CN218841817U - 一种利用助沉装置提升处理效能的芬顿流化塔装置 - Google Patents

Abstract

本申请提供了一种利用助沉装置提升处理效能的芬顿流化塔装置，通过塔体从底部到顶部依次分为进料区、滤布反应区以及助沉区；助沉区内由导流板、回流管以及出水管组成，导流板的内壁内设有斜管沉淀组件，导流板的外壁与导流板的内壁之间形成收集仓，收集仓与回流管连接，出水管由导流板连通到塔体外部；当混合液从进料区上升至导流板时，固液混合物从导流板的内壁进入斜管沉淀组件，并使进入斜管沉淀组件的固液混合物中的固体下落至收集仓。通过滤布反应区和助沉装置，改进了催化剂回流，使得气固液三相在流化塔内混合更加均匀，提高催化反应效率。同时通过助沉区沉淀催化剂，然后回流至流化塔，解决了催化剂分离回收困难、流化塔反应效果差等问题。

Description

一种利用助沉装置提升处理效能的芬顿流化塔装置

技术领域

本申请涉及流化床技术领域，特别是一种利用助沉装置提升处理效能的芬顿流化塔装置。

背景技术

芬顿反应可分为均相和非均相芬顿反应。均相芬顿反应是直接投加液体Fe²⁺离子和H₂O₂接触反应；非均相芬顿反应是固体催化剂和H₂O₂接触反应。

均相反应即传统芬顿法，特点是H₂O₂接触Fe²⁺迅速反应，·OH产生量受限，与难降解物质·OH接触时间无法较好把握，因此在工程应用上常常需要过量投加反应药剂，用以维持难降解工业废水的降解效果，造成大量药剂浪费的同时，产生的铁泥危废量也较大，造成整体应用成本较高。

非均相芬顿反应，特点是固体催化剂提供反应位点，催化剂缓慢析出Fe²⁺过程中，与废水中存在的H₂O₂接触反应，克服了均相芬顿反应效率不佳和产生铁泥较多等问题。

芬顿流化塔工艺是在芬顿高级氧化工艺之上，通过改进反应装置促进Fe²⁺和H₂O₂接触反应，产生·OH，降解难降解工业废水。

在当今公开的流化塔芬顿氧化装置的改进方案中，其在实际工程化应用中均存在药剂使用量高以及反应效果差的问题，严重限制了芬顿流化塔工艺发展与提升。

实用新型内容

鉴于所述问题，提出了本申请以便提供克服所述问题或者至少部分地解决所述问题的一种利用助沉装置提升处理效能的芬顿流化塔装置，包括：

一种利用助沉装置提升处理效能的芬顿流化塔装置，包括塔体，所述塔体从底部到顶部依次分为进料区、滤布反应区以及助沉区；

所述塔体从底部到顶部依次分为进料区、滤布反应区以及助沉区；

所述助沉区内由导流板、回流管以及出水管组成，所述导流板的内壁内设有斜管沉淀组件，所述导流板的外壁与所述导流板的内壁之间形成收集仓，所述收集仓与所述回流管连接，所述出水管由所述导流板连通到所述塔体外部；

当混合液从所述进料区上升至所述导流板时，固液混合物从所述导流板的内壁进入所述斜管沉淀组件，并使进入所述斜管沉淀组件的所述固液混合物中的固体下落至所述收集仓。

优选地，所述回流管与调节池连接，所述调节池与所述进料区连通。

优选地，所述滤布反应区内设有若干垂直松懈布置的滤布，用于负载催化剂。

优选地，所述滤布由聚四氟乙烯及丙纶组成。

优选地，所述收集仓对应的所述导流板的外壁向外倾斜。

优选地，所述斜管沉淀组件之间的直径间距为20-50mm，所述斜管沉淀组件的倾斜角度为65-75°。

优选地，所述进料区内设有穿风管，所述穿风管的下方设有进水管，所述穿风管的上方设有进料管，所述进料管与所述调节池连接。

优选地，所述回流管与所述进料管连接。

优选地，所述穿风管设有开孔，所述开孔的位置斜向下30-45°，所述开孔的孔径为4-6mm。

优选地，所述进料区的底部还设有放空管。

优选地，所述斜管沉淀组件的上方还设有溢流堰，所述溢流堰与所述出水管连接。

本申请具有以下优点：

在本申请的实施例中，相对于现有技术中的“造成大量药剂浪费、流化床反应效果差”的技术问题，本申请提供了“提高催化芬顿反应效率，改善回流催化剂”的解决方案，具体为：通过塔体从底部到顶部依次分为进料区、滤布反应区以及助沉区；所述助沉区内由导流板、回流管以及出水管组成，所述导流板的内壁内设有斜管沉淀组件，所述导流板的外壁与所述导流板的内壁之间形成收集仓，所述收集仓与所述回流管连接，所述出水管由所述导流板连通到所述塔体外部；当混合液从所述进料区上升至所述导流板时，固液混合物从所述导流板的内壁进入所述斜管沉淀组件，并使进入所述斜管沉淀组件的所述固液混合物中的固体下落至所述收集仓。通过加入滤布反应区和助沉装置，改进了催化剂回流，使得气固液三相在流化塔内混合更加均匀，更有利于催化剂芬顿反应，提高催化反应效率，可用于处理难降解处理的工业废水。同时通过助沉区沉淀催化剂，然后回流至流化塔，形成“催化反应、固液分离、再流入塔内大循环”，结构简单易实施，解决了催化剂分离回收困难、流化塔反应效果差等制约流化床工艺的应用稳定性问题。

附图说明

为了更清楚地说明本申请的技术方案，下面将对本申请的描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本申请一实施例提供的一种利用助沉装置提升处理效能的芬顿流化塔装置的结构示意图；

图2是本申请一实施例提供的助沉区的结构示意图。

说明书附图中的附图标记如下：

100、进料区；101、进水管；102、穿风管；103、进料管；200、滤布反应区；201、滤布；300、助沉区；301、导流板；302、斜管沉淀组件；303、收集仓；304、回流管；305、出水管；306、溢流堰。

具体实施方式

为使本申请的所述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本申请作进一步详细的说明。显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

发明人通过对现有技术(被分析技术方案至少包括：布水、布气、催化剂回流、内循环等对流化塔装置的改进，以及将流化塔与膜技术(PVDF聚偏二氟乙烯膜)、气浮式工艺、臭氧技术结合的组合工艺)分析发现：现有技术方案在实际工程化应用中，其对催化剂进行回收利用的反应效果和反应时间不够理想，使得流化塔反应器的适用性不高，限制了芬顿流化塔工艺发展与提升。本申请就此提出一种利用助沉装置改善催化剂回流及降低药品消耗的芬顿流化塔装置。

参照图1-图2，示出了本申请一实施例提供的一种利用助沉装置提升处理效能的芬顿流化塔装置，包括塔体；所述塔体从底部到顶部依次分为进料区100、滤布反应区200以及助沉区300；

所述助沉区300内由导流板301、回流管304以及出水管305组成，所述导流板301的内壁内设有斜管沉淀组件302，所述导流板301的外壁与所述导流板301的内壁之间形成收集仓303，所述收集仓303与所述回流管304连接，所述出水管305由所述导流板301连通到所述塔体外部；

当混合液从所述进料区100上升至所述导流板301时，固液混合物从所述导流板301的内壁进入所述斜管沉淀组件302，并使进入所述斜管沉淀组件302的所述固液混合物中的固体下落至所述收集仓303。

在本申请的实施例中，相对于现有技术中的“造成大量药剂浪费、流化床反应效果差”的技术问题，本申请提供了“提高催化芬顿反应效率，改善回流催化剂”的解决方案，具体为：通过塔体从底部到顶部依次分为进料区100、滤布反应区200以及助沉区300；所述助沉区300内由导流板301、回流管304以及出水管305组成，所述导流板301的内壁内设有斜管沉淀组件302，所述导流板301的外壁与所述导流板301的内壁之间形成收集仓303，所述收集仓303与所述回流管304连接，所述出水管305由所述导流板301连通到所述塔体外部；当混合液从所述进料区100上升至所述导流板301时，固液混合物从所述导流板301的内壁进入所述斜管沉淀组件302，并使进入所述斜管沉淀组件302的所述固液混合物中的固体下落至所述收集仓303。通过加入滤布反应区200和助沉装置，改进了催化剂回流，使得气固液三相在流化塔内混合更加均匀，更有利于催化剂芬顿反应，提高催化反应效率，可用于处理难降解处理的工业废水。同时通过助沉区301沉淀催化剂，然后回流至流化塔，形成“催化反应、固液分离、再流入塔内大循环”，结构简单易实施，解决了催化剂分离回收困难、流化塔反应效果差等制约流化床工艺的应用稳定性问题。

下面，将对本示例性实施例中一种利用助沉装置提升处理效能的芬顿流化塔装置作进一步地说明。

在本实施例中，所述进料区100内设有穿风管102，所述穿风管102的下方设有进水管101，所述穿风管102的上方设有进料管103，所述进料管103与所述调节池连接。具体地，所述进水管101、所述进料管103以及所述穿风管102内均设有泵头。

作为一种示例，塔体内包括进料区100、滤布反应区200和助沉区300；所述进料区100包括进水管101和穿风管102，位于流化塔底部，穿风管102的开孔的位置斜向下30-45°，开孔的孔径为4-6mm；所述进水管101位于穿风管102的下方，所述进水管101流入的废水为工业废水，包括造纸废水、焦化废水、印染废水、电镀废水、医药废水等；流化塔的底部还设置有放空管(图1中未示出)，催化剂汇集后经过放空管流至塔外，排出的催化剂可循环再利用。穿风管102提供搅动固体催化剂、废水两相混合均匀的曝气，同时利用曝气的氧环境促进芬顿反应；穿风管102下方布置有进水管101，上方布置进料管103，催化剂采用湿投加方式，进水与进料管103的布置方式有利于气固液三相混合。

所述助沉区300由导流板301、斜管沉淀组件302、收集仓303、回流管304和出水管305组成，导流板301分为内外壁，导流板301的内壁为斜管沉淀组件302的外壁，所述斜管沉淀组件302在所述导流板301的内壁内形成斜管沉淀区，斜管沉淀区位于收集仓303上方，收集仓303底部连接回流管304，出水管305位于斜管沉淀区上方。混合液进入助沉区300后，在斜管沉淀区内实现固液两相分离，部分催化剂在重力作用下落入收集仓303内，催化剂沿回流管304流出流化塔，然后通过泵入流化塔的形式完成催化剂回流，所述斜管沉淀组件302的上方还设有溢流堰306，所述溢流堰306与所述出水管305连接，反应后废水通过上方出水管305最终出水。

通过助沉区300实现固液分离沉淀回流催化催化剂，形成了催化剂的“催化反应、固液分离、再流入塔内”的大循环，结构简单易实施，解决了催化剂分离回收困难、流化塔反应效果差等制约流化床工艺的应用稳定性问题。流化塔内进水管101、穿风管102、滤布反应区200以及助沉区300协同作用，利用涡旋效应有减小催化剂的流失；上部斜板沉淀区，出水清澈，可不用设置沉淀池。

在本实施例中，所述回流管304与调节池连接，所述调节池与所述进料区100连通。具体地，所述收集仓303内回收的催化剂，通过泵送形式再次进入调节池，通过调节池对催化剂处理后，再通过进料管103回收再利用。

在本实施例中，所述滤布反应区200内设有若干垂直松懈布置的滤布201，用于负载催化剂。具体地，滤布反应区200内的滤布201垂直松懈布置，滤布201可左右小幅度摇摆，摆动过程不但可负载催化剂，有助于接触反应，同时摆动的同时改善了流化塔内三相旋流状态，更有利于催化反应。

其中，所述催化剂为粉末固体催化剂，颗粒大小为300-500目，催化剂材质可为传统铁矿石型催化剂(水铁矿、针铁矿、赤铁矿、磁铁矿等)、负载型铁基材料(黏土、铁氧化物、氧化铝、碳材料、氧化硅等材料负载铁离子/铁复合物)、新型非铁基金属催化剂(铜基非均相Fenton催化剂、双金属体系催化剂(FeCu-Al₂O₃催化材料)等)等类型催化剂。

在本实施例中，所述滤布201由聚四氟乙烯及丙纶组成。具体地，所述滤布反应区200由耐强酸、耐氧化的聚四氟乙烯、丙纶材质组成的滤布201，芬顿反应过程中，滤布201间隙可负载截留部分粉末催化剂，催化剂被固定、释放的过程，增加了催化剂与废水接触机会，促进芬顿催化剂的接触反应，提高了·OH(羟基自由基)的利用率。

在本实施例中，所述收集仓303对应的所述导流板301的外壁向外倾斜。

作为一种示例，三相混合液在所述进料区100经过碰撞反应后，上升至芬顿流化塔的上方，碰撞向外倾斜的助沉区300的底部，所述收集仓303对应的所述导流板301的外壁呈漏斗状，对应的流化塔塔壁也向外倾斜。在碰撞过程中，基于催化剂密度较大，远远大于空气和液体的特性，三相混合液碰撞向外倾斜的助沉区300外壁有利于三相中固体催化剂分离，形成催化剂回落、碰撞等作用，有利于催化反应。

反应后的三相混合液上升，气体排出塔外，固液两相通过导流板301进入助沉区300，然后进入收集仓303，一部分催化剂在重力作用下沉淀至收集仓303内，一部分固液混合物升至上方斜板沉淀区，完成固液分流，上清液最终出水，粉末催化剂下沉至收集仓303内；所述回流管304与所述进料管103连接，回流管304连接催化剂回流收集泵，催化剂泵出流化塔后，再通过催化剂补加口进入流化塔内完成循环作用参与反应。利用催化剂密度大于水特性，固液通过导流板进入收集仓303内，催化剂沉淀至收集仓303，废水通过斜管沉淀区后，最终出水。

在本实施例中，所述斜管沉淀组件302之间的直径间距为20-50mm，所述斜管沉淀组件302的倾斜角度为65-75°。具体地，斜管沉淀组件302的斜管直径间距未20-50mm，倾斜角度未65-75°，沉淀表面负荷1.0-1.5m³/(m²×h)，斜管沉淀区上升流速0.3-1.0mm/s。

工作原理：

废水经过调节pH至3-4后，投加适量H₂O₂后，通过泵将含酸和H₂O₂后的废水从进水管101泵入流化塔内，同时适量的粉末催化剂通过进料管103进入流化塔，废水和催化剂在流化塔内穿风管102的作用下，气固液三相混合均匀后发生芬顿反应，通过滤布反应区200，滤布201上负载的粉末催化剂，促进流化塔内芬顿反应。通过滤布反应区200后气固液三相沿着流化塔缓慢上升，上升至助沉区300的导流板301的外壁后，气体溢出流化塔，固液混合液进入导流板301的内壁，固液混合液流入助沉300内的收集仓303，利用固液混合液的密度差，固体下落至收集仓303，液体上升至斜管沉淀区，固液分离，催化剂回落至收集仓303，清澈废水通过斜管沉淀区，然后最终出水。收集仓的催化剂，通过泵送形式再次进入调节池，回收再利用。

尽管已描述了本申请实施例的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例做出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本申请实施例范围的所有变更和修改。

最后，还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者终端设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者终端设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者终端设备中还存在另外的相同要素。

以上对本申请所提供的一种利用助沉装置提升处理效能的芬顿流化塔装置，进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本申请的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本申请的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本申请的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本申请的限制。

Claims (10)

1.一种利用助沉装置提升处理效能的芬顿流化塔装置，包括塔体，其特征在于，所述塔体从底部到顶部依次分为进料区、滤布反应区以及助沉区；

所述助沉区内由导流板、回流管以及出水管组成，所述导流板的内壁内设有斜管沉淀组件，所述导流板的外壁与所述导流板的内壁之间形成收集仓，所述收集仓与所述回流管连接，所述出水管由所述导流板连通到所述塔体外部；

当混合液从所述进料区上升至所述导流板时，固液混合物从所述导流板的内壁进入所述斜管沉淀组件，并使进入所述斜管沉淀组件的所述固液混合物中的固体下落至所述收集仓。

2.根据权利要求1所述的芬顿流化塔装置，其特征在于，所述回流管与调节池连接，所述调节池与所述进料区连通。

3.根据权利要求1所述的芬顿流化塔装置，其特征在于，所述滤布反应区内设有若干垂直松懈布置的滤布，用于负载催化剂。

4.根据权利要求3所述的芬顿流化塔装置，其特征在于，所述滤布由聚四氟乙烯及丙纶组成。

5.根据权利要求1所述的芬顿流化塔装置，其特征在于，所述收集仓对应的所述导流板的外壁向外倾斜。

6.根据权利要求1所述的芬顿流化塔装置，其特征在于，所述斜管沉淀组件之间的直径间距为20-50mm，所述斜管沉淀组件的倾斜角度为65-75°。

7.根据权利要求2所述的芬顿流化塔装置，其特征在于，所述进料区内设有穿风管，所述穿风管的下方设有进水管，所述穿风管的上方设有进料管，所述进料管与所述调节池连接。

8.根据权利要求7所述的芬顿流化塔装置，其特征在于，所述穿风管设有开孔，所述开孔的位置斜向下30-45°，所述开孔的孔径为4-6mm。

9.根据权利要求1所述的芬顿流化塔装置，其特征在于，所述进料区的底部还设有放空管。

10.根据权利要求1所述的芬顿流化塔装置，其特征在于，所述斜管沉淀组件的上方还设有溢流堰，所述溢流堰与所述出水管连接。

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