CN113562900B - 一种处理非均相组合式类芬顿氧化的装置及使用方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种非均相组合式类芬顿氧化的处理装置，包括一级芬顿罐、沉淀罐、紫外催化器、缓冲罐、二级芬顿罐和收集罐，所述一级芬顿罐的一侧上方与沉淀罐连通设置，所述沉淀罐的下方设置有螺杆泵，所述沉淀罐通过螺杆泵与一级芬顿罐回流设置，所述沉淀罐的上方与紫外催化器连通设置，所述紫外催化器与缓冲罐连通设置，所述缓冲罐通过提升泵Ⅱ与二级芬顿罐连通设置，所述二级芬顿罐与收集罐连通设置，所述收集罐通过循环泵与紫外催化器回流设置。本发明通过螺杆泵将沉淀罐与一级芬顿罐回流设置，再通过循环泵将收集罐与紫外催化器回流设置，使沉淀物及金属元素进行回流，从而降低了金属元素的使用量，提高了金属元素的利用率。

Description

一种处理非均相组合式类芬顿氧化的装置及使用方法
技术领域
本发明属于废水处理技术领域，具体涉及一种处理非均相组合式类芬顿氧化的装置及使用方法。
背景技术
全世界每年有4200多亿吨的污水排入江河湖海，污染了约5.5万亿m³的淡水，污水中的酸、碱、氧化剂，以及铜、镉、汞、砷等化合物，苯、二氯乙烷、乙二醇等有机毒物，会毒死水生生物，影响饮用水源、伤害人体健康。污水中的有机物被微生物分解时消耗水中的氧，影响水生生物的生命，水中溶解氧耗尽后，有机物进行厌氧分解，产生硫化氢、硫醇等恶臭气体，使水质进一步恶化。随着污染防治不断研究，水体污染形势依然很严峻，尤其以各类工厂企业的生产废水最为复杂，工业废水浓度高、生物难降解、甚至具有高毒性、高致癌、高致畸性等特点，而使用传统的生化法不仅难降解，甚至菌泥在处理过程中不断地中毒死亡，处理效果极差。
目前高级氧化技（Advanced Oxidation Processes，简称AOPs）是20世纪80年代开始形成的处理有毒污染物技术，通过反应产生羟基自由基(OH·），使之具有极强的氧化性，通过自由基反应能够将有机污染物有效的分解，甚至彻底的转化为无害的无机物，如二氧化碳和水等，且高级氧化技术主要分为芬顿氧化法、光催化氧化发、臭氧氧化法、超声氧化法、湿式氧化法和超临界氧化法等，尤其是芬顿氧化具有氧化性强、操作简便、常温常压即可快速链式自由基反应，铁盐与双氧水均属于环境友好型药剂等的特点而备受青睐，然而传统芬顿氧化对污染物质无选择性，易受本底物质影响，且传统的芬顿氧化需在酸性条件下进行，而实际上工业废水大多偏弱碱性，需要进行中和反应，即调节pH值，反应完成后同样还需回调pH值，以达到废水排放的标准，需耗费大量的酸碱，浪费资源且成本较高。
现阶段已有过硫酸盐高级氧化技术进行废水处理，过硫酸盐高级氧化技术是以硫酸根自由基（SO4-·）为主要活性物质来降解污染物的新型AOPs方法，过硫酸盐本身氧化污染物的能力有限，但在声、光、热以及过渡金属元素等条件下，过硫酸盐可被活化分解为硫酸根自由基，其氧化还原电位为2.5～3.1V，可降解水中大部分污染物质，并且作用pH范围宽松，但由于硫酸根自由基的选择性低，故对部分污染物无法去除。
经过检索，中国专利文献公告号CN213231872U，公告日2021年05月18日，公开了改进的芬顿、类芬顿体系去除水中有机污染物的方法，文中提出“包括pH调节组件，所述pH调节组件左端通过阀门连接进水管道，其pH调节组件包括进水流量计、加酸容器罐、第一混合器和pH计，pH调节组件右端通过管道连接芬顿氧化反应器，所述芬顿氧化反应器右端通过管道连接脱碳膜组件”，此现有技术虽然利用紫外辐照促进Fe3+/Fe2+转化，减少Fe2+的投加量和铁泥的产生量，但是此现有技术并没有消除铁泥的产生，也没有利用铁泥回收来减少Fe2+的投加量。
经过检索，中国专利文献公告号CN102910725A，公告日2013年02月06日，公开了改进的芬顿、类芬顿体系去除水中有机污染物的方法，文中提出“一、调节pH值：将预处理过的含有机污染物的水进行pH调节；二、混合反应：将芬顿试剂或类芬顿试剂与改进剂加入步骤一经过pH调节后的水中混合反应，即完成水中有机污染物的去除。”此现有技术是利用镧系稀土元素离子作为强化型催化剂，提高了芬顿氧化的pH适用范围，并针对改进了现存芬顿、类芬顿氧化体系双氧水利用率低，药剂用量多、铁泥量大与矿化低效等问题。但此现有技术由于强化剂引入了贵重稀有的镧系稀有金属元素外，更引入了铜、锰等非环境友好型重金属离子，故在废水量较大的情况下，除了成本较高外，还引入了重金属离子加重了下游处理的难度和成本，使得重金属离子的排放总量超标。
综上所述，现阶段传统芬顿氧化处理碱性有机污染物废水（主要含二氯甲烷、甲苯）高pH值效果差、选择性低、矿化不完全、需大量酸碱调节pH的问题。为此，需要一种新的设计方案来解决上述技术问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种处理非均相组合式类芬顿氧化的装置及使用方法，以解决上述背景技术中提出的现阶段芬顿氧化处理，高pH值效果差，选择性低，矿化不完全，成本高的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种非均相组合式类芬顿氧化的处理装置，包括一级芬顿罐、沉淀罐、紫外催化器、缓冲罐、二级芬顿罐和收集罐，所述一级芬顿罐的一侧下方设置有提升泵Ⅰ，所述一级芬顿罐的另一侧上方与沉淀罐连通设置，所述一级芬顿罐的顶部设置有自动加药机，所述一级芬顿罐的内部设置有轴流式搅拌器，其特征在于，所述沉淀罐的下方设置有螺杆泵，所述沉淀罐通过螺杆泵与一级芬顿罐回流设置，所述沉淀罐的上方与紫外催化器连通设置，所述紫外催化器的内部设置有紫外灯，所述紫外催化器与缓冲罐连通设置，所述缓冲罐的一侧设置有提升泵Ⅱ，所述缓冲罐通过提升泵Ⅱ与二级芬顿罐连通设置，所述二级芬顿罐的内部设置有混合搅拌器，所述二级芬顿罐与收集罐连通设置，所述收集罐通过循环泵与紫外催化器回流设置，所述收集罐的一侧设置有收集池。
一种非均相组合式类芬顿氧化处理装置的使用方法，包括非均相组合式类芬顿氧化的处理装置，其特征在于，所述使用方法的具体步骤如下：
1）配置预混料：将0.1-0.3mm铁粉与氧化亚铁粉末按照质量比8～10：1进行混合制成预混料；
2）制备废水溶液：将经过除渣、隔油以及脱盐形成预处理的废水，通过提升泵Ⅰ打入至一级芬顿罐底部，同时通过以0.7-1.0L/h流速的计量泵将按照重量5-15%的过硫酸钠溶液加入至一级芬顿罐内，并在一级芬顿罐顶部通过自动加药机加入预混料，首次预混料加入量为8～10g/L，后期通过定期检测铁粉与氧化亚铁粉末的含量及两者之比确定预混料的加入量，再开启轴流式搅拌器进行混合搅拌，并使水力停留维持在100～150min，形成废水溶液，从而使废水溶液中Fe0固形物含量小于5.0g/L；
3）转化回流处理：将废水溶液经一级芬顿罐顶部溢流至沉淀罐中形成分层，上层为清液由沉淀罐溢流至紫外催化器内，经过紫外灯促进清液10～15s的转化，下层为沉淀物通过螺杆泵每小时回流4-6min/次至一级芬顿罐内；
4）氧化回流处理：将转化后的清液溢流至缓冲罐中，通过提升泵Ⅱ打入至二级芬顿罐内，同时通过以12-20L/h流速的计量泵将按照重量5-15%的双氧水溶液加入至二级芬顿罐内，开启混合搅拌器进行混合搅拌形成氧化水溶液，氧化水溶液溢流至收集罐中，并对氧化水溶液进行COD值检测，COD值在750 mg/L以下溢流至收集池中，COD值在750 mg/L以上则通过循环泵回流至紫外催化器内。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1.本发明通过螺杆泵将沉淀罐与一级芬顿罐回流设置，再通过循环泵将收集罐与紫外催化器回流设置，使产生的沉淀物及未完全转化的金属元素进行回流处理，回流率控制在20-40%之间，保证了金属元素能够充分进行转化，从而降低了金属元素的使用量，提高了金属元素的利用率。
2.本发明采用成本较低且对环境友好的铁元素作为强化剂，不仅提高了芬顿氧化的pH适用范围，而且提高了对污染物质的选择性，通过回流的设置，不仅降低了药剂和铁泥的使用量，而且降低了处理成本，同时又提高了双氧水的利用率，有效地提高了废水处理的效率，使得矿化更加完全。
3.本发明通过沉淀罐对废水溶液中液体和铁泥进行分离，使液体得以进入紫外催化器中促进金属元素的转化，而铁泥则会回流至一级芬顿罐继续进行搅拌混合，从而降低了铁泥的使用量，有效地提高了铁元素的利用率。
4.本发明通过对收集罐中的氧化水溶液进行定时检测，检测COD值高于标准值时则通过循环泵将氧化水溶液回流至紫外催化器对铁元素继续转化，直至COD值低于标准值才能流入收集池中，有效地提高废水处理的质量和效率。
附图说明
图1为本发明的处理装置流程结构示意图。
其中：1、一级芬顿罐；2、沉淀罐；3、紫外催化器；4、缓冲罐；5、二级芬顿罐；6、收集罐；7、提升泵Ⅰ；8、自动加药机；9、螺杆泵；10、紫外灯；11、提升泵Ⅱ；12、循环泵；13、收集池。
具体实施方式
以下实施例用来进一步说明本发明的内容，并不限制本发明的应用。
实施例1：（以COD值低于标准值为例）
请参阅图1，一种处理非均相组合式类芬顿氧化的装置及使用方法，包括一级芬顿罐1、沉淀罐2、紫外催化器3、缓冲罐4、二级芬顿罐5和收集罐6，在一级芬顿罐1的一侧下方设置有用于废水打入一级芬顿罐1的提升泵Ⅰ7，在一级芬顿罐1的另一侧上方通过管道与沉淀罐2连通设置，且在一级芬顿罐1的顶部设置有用于加入预混料至一级芬顿罐1内的自动加药机8，而一级芬顿罐1的内部设置有用于搅拌的轴流式搅拌器，沉淀罐2的下方设置有用于沉淀物回流的螺杆泵9，螺杆泵9通过管道与一级芬顿罐1连通设置，使沉淀物能够在螺杆泵9的抽动下回流至一级芬顿罐1内，再次进行混合反应，从而降低了铁泥的使用量，有效地提高了铁元素的利用率，所述沉淀罐2一侧的上方通过管道与紫外催化器3一侧连通设置，紫外催化器3的内部设置有用于促进铁元素转化的紫外灯10，使铁元素在紫外灯10的照射下提高转化率，紫外催化器3的另一侧通过管道与缓冲罐4连通设置，缓冲罐4的一侧设置有用于处理后废水打进二级芬顿罐5的提升泵Ⅱ11，缓冲罐4通过提升泵Ⅱ11与二级芬顿罐5连通设置，二级芬顿罐5的内部设置有用于搅拌的混合搅拌器，二级芬顿罐5通过管道与收集罐6连通设置，收集罐6通过管道连通设置有用于未完全转化金属元素回流的循环泵12，循环泵12通过管道与紫外催化器3连通设置，使未完全转化金属元素能够在循环泵12的抽动下回流至紫外催化器3内，再次进行转化，从而降低了铁泥的使用量，有效地提高了铁元素的利用率，而收集罐6的一侧设置有用于收集处理好的废水的收集池13，使芬顿氧化处理后的废水进行收集再利用。
当需要处理废水时，首先选取88g0.15mm铁粉与13g氧化亚铁粉末进行混合制成131g/L预混料，预混料需经自动加药机8加入一级芬顿罐1内，而预混料末首次添加量为8～10g/L，后期添加量通过定期检测Fe2+与Fe3+含量及两者之比来确定，即Fe2+：Fe3+≤1：4，若Fe2+加Fe3+总溶出量低于50mmol/L时，就需再次添加预混料，添加预混料后废水溶液中Fe0固形物含量在5.0g/L以上。
再将经过除渣、隔油以及脱盐形成预处理的废水，通过提升泵Ⅰ7打入至一级芬顿罐1底部，同时通过以0.7-1.0L/h流速的计量泵将30mL过硫酸钠溶液加入至一级芬顿罐1内，并在一级芬顿罐1顶部通过自动加药机8加入8.5g/L预混料，开启轴流式搅拌器进行混合搅拌，并使水力停留108min后形成废水溶液；而后将废水溶液经一级芬顿罐1顶部溢流至沉淀罐2中形成分层，上层为清液，下层为沉淀物（即铁泥），而后上层清液会由沉淀罐2溢流至紫外催化器3内，经过紫外灯10对清液中铁元素进行11s的转化处理，而下层沉淀物则会通过螺杆泵9以每小时回流5min/次至一级芬顿罐1内，此时沉淀物会与预处理的废水及过硫酸钠溶液配置成废水溶液，溢流至沉淀罐2中继续循环反应，当一级芬顿罐1内的预混料总溶出量低于50mmol/L时，再次添加4.8g/L预混料，从而保证废水溶液中Fe0固形物含量在5.0g/L以上；然后将转化后的清液溢流至缓冲罐4中，通过提升泵Ⅱ11打入至二级芬顿罐5底部，同时通过以12-20L/h流速的计量泵将30mL双氧水溶液加入至二级芬顿罐5内，开启混合搅拌器进行混合搅拌，并使水力停留30min后，形成氧化水溶液，而后将氧化水溶液经二级芬顿罐5顶部溢流至收集罐6中，并对收集罐6中的氧化水溶液进行COD值检测，当COD值在750 mg/L以下氧化水溶液经由收集罐6溢流至收集池13。
实施例2：（以COD值高于标准值为例）
请参阅图1，一种处理非均相组合式类芬顿氧化的装置及使用方法，包括一级芬顿罐1、沉淀罐2、紫外催化器3、缓冲罐4、二级芬顿罐5和收集罐6，当需要处理废水时，将预处理的废水通过提升泵Ⅰ7打入至一级芬顿罐1底部，同时将30mL过硫酸钠溶液加入至一级芬顿罐1内，并在一级芬顿罐1顶部通过自动加药机8加入8.5g/L预混料，开启轴流式搅拌器进行混合搅拌，并使水力停留108min后形成废水溶液；而后将废水溶液经一级芬顿罐1顶部溢流至沉淀罐2中形成分层，上层为清液，下层为沉淀物（即铁泥），而后上层清液会由沉淀罐2溢流至紫外催化器3内，经过紫外灯10对清液中铁元素进行11s的转化处理，而下层沉淀物则会通过螺杆泵9以每小时回流5min/次至一级芬顿罐1内，此时沉淀物会与预处理的废水及过硫酸钠溶液配置成废水溶液，溢流至沉淀罐2中继续循环反应；然后将转化后的清液溢流至缓冲罐4中，通过提升泵Ⅱ11打入至二级芬顿罐5底部，同时将30mL双氧水溶液加入至二级芬顿罐5内，开启混合搅拌器进行混合搅拌，并使水力停留30min后，形成氧化水溶液，而后将氧化水溶液经二级芬顿罐5顶部溢流至收集罐6中，并对收集罐6中的氧化水溶液进行COD值检测，当COD值在750 mg/L以上则通过循环泵12回流至紫外催化器3内，且回流率控制在20-40%之间，再次经过紫外灯10对氧化水溶液中铁元素进行13s的转化处理，再溢流至缓冲罐4中继续循环反应。
实施例3：
请参阅图1，一种处理非均相组合式类芬顿氧化的装置及使用方法，包括一级芬顿罐1、沉淀罐2、紫外催化器3、缓冲罐4、二级芬顿罐5和收集罐6，当二级芬顿罐5反应完成后尾水的pH值出现偏差时，可使用少量酸碱进行调节，使pH值在6～9之间。

Claims (9)

1.一种非均相组合式类芬顿氧化的处理装置，包括一级芬顿罐、沉淀罐、紫外催化器、缓冲罐、二级芬顿罐和收集罐，所述一级芬顿罐的一侧上方与沉淀罐连通设置，其特征在于，所述沉淀罐的下方设置有螺杆泵，所述沉淀罐通过螺杆泵与一级芬顿罐回流设置，所述沉淀罐的上方与紫外催化器连通设置，所述紫外催化器与缓冲罐连通设置，所述缓冲罐通过提升泵Ⅱ与二级芬顿罐连通设置，所述二级芬顿罐与收集罐连通设置，所述收集罐通过循环泵与紫外催化器回流设置；
所述非均相组合式类芬顿氧化的处理装置的使用方法如下：
1）配置预混料：将0.1-0.3mm铁粉与氧化亚铁粉末按照质量比8～10：1进行混合制成预混料；
2）制备废水溶液：将废水和过硫酸钠溶液通过提升泵Ⅰ打入至一级芬顿罐内，同时通过自动加药机加入预混料，开启轴流式搅拌器进行混合搅拌形成废水溶液；
3）转化回流处理：将废水溶液溢流至沉淀罐中形成分层，上层为清液溢流至紫外催化器内经过紫外灯促进清液的转化，下层为沉淀物通过螺杆泵回流至一级芬顿罐内；
4）氧化回流处理：将转化后的清液溢流至缓冲罐中，通过提升泵Ⅱ打入至二级芬顿罐内，同时加入双氧水溶液，开启混合搅拌器进行混合搅拌形成氧化水溶液，氧化水溶液溢流至收集罐中，并对氧化水溶液进行COD值检测，COD值在750 mg/L以下溢流至收集池中，COD值在750 mg/L以上则通过循环泵回流至紫外催化器内。
2.根据权利要求1所述的一种非均相组合式类芬顿氧化的处理装置，其特征在于，所述一级芬顿罐的一侧下方设置有提升泵Ⅰ，所述一级芬顿罐的顶部设置有自动加药机，所述一级芬顿罐的内部设置有轴流式搅拌器。
3.根据权利要求1所述的一种非均相组合式类芬顿氧化的处理装置，其特征在于，所述二级芬顿罐的内部设置有混合搅拌器。
4.根据权利要求1所述的一种非均相组合式类芬顿氧化的处理装置，其特征在于，所述紫外催化器的内部设置有紫外灯。
5.根据权利要求1所述的一种非均相组合式类芬顿氧化的处理装置，其特征在于，所述收集罐的一侧设置有收集池。
6.根据权利要求1所述的一种非均相组合式类芬顿氧化的处理装置，其特征在于，步骤2中，废水需经过除渣、隔油以及脱盐形成预处理的废水打入至一级芬顿罐内。
7.根据权利要求1所述的一种非均相组合式类芬顿氧化的处理装置，其特征在于，步骤2中，过硫酸钠溶液按照5-15%的重量通过计量泵加入至一级芬顿罐内，计量泵的流量控制在0.7-1.0L/h，而预混料首次加入量为8～10g/L，后期通过定期检测铁粉与氧化亚铁粉末的含量及两者之比确定预混料的加入量。
8.根据权利要求1所述的一种非均相组合式类芬顿氧化的处理装置，其特征在于，步骤3中，清液进入紫外催化器内停留时间为10～15s，沉淀物通过螺杆泵每小时回流一次，每次回流时间为4-6min。
9.根据权利要求1所述的一种非均相组合式类芬顿氧化的处理装置，其特征在于，步骤4中，双氧水溶液按照5-15%的重量通过计量泵加入至二级芬顿罐内，计量泵的流量控制在12-20L/h。
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