CN113371815A - 一种铁系-芬顿难降解废水处理反应器及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种铁系‑芬顿难降解废水处理反应器及其方法，属于废水处理领域。本发明的反应器包括反应器本体，所述反应器本体底部外周设置有环形布水装置，反应器本体顶部设置有三相分离装置，反应器本体内部填充有铁系催化剂，并且在反应器本体内部从反应器本体顶端自上而下延伸设置有梯级搅拌装置，通过布水装置、三相分离装置和梯级搅拌装置的特定结构设计，使得废水、反应药剂与催化剂充分接触，提高催化剂反应效率，同时采用的铁系催化剂负载的铁离子参与芬顿反应，降低亚铁盐的投加量以减少污泥产生量。

Description

一种铁系-芬顿难降解废水处理反应器及其方法

技术领域

本发明属于废水处理领域，更具体地说，涉及一种铁系-芬顿难降解废水处理反应器及其方法。

背景技术

目前高浓度有机废水预处理常采用芬顿高级氧化处理工艺，芬顿处理工艺已被广泛应用于染料、印染、重金属、农药废水处理的高级氧化工艺中，尤其对于高盐度、高COD、高色度的工业废水较其他工艺具有更加明显的优势。通常在处理过程中，将芬顿高级氧化工艺用于废水的预处理，或者与其他工艺联合以达到去除污染物的目的，然而药剂投加量大、污泥产量大、反应效率相对较低一直是该工艺工程应用的主要制约因素。

经检索发现，申请公布号CN107162158A，申请公布日2017年9月15日的中国发明专利申请公开了一种流化床芬顿反应器及方法，该反应器通过在反应罐体底部设有用于原水与催化剂进入的催化剂入口和用于原水与氧化剂进入的氧化剂入口，催化剂入口与第一布水头连接，氧化剂入口与第二布水头连接，在主反应区上方设有三相分离器，通过多个布水头的设置，保证布水的均匀，并且通过三相分离器的设置避免结晶体流失，但是该发明仍存在催化剂反应效率相对较低的问题。

发明内容

1.要解决的问题

针对现有技术中废水处理存在药剂投加量大、污泥产量大、催化剂反应效率相对低等问题，本发明提供一种铁系-芬顿难降解废水处理反应器及其方法。本发明的反应器包括在反应器本体底部外周设置有环形布水装置，顶部设置有三相分离装置，并且内部填充有铁系催化剂，在反应器本体内部从反应器本体顶端自上而下延伸设置有搅拌装置，搅拌装置自上而下包括第一搅拌区、第二搅拌区和第三搅拌区，通过布水器、三相分离装置和搅拌装置的特定结构设计，将底部均匀进水和梯级搅拌相结合，使得废水、反应药剂与催化剂充分接触，提高催化剂反应效率，同时采用的铁系催化剂负载的铁离子参与芬顿反应，降低亚铁盐的投加量以减少污泥产生量。

2.技术方案

为了解决上述问题，本发明所采用的技术方案如下：

本发明的一种铁系-芬顿难降解废水处理反应器，包括反应器本体，所述反应器本体底部外周设置有环形布水装置，反应器本体顶部设置有三相分离装置，反应器本体内部填充有铁系催化剂；从反应器本体顶端自上而下延伸设置有搅拌装置，搅拌装置竖直设置在反应器本体内部，并且搅拌装置底部位于布水装置上方，其中搅拌装置包括第一搅拌区、第二搅拌区和第三搅拌区，第一搅拌区靠近反应器本体顶端位置处，第三搅拌区靠近反应器本体底端位置处，第二搅拌区位于第一搅拌区与第三搅拌区之间。

优选地，所述第一搅拌区、第二搅拌区和第三搅拌区之间的高度比为1：(1.2～1.8)：1。

优选地，所述第一搅拌区内设置有第一搅拌桨叶，第二搅拌区内设置有第二搅拌桨叶，第三搅拌区内设置有第三搅拌桨叶，第一搅拌桨叶的数量N1与第三搅拌桨叶的数量N3相同，并且小于第二搅拌桨叶的数量N2，即N1＝N3<N2。

优选地，所述反应器本体的高径比为(2～2.5)：1。

优选地，所述布水装置是一种环形旋流布水装置，所述布水装置包括布水主管和若干布水支管，布水主管与布水支管之间的夹角α为45°～60°。

优选地，所述布水装置的进水管侧面上设置有硫酸亚铁投加装置。

优选地，所述三相分离装置四面竖直设置有封板，封板与反应器本体顶端密封相接。

优选地，所述三相分离装置的投影面积与反应器本体的横截面积之间的比例为1：(2～4)，并且三相分离器中的气管直径为40mm～100mm。

优选地，所述第一搅拌桨叶、第二搅拌桨叶和第三搅拌桨叶的长度相同，并且第一搅拌桨叶、第二搅拌桨叶和第三搅拌桨叶的长度与反应器本体的直径之间的比例为1：(4～6)。

优选地，所述第一搅拌桨叶的数量N1与第三搅拌桨叶的数量N3为2～3，第二搅拌桨叶的数量N2为3～4。

优选地，所述第一搅拌桨叶距离三相分离装置的距离为400mm～800mm，第二搅拌桨叶位于反应器本体的2/5～3/5的高度处，第三搅拌桨叶距离布水装置的距离为400mm～600mm。

优选地，靠近反应器本体的底部位置处，并且在第三搅拌桨叶的上方设置有双氧水投加装置，所述双氧水投加装置为一组不锈钢管，贯穿于反应器本体的横向截面。

优选地，所述双氧水投加装置的管道直径为20mm～30mm，并且双氧水投加装置的管道上设置有多个穿孔，穿孔方向向下与水平方向呈45°～60°。

优选地，所述布水主管的直径为50mm～100mm，所述布水支管的直径为25mm～50mm，并且布水支管的数量为4～8组。

优选地，所述反应器本体底部还设置有污泥排放装置，所述污泥排放装置包括集泥桶、排泥主管和若干排泥支管。

优选地，所述铁系催化剂为负载铁系氧化物的介孔分子筛。

本发明的一种铁系-芬顿难降解废水处理方法，采用上述的一种铁系-芬顿难降解废水处理反应器进行处理，其中废水在反应器本体中的总水力停留时间为2～4h，并且废水的搅拌投影面积为反应器本体的横截面积的10％～25％。

3.有益效果

相比于现有技术，本发明的有益效果为：

(1)本发明的一种铁系-芬顿难降解废水处理反应器，采用特殊的环形均匀旋流布水装置，使得布水较传统单点或单线布水更加均匀，有利于提高反应效率，并且本发明的布水器易于拆卸清洗，防止堵塞；

(2)本发明的一种铁系-芬顿难降解废水处理反应器，采用梯级搅拌装置，所述梯级搅拌装置包括第一搅拌区、第二搅拌区和第三搅拌区，相较于传统搅拌装置而言，本发明合理设计的梯级搅拌装置具备更强针对性，可提高反应效率，减少催化剂的流失；

(3)本发明的一种铁系-芬顿难降解废水处理反应器，所采用的三相分离器相较于传统三相分离器而言，用料面积大幅减少，同时降低催化剂流失率，氧气可集中收集；

(4)本发明的一种铁系-芬顿难降解废水处理方法，通过布水装置、三相分离装置和梯级搅拌装置的特定结构设计，使得废水、反应药剂与催化剂充分接触，提高催化剂反应效率，并且采用铁系催化剂负载的铁离子参与芬顿反应，降低亚铁盐的投加量以减少污泥产生量，减少二次污染。

附图说明

图1为本发明的一种铁系-芬顿难降解废水处理反应器的结构示意图；

图2为本发明的布水装置的结构示意图；

图3为本发明的污泥排放装置的结构示意图；

图中：

100、反应器本体；200、布水装置；210、布水主管；

220、布水支管；300、三相分离装置；310、封板；

400、搅拌装置；410、第一搅拌区；420、第二搅拌区；

430、第三搅拌区；4101、第一搅拌桨叶；4201、第二搅拌桨叶；

4301、第三搅拌桨叶；500、污泥排放装置；510、集泥桶；

520、排泥主管；530、排泥支管；600、双氧水投加装置；

700、硫酸亚铁投加装置。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进一步进行描述。

如图1所示，本发明的一种铁系-芬顿难降解废水处理反应器，包括反应器本体100，一般反应器本体100的高径比为(2～2.5)：1；所述反应器本体100底部外周设置有环形布水装置200，所述布水装置200是一种环形旋流布水装置，所述布水装置200包括1组布水主管210和4～8组布水支管220，布水主管210环绕反应器本体100外部，是直径为50mm～100mm的正八边形管路，布水支管220是直径为25mm～50mm的射流式布水支管，布水主管210与布水支管220之间的夹角α为45°～60°(如图2所示)。

反应器本体100顶部设置有三相分离装置300，所述三相分离装置300包含卡板、三角堰、集气箱、集气法兰管(未示出)，并且在三相分离装置300四面竖直设置有封板310，封板310与反应器本体顶端密封相接。所述三相分离装置300的投影面积与反应器本体100的横截面积之间的比例为1：(2～4)，并且三相分离器300中的集气法兰管直径为40mm～100mm。

从反应器本体100顶端自上而下延伸设置有搅拌装置400，搅拌装置400竖直设置在反应器本体100内部，并且搅拌装置400底部位于布水装置200上方。需要说明的是，所述搅拌装置400是一种梯级搅拌装置，搅拌装置400包括第一搅拌区410、第二搅拌区420和第三搅拌区430，第一搅拌区410靠近反应器本体100顶端位置处，第三搅拌区430靠近反应器本体100底端位置处，第二搅拌区420位于第一搅拌区410与第三搅拌区430之间，其中第一搅拌区410、第二搅拌区420和第三搅拌区430之间的高度比为1：(1.2～1.8)：1。

进一步地，在第一搅拌区410内设置有第一搅拌桨叶4101，第二搅拌区420内设置有第二搅拌桨叶4201，第三搅拌区430内设置有第三搅拌桨叶4301。第一搅拌桨叶4101距离三相分离装置300的距离为400mm～800mm，第二搅拌桨叶4201位于反应器本体100的2/5～3/5的高度处，第三搅拌桨叶4301距离布水装置200的距离为400mm～600mm。

第一搅拌桨叶4101的数量N1与第三搅拌桨叶4301的数量N3相同，并且小于第二搅拌桨叶4201的数量N2，即N1＝N3<N2。通常，第一搅拌桨叶4101的数量N1与第三搅拌桨叶4301的数量N3为2～3，第二搅拌桨叶4201的数量N2为3～4。并且，第一搅拌桨叶4101、第二搅拌桨叶4201和第三搅拌桨叶4301的长度相同，第一搅拌桨叶4101、第二搅拌桨叶4201和第三搅拌桨叶4301的长度与反应器本体100的直径之间的比例为1：(4～6)。

此外，靠近反应器本体100的底部位置处，并且在第三搅拌桨叶4301的上方设置有双氧水投加装置600，用于向反应器中投加氧化剂双氧水。所述双氧水投加装置600是管道直径为20mm～30mm的一组不锈钢管，贯穿于反应器本体100的横向截面，双氧水投加装置600的管道上设置有多个穿孔，穿孔方向向下与水平方向呈45°～60°。并且，在布水装置200的进水管侧面上设置有硫酸亚铁投加装置300，用于向反应器中投加药剂(诸如硫酸亚铁)。

更进一步地，反应器本体100内部填充有铁系催化剂，所述铁系催化剂为负载铁系氧化物的介孔分子筛。采用铁系催化剂可降低芬顿反应产生的污泥量，减少二次污染。

如图3所示，所述反应器本体100底部还设置有污泥排放装置500，所述污泥排放装置500包括集泥桶510、排泥主管520和若干排泥支管530。集泥桶510是1套圆柱形的筒体，筒体上部带盖板，排泥主管520是1组直径为150～200mm的钢管，排泥支管530是4～6组直径为80～125mm的钢管，均匀分布于集泥桶510周围。

采用本发明的一种铁系-芬顿难降解废水处理反应器进行废水处理，废水通过环形布水装置进入反应器本体内部，并且通过布水装置200的进水管侧面上设置的硫酸亚铁投加装置300向反应器内投加硫酸亚铁，同时通过双氧水投加装置600向反应器内投加双氧水。废水经酸调后确保反应器内的废水pH值在3～4之间，开启梯级搅拌器，使对废水的搅拌投影面积约占反应器本体横截面积的10％～25％，确保反应器内部的反应充分。在铁系催化剂的催化作用下，使水体、反应药剂与催化剂充分接触反应产生羟基自由基，破环开链，废水毒性削减，可生化性大幅提升，其中废水在反应器本体中的总水力停留时间为2～4h。

需要说明的是，采用环形均匀旋流布水装置可使加药及进水更加均匀，同时结合梯级搅拌装置可提高芬顿反应效率，降低双氧水等药剂的投加量。三相分离装置将废水、催化剂及双氧水分解产生的氧气分离，废水经芬顿反应后从反应器顶部的出水口流出，催化剂被三相分离装置拦截回到反应器本体内部，减少催化剂的流失，实现催化剂与反应水体的分离，氧气自三相分离装置集气管溢出。采用的铁系催化剂能够降低芬顿反应产生的污泥量，减少二次污染。

实施例1

本实施例的反应器本体为直径2米，高度5米的圆柱形碳钢防腐罐体，其中第一搅拌区、第二搅拌区和第三搅拌区之间的高度分别为1m、1.2m和1m，三相分离器高度0.3m。第一搅拌桨叶距离三相分离装置的垂直距离为600mm，数量为2片，第二搅拌桨叶位于反应区的1/2的高度处，数量为3片，第三搅拌桨叶距离布水装置的垂直距离为500mm，数量为2片，三组搅拌桨叶单浆长度相等，均为反应罐体直径的1/6，桨叶材质为碳钢衬胶。

布水装置含1组布水主管和8组可拆卸射流式布水支管，布水主管直径为50mm，布水支管直径为25mm，布水主管与布水支管水平夹角α为45°。每组支管路配2组闸阀，易于拆卸清洗。

布水装置的进水管前端设置有硫酸亚铁投加装置，是1套加药静态混合器，直径为50mm。双氧水投加装置是1套304不锈钢管，直径为20mm，水平贯穿于罐体，位于第三搅拌桨叶上方，加药管穿孔直径8mm，方向向下与水平方向呈45°，加药孔间距40mm。三相分离装置为三层结构，包括卡板、三角堰、集气箱、密封板、集气法兰管等，整体尺寸为1m*1m*0.3m。

污泥排放装置含1组排泥主管和6组排泥支管，排泥主管直径为150mm，排泥支管直径为100mm，排泥支管水平均匀布置。

本实施例的一种铁系-芬顿难降解废水处理方法，处理的废水为经生化处理后的垃圾渗滤液，进水pH值已调至3～4，处理量为5m3/h，铁系催化剂投加量为0.5m3，进水COD为600～800mg/L，B/C为0.1，控制H2O2与进水COD的浓度比(mg/L)为1:1，投加H2O2与FeSO4的摩尔比为6:1，待处理的垃圾渗滤液在本反应器本体中的总水力停留时间约为2h，处理后经中和COD降至200～300mg/L，B/C提升至0.35。

实施例2

本实施例的基本内容同实施例1，不同之处在于：处理的废水为纤维素醚废水，处理量为4m3/h，进水COD为700～850mg/L，B/C为0.12，控制H2O2与进水COD的浓度比(mg/L)为1.2:1，投加H2O2与FeSO4的摩尔比为5:1，待处理的纤维素醚废水在本反应器本体中的总水力停留时间约为2.5h，处理后经中和COD降至500～650mg/L，B/C提升至0.41。

实施例3

本实施例的基本内容同实施例1，不同之处在于：处理的废水为熄焦废水，处理量为3m3/h，进水COD为35000～40000mg/L，B/C为0.07，控制H2O2与进水COD的浓度比(mg/L)为0.8:1，投加H2O2与FeSO4的摩尔比为7:1，待处理的熄焦废水在本反应器本体中的总水力停留时间约为3.3h，处理后经中和COD降至12000～20000mg/L，B/C提升至0.29。

以上示意性的对本发明及其实施方式进行了描述，该描述没有限制性，所用的数据也只是本发明的实施方式之一，实际的数据组合并不局限于此。所以，如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出于该技术方案相似的实施方式及实施例，均应属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种铁系-芬顿难降解废水处理反应器，其特征在于：包括反应器本体(100)，所述反应器本体(100)底部外周设置有环形布水装置(200)，反应器本体(100)顶部设置有三相分离装置(300)，反应器本体(100)内部填充有铁系催化剂；从反应器本体(100)顶端自上而下延伸设置有搅拌装置(400)，搅拌装置(400)竖直设置在反应器本体(100)内部，并且搅拌装置(400)底部位于布水装置(200)上方，其中搅拌装置(400)包括第一搅拌区(410)、第二搅拌区(420)和第三搅拌区(430)，第一搅拌区(410)靠近反应器本体(100)顶端位置处，第三搅拌区(430)靠近反应器本体(100)底端位置处，第二搅拌区(420)位于第一搅拌区(410)与第三搅拌区(430)之间。

2.根据权利要求1所述的一种铁系-芬顿难降解废水处理反应器，其特征在于：所述第一搅拌区(410)、第二搅拌区(420)和第三搅拌区(430)之间的高度比为1：(1.2～1.8)：1。

3.根据权利要求1所述的一种铁系-芬顿难降解废水处理反应器，其特征在于：所述第一搅拌区(410)内设置有第一搅拌桨叶(4101)，第二搅拌区(420)内设置有第二搅拌桨叶(4201)，第三搅拌区(430)内设置有第三搅拌桨叶(4301)，第一搅拌桨叶(4101)的数量N1与第三搅拌桨叶(4301)的数量N3相同，并且小于第二搅拌桨叶(4201)的数量N2，即N1＝N3<N2。

4.根据权利要求1所述的一种铁系-芬顿难降解废水处理反应器，其特征在于：所述反应器本体(100)的高径比为(2～2.5)：1。

5.根据权利要求1所述的一种铁系-芬顿难降解废水处理反应器，其特征在于：所述布水装置(200)是一种环形旋流布水装置，所述布水装置(200)包括布水主管(210)和若干布水支管(220)，布水主管(210)与布水支管(220)之间的夹角α为45°～60°。

6.根据权利要求1所述的一种铁系-芬顿难降解废水处理反应器，其特征在于：所述三相分离装置(300)的投影面积与反应器本体(100)的横截面积之间的比例为1：(2～4)，并且三相分离器(300)中的气管直径为40mm～100mm。

7.根据权利要求3所述的一种铁系-芬顿难降解废水处理反应器，其特征在于：所述第一搅拌桨叶(4101)、第二搅拌桨叶(4201)和第三搅拌桨叶(4301)的长度相同，并且第一搅拌桨叶(4101)、第二搅拌桨叶(4201)和第三搅拌桨叶(4301)的长度与反应器本体(100)的直径之间的比例为1：(4～6)；

或者，所述第一搅拌桨叶(4101)的数量N1与第三搅拌桨叶(4301)的数量N3为2～3，第二搅拌桨叶(4201)的数量N2为3～4。

8.根据权利要求3所述的一种铁系-芬顿难降解废水处理反应器，其特征在于：所述第一搅拌桨叶(4101)距离三相分离装置(300)的距离为400mm～800mm，第二搅拌桨叶(4201)位于反应器本体(100)的2/5～3/5的高度处，第三搅拌桨叶(4301)距离布水装置(200)的距离为400mm～600mm。

9.根据权利要求5所述的一种铁系-芬顿难降解废水处理反应器，其特征在于：所述布水主管(210)的直径为50mm～100mm，所述布水支管(220)的直径为25mm～50mm，并且布水支管(220)的数量为4～8组。

10.一种铁系-芬顿难降解废水处理方法，其特征在于：采用根据权利要求1-9中任一项所述的一种铁系-芬顿难降解废水处理反应器进行处理，其中废水在反应器本体中的总水力停留时间为2～4h，并且废水的搅拌投影面积为反应器本体的横截面积的10％～25％。

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