用所述二级磁感应强化Fenton反应污水处理装置的污水处理方法，操作简单，出水水质明显提高。
本发明的技术方案为：
一种二级磁感应强化Fenton反应污水处理装置，包括池体，所述池体外侧壁周向上缠绕有接有电源的若干磁感线圈、池中心设有螺旋调节管，所述螺旋调节管沿轴线位置设有螺旋中心柱，所述螺旋中心柱沿轴向设置有若干螺旋叶片；
所述螺旋调节管底部和中部分别接有预处理进水管和双氧水加药管；所述预处理进水管和双氧水加药管分别接有第一加药泵和第二加药泵；
所述螺旋调节管顶部为出水口，所述出水口位于所述池体内；
所述池体内一侧设置有若干曝气推流管，每个所述曝气推流管上设有若干曝气孔；
所述池体一侧壁中部设有出水管，所述出水管上设置有阀门。
所述螺旋调节管垂直设立于所述池体中心。
所述若干曝气孔均朝向所述池体内另一侧。
所述螺旋调节管的高度低于或等于所述若干磁感线圈累积的高度。
所述出水管距所述池体底面的距离为池体高度的1/3至1/2。
所述池体底部设有排渣管。
一种根据所述污水处理装置污水处理的方法，具体包括以下步骤：
1)接通磁感线圈的电源；
2)调节预处理水的pH至2.5-3.5并水加入Fe2+的纳米磁粉后，通过第一加药泵泵入预处理进水管进入螺旋调节管，通过调节进入螺旋调节管进水的流速，确定达到最佳磁化效果时的进水流速；转动螺旋叶片，并将双氧水通过第二加药泵连续泵入双氧水加药管至螺旋调节管中，反应得到第一级磁化污水；
3)所述螺旋调节管中第一级磁化污水通过螺旋叶片的推动从出水口涌出、进入池体内，启动所述若干曝气推流管进行曝气，朝向同一方向的曝气孔推动第一级磁化污水在池体内运动得到第二级磁化污水，通过调节曝气推流管气体流速，确定达到最佳磁化效果时的进水流速；
4)待池体内液面升至螺旋调节管出水口位置时，停止预处理进水管的进水和螺旋叶片的转动，曝气孔继续曝气20-30min后，停止曝气，关闭电源；调节池体内第二级磁化污水pH值至7.0-7.5，静置沉淀后，打开所述出水管阀门从出水管排出，得到处理后水；
5)通过排渣管将池体内剩余第二级磁化污水和渣滓排走收集。
本发明的技术效果为：
1、通过磁场的磁化效应，将水分子结构改变，降低污水表面张力，增加Fenton反应的污染物与·OH的接触面积，提高污水中污染物去除效果。
2、Fenton反应器中，通过磁场作用控制自由基对间的系间跃迁与笼效应，达到加速Fenton反应对污水的氧化的反应速度并提高反应的充分程度，达到促进COD、氨氮等污染物质的降解，提高污染物的去除率与对难降解有机物的断链反应。
3、双氧水通过加药泵连续，稳定加入螺旋调节管的中部，使反应药剂混合均匀，同时达到减缓双氧水挥发与无效作用的目的。
4、使用铜线缠绕的若干磁感线圈产生稳定磁场，并调节与螺旋调节管相接的预处理进水管进水流速达到改变单位污水被磁化的磁场的大小与方向，并能确定最佳进水流速值，达到Fenton反应时第一级磁场调节作用。
5、曝气推流管上朝向同一方向的曝气孔将污水推动形成第二级磁场调节作用，并可以确定Fenton反应混合效果与磁化处理效果最佳时的曝气量。
6、使用纳米磁粉作为Fenton试剂反应中Fe2+的提供者可以减少反应后的铁泥产量，并回收利用尚未反应的纳米磁粉。
7、本发明通过将Fenton反应、磁力发生装置与曝气装置结合在一起，形成对Fenton反应的二级磁化调节作用；磁感线圈接通后，螺旋调节管中形成第一级磁场调节系统调节Fenton反应，当第一级磁化污水涌出后，在曝气装置的作用下，在池体内形成第二级磁场调节系统调节Fenton反应，得到第二级磁化污水；本发明通过主要由螺旋调节管、曝气推流管和磁感线圈形成的二级磁感应系统，增强Fenton反应在磁场下的反应速率，达到提高污水可生化性并降低有机物与氨氮含量的目的，这样对于提Fenton反应装置反应速率有较好效果，同时减少铁泥产量、回收剩余纳米铁粉并使出水具有磁化效应可以达到除垢，杀菌的效果。本发明磁感线圈只用接通普通工业电源，结合螺旋调节管内污水的纵向上螺旋涌动状态和曝气条件下的水平向快速流动，实现同步磁化条件下，Fenton反应的高效进行，大幅提升净化水质。
附图说明
图1为本发明实施例侧视内外结构示意图。
图2为本发明实施例俯视内外结构示意图。
其中，池体1；出水管2；曝气推流管3；曝气孔3.1；螺旋调节管4；螺旋叶片4.1；螺旋中心柱4.2；双氧水加药管5；第一加药泵6；电源7；磁感线圈8；预处理进水管9；第二加药泵10；出水口11；排渣管12。
具体实施方式
以下结合具体实施例对本发明做进一步说明。
根据图1所示，一种二级磁感应强化Fenton反应污水处理装置，包括池体1，所述池体1外侧壁周向上缠绕有接有电源7的若干磁感线圈8、池中心设有螺旋调节管4，螺旋调节管4沿轴线位置设有螺旋中心柱4.2，螺旋调节管4垂直设立于所述池体1中心，螺旋中心柱4.2沿轴向设置有若干螺旋叶片4.1，螺旋调节管4的高度等于所述若干磁感线圈8累积的高度；螺旋调节管4底部和中部分别接有预处理进水管9和双氧水加药管5；预处理进水管9和双氧水加药管5分别接有第一加药泵6和第二加药泵10；螺旋调节管4顶部为出水口11，出水口11位于池体1内；池体1内一侧设置有若干曝气推流管3，每个曝气推流管3上设有若干曝气孔3.1，若干曝气孔3.1均朝向所述池体1内另一侧；池体1一侧壁中部设有出水管2，出水管2上设置有阀门。出水管2距池体1底面的距离为池体1高度的1/3。池体1底部设有排渣管12。
其中池体1、螺旋叶片4.1可以为有机玻璃材料制成，出水管2、螺旋调节管4、螺旋中心柱4.2、曝气推流管3可以为PVC材料，磁感线圈8的材料为铜。
在实验室中利用小型所述二级磁感应强化Fenton反应污水处理装置，进行实验。
实施例1
1)不接通磁感线圈8的电源7，使池体1周围属于无磁场的状态；
2)将COD值为3410mg/L的预处理水pH值调节到3.15，加入Fe2+的纳米磁粉后，通过第一加药泵6泵入预处理进水管9进入螺旋调节管4；转动螺旋叶片4.1，并将双氧水通过第二加药泵6连续泵入双氧水加药管5至螺旋调节管4中，反应得到第一级磁化污水；
3)所述螺旋调节管4中第一级磁化污水通过螺旋叶片4.1的推动从出水口11涌出、进入池体1内，启动所述若干曝气推流管3进行曝气，朝向同一方向的曝气孔3.1推动第一级磁化污水在池体1内运动得到第二级磁化污水；
4)待池体1内液面升至螺旋调节管4出水口11位置时，停止预处理进水管9的进水和螺旋叶片4.1的转动，曝气孔3.1继续曝气25min后，停止曝气，从预处理水进水到曝气停止总共45min；此时，池体1内第二级磁化污水pH值为2.53，调节pH值至7，静置沉淀后，打开所述出水管2阀门从出水管2排出，得到处理后水，处理后水的COD值为2067mg/L；
5)通过排渣管12将池体1内剩余第二级磁化污水和渣滓排走收集。
实施例1中，在不接通磁场的情况下，只靠螺旋调节管4搅动和曝气推流管3曝气，预处理水的COD去除率为39.38％。
实施例2
1)接通磁感线圈8的电源7，使池体1处于磁场包围的状态；
2)将COD值3410mg/L的预处理水pH值调节到3.05，加入Fe2+的纳米磁粉后，通过第一加药泵6泵入预处理进水管9进入螺旋调节管4；转动螺旋叶片4.1，并将双氧水通过第二加药泵6连续泵入双氧水加药管5至螺旋调节管4中，反应得到第一级磁化污水；
3)所述螺旋调节管4中第一级磁化污水通过螺旋叶片4.1的推动从出水口11涌出、进入池体1内，启动所述若干曝气推流管3进行曝气，朝向同一方向的曝气孔3.1推动第一级磁化污水在池体1内运动得到第二级磁化污水；
4)待池体1内液面升至螺旋调节管4出水口11位置时，停止预处理进水管9的进水和螺旋叶片4.1的转动，曝气孔3.1继续曝气25min后，停止曝气，断开电源7，从预处理水进水到曝气停止总共45min；此时，池体1内第二级磁化污水pH值为2.57，调节pH值至7，静置沉淀后，打开所述出水管2阀门从出水管2排出，得到处理后水，处理后水的COD值为1342.5mg/L；
5)通过排渣管12将池体1内剩余第二级磁化污水和渣滓排走收集。
实施例2中，在接通磁感线圈8的情况下，结合螺旋调节管4搅动和曝气推流管3曝气，预处理水的COD去除率为60.63％。
实施例3
1)接通磁感线圈8的电源7，使池体1处于磁场包围的状态；
2)将COD值3410mg/L的预处理水pH值调节到2.88，加入Fe2+的纳米磁粉后，通过第一加药泵6泵入预处理进水管9进入螺旋调节管4；转动螺旋叶片4.1，并将双氧水通过第二加药泵6连续泵入双氧水加药管5至螺旋调节管4中，反应得到第一级磁化污水；
3)所述螺旋调节管4中第一级磁化污水通过螺旋叶片4.1的推动从出水口11涌出、进入池体1内，不开启所述若干曝气推流管3，池体1内无通入的气泡，将两个搅拌器的搅拌杆竖直插入池体1内两侧进行搅拌，保持池体1内污水继续完成Fenton反应；
4)待池体1内液面升至螺旋调节管4出水口11位置时，停止预处理进水管9的进水和螺旋叶片4.1的转动，搅拌器继续进行搅拌25min，断开电源7，从预处理水进水到搅拌停止总共45min；此时，池体1内第二级磁化污水pH值为2.48，调节pH值至7.1，静置沉淀后，打开所述出水管2阀门从出水管2排出，得到处理后水，处理后水的COD值为1807.5mg/L；
5)通过排渣管12将池体1内剩余第二级磁化污水和渣滓排走收集。
实施例3中，在接通磁感线圈8的情况下，结合螺旋调节管4搅动和搅拌器的搅动，预处理水的COD去除率为46.99％。
本发明的应用和原理为：
本发明包括Fenton反应系统和磁化调节系统，Fenton反应系统包括有机玻璃材料构成的池体1、PVC材料构成出水管2、双氧水加药管5、预处理进水管9；磁化调节系统包括铜线缠绕的若干磁感线圈8、PVC构成的曝气推流管3、距离等大，孔径相同的曝气孔3.1、PVC构成的螺旋调节管4、有机玻璃构成的螺旋叶片4.1、PVC构成的螺旋中心柱4.2、提供电能的外接电源7；在磁感线圈8接通的情况下，螺旋调节管4通过螺旋中心柱4.2上的螺旋叶片4.1帮助实现污水的第一级磁化，第一级磁化中，污水的流速和运转方向，决定磁化的效果，而曝气推流管3通过调节曝气孔3.1中气体的流速和方向，搅动污水进行第二级磁化，所述磁化调节系统可以使得污水受到不同角度和强度的二级磁感应作用，强化Fenton反应。
本发明将调节pH并加入含Fe2+的纳米磁粉的预处理水通过第一加药泵6连续泵入底部预处理进水管9后进入螺旋调节管4，在混合通过第二加药泵10连续泵入中部双氧水加药管5的双氧水后进行初步反应，在螺旋调节管4中通过调节预处理进水管9的进水流速，达到改变污水受到缠绕在池体周围的若干磁感线圈8产生的磁场的大小与方向，而方向与流速大小变化的污水经过磁场磁化后可确定磁化处理效果最佳时的污水流速，形成对污水的第一级磁化作用，第一级磁化污水经过螺旋调节管4内连接在螺旋管中心柱4.2上的螺旋叶片4.1向上移动进入池体1内，池体1内的曝气推流管3上朝向同一方向的曝气孔3.1将污水推动形成第二级磁场调节作用，并通过调节曝气量的大小达到确定Fenton反应混合效果最好，磁化处理效果最佳时的曝气量，最后出水经过调节Fenton反应最佳时间后通过出水管2流出，并达到显著提高出水水质的污水处理效果。
通过实施例1和实施例2可以分析得出，经过磁场作用下Fenton反应后的污水COD值显著低于单纯的Fenton反应后污水的COD值,可见所述二级磁感应强化Fenton反应污水处理装置接通磁感线圈8后，磁化处理和Fenton反应同时进行，相互协同，污水处理效果优异。
通过实施例2和实施例3可以分析得出，经过磁场作用下，螺旋调节管4和曝气推流管3共同运作下Fenton反应后的污水COD值，低于经过磁场作用下，螺旋调节管4和搅拌器共同运作下Fenton反应后的污水COD值,可见所述二级磁感应强化Fenton反应污水处理装置接通磁感线圈8后，同步磁化环境下，螺旋调节管4和曝气推流管3共同运作下Fenton反应污水处理效果优异。
传统的磁化处理常采用污水静态或者定向流动时进行高频电磁进行水处理，需要的设备电源级别要求高，成本高，本发明以工业电源为磁感线圈8的电源，以螺旋调节管4和曝气推流管3进行纵向和横向两个方向的水流推进，使得磁场环境下，通过污水的水流方向的改变、流速的改变，提高污水进行Fenton反应的效率，实现磁化作用和Fenton反应的协同效果，显著提升污水净化效率，降低COD值。
实施例3中用搅拌器代替曝气推流管3，虽然保持污水在池体1中继续进行Fenton反应，但是COD去除率明显较实施例2低，分析原因可能是，磁感线圈的磁感线的方向主要为以池体1侧壁为中心的环形分布和沿池体1的纵向轴线分布，螺旋调节管4中水流螺旋上升时，水流切割环形磁感线，进行第一级的磁化与Fenton反应协同作用，提高Fenton反应效率；曝气推流管3曝气推动池体1内水流向一侧流动时，水流切割池体1中心位置的纵向磁感线，进行第二级的磁化与Fenton反应协同作用，提高Fenton反应效率；二级磁化调节作用使得Fenton反应更为充分，大幅提升污水处理效率。
当然，以上仅是本发明的具体应用范围，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

Claims (7)

1.一种二级磁感应强化Fenton反应污水处理装置，其特征在于，包括池体(1)，所述池体(1)外侧壁周向上缠绕有接有电源(7)的若干磁感线圈(8)、池中心设有螺旋调节管(4)，所述螺旋调节管(4)沿轴线位置设有螺旋中心柱(4.2)，所述螺旋中心柱(4.2)沿轴向设置有若干螺旋叶片(4.1)；
所述螺旋调节管(4)底部和中部分别接有预处理进水管(9)和双氧水加药管(5)；所述预处理进水管(9)和双氧水加药管(5)分别接有第一加药泵(6)和第二加药泵(10)；
所述螺旋调节管(4)顶部为出水口(11)，所述出水口(11)位于所述池体(1)内；
所述池体(1)内一侧设置有若干曝气推流管(3)，每个所述曝气推流管(3)上设有若干曝气孔(3.1)；
所述池体(1)一侧壁中部设有出水管(2)，所述出水管(2)上设置有阀门。
2.根据权利要求1所述的一种二级磁感应强化Fenton反应污水处理装置，其特征在于，所述螺旋调节管(4)垂直设立于所述池体(1)中心。
3.根据权利要求1所述的一种二级磁感应强化Fenton反应污水处理装置，其特征在于，所述若干曝气孔(3.1)均朝向所述池体(1)内另一侧。
4.根据权利要求1所述的一种二级磁感应强化Fenton反应污水处理装置，其特征在于，所述螺旋调节管(4)的高度低于或等于所述若干磁感线圈(8)累积的高度。
5.根据权利要求1所述的一种二级磁感应强化Fenton反应污水处理装置，其特征在于，所述出水管(2)距所述池体(1)底面的距离为池体(1)高度的1/3至1/2。
6.根据权利要求1所述的一种二级磁感应强化Fenton反应污水处理装置，其特征在于，所述池体(1)底部设有排渣管(12)。
7.一种根据权利要求1-6中任一权利要求所述污水处理装置污水处理的方法，其特征在于，具体包括以下步骤：
1)接通磁感线圈(8)的电源(7)；
2)调节预处理水的pH至2.5-3.5并加入Fe2+的纳米磁粉后，通过第一加药泵(6)泵入预处理进水管(9)进入螺旋调节管(4)；转动螺旋叶片(4.1)，并将双氧水通过第二加药泵(6)连续泵入双氧水加药管(5)至螺旋调节管(4)中，反应得到第一级磁化污水；
3)所述螺旋调节管(4)中第一级磁化污水通过螺旋叶片(4.1)的推动从出水口(11)涌出、进入池体(1)内，启动所述若干曝气推流管(3)进行曝气，朝向同一方向的曝气孔(3.1)推动第一级磁化污水在池体(1)内运动得到第二级磁化污水；
4)待池体(1)内液面升至螺旋调节管(4)出水口(11)位置时，停止预处理进水管(9)的进水和螺旋叶片(4.1)的转动，曝气孔(3.1)继续曝气20-30min后，停止曝气，关闭电源(7)；调节池体(1)内第二级磁化污水pH值至7.0-7.5，静置沉淀后，打开所述出水管(2)阀门从出水管(2)排出，得到处理后水；
5)通过排渣管(12)将池体(1)内剩余第二级磁化污水和渣滓排走收集。
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