CN215559598U - 一种流化床式电芬顿处理系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种流化床式电芬顿处理系统，包括：电芬顿系统和流化区，电芬顿系统包括电解填料和空气扩散电极(阴极电极)；通过电解填料和空气扩散电极分别提供Fe2+和H2O2，无需额外投入大量亚铁和H2O2试剂，降低废水处理成本；将流化床系统的优势与电芬顿系统相结合，设置流化区，电芬顿系统产生的铁泥会被流化区的担体填料吸附，铁泥所含的Fe3+可以在阴极电极被还原为Fe2+,被吸附的铁泥实现循环利用，减少电解填料的消耗，降低了废水处理和铁泥处理的成本；担体填料吸附铁泥后会形成羟基络合铁，形成非均相催化体系,可进一步对芬顿反应进行催化，提升H2O2的利用率，降低废水处理成本。
Description
技术领域
本实用新型涉及废水处理技术领域，尤其是指一种流化床式电芬顿处理系统。
背景技术
芬顿催化氧化技术是一种高效的废水深度处理技术，是近年来工业废水处理领域的研究热点。
电芬顿法是近年来在废水处理技术中发展起来的一种新型电化学芬顿催化氧化技术，电芬顿法的基本原理是在酸性溶液中，通过电解的方式，O2先在阴极通过还原反应生成H2O2，生成的H2O2能迅速与溶液中外加的或Fe阳极氧化产生的Fe2+反应生成·OH(羟基自由基)和Fe3+，利用·OH无选择性的强氧化能力达到对难降有机物去除的目的，而Fe3+又能在阴极被还原成Fe2+，从而使氧化反应循环进行。电芬顿法的实质是把用电化学产生的Fe2+和H2O2作为芬顿试剂的持续来源。
但电芬顿系统也存在铁泥产量大、废水处理成本较高的问题。
实用新型内容
为此，本实用新型所要解决的技术问题在于克服现有技术中电芬顿系统在废水处理过程中存在铁泥产量大、铁泥处理成本高的问题，从而提供一种流化床式电芬顿处理系统，通过将流化床系统的优势应用于电芬顿系统中，设置流化区，在保证废水处理效率的同时解决了电芬顿法铁泥产量大的问题，降低了废水处理的成本。
为解决上述技术问题，本实用新型提供了一种流化床式电芬顿处理系统，包括电芬顿系统，所述电芬顿系统设于罐体内，所述电芬顿系统包括阴极电极和电解填料；所述阴极电极为空气扩散电极，用于制备H2O2；所述电解填料为固体，用于为系统提供Fe2+；所述罐体内设有流化区，所述流化区内设有吸附铁泥的担体填料。
在本实用新型的一个实施例中，所述电芬顿系统还包括气源，所述气源用于向所述阴极电极内通入氧气,阴极电极连接于电源的负极。
在本实用新型的一个实施例中，所述电芬顿系统还包括设于所述罐体内的立柱形栅网，所述电解填料和所述担体填料分层的设于所述栅网内，阳极电极和所述阴极电极设于所述栅网两侧、所述罐体和所述栅网之间。
在本实用新型的一个实施例中，所述栅网底部设有承托层，所述承托层用于防止所述电解填料和所述担体填料的流失。
在本实用新型的一个实施例中，还包括进水布水系统，所述进水布水系统用于将废水引入所述罐体内并均匀分布；所述进水布水系统包括第一水泵、第一布水器；所述第一水泵设于所述罐体外，用于废水引入提供动力；所述第一布水器设于所述罐体内，所述第一布水器用于将废水均匀通向所述电芬顿系统和所述流化区。
在本实用新型的一个实施例中，所述进水布水系统还包括射流器，所述射流器设于所述第一水泵和所述罐体之间，所述射流器包括加药口，所述加药口用于添加试剂以使所述罐体内为酸性环境。
在本实用新型的一个实施例中，还包括循环布水系统，所述循环布水系统用于二次净化和加快罐体内废水的流速，使担体填料形成流化态，所述循环布水系统包括第二水泵、第二布水器；所述第二水泵用于将流入循环管道内的循环水再次泵入所述罐体内；所述第二布水器用于循环水的均匀布水。
在本实用新型的一个实施例中，所述循环布水系统还包括过滤器，用于防止部分所述担体填料进入所述循环布水系统后损坏所述第二水泵。
在本实用新型的一个实施例中，所述电解填料为铁碳球，所述铁碳球的粒径为14-18mm。
在本实用新型的一个实施例中，所述担体填料为石英砂，所述石英砂的粒径为0.5-1.5mm。
本实用新型的上述技术方案相比现有技术具有以下优点：
(1)电解填料和空气扩散电极分别提供Fe2+和H2O2，无需额外投入大量亚铁(FeSO4等试剂)和H2O2试剂，降低废水处理成本。
(2)将流化床系统的优势与电芬顿系统相结合，设置流化区，电芬顿系统产生的铁泥会被流化区的担体填料吸附，铁泥所含的Fe3+可以在阴极电极被还原为Fe2+,被吸附的铁泥实现循环利用，减少电解填料的消耗，降低了废水处理和铁泥处理的成本。
(3)担体填料吸附铁泥后会形成羟基络合铁，形成非均相催化体系,可进一步对芬顿反应进行催化，提升H2O2的利用率，降低废水处理成本。
附图说明
为了使本实用新型的内容更容易被清楚的理解，下面根据本实用新型的具体实施例并结合附图，对本实用新型作进一步详细的说明，其中
图1为本实用新型优选实施例中一种流化床式电芬顿处理系统的示意图；
图2为图1所示一种流化床式电芬顿处理系统的进水布水系统示意图；
图3为图1所示一种流化床式电芬顿处理系统的循环布水系统示意图。
说明书附图标记说明：
1、电芬顿系统；11、罐体；12、阳极电极；13、阴极电极；14、电解填料；15、气源；151、送气管道；16、栅网；17、承托层；18、布水板；19、电源；191、阳极接线；192、阴极接线；
2、流化区；21、担体填料；
3、阻水板；
4、探头；
5、进水布水系统；51、第一水泵；52、第一蝶阀；53、第一柔性接头；54、第一止回阀；55、送水管道；56、射流器；561、加药口；57、第一布水器；
6、出水系统；61、堰槽；62、三角堰；63、出水口；
7、循环布水系统；71、循环管道；72、第二蝶阀；73、过滤器；74、第二水泵；75、第二柔性接头；76、第二止回阀；77、第二布水器。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好地理解本实用新型并能予以实施，但所举实施例不作为对本实用新型的限定。
需要注意的是,除非另有说明,本申请使用的技术术语或者科学术语应当为本实用新型所属领域技术人员所理解的通常意义。
在本申请的描述中,需要理解的是,术语“纵向”、“横向”、“中心”、“长度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”“内”、“外”、等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系,仅是为了便于描述本实用新型和简化描述,而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作,因此不能理解为对本实用新型的限制。
在本申请的描述中，如果涉及到“若干”，其含义是一个以上，如果涉及到“多个”，其含义是两个以上，如果涉及到“大于”、“小于”、“超过”，均应理解为不包括本数，如果涉及到“以上”、“以下”、“以内”，均应理解为包括本数。如果涉及到“第一”、“第二”，应当理解为用于区分技术特征，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。
在本申请的描述中,除非另有明确的规定和限定,术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解,例如,可以是固定连接,也可以是可拆卸连接,或成一体可以是直接相连,也可以通过中间媒介间接相连,可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言,可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
参照图1至图3所示，本实用新型实施例提供一种流化床式电芬顿处理系统，包括：电芬顿系统1，电芬顿系统1设于罐体11内，电芬顿系统1包括阴极电极13和电解填料14；阴极电极13为空气扩散电极，用于制备H2O2；电解填料14为固体，用于为系统提供Fe2+；罐体11内设有流化区2，流化区内设有吸附铁泥的担体填料21。
参照图1所示，本实施例所述的一种流化床式电芬顿处理系统，包括：电芬顿系统1，电芬顿系统1设于罐体11内，电芬顿系统1包括阴极电极13和电解填料14；具体地，阴极电极13为空气扩散电极，空气扩散电极一种特制的多孔膜电极，使用空气扩散电极作为电化学体系的阴极电极13，通过电解作用产生H2O2，；电解填料14为固体，用于为系统提供Fe2+；罐体11内设有流化区2，流化区内设有吸附铁泥的担体填料21，当流体自上而下通过流化区2，流速大时则担体填料21便活动使床层膨胀，流体流速进一步加大时，担体填料21会彼此离开而形成流化态。
具体地，电芬顿系统1设有电源19，该电源19一般为直流电源。阴极电极13通过阴极接线192与直流电源的阴极连接；阳极电极12通过阳极接线191与直流电源的阳极连接。阴极电极13、阳极电极12及电源19等形成闭合回路，并通过气源15实现氧气供给，在酸性条件下，经电解作用，阴离子不断将O2还原成H2O2，其反应式为O2+H++2e-→H2O。
在本实施例中，电解填料14为铁碳球，原料为优质铁碳合金，并通过改相处理，可提供芬顿反应所需的Fe2+；担体填料21为石英砂。
更加具体地，阴极电极13为氧扩散电极，由于氧扩散电极需要氧源，因此电芬顿系统1还包括气源15，气源15通过送气管道151向阴极电极13内通入氧气。
电芬顿系统1还包括设于罐体11内的立柱形栅网16，栅网16设于电解填料14和担体填料21的外侧，阳极电极12和阴极电极13设于栅网16两侧、罐体11和栅网16之间，由于电解填料14和担体填料21的颗粒相对较小，栅网16可用于防止电解填料14和担体填料21的流失，可防止流失的电解填料14和担体填料21磨损阴极电极13和阳极电极12，优选地，栅网16的栅孔为16-32目。
在本实施例中，由于进水布水系统5将废水从罐体11底部引入，因此，电解填料14和担体填料21分层的设于栅网16内，废水先通过下层的电解填料14进行反应，再通过上层的担体填料21吸收铁泥。
栅网16底部设有承托层17，承托层17位于布水板18和电解填料14之间，在本实施例中，承托层17选用鹅卵石，鹅卵石的颗粒大于电解填料14和担体填料21的颗粒，且鹅卵石之间交错布置，防止电解填料14和担体填料21的流失，还因为鹅卵石间的间隙较为均匀，起到均匀布水作用。
可以想到的是，还可以将电解填料14根据需求分装成合适的大小设于担体填料21的下方，此时，电解填料14同时起到均匀布水、防止担体填料流失及提供Fe2+的作用。
具体地，布水板18为网状结构，开孔率为20％-40％，与栅网16的底端相连，在本实施例中，布水板18起到均匀布水的作用，使废水均匀通过布水板18后进入承托层17；此外，布水板18还起到承重层的作用，承载电解填料14、担体填料21及承托层17的重量，并进一步阻止担体填料21和电解填料14的流失。
此外，该流化床式电芬顿处理系统还包括阻水板3，该阻水板3为环状，设于栅网16和罐体11之间，更加具体地，阻水板3整体设于承托层17的上方，其上方与罐体11相连、下方与栅网16相连，用于防止下方引入的废水直接通过栅网16和罐体11之间区域流出，不经过栅网16内的反应区。优选地，阻水板3与罐体11之间成45°-60°夹角，阻水板3距离第一布水器57不超过50cm。
参照图1及图2所示，该流化床式电芬顿处理系统包括的进水布水系统5用于将废水引入罐体11内并均匀分布。进水布水系统5包括送水管道55，送水管道55包括设于第一水泵51之前的送水进水管和设于第一水泵51之后的送水出水管；在送水进水管上设有具有启闭功能和调节功能的第一蝶阀52；送水出水管通过具有减振功能的第一柔性接头53与第一水泵51法兰相连；在送水出水管上设有具有防止液体回流的第一止回阀54和具有启闭功能和调节功能的第一蝶阀；在送水出水管的末端设有第一布水器57；在本实施例中，第一水泵51为离心泵，第一水泵51设于罐体11外，用于废水引入提供动力；第一布水器57设于罐体11内，位于罐体11的底部，第一布水器57用于将废水均匀通向罐体11内的电芬顿系统1和流化区2。
此外，进水布水系统5还包括射流器56，射流器56设于第一水泵51和罐体11之间，位于送水出水管上，射流器56起到将酸试剂与废水混合的作用，射流器56包括加药口561，加药口561用于添加酸试剂以使罐体11内为酸性环境。在酸性环境下，Fe2+可以更好的与H2O2反应，生成具有强氧化性的羟基自由基，将难降解的有机物氧化分解。在射流器56的前端设有具有启闭功能和调节功能的第一蝶阀52；在射流器56的后端依次设有用于防止液体回流的第一止回阀54、具有启闭功能和调节功能的第一蝶阀52。
参照图1及图3所示，该流化床式电芬顿处理系统还包括循环布水系统7，循环布水系统7包括第二水泵74、第二布水器77；第二水泵74用于将流入循环管道71内的循环水再次泵入罐体11内，第二水泵74设置为循环水泵，通过循环管道71承接通过流化区2的废水，第二布水器77设于罐体11的底部，用于循环水的均匀布水，还可以防止罐体11底部因为担体填料21流失并沉积、污泥流失并沉积等因素导致水路堵塞。循环布水系统7可用于二次净化和加快罐体内废水的流速，保证担体填料21处理于流化态。
具体地，循环管道71包括位于第二水泵74之前的循环进水管和位于第二水泵74之后的循环出水管；循环进水管上设有具有启闭功能和调节功能的第二蝶阀72；在第二蝶阀72和第二水泵74之间设有过滤器73，优选地，该过滤器73设置为Y型过滤器，Y型过滤器是除去液体中少量固体颗粒，当流体进入置有一定规格滤网的滤筒后，其杂质被阻挡，而滤液则由Y型过滤器出口排出，在本实施例中，Y型过滤器用于防止部分担体填料21进入循环布水系统7后损坏第二水泵74；第二水泵74通过具有减振作用的第二柔性接头75与循环出水管法兰连接；在循环出水管上还依次设有防止液体回流的第二止回阀76、具有启闭功能和调节功能的第二蝶阀72及用于监控液体流量的流量计；循环出水管与罐体11法兰连接。
可以想到的是，该流化床式电芬顿处理系统还包括出水系统6，出水系统6包括堰槽61，堰槽61的直径大于罐体11并包围罐体11的顶部，其内设有环形的三角堰62，三角堰62设于罐体顶部用于控制出水的均匀分布，还可以阻挡部分流化区2的担体填料21及其吸附的污泥，防止担体填料21及其吸附的污泥流出。
可以想到的是，由于芬顿反应和生成H2O2的过程均需要为酸性环境，该流化床式电芬顿处理系统还包括探头4，优选地，探头4设置为精度较高的ORP/pH在线监测探头，该探头4深入罐体内，用于在线监测罐体内的ORP及pH的变化。
该流化床式电芬顿处理系统的工作方案如下：
将进水布水系统5的所有第一蝶阀52打开后，开启第一水泵51将未处理的污水通过送水管道55抽至射流器56，酸试剂通过加药口561加入射流器56内与污水混合，然后通过第一布水器57均匀分布于罐体11内，观察ORP/pH在线监测探头的数值，通过控制加药口561上的阀门来控制pH值。待水位淹没循环管道71后，开启循环布水系统7的所有第二蝶阀72，使循环布水系统7开始工作，加快罐体内水流速度，使流化区2的担体填料成流化状态，此外，当系统正常运转后还可以实现一次处理后的废水进循环布水系统7后的二级净化。随后，开启气源15上的阀门，打开气源15，开启电源19，观察ORP/pH在线监测探头上ORP在线监测数值变化，并可通过调节气源15上的阀门以控制H2O2的产出量。当整个系统稳定化，开启出水系统6，打开出水口63,完成系统出水，可通过控制进水布水系统5上的第一蝶阀52以及循环布水系统7上的第二蝶阀72实现控制系统水流上升速度及排水流量。
在本实施例中，作为一种优选实施方式而非限定，第一水泵51的流量控制在25-30m3/h射流器56的输出压力控制在30-60m/h。
在本实施例中，作为一种优选实施方式而非限定，罐体11内的pH控制在2-4之间。
在本实施例中，作为一种优选实施方式而非限定，电源19的电流强度控制在100mA,系统氧化还原电位控制在500-600mV。
在本实施例中，作为一种优选实施方式而非限定，阳极电极12可以为Ti/IrO2-RuO2、Ti/Sb-SnO2等催化活性强和析氯电位低材料；阴极电极为空气扩散电极，可以为纯石墨-PTFE和/或纯炭黑-PTFE等的材料。
在本实施例中，作为一种优选实施方式而非限定，承托层17的长度为5-8cm，铺设高度为50cm；承托层17上方铺设的电解填料14的粒径为14-18cm，投入量控制在8g/L，铺设高度为1m；电解填料14上方铺设的担体填料21粒径为0.5-1.5mm，铺设高度为1.5m，其膨胀度为1.5-2，将流化区2的系统水流停留时间控制在45-75min。
在本实施例中，作为一种优选实施方式而非限定，罐体11内的水流上升速度控制在30-60m/h。
在本实施例中，作为一种优选实施方式而非限定，三角堰62采用钢板制成，齿深50mm，齿距200mm，堰上负荷≤2L/(m·s)，堰槽61的出水流量安全系数取1.5。
该流化床式电芬顿处理系统，电解填料14和阴极电极13分别提供Fe2+和H2O2，无需额外投入大量亚铁(FeSO4试剂等)和H2O2试剂，降低废水处理成本；将流化床系统的优势与电芬顿系统1相结合，设置流化区2，电芬顿系统1产生的铁泥会被流化区2的担体填料21吸附，铁泥所含的Fe3+可以在阴极电极13被还原为Fe2+,被吸附的铁泥实现循环利用，减少电解填料14的消耗，降低了废水处理和铁泥处理的成本；担体填料21吸附铁泥后会形成羟基络合铁，形成非均相催化体系,可进一步对芬顿反应进行催化，提升H2O2的利用率，降低废水处理成本；该系统实现了电芬顿系统与流化床系统的结合，与现有处理系统相比，大大降低了系统占地面积。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本实用新型创造的保护范围之中。
Claims (10)
1.一种流化床式电芬顿处理系统，其特征在于，包括：
电芬顿系统(1)，所述电芬顿系统(1)设于罐体(11)内，所述电芬顿系统(1)包括阴极电极(13)和电解填料(14)；所述阴极电极(13)为空气扩散电极，用于制备H2O2；所述电解填料(14)为固体，用于为系统提供Fe2+；
所述罐体(11)内设有流化区(2)，所述流化区(2)内设有吸附铁泥的担体填料(21)。
2.根据权利要求1所述的一种流化床式电芬顿处理系统，其特征在于：所述电芬顿系统(1)还包括气源(15)，所述气源(15)用于向所述阴极电极(13)内通入氧气，所述阴极电极(13)连接于电源(19)的负极。
3.根据权利要求1所述的一种流化床式电芬顿处理系统，其特征在于：所述电芬顿系统(1)还包括设于所述罐体(11)内的立柱形栅网(16)，所述电解填料(14)和所述担体填料(21)分层的设于所述栅网(16)内，阳极电极(12)和所述阴极电极(13)设于所述栅网(16)两侧、所述罐体(11)和所述栅网(16)之间。
4.根据权利要求3所述的一种流化床式电芬顿处理系统，其特征在于：所述栅网(16)底部设有承托层(17)，所述承托层(17)用于防止所述电解填料(14)和所述担体填料(21)的流失。
5.根据权利要求1所述的一种流化床式电芬顿处理系统，其特征在于：还包括进水布水系统(5)，所述进水布水系统(5)用于将废水引入所述罐体(11)内并均匀分布；
所述进水布水系统(5)包括第一水泵(51)、第一布水器(57)；
所述第一水泵(51)设于所述罐体(11)外，用于废水引入提供动力；
所述第一布水器(57)设于所述罐体(11)内，所述第一布水器(57)用于将废水均匀通向所述电芬顿系统(1)和所述流化区(2)。
6.根据权利要求5所述的一种流化床式电芬顿处理系统，其特征在于：所述进水布水系统(5)还包括射流器(56)，所述射流器(56)设于所述第一水泵(51)和所述罐体(11)之间，所述射流器(56)包括加药口(561)，所述加药口(561)用于添加试剂以使所述罐体(11)内为酸性环境。
7.根据权利要求1所述的一种流化床式电芬顿处理系统，其特征在于：还包括循环布水系统(7)，所述循环布水系统(7)用于二次净化和加快罐体内废水的流速，所述循环布水系统(7)包括第二水泵(74)、第二布水器(77)；所述第二水泵(74)用于将流入循环管道(71)内的循环水再次泵入所述罐体(11)内；所述第二布水器(77)用于循环水的均匀布水。
8.根据权利要求7所述的一种流化床式电芬顿处理系统，其特征在于：所述循环布水系统(7)还包括过滤器(73)，用于防止部分所述担体填料(21)进入所述循环布水系统(7)后损坏所述第二水泵(74)。
9.根据权利要求1所述的一种流化床式电芬顿处理系统，其特征在于：所述电解填料(14)为铁碳球，所述铁碳球的粒径为14-18mm。
10.根据权利要求1所述的一种流化床式电芬顿处理系统，其特征在于：所述担体填料(21)为石英砂，所述石英砂的粒径为0.5-1.5mm。
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- 2021-08-11 CN CN202121880352.2U patent/CN215559598U/zh active Active
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| CN114988530A (zh) * | 2022-06-21 | 2022-09-02 | 南开大学 | 一种漂浮式三明治型电芬顿污水处理装置及方法 |
| CN114988530B (zh) * | 2022-06-21 | 2024-01-26 | 南开大学 | 一种漂浮式三明治型电芬顿污水处理装置及方法 |
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