CN115448508A - 一种超声辅助芬顿-混凝沉淀处理氯乙酸生产废水装置及其方法 - Google Patents

一种超声辅助芬顿-混凝沉淀处理氯乙酸生产废水装置及其方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种超声辅助芬顿‑混凝沉淀处理氯乙酸生产废水装置及其方法，包括调节池、超声芬顿氧化池、中和池、沉淀池、第一搅拌器、第二搅拌器、第三搅拌器、第一循环泵、第二循环泵、超声系统控制电脑、超声棒、排泥管、出水管；其中，调节池、超声芬顿氧化池、中和池、沉淀池经管道连接贯通；调节池、超声芬顿氧化池之间的管道上设有第一循环泵，超声芬顿氧化池、中和池之间的管道上设有第二循环泵；通过本发明，能够实现对氯乙酸生产废水的有效处理。

Description

一种超声辅助芬顿-混凝沉淀处理氯乙酸生产废水装置及其 方法
技术领域
本发明涉及一种超声辅助芬顿-混凝沉淀处理氯乙酸生产废水装置及其方法，属于环境工程学科中的污水处理技术领域。
背景技术
氯乙酸是一种很重要的精细化工产品，在有机化工方面也是重要的中间体。目前国内外生产氯乙酸的主要方法为乙酸催化氯化法，该反应的转化率较低，且生产过程中氯乙酸生产废水的排放量较大。氯乙酸生产废水排放量大、毒性强、有机物含量高且难于降解，其中的一氯乙酸、二氯乙酸、三氯乙酸等对人体具有很高的致癌风险。
现阶段，Fenton法对污染物的去除已得到了普遍的研究和发展。Fenton氧化法是一种典型的过渡金属离子催化氧化反应。在酸性条件下，过氧化氢（H2O2）被Fe2+催化生成大量的羟基自由基（•OH）。•OH的氧化能力极强，其氧化电位为2.80，仅次于氧化电位为3.03的单质氟，其氧化反应速率比O3（氧化电位为2.07）快10.6~10.12倍。•OH能将大多数有机污染物矿化，使其最终转化为无污染的H2O和CO2。另外，•OH还对顽固性、生物法或者常规的处理技术难以去除的有机物具有更强的降解能力及较高的去除效率。Fenton氧化技术具有氧化性强，处理效果好等特点，已被广泛应用于工业废水、生活污泥等高浓度难降解基质的处理。但是，Fenton试剂的投加量大，传质效果差且H2O2利用率不高等缺点，使其难以推广。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术中所存在问题，提供一种超声辅助芬顿-混凝沉淀处理氯乙酸生产废水装置及其方法。
本发明的目的是这样实现的：一种超声辅助芬顿-混凝沉淀处理氯乙酸生产废水装置，其特征是，包括调节池、超声芬顿氧化池、中和池、沉淀池、第一搅拌器、第二搅拌器、第三搅拌器、第一循环泵、第二循环泵、超声系统控制电脑、超声棒、排泥管、出水管；
其中，调节池、超声芬顿氧化池、中和池、沉淀池经管道连接贯通；调节池、超声芬顿氧化池之间的管道上设有第一循环泵，超声芬顿氧化池、中和池之间的管道上设有第二循环泵；
所述第一搅拌器安装于调节池上，第一搅拌器的搅拌叶置于调节池内；所述第二搅拌器安装于超声芬顿氧化池上，第二搅拌器的搅拌叶置于超声芬顿氧化池内；所述第三搅拌器安装于中和池上，第三搅拌器的搅拌叶置于中和池内；
所述超声棒置于超声芬顿氧化池内，超声系统控制电脑设置于超声芬顿氧化池外，且超声棒与超声系统控制电脑经导线连接；所述排泥管设置于沉淀池的底部，出水管设置于沉淀池的侧壁。
所述超声棒工作参数覆盖频率为20kHz-28kHz，功率密度为0.6W/cm2-0.8W/cm2。
所述中和池与沉淀池连接的管道，管道一端与中和池贯通，另一端延伸于沉淀池内，且管道出口位于沉淀池内底部中间上方。
利用一种超声辅助芬顿-混凝沉淀处理氯乙酸生产废水装置进行氯乙酸生产废水处理的方法，包括以下步骤：
步骤1）、在调节池内，开启第一搅拌器，第一搅拌器的搅拌叶将废水与硫酸、氢氧化钠搅拌均匀，从而调节废水的pH；
步骤2）、通过第一循环泵将经步骤1）处理后的废水加入超声芬顿反应池中，再往超声芬顿反应池内加入过氧化氢和亚铁离子盐，开启第二搅拌器，第二搅拌器的搅拌叶搅拌废水、过氧化氢、亚铁离子盐，利用超声系统控制电脑控制超声棒频率对废水、过氧化氢、亚铁离子盐进行超声，超声作用一段时间；
步骤3）、反应完成后，废水通过第二循环泵进入中和池，启动第三搅拌器，在中和池内利用氢氧化钙将废水pH调至碱性产生沉淀；
步骤4）、接着废水进入沉淀池静置，废水进入沉淀池静置沉淀后，废水中的铁泥通过排泥管排出，上层澄清液从出水管流出。
所述亚铁离子盐为硫酸亚铁。
步骤1）中，废水中COD的含量约为15000，过氧化氢和COD的质量比为1:0.3~3，Fe2+和H2O2的摩尔比为1:20~80。
所述超声棒均匀布置浸没在氯乙酸生产废水中，超声棒工作参数覆盖频率为20kHz-28kHz，功率密度为0.6W/cm2-0.8W/cm2。
本发明方法先进科学，通过本发明，结构上包括调节池、超声芬顿氧化池、中和池和沉淀池；调节池、超声芬顿氧化池、中和池均设有搅拌器（分别为第一搅拌器、第二搅拌器、第三搅拌器）；废水通过循环泵（报第一循环泵、第二循环泵）进入各池中；超声系统控制电脑控制超声棒，超声棒均匀浸没在超声芬顿氧化池的两侧，超声棒侧壁有超声发生器。其中，在调节池，利用第一搅拌器将废水与硫酸、氢氧化钠搅拌均匀，从而废水的pH为2~6。通过第一循环泵将上述废水加入超声芬顿反应池中，加入过氧化氢和亚铁离子盐，利用超声系统控制电脑控制超声棒频率，超声作用30~120min，同时开启第二搅拌器。反应完成后，废水通过第二循环泵进入中和池，利用氢氧化钙将废水pH调至7~8产生沉淀。废水进入沉淀池静置沉淀后，铁泥通过排泥管排出，上层澄清液从出水管流出。
本发明中，调节池采用硫酸和氢氧化钠调节pH。超声棒浸没在氯乙酸生产废水的两侧，超声棒工作参数覆盖频率为20kHz-28kHz，功率密度为0.6W/cm2-0.8W/cm2。过氧化氢和COD的质量比为1:0.3~3，Fe2+和H2O2的摩尔比为1:20~80。中和池用氢氧化钙调节pH产生沉淀。
综上，本发明方案包括如下步骤：1）在调节池中利用硫酸和氢氧化钠调节废水的pH。2）将上述废水加入超声芬顿反应池中，加入过氧化氢和亚铁离子盐，超声作用30~120min，同时开启搅拌器。3）反应完成后进入中和池，利用氢氧化钙将废水pH调至碱性产生沉淀。4）进入沉淀池，静置，固液分离，即可完成废水处理。氯乙酸废水排放量大、毒性强、有机物含量高且难于降解。芬顿法是利用芬顿试剂(Fe2+和H2O2)产生的强氧化性游离基·OH使染料分子断键而脱色，是水处理界研究热点之一。超声降解作为一种新型废水处理技术之一，其降解条件温和，降解速率快，适用范围广，可以单独或与其他水处理技术联合使用，对有机物的处理更直接，能将水体中有害有机物转变成CO2、H2O、无机离子，且没有二次污染，是一种较有前途的废水处理方法。
通过本发明，超声辅助芬顿氧化处理氯乙酸生产废水的协同效应主要表现为三个方面：（1）US的空化效应能使反应体系处于超临界状态，有利于催化H2O2分解产生•OH，增加了体系中•OH的含量，使氧化程度更高；（2）US的机械效应起到搅拌和传质作用，促进反应物、氧化自由基在溶液中的扩散，提高了•OH与污染物充分接触的可能性；（3）Fenton反应中的H2O2会分解产生氧气，使得体系处于气体饱和状态，有利于超声空化效应的产生；另外，Fe2+的加入会促进空化气泡内部产生更多的•OH。
本发明提供的超声辅助芬顿-混凝沉淀处理氯乙酸生产废水装置及其方法，氯乙酸生产废水依次经过超声芬顿氧化工艺、混凝沉淀工艺。该系统包括依次连接的调节池、超声芬顿氧化池、中和池和混凝沉淀池。在调节池内调节废水的pH，后在超声芬顿氧化池内进行有机物的氧化降解反应，废水进入中和池后将pH调至7左右，在经过混凝沉淀池去除水中的悬浮物质。本发明实现氯乙酸生产废水出水CODCr≤5000 mg/L，适用于氯乙酸生产废水的预处理。
采用超声辅助芬顿-混凝沉淀处理氯乙酸生产废水的工艺处理氯乙酸生产废水，出水CODCr为4000～5000 mg/L，可满足后期生物降解进水CODCr浓度的要求，并可降低药剂的使用和处理铁泥的费用。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图中：A调节池、B超声芬顿氧化池、C中和池、D沉淀池、1-1第一搅拌器、1-2第二搅拌器、1-3第三搅拌器、2-1第一循环泵、2-2第二循环泵、3超声系统控制电脑、4超声棒、5排泥管、6出水管。
具体实施方式
下面通过具体实施例对本发明所述的技术方案给予进一步详细的说明。
一种超声辅助芬顿-混凝沉淀处理氯乙酸生产废水装置，包括调节池A、超声芬顿氧化池B、中和池C、沉淀池D、第一搅拌器1-1、第二搅拌器1-2、第三搅拌器1-3、第一循环泵2-1、第二循环泵2-2、超声系统控制电脑3、超声棒4、排泥管5、出水管6；其中，调节池A、超声芬顿氧化池B、中和池C、沉淀池D经管道连接贯通；调节池A、超声芬顿氧化池B之间的管道上设有第一循环泵2-1，超声芬顿氧化池B、中和池C之间的管道上设有第二循环泵2-2；
所述第一搅拌器1-1安装于调节池A上，第一搅拌器1-1的搅拌叶置于调节池A内；所述第二搅拌器1-2安装于超声芬顿氧化池B上，第二搅拌器1-2的搅拌叶置于超声芬顿氧化池B内；所述第三搅拌器1-3安装于中和池C上，第三搅拌器1-3的搅拌叶置于中和池C内；
所述超声棒4置于超声芬顿氧化池B内，超声系统控制电脑3设置于超声芬顿氧化池B外，且超声棒4与超声系统控制电脑3经导线连接；所述排泥管5设置于沉淀池D的底部，出水管6设置于沉淀池D的侧壁。
在设计时，中和池C与沉淀池D连接的管道，管道一端与中和池C贯通，另一端延伸于沉淀池D内，且管道出口位于沉淀池D内底部中间上方。
进行氯乙酸生产废水处理的时，方法包括以下步骤：
步骤1）、在调节池A内，开启第一搅拌器1-1，第一搅拌器1-1的搅拌叶将废水与硫酸、氢氧化钠搅拌均匀，从而调节废水的pH；
步骤2）、通过第一循环泵2-1将经步骤1）处理后的废水加入超声芬顿反应池B中，再往超声芬顿反应池B内加入过氧化氢和亚铁离子盐，开启第二搅拌器1-2，第二搅拌器1-2的搅拌叶搅拌废水、过氧化氢、亚铁离子盐，利用超声系统控制电脑3控制超声棒4频率对废水、过氧化氢、亚铁离子盐进行超声；
步骤3）、反应完成后，废水通过第二循环泵2-2进入中和池C，在中和池C内利用氢氧化钙将废水pH调至碱性产生沉淀；
步骤4）、接着废水进入沉淀池D静置，废水进入沉淀池D静置沉淀后，废水中的铁泥通过排泥5管排出，上层澄清液从出水管6流出。
所述亚铁离子盐为硫酸亚铁。
步骤1）中，废水中COD的含量约为15000，过氧化氢和COD的质量比为1:0.3~3，Fe2+和H2O2的摩尔比为1:20~80。
所述超声棒4均匀布置浸没在氯乙酸生产废水中，超声棒4工作参数覆盖频率为20kHz-28kHz，功率密度为0.6W/cm2-0.8W/cm2。
在实际操作时，氯乙酸生产废水在调节池A将pH调至2~6后，通过第二循环泵2-2进入超声芬顿氧化池B。向超声芬顿反应池B中加入过氧化氢和Fe2+，同时打开超声棒4和第二搅拌器1，反应结束后进入中和池C，用氢氧化钙将pH调至7~8，之后利用循环泵2使废水进入沉淀池D静置沉淀。
调节池A利用第一搅拌器将投加的药剂和废水搅拌均匀，控制废水的pH。
第一循环泵2-1、第二循环泵2-2均采用流量可控的水泵。
超声棒4均匀浸没在调节pH后的氯乙酸生产废水中，超声棒4工作参数覆盖频率为20kHz-28kHz，功率密度为0.6W/cm2-0.8W/cm2。过氧化氢和COD的质量比为1：0.3~3，Fe2+和H2O2的摩尔比为1：20~80。
超声芬顿氧化池C中超声棒4采用插入式工作方式，均匀设置在超声芬顿氧化池C之中，根据氧化池C的尺寸，选择合适功率的超声棒4，使其覆盖频率为20kHz-28kHz之间。由超声系统控制电脑3控制超声时间在0.5h-1h之间，功率密度为0.6W/cm2-0.8W/cm2之间。
中和池C中加入氢氧化钙，待反应完全后进入沉淀池D）。
沉淀池D选用的是溢流结构，经过重力沉降之后的氯乙酸生产废水进入上方溢流口通过出水管6流出。
采用本发明所述装置的超声辅助芬顿氧化的氯乙酸生产废水预处理工艺如下：
一种超声辅助芬顿-混凝沉淀处理氯乙酸生产废水的工艺，在调节池A投加硫酸和氢氧化钠，同时打开第一搅拌器1-1，将氯乙酸生产废水的pH调至2~6。之后，通过第一循环泵2-1将调节池A中的废水提升进入超声芬顿氧化池B。向超声芬顿氧化池B中加入药剂，过氧化氢和COD的质量比为1:0.3~3，Fe2+和H2O2的摩尔为1:20~80，同时打开超声棒4和第二搅拌器1-2。超声系统控制电脑3控制超声棒4的功率密度为0.6W/cm2-0.8W/cm2。超声0.5h-2h后，将超声芬顿氧化池B中的水通过第二循环泵1-2打入中和池C，在中和池C中加入氢氧化钙，利用第三搅拌器1-3将药剂与废水充分混合，使处理后废水的pH为7~8。之后废水通过溢流口进入沉淀池D。在沉淀池D中，硫酸钙和氢氧化铁沉淀下来通过排泥口5排出，上层澄清液从出水管6流出。
实施例1
在调节池A，向氯乙酸生产废水中投加硫酸和氢氧化钠，同时打开第一搅拌器1-1，将氯乙酸生产废水的pH调至3。之后，通过第一循环泵2将调节池A中的废水提升进入超声芬顿氧化池B。向超声芬顿氧化池B中加入药剂，过氧化氢和COD的质量比为1:3，Fe2+和H2O2的摩尔比为1:80，同时打开超声棒4和第二搅拌器1-2。超声系统控制电脑3控制超声棒4的功率密度为0.6W/cm2。超声1h后，将超声芬顿氧化池B中的水通过第二循环泵2-2打入中和池C，在中和池C中加入氢氧化钙，利用第三搅拌器1-3将药剂与废水充分混合，使处理后废水的pH为8。之后废水通过溢流口进入沉淀池D。在沉淀池D中，硫酸钙和氢氧化铁沉淀下来通过排泥口5排出，上层澄清液从出水管6流出，测定出水管出水污染物的去除率为65.14%。
对于同样的废水，在相同情况下，加入等量的硫酸亚铁和过氧化氢，但未施加超声波作用，在相同时间里，污染物的去除率下降了47%左右。
实施例2
在调节池A，向氯乙酸生产废水中投加硫酸和氢氧化钠，同时打开第一搅拌器1-1，将氯乙酸生产废水的pH调至3。之后，通过第一循环泵2-1将调节A中的废水提升进入超声芬顿氧化池B。向超声芬顿氧化池B中加入药剂，过氧化氢和COD的质量比为1:2，Fe2+和H2O2的摩尔比为1:25，同时打开超声棒4和第二搅拌器1-2。超声系统控制电脑3控制超声棒4的功率密度为0.6W/cm2。超声1h后，将超声芬顿氧化池B中的水通过第二循环泵2-2打入中和池C，在中和池C中加入氢氧化钙，利用第三搅拌器1-3将药剂与废水充分混合，使处理后废水的pH为8。之后废水通过溢流口进入沉淀池D。在沉淀池D中，硫酸钙和氢氧化铁沉淀下来通过排泥口5排出，上层澄清液从出水管6流出，测定出水管出水污染物的去除率为73.21%。
对于同样的废水，在相同情况下，加入等量的硫酸亚铁和过氧化氢，但未施加超声波作用，在相同时间里，污染物的去除率下降了50%左右。

Claims (7)

1.一种超声辅助芬顿-混凝沉淀处理氯乙酸生产废水装置，其特征是，包括调节池（A）、超声芬顿氧化池（B）、中和池（C）、沉淀池（D）、第一搅拌器（1-1）、第二搅拌器（1-2）、第三搅拌器（1-3）、第一循环泵（2-1）、第二循环泵（2-2）、超声系统控制电脑（3）、超声棒（4）、排泥管（5）、出水管（6）；
其中，调节池（A）、超声芬顿氧化池（B）、中和池（C）、沉淀池（D）经管道连接贯通；调节池（A）、超声芬顿氧化池（B）之间的管道上设有第一循环泵（2-1），超声芬顿氧化池（B）、中和池（C）之间的管道上设有第二循环泵（2-2）；
所述第一搅拌器（1-1）安装于调节池（A）上，第一搅拌器（1-1）的搅拌叶置于调节池（A）内；所述第二搅拌器（1-2）安装于超声芬顿氧化池（B）上，第二搅拌器（1-2）的搅拌叶置于超声芬顿氧化池（B）内；所述第三搅拌器（1-3）安装于中和池（C）上，第三搅拌器（1-3）的搅拌叶置于中和池（C）内；
所述超声棒（4）置于超声芬顿氧化池（B）内，超声系统控制电脑（3）设置于超声芬顿氧化池（B）外，且超声棒（4）与超声系统控制电脑（3）经导线连接；所述排泥管（5）设置于沉淀池（D）的底部，出水管（6）设置于沉淀池（D）的侧壁。
2.根据权利要求1所述的一种超声辅助芬顿-混凝沉淀处理氯乙酸生产废水装置，其特征是，所述超声棒（4）工作参数覆盖频率为20kHz-28kHz，功率密度为0.6W/cm2-0.8W/cm2。
3.根据权利要求1所述的一种超声辅助芬顿-混凝沉淀处理氯乙酸生产废水装置，其特征是，所述中和池（C）与沉淀池（D）连接的管道，管道一端与中和池（C）贯通，另一端延伸于沉淀池（D）内，且管道出口位于沉淀池（D）内底部中间上方。
4.利用权利要求1-3任意一项所述的一种超声辅助芬顿-混凝沉淀处理氯乙酸生产废水装置进行氯乙酸生产废水处理的方法，其特征是，包括以下步骤：
步骤1）、在调节池（A）内，开启第一搅拌器（1-1），第一搅拌器（1-1）的搅拌叶将废水与硫酸、氢氧化钠搅拌均匀，从而调节废水的pH；
步骤2）、通过第一循环泵（2-1）将经步骤1）处理后的废水加入超声芬顿反应池（B）中，再往超声芬顿反应池（B）内加入过氧化氢和亚铁离子盐，开启第二搅拌器（1-2），第二搅拌器（1-2）的搅拌叶搅拌废水、过氧化氢、亚铁离子盐，利用超声系统控制电脑（3）控制超声棒（4）频率对废水、过氧化氢、亚铁离子盐进行超声；
步骤3）、反应完成后，废水通过第二循环泵（2-2）进入中和池（C），启动第二搅拌器（1-2），在中和池（C）内利用氢氧化钙将废水pH调至碱性产生沉淀；
步骤4）、接着废水进入沉淀池（D）静置，废水进入沉淀池（D）静置沉淀后，废水中的铁泥通过排泥（5）管排出，上层澄清液从出水管（6）流出。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征是，所述亚铁离子盐为硫酸亚铁。
6.根据权利要求4所述的方法，其特征是，步骤1）中，废水中COD的含量约为15000，过氧化氢和COD的质量比为1:0.3~3，Fe2+和H2O2的摩尔比为1:20~80。
7.根据权利要求4所述的方法，其特征是，所述超声棒（4）均匀布置浸没在氯乙酸生产废水中，超声棒（4）工作参数覆盖频率为20kHz-28kHz，功率密度为0.6W/cm2-0.8W/cm2。
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EP1473278A1 (de) * 2003-04-30 2004-11-03 Dauser Industrieanlagen und Abwassertechnik GmbH Verfahren zur Reinigung von Abwässern
CN111018187A (zh) * 2019-12-25 2020-04-17 苏州希图环保科技有限公司 基于芬顿氧化反应的废水处理工艺
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CN213895284U (zh) * 2020-11-16 2021-08-06 陕西绿盈环保科技有限公司 一种超声波芬顿氧化塔

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