申请日2013.08.01
公开(公告)日2013.12.11
IPC分类号C02F101/30; C02F1/72
摘要
一种处理难降解有机废水的通用型内循环芬顿反应器，其结构包括：进水口、混合区、挡板、第一重套筒、第二重套筒、第三重套筒、紫外灯、溢流槽、出水口、反应器外壁、第一反应区、第二反应区、曝气头、空气入口。所述反应器是上部为圆柱、下部为圆台的加盖筒体，底部设进水口和曝气头，中间设置下部开口的三重套筒，将反应器分隔为混合区、第一反应区和第二反应区，上部设溢流槽和出水口，底部设有倒置喇叭状的挡板，反应器内布置有紫外灯。该反应器对难降解有机废水有较好的处理效果，多相催化剂在反应器各反应区之间循环，可以重复利用，有机污染物矿化度高。
权利要求书
1.一种处理难降解有机废水的通用型内循环芬顿反应器，其特征在于：所述反应器结构包括：进水口、混合区、挡板、第一重套筒、第二重套筒、第三重套筒、紫外灯、溢流槽、出水口、反应器外壁、第一反应区、第二反应区、曝气头、空气入口;
所述反应器是上部为圆柱、下部为圆台的加盖筒体，底部设进水口和曝气头，中间设置下部开口的三重套筒，将反应器分隔为混合区、第一反应区和第二反应区，上部设溢流槽和出水口，底部设有倒置喇叭状的挡板，反应器内布置有紫外灯;
所述反应器中央的第一反应区布置紫外灯束，反应器外围的第二反应区均匀布置数根紫外灯;
所述反应器的光系统设置为中间一个光源外围一圈光源的多光源形式;
所述反应器既适用于多相芬顿体系又适用于均相芬顿体系，既适用于普通芬顿体系又适用于光助-芬顿体系，根据废水的性质和污染物浓度，可以通过加入不同形式的催化剂和开关紫外灯达到不同的处理效果，对于均相芬顿体系，加入亚铁离子作为催化剂;对于多相芬顿体系，加入固体催化剂颗粒作为催化剂;对于普通均相芬顿体系，关闭紫外灯;对于光助芬顿体系，打开紫外灯;
反应器底部设有曝气头和进水口，由于上升水流和上浮气泡的作用，在混合区、第一反应区和第二反应区之间出现密度差，驱使待处理溶液和芬顿试剂在三个区之间循环流动，多余的气体从反应器顶部的通气孔溢出，进水、空气、催化剂和过氧化氢在混合区混合，向上进入第一反应区，发生芬顿反应，由于第一重套筒上边沿高于溢流槽上边沿，待处理溶液向下在三重套筒之间形成二级回流即催化剂颗粒在此处可控分级回流，反应液从三重套筒之间流下之后，部分待处理溶液进入外围，废水在第二反应区继续被降解，若使用固相催化剂，催化剂颗粒可以稳定沉降以实现固-液分离，处理后的上清液经溢流槽和出水口排出，部分废水和催化剂经挡板作用回流到底部的混合区，与进水空气混合后向上流动。
2.根据权利要求1所述的一种处理难降解有机废水的通用型内循环芬顿反应器，其特征在于，所述的下部开口的三重套筒，套筒上部为圆柱形，中间为喇叭状，下部为带大缺口的圆柱筒。
说明书
一种处理难降解有机废水的通用型内循环芬顿反应器
技术领域
本发明涉及一种处理难降解有机废水的通用型内循环芬顿(Fenton)反应器，属于污水处理领域。
背景技术
在各种类型的废水中，含有大量难降解有机污染物的废水是水污染的主要元凶。这些难被微生物降解的有机污染物主要来源于石油化工、冶金、印染、制药、造纸等工业行业，以及农村使用的农药和城市生活垃圾。这些难降解有机废水的特点是浓度较高，成分复杂，毒性强，化学耗氧量高、具有“三致”作用或毒性，一旦向环境排放，将会引发严峻的环境污染，并威胁人民的健康。
目前难降解有机废水的处理方法主要有三大类，分别是：生物法、物理法和化学氧化法。随着民众环境保护意识的日益增强和国家污染物排放标准的日趋严格，之前大多数企业采用的生物处理技术不能达到最新的行业废水排放标准，目前被广泛接受的工艺是采用生化处理+深度处理相结合的处理方法，生化处理可以在低成本的条件下去除大量污染物，而深度处理则能进一步去除废水中的难降解有机物，保证达到排放标准。目前研究较多的深度处理技术是膜分离技术和高级氧化技术。膜分离技术虽然处理效果不错，但是由于浓缩液难处理、膜易污染以及投资运行成本高等缺点，应用受到很大限制。高级氧化法利用羟基自由基(·OH)将废水中的有毒有机物分解成为无毒或低毒的小分子物质进而提高其可生化性，甚至彻底转化为二氧化碳和水等无机物，是一种彻底处理水中有机污染物的方法。
芬顿(Fenton)技术是近年来比较受重视的一种高级氧化技术(AOPs)：Fe2+催化H2O2生成氧化能力极高的·OH，·OH进一步氧化有机物。光助-芬顿体系(Photo-Fenton)则兼具高级氧化技术和光催化氧化技术的优点，降解效率高、二次污染低。在难降解废水处理领域，光助-芬顿体系已经逐渐成为公认的最具应用前景的技术之一。均相光助-芬顿体系和多相光助-芬顿体系各有优缺点，均相光助-芬顿体系存在pH值适用范围窄、铁离子容易流失造成二次污染等问题，多相光助芬顿体系虽然在较广的pH值范围内对难降解有机废水有较好的处理效果，但处理效率低于均相光助芬顿体系。
目前极少有光助-芬顿法用于实际废水的工业化处理，除了成本要进一步控制外，急需要解决的就是设计出结构简单、效率高、适于工业化的光反应器。已经研究出的光催化-膜分离反应器和三相内循环流化床光催化反应器都为多相光催化反应器的设计提供了很好的思路，真正应用于废水处理工业化还有很长的路要走。
发明内容
本发明的目的是针对日益严峻的水污染形势以及现有技术的不足提供一种可利用芬顿体系处理难降解有机废水的通用型内循环芬顿反应器。
本发明的结构包括：进水口、混合区、挡板、第一重套筒、第二重套筒、第三重套筒、紫外灯、溢流槽、出水口、反应器外壁、第一反应区、第二反应区、曝气头、空气入口;
所述反应器是上部为圆柱、下部为圆台的加盖筒体，底部设进水口和曝气头，中间设置下部开口的三重套筒，将反应器分隔为混合区、第一反应区和第二反应区，上部设溢流槽和出水口，底部设有倒置喇叭状的挡板，反应器内布置有紫外灯;
所述反应器中央的第一反应区布置紫外灯束，反应器外围的第二反应区均匀布置数根紫外灯;
所述系统下部开口的三重套筒，其结构可以是套筒上部为圆柱形，中间为喇叭状，下部为带大缺口的圆柱筒;
所述反应器的光系统设置为中间一个光源外围一圈光源的多光源形式;
所述反应器既适用于多相芬顿体系又适用于均相芬顿体系，既适用于普通芬顿体系又适用于光助-芬顿体系，根据废水的性质和污染物浓度，可以通过加入不同形式的催化剂和开关紫外灯达到不同的处理效果并节约成本，对于均相芬顿体系，加入亚铁离子作为催化剂;对于多相芬顿体系，加入固体催化剂颗粒作为催化剂;对于普通均相芬顿体系，关闭紫外灯;对于光助芬顿体系，打开紫外灯;
反应器底部设有曝气头和进水口，由于上升水流和上浮气泡的作用，在混合区、第一反应区和第二反应区之间出现密度差，驱使待处理溶液和芬顿试剂在三个区之间循环流动，多余的气体从反应器顶部的通气孔溢出，进水、空气、催化剂和过氧化氢在混合区混合，向上进入第一反应区，发生芬顿反应，由于第一重套筒上边沿高于溢流槽上边沿，待处理溶液向下在三重套筒之间形成二级回流即催化剂颗粒在此处可控分级回流，反应液从三重套筒之间流下之后，部分待处理溶液进入外围，废水在第二反应区继续被降解，若使用固相催化剂，催化剂颗粒可以稳定沉降以实现固-液分离，处理后的上清液经溢流槽和出水口排出，部分废水和催化剂经挡板作用回流到底部的混合区，与进水空气混合后向上流动。
本发明有益效果是：本发明所述的反应器既适用于多相芬顿体系又适用于均相芬顿体系，既适用于普通芬顿体系又适用于光助-芬顿体系。反应器上部为圆柱，下部为圆台，上部为圆柱型使得反应器有着较高的光利用率和良好的对称性，下部为圆台有利于待处理废水和催化剂颗粒回流。内置三重套筒通过调节高度和间隔宽度，既可以促成颗粒催化剂分粒度回流，又可以按水质条件设计套筒尺寸以控制合理的回流比，延长水力停留时间，三重套筒将反应器分隔成中间的混合区和第一反应区以及外围的第二反应区。为了提高反应器中紫外光与溶液的接触面积，将反应器的光系统设置为中间一个光源外围一圈光源的多光源形式，于是反应器处理水量增大，光强在反应器内分布更加均匀，适合工业实际应用。在较广的pH值范围内，本反应器对难降解有机废水有较好的处理效果，多相催化剂在反应器各反应区之间循环，可以重复利用，有机污染物矿化度高。