CN111233227A - 一种超声芬顿反应装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种超声芬顿反应装置。所述装置包括分别模块化设置的芬顿反应仓、中和仓、污泥仓和溢流仓；所述芬顿反应仓用以使废水和芬顿反应药剂发生芬顿反应；所述中和仓与所述芬顿反应仓连通设置，用以对经过芬顿反应后的液体进行中和反应以产生混合液；污泥仓与所述中和仓连通设置，用以对所述混合液进行处理并分离得到污泥；溢流仓与所述污泥仓之间通过溢流板连通，所述污泥仓对所述混合液进行处理后还得到滤液，所述滤液经过所述溢流板溢流入所述溢流仓，所述溢流仓对所述滤液进行处理以形成可排放的液体。根据本发明，实现了芬顿反应的模块化、撬装化和系统化，符合污染场地修复治理项目周期较短、场地面积较小、设备周期性转移等的要求。
Description
技术领域
本发明涉及环境修复领域，具体而言涉及一种超声芬顿反应装置。
背景技术
污染场地(Contaminated site)，指因堆积、储存、处理、处置或其他方式(如迁移)承载了有害物质的，对人体健康和环境产生危害或具有潜在风险的空间区域。为了避免污染场地对人类生存环境造成影响，往往需要对污染场地进行修复治理。
一般的，在对污染场地进行修复治理时，受污染场地面积和项目周期的限制，所采用的设备规模不宜太大，设备建设周期不宜太长，项目完成后还需转移到另一个项目继续使用；同时，在较短项目周期内既要完成污染土壤的修复，还要完成地下水的治理，因此，要求所采用的技术和工艺必须具有快速高效、成熟稳定的特点。芬顿(Fenton)法是利用硫酸亚铁和双氧水的高级氧化反应，生成反应强氧化性的羟基自由基，将大分子有机化合物最终氧化成二氧化碳和水的一种处理方法，因其具有操作简单、反应易得、运行成本低廉、设备投资少和环境友好等特点，使得芬顿法成为处理印染废水、制药废水、含油废水、焦化废水、含酚废水、垃圾渗滤液等有机污水的首要处理方法。芬顿反应速度直接影响水力停留时间和设备规模。然而，现有的超声芬顿反应装置由于其设备规模较大，设备系统性和便携性较差，难以适应较短项目周期的应用需求。
为此，有必要提出一种新的超声芬顿反应装置，用以解决现有技术中的问题。
发明内容
在发明内容部分中引入了一系列简化形式的概念，这将在具体实施方式部分中进一步详细说明。本发明的发明内容部分并不意味着要试图限定出所要求保护的技术方案的关键特征和必要技术特征，更不意味着试图确定所要求保护的技术方案的保护范围。
本发明提供了一种超声芬顿反应装置，包括：
分别模块化设置的芬顿反应仓、中和仓、污泥仓和溢流仓；其中，所述芬顿反应仓用以使废水和芬顿反应药剂发生芬顿反应；
所述中和仓与所述芬顿反应仓连通设置，用以对经过芬顿反应后的液体进行中和反应以产生混合液；
所述污泥仓与所述中和仓连通设置，用以对所述混合液进行处理并分离得到污泥；
溢流仓与所述污泥仓之间通过溢流板连通，所述污泥仓对所述混合液进行处理后还得到滤液，所述滤液经过所述溢流板溢流入所述溢流仓，所述溢流仓对所述滤液进行处理以形成可排放的液体。
示例性地，所述芬顿反应仓包括模块化设置的混合反应仓和超声反应仓：
所述混合反应仓用以对所述废水和所述芬顿反应药剂进行混合以形成第一混合液；
所述超声反应仓与所述混合反应仓连通设置，用以对所述第一混合液进行超声处理以使所述第一混合液发生芬顿反应并将所述经过芬顿反应后的液体输入所述中和仓。
示例性地，所述芬顿反应仓包括至少两个所述混合反应仓和至少两个超声反应仓，其中
所述至少两个所述混合反应仓和所述至少两个所述超声反应仓间隔设置。
示例性地，所述混合反应仓和/或所述中和仓内设置有混合器。
示例性地，所述芬顿反应仓包括并列设置的第一混合反应仓、第一超声反应仓、第二混合反应仓和第二超声反应仓。
示例性地，所述第一混合反应仓的第一端设置有进液装置用以向所述第一混合反应仓内输入所述废水和所述芬顿反应药剂，所述第一混合反应仓的与所述第一端相对的第二端与所述第一超声反应仓的第一端连通。
示例性地，所述第一超声反应仓的与所述第一端相对的第二端与所述第二混合反应仓的第一端连通。
示例性地，在所述第二混合反应仓的所述第一端还设置有芬顿反应药剂输入装置。
示例性地，所述混合反应仓和所述超声反应仓的连通处设置有栅栏。
示例性地，所述中和仓的与所述芬顿反应仓相连通的一端设置有碱液布水管，用以提供碱性溶液以对所述经过芬顿反应后的液体的pH进行调节。
根据本发明的超声芬顿反应装置，通过模块化设置的芬顿反应仓、中和仓、污泥仓和溢流仓实现废水的安全、高效、连续和自动化处理，能有效降低水中的有机等污染物，实现达标排放，具有占地面积小、反应速度快、污染物去除率高、药剂使用量少、污泥产量小、综合处理成本低、环境友好、无二次污染等特点；同时，实现了芬顿反应的模块化、撬装化和系统化，符合污染场地修复治理项目周期较短、场地面积较小、设备周期性转移等的要求，是非常适合污染场地地下水修复治理的高效的超声芬顿反应装置。
附图说明
本发明的下列附图在此作为本发明的一部分用于理解本发明。附图中示出了本发明的实施例及其描述，用来解释本发明的原理。
附图中：
图1为根据本发明的一个实施例的超声芬顿反应装置的结构示意图；
图2为根据本发明的一个实施例的超声芬顿反应装置中的混合器的结构示意图；
图3为根据本发明的一个实施例的超声芬顿反应装置中的补水管的结构示意图。
具体实施方式
在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本发明更为彻底的理解。然而，对于本领域技术人员而言显而易见的是，本发明可以无需一个或多个这些细节而得以实施。在其他的例子中，为了避免与本发明发生混淆，对于本领域公知的一些技术特征未进行描述。
为了彻底理解本发明，将在下列的描述中提出详细的描述，以说明本发明的超声芬顿反应装置。显然，本发明的施行并不限于环境修复领域的技术人员所熟习的特殊细节。本发明的较佳实施例详细描述如下，然而除了这些详细描述外，本发明还可以具有其他实施方式。
应予以注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施例，而非意图限制根据本发明的示例性实施例。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，其指明存在所述特征、整体、步骤、操作、元件和/或组件，但不排除存在或附加一个或多个其他特征、整体、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组合。
现在，将参照附图更详细地描述根据本发明的示例性实施例。然而，这些示例性实施例可以多种不同的形式来实施，并且不应当被解释为只限于这里所阐述的实施例。应当理解的是，提供这些实施例是为了使得本发明的公开彻底且完整，并且将这些示例性实施例的构思充分传达给本领域普通技术人员。在附图中，为了清楚起见，夸大了层和区域的厚度，并且使用相同的附图标记表示相同的元件，因而将省略对它们的描述。
为了解决现有技术中的问题，本发明提供了一种超声芬顿反应装置，包括：
分别模块化设置的芬顿反应仓、中和仓、污泥仓和溢流仓；其中，所述芬顿反应仓用以使废水和芬顿反应药剂发生芬顿反应；
所述中和仓与所述芬顿反应仓连通设置，用以对经过芬顿反应后的液体进行中和反应以产生混合液；
所述污泥仓与所述中和仓连通设置，用以对所述混合液进行处理并分离得到污泥；
溢流仓与所述污泥仓之间通过溢流板连通，所述污泥仓对所述混合液进行处理后还得到滤液，所述滤液经过所述溢流板溢流入所述溢流仓，所述溢流仓对所述滤液进行处理以形成可排放的液体。
下面参考图1、图2和图3对本发明的超声芬顿反应装置进行示意性说明，其中图1为根据本发明的一个实施例的超声芬顿反应装置的结构示意图；图2为根据本发明的一个实施例的超声芬顿反应装置中的混合器的结构示意图；图3为根据本发明的一个实施例的超声芬顿反应装置中的补水管的结构示意图。
首先参看图1，根据本发明的一个实施例的超声芬顿反应装置包括芬顿反应仓1、中和仓2、污泥仓3和溢流仓4；其中芬顿反应仓1、中和仓2、污泥仓3和溢流仓4分别模块化设置。模块化设置的芬顿反应仓1、中和仓2、污泥仓3和溢流仓4各自构成一个模块整体，在污染场地修复治理项目中，能够灵活搬运，适应项目周期较短、场地面积较小、设备周期性转移等的要求，提高污染场地地下水修复治理的效率。
芬顿反应仓1用以使废水和芬顿反应药剂发生芬顿反应；
中和仓2与芬顿反应仓1连通设置，用以对经过芬顿反应后的液体进行中和反应以产生混合液；
污泥仓3与中和仓2连通设置，用以对所述混合液进行处理并分离得到污泥；
溢流仓4与污泥仓3之间通过溢流板31连通，污泥仓3对所述混合液进行处理后还得到液体，所述液体经过所述溢流板31溢流入所述溢流仓4，所述溢流仓4对所述液体进行处理以形成可排放的液体。
如图1所示，上述模块化设置的芬顿反应仓1、中和仓2、污泥仓3和溢流仓4并列设置，使整个超声芬顿反应装置模块化，使超声芬顿反应装置灵活搬运的同时减小占地面积，同时芬顿反应仓1、中和仓2、污泥仓3和溢流仓4之间连通设置通过侧壁贯通连通，进一步减小了超声芬顿反应装置的占地面积。
下面参看图1对根据本发明的一个实施例的超声芬顿反应装置的结构进行进一步详细说明。
示例性的，如图1所示，芬顿反应仓包括模块化设置的混合反应仓11和超声反应仓12。其中，混合反应仓11用以对机废水和芬顿反应药剂进行混合以形成第一混合液；超声反应仓12与混合反应仓11连通设置，用以对第一混合液进行超声处理以使所述第一混合液发生芬顿反应并将经过芬顿反应后的液体输入所述中和仓3。
混合反应仓11用以混合废水和芬顿反应药剂，使两者混合均匀，进入超声反应仓进一步发生芬顿反应，这一设置，有利于芬顿反应完全，提高废水治理和环境修复效率。示例性的，如图1所示，在混合反应仓11内设置有混合器13。图2示出了根据本发明的一个实施例的混合器13的结构示意图。混合器13包括叶片131和转轴132，工作过程中叶片131绕着转轴132转动，从而带动废水和芬顿反应药剂的流动，以促进废水和芬顿反应药剂的混合。
超声反应仓12采用超声波促进废水和芬顿反应药剂的进一步反应。超声波(Ultrasonic,US)是一种频率高于20000赫兹的声波，它的方向性好，穿透能力强。超声波降解废水的主要原理是依靠超声空化作用，即强超声辐射进入废水中产生气泡，在超声压力的作用下，水中原有的微小泡核急速膨胀和压缩，接着破裂和崩溃，并产生强电场，从而引起很多热学、化学、生物等特殊效应，这种现象也被为空化效应；同时，超声波还能加速化学反应，加快介质转移的速度和反应物的溶解，增加反应物间的表面积等的作用，从而将有机污染物氧化分解。超声氧化法具有适用性强，操作简单、方便、易控制，反应速度快，处理效率高，污泥产生量小，处理成本低等诸多优点。在本发明中，在超声反应仓中，在超声波的作用下，加速芬顿反应，提高污染物去除效率，大幅降低污水的色度。
在根据本发明的一个示例中，根据初始废水的污染程度，还可以在芬顿反应仓(混合反应仓)的前端设置预处理池，用以对废水进行预处理，以去除废水中大部分的悬浊颗粒、重金属和有机污染物后再输入至芬顿反应仓。
示例性的，如图1所示，超声反应仓12的侧壁上设置超声发生器17，通过超声发生器17发生的超声波促进废水和芬顿反应药剂的混合液的进一步芬顿反应，以继续降解水中的有机污染物。示例性的，超声波发生器17的超声频率为范围20～100KHz，声能密度范围为0.1-0.5W/m3。
在根据本发明的一个示例中，所述芬顿反应仓1包括至少两个所述混合反应仓11和至少两个超声反应仓12，其中所述至少两个所述混合反应仓11和所述至少两个所述超声反应仓12间隔设置。
如图1所示，芬顿反应仓1中的混合反应仓11包括第一混合反应仓111和第二混合反应仓112，芬顿反应仓1中的超声反应仓12包括第一超声反应仓121和第二超声反应仓122，其中，第一混合反应仓111、第二混合反应仓112、第一超声反应仓121和第二超声反应仓122间隔设置。
在芬顿反应仓1中设置至少两个混合反应仓和至少两个超声反应仓，使得废水经过多次混合与超声加强的芬顿反应，使废水的处理效率显著提升，优化处理质量。
示例性的，如图1所示，所述第一混合反应仓111的第一端设置有进液装置15用以输入(如图1中箭头A所示)所述废水和所述芬顿反应药剂，所述第一混合反应仓111的与所述第一端相对的第二端与所述第一超声反应仓121的第一端连通，所述废水和所述芬顿反应药剂经过混合后形成的混合液通过第一混合反应仓111的第二端(第一超声反应仓121的第一端)输入(如图1中箭头B所示)第一超声反应仓121。进液装置15包括进水布水管151、还原药剂布水管152、氧化药剂布水管153以及酸液布水管154。进水布水管151输入的废水、还原药剂布水管152输入的还原剂、氧化药剂布水管153输入的氧化剂以及酸液补水管154输入的酸性溶液在混合器13的带动下充分混合，在这一过程中会发生部分芬顿反应，芬顿反应容易产生泡沫。为此，在第一混合反应仓111与所述第一超声反应仓121的联通处设置栅栏，以避免通入第一超声反应仓121的混合液混入泡沫而干扰进一步的芬顿反应。
示例性的，酸性溶液为盐酸、还原剂为诸如硫酸亚铁的亚铁盐、氧化剂为双氧水。需要理解的是，上述酸性溶液采用盐酸、还原剂采用亚铁盐以及氧化剂采用双氧水仅仅是示例性的，本领域技术人员可以采用任何可以废水发生芬顿反应的上述酸性溶液、还原剂和氧化剂。
如图1所示，在根据本发明的一个示例中，在第一混合反应仓111的第二端还设置有pH监测仪16，用以监测第一混合反应仓内混合溶液的pH，当混合溶液的pH超过芬顿反应的最适pH时，可以通过调节酸液布水管154输入的酸性溶液的量来调节混合溶液的pH，以使芬顿反应始终处于最适pH下发生反应。示例性的，pH监测仪16监测控制混合溶液的pH在的范围为3-5。
继续参看图1，示例性的，第一超声反应仓121的与第一端相对的第二端与第二混合反应仓112的第一端连通。废水和芬顿反应药剂从第一混合反应仓111的第一端进入(如图1中箭头A所示)第一混合反应仓111后在第一混合反应仓111内混合，通过与第一混合反应仓111的第二端相连通的第一超声反应仓121的第一端输入(如图1中箭头B所示)第一超声反应仓121，在第一超声反应仓121内发生超声加强的芬顿反应后，从第一超声混合反应仓的第二端输入(如图1中箭头C所示)到第二混合反应仓112，这一过程中，废水和芬顿反应药剂(或者两者的混合液)均以最大行程通过第一混合反应仓和第一超声混合反应仓，从而使废水和芬顿反应药剂能够发生充足的反应，进一步提升芬顿反应效率，提升废水的处理效率和质量。
继续参看图1，在第二混合反应仓112的第一端还设置有芬顿反应药剂输入装置，如图1中所示，芬顿反应药剂输送装置包括还原药剂布水管152、氧化药剂布水管153。在第二混合反应仓112的第一端设置芬顿反应药剂输入装置可以进一步补充芬顿反应药剂，使在第二混合反应仓112和后续的第二超声反应仓内，混合液能够进一步发生充足的芬顿反应，完全降解废水中的有机污染物等。同第一混合反应仓111一样，在第二混合反应仓112内也设置有混合器13。同第一超声反应仓121一样，在第二超声反应仓122的侧壁上也设置有超声发生器17。
如图1所示，在第一超声反应仓121中发生了超声反应之后的混合液经过与第一超声反应仓121的第二端相连通的第二混合反应仓112的第一端输入(如图1中箭头C所示)到第二混合反应仓112，在第二混合反应仓112内与补充的芬顿反应药剂进一步混合后，从于第二混合反应仓112的第二端相连通的第二超声反应仓122的第一端输入(如图1中箭头D所示)到第二超声反应仓122；在第二超声反应仓122内进一步发生芬顿反应后从第二超声反应仓122的第二端输入(如图1中箭头E所示)中和仓2。
在根据本发明的示例中，沿着废水和芬顿反应药剂的流动方向，混合反应仓(包括第一混合反应仓和第二混合反应仓)的第一端为前端，第二端为后端。废水和芬顿反应药剂由前端输入，由后端流出，从而使废水和芬顿反应药剂在混合反应仓内通过最大行程。同样，沿着沿着废水和芬顿反应药剂的流动方向，超声反应仓(包括第一超声反应仓和第二超声反应仓)的第一端为前端，第二端为后端。废水和芬顿反应药剂由前端输入，由后端流出，从而使废水和芬顿反应药剂在超声反应仓内通过最大行程。上述过程均实现废水和芬顿反应药剂的充分混合和反应，从而提升了反应效率。本领域技术人员应当理解，术语“第一端”和“前端”、“第二端”和“后端”仅仅是命名上的却别，在实现废水和芬顿反应药剂的行程最大化的过程中，只要从混合反应仓和/或超声反应仓的一端输入，另一端流出，均能实现本发明的技术效果。
同时，需要理解的是，本实施例中，设置两个混合反应仓和两个超声反应仓，仅仅是示例性的，本领域技术人员应当理解，经过两次芬顿反应和两次超声芬顿反应后水中污染物去除情况下，若未达到目标可增加混合反应仓和超声反应仓的数量，进行多级超声芬顿反应，以有效去除水中污染物。
继续参看图1，经过上述芬顿反应仓1发生芬顿反应后的混合液通过与芬顿反应仓1相连通的中和仓2的第一端进一步输入中和仓2，发生中和反应。示例性的，中和仓2的第一端设置有碱液布水管22，碱液布水管22用以提供碱性溶液以对经过芬顿反应后的液体的pH进行调节。示例性的，在中和仓2的与其第一端相对应的第二端设置有pH监测仪21，用以对中和仓2内的溶液进行监测，通过监测的pH值控制碱液布水管提供的碱性溶液的量，以控制中和仓内的pH值。示例性的，控制中和仓内的pH在6-10的范围内。示例性的，如图1所示，中和仓2内还设置有混合器23。
根据本发明的一个示例，上述经过两次混合芬顿反应、两次超声芬顿反应和中和沉淀后，可以去除废水中大部分的污染物。
继续参看图1，在经过中和仓2发生中和反应后的混合液通过与中和仓2的第二端相连通的污泥仓3的第一端输入(如图1中箭头F所示)至污泥仓3。污泥仓3对由中和仓2输入的混合液进行处理并分离得到污泥，如图1所示，污泥仓3设置有污泥排放管31，用以将污泥输出，输出的污泥经过压滤机处理后可以进行焚烧，以进一步无害化。
如图1所示，污泥仓3的第二端与溢流仓4的第一端相连通，在污泥仓3的第二端与溢流仓4的第一端之间设置有溢流板41。参看图3，示出了根据本发明的一个示例的溢流板的结构示意图。从中和仓2输入(如图1中箭头F所示)至污泥仓3的溶液经过沉淀，其中的污泥被溢流板41阻挡进一步沉积，而上层滤液从溢流板41的上部齿隙411输入(如图1中箭头G所示)至溢流仓4。
在根据本发明的一个示例中，污泥仓3由污泥排放管31排放的污泥经过压滤机压滤处理，压滤机对污泥进行压滤处理后产生的滤液进一步输入至溢流仓4。
在根据本发明的一个示例中，溢流仓4中设置有其他处理系统，对废水进行进一步处理，以形成可排放的水排出(如图1中箭头E所示)；根据芬顿反应效果，在根据本发明的一个示例中，从溢流板41溢流入溢流仓4的液体也可直接排出。
至此，已对根据本发明的一种超声芬顿反应装置进行了示例性说明。根据本发明的超声芬顿反应装置，通过模块化设置的芬顿反应仓、中和仓、污泥仓和溢流仓实现废水的安全、高效、连续和自动化处理，能有效降低水中的有机等污染物，实现达标排放，具有占地面积小、反应速度快、污染物去除率高、药剂使用量少、污泥产量小、综合处理成本低、环境友好、无二次污染等特点；同时，实现了芬顿反应的模块化、撬装化和系统化，符合污染场地修复治理项目周期较短、场地面积较小、设备周期性转移等的要求，是非常适合污染场地地下水修复治理的高效的超声芬顿反应装置。
本发明已经通过上述实施例进行了说明，但应当理解的是，上述实施例只是用于举例和说明的目的，而非意在将本发明限制于所描述的实施例范围内。此外本领域技术人员可以理解的是，本发明并不局限于上述实施例，根据本发明的教导还可以做出更多种的变型和修改，这些变型和修改均落在本发明所要求保护的范围以内。本发明的保护范围由附属的权利要求书及其等效范围所界定。
Claims (10)
1.一种超声芬顿反应装置，其特征在于，包括：
分别模块化设置的芬顿反应仓、中和仓、污泥仓和溢流仓；其中，
所述芬顿反应仓用以使废水和芬顿反应药剂混合均匀后发生超声芬顿反应；
所述中和仓与所述芬顿反应仓连通设置，用以对经过芬顿反应后的液体进行中和反应以产生混合液；
所述污泥仓与所述中和仓连通设置，用以对所述混合液进行处理并分离得到污泥；
溢流仓与所述污泥仓之间通过溢流板连通，所述污泥仓对所述混合液进行处理后还得到滤液，所述滤液经过所述溢流板溢流入所述溢流仓，所述溢流仓对所述滤液进行处理以形成可排放的液体。
2.如权利要求1所述的超声芬顿反应装置，其特征在于，所述芬顿反应仓包括模块化设置的混合反应仓和超声反应仓：
所述混合反应仓用以对所述废水和所述芬顿反应药剂进行混合以形成第一混合液；
所述超声反应仓与所述混合反应仓连通设置，用以对所述第一混合液进行超声处理以使所述第一混合液发生芬顿反应并将所述经过芬顿反应后的液体输入所述中和仓。
3.如权利要求2所述的超声芬顿反应装置，其特征在于，所述芬顿反应仓包括至少两个所述混合反应仓和至少两个超声反应仓，其中
所述至少两个所述混合反应仓和所述至少两个所述超声反应仓间隔设置。
4.如权利要求2所述的超声芬顿反应装置，其特征在于，所述混合反应仓和/或所述中和仓内设置有混合器。
5.如权利要求3所述的超声芬顿反应装置，其特征在于，所述芬顿反应仓包括并列设置的第一混合反应仓、第一超声反应仓、第二混合反应仓和第二超声反应仓。
6.如权利要求5所述的超声芬顿反应装置，其特征在于，所述第一混合反应仓的第一端设置有进液装置用以向所述第一混合反应仓内输入所述废水和所述芬顿反应药剂，所述第一混合反应仓的与所述第一端相对的第二端与所述第一超声反应仓的第一端连通。
7.如权利要求6所述的超声芬顿反应装置，其特征在于，所述第一超声反应仓的与所述第一端相对的第二端与所述第二混合反应仓的第一端连通。
8.如权利要求5所述的超声芬顿反应装置，其特征在于，在所述第二混合反应仓的所述第一端还设置有芬顿反应药剂输入装置。
9.如权利要求2所述的超声芬顿反应装置，其特征在于，所述混合反应仓和所述超声反应仓的连通处设置有栅栏。
10.如权利要求1所述的超声芬顿反应装置，其特征在于，所述中和仓的与所述芬顿反应仓相连通的一端设置有碱液布水管，用以提供碱性溶液以对所述经过芬顿反应后的液体的pH进行调节。
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| CN202010093087.7A CN111233227A (zh) | 2020-02-14 | 2020-02-14 | 一种超声芬顿反应装置 |
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