申请日2018.02.11
公开(公告)日2018.09.04
IPC分类号C02F9/14; C02F1/72; G05B19/05; C02F101/34
摘要
本发明针对苯酚废水在水量、水质浓度等方面的较大变化而导致的序批式芬顿氧化法系统出水水质不稳定、能耗较高等问题，公开一种处理苯酚废水的序批式芬顿氧化反应过程的控制方法。控制方法包括：选择待处理工业废水;构建芬顿氧化反应过程自动控制系统;采取三种控制策略对芬顿氧化反应器进行控制，一是ORP设定值150‑200mV的绝对值控制策略，二是ORP值的变化速率小于3～10mV/min且保持10～30min的控制策略，三是ORP对时间的一阶导数的变化速率小于0.1～0.5mV/min并保持10～30min的控制策略，调控碱液投加电动调节阀控制器，通过开启碱液投加自动控制系统来改变运行工序，通过改变序批式芬顿氧化反应的运行工序达到提高出水水质、降低能耗的目的。
权利要求书
1.一种处理苯酚废水的序批式芬顿氧化反应过程的控制方法，其特征在于，所述控制方法按如下步骤实现：
步骤1：选择苯酚废水生化处理系统出水作为待处理工业废水，所述待处理工业废水的水量为100-200m3/d，所述待处理工业废水的主要特征污染物苯酚浓度为50-100mg/L;
步骤2：构建芬顿氧化反应过程自动控制系统，所述芬顿氧化反应过程自动控制系统的检测器为氧化还原电位ORP在线测定仪，所述ORP在线测定仪分别安装在距离序批式芬顿氧化反应器SBFR底部20cm、SBFR中间深度以及水面以下20cm处;控制器为安装于计算机内的PLC控制器;终端执行设备为碱液投加电动调节阀及计量泵;自动过程控制系统采用ORP参数设定值控制策略：反应过程中，每隔3min读取3个ORP测定仪的ORP信息，将所述ORP信息传输至计算机的数据采集卡存储并计算平均值，并将所述平均值转换成数字信号后输入至PLC控制器内，与ORP设定值150-200mV进行比较，用PID算法进行计算并转换计算结果作为输出值，作为所述碱液投加电动调节阀的控制器输入端，开启碱液投加系统;
步骤3：运行SBFR，SBFR包括6个工序：进水、调控pH值、芬顿氧化反应、絮凝、沉淀、排水与排泥，设定运行参数如下：水力停留时间为6-12h，SBFR组数为2-4组，每组SBFR每日运行2-4个周期;每周期运行期间，储存于调节池内的生化处理系统出水进入SBFR内，进水工序时间为10-30min，调控pH值5-10min，絮凝工序时间为20-40min，沉淀工序时间为0.5h，排水和排泥工序时间为1-1.5h;调控pH值工序pH值为3-5;硫酸亚铁投加采用干投方式，投加量为100-430kg/组/周期;过氧化氢贮备液浓度为330g/L，每组每周期投加流量为2-7L/min;絮凝工序pH值为7-8;调控pH值工序搅拌速度梯度为720-900s-1，芬顿氧化反应工序初期5-10min内搅拌速度梯度为720-900s-1，剩余时间搅拌速度梯度为240-300s-1，絮凝工序初期5-10min内搅拌速度梯度为720-900s-1，剩余时间搅拌速度梯度为20-60s-1;
步骤4：采用步骤2所述ORP设定值的控制策略对SBFR反应过程进行控制，使SBFR达到稳定的工况。
2.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述步骤3中的芬顿氧化反应器的水力停留时间为8h。
3.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述步骤3中的芬顿氧化反应器的组数为2组。
4.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述步骤3中的每个芬顿氧化反应器每日运行3个周期。
5.根据权利要求1-4任一项所述的控制方法，其特征在于，所述步骤2中的自动过程控制系统采用ORP随时间变化的曲线进入平台期的控制策略：反应过程中，每隔3min读取3个ORP测定仪的ORP信息，将所述ORP信息传输至计算机的数据采集卡存储并计算平均值，并将所述平均值转换成数字信号后输入至PLC控制器内，计算ORP值的变化速率，当ORP值的变化速率小于3～10mV/min并保持10～30min时，PLC控制器输出信号传输至所述碱液投加电动调节阀的控制器输入端，开启碱液投加系统。
6.根据权利要求5所述的控制方法，其特征在于，所述步骤2中的ORP值的变化速率小于7.5mV/min。
7.根据权利要求6所述的控制方法，其特征在于，所述ORP值的变化速率保持时间为20min。
8.根据权利要求1-4任一项所述的控制方法，其特征在于，所述步骤2中的自动过程控制系统采用ORP对时间的一阶导数进入平台期的控制策略：反应过程中，每隔3min读取3个ORP测定仪的ORP信息，将所述ORP信息传输至计算机的数据采集卡存储并计算平均值，并将所述平均值转换成数字信号后输入至PLC控制器内，计算ORP对时间的一阶导数及所述一阶导数的变化速率，当所述一阶导数的变化速率小于0.1～0.5mV/min并保持10～30min时，PLC控制器输出信号传输至碱液投加电动调节阀的控制器输入端，开启碱液投加系统。
9.根据权利要求8所述的控制方法，其特征在于，所述ORP对时间的一阶导数的变化速率小于0.3mV/min。
10.根据权利要求9所述的控制方法，其特征在于，所述ORP对时间的一阶导数的变化速率保持时间为20min。
说明书
一种处理苯酚废水的序批式芬顿氧化反应过程的控制方法
技术领域
本发明涉及污水处理技术领域，特别是涉及一种处理苯酚废水的序批式芬顿氧化反应过程的控制方法。
背景技术
近年来随着石化行业的发展，苯酚废水的污染问题日渐突出。苯酚具有稳定的苯环结构，不易降解，直接应用物理、生化法处理苯酚废水难以达到理想的处理效果，采用高级氧化技术对其进行深度处理，是使苯酚废水处理达标排放的常用方法。芬顿氧化技术是高级氧化技术(Advanced Oxidation Processes，简称AOPs)的一种，主要由体系产生的中间态活性物种羟基自由基(·OH)实现氧化过程。目前广泛被认可的芬顿氧化技术反应机理为：在酸性溶液中投加过氧化氢，过氧化氢在Fe2+催化作用下，产生高氧化活性·OH，引发自由基链式反应，有机物质被·OH氧化，生成CO2、H2O等无机物质;·OH产生为链的开始，反应过程中引发了其它自由基和反应中间体的产生，各种自由基和中间体与有机物发生反应，致使自由基被不断消耗，直到反应链终止。芬顿氧化法作为应用广泛的高级氧化技术，可无选择地、有效地分解常规氧化法不能分解的难降解有机物，如芳胺类、酚类、芳烃类等。在工程实践中，芬顿氧化工艺法通常采用连续进水和序批进水两种运行方式，其中连续式进水方式的芬顿氧化反应器内废水状态处于紊流式混合状态，不利用化学反应的进行，因此，处理水量较小的难降解工业废水时，序批式芬顿氧化反应器(Sequencing Batch FentonReactor，SBFR)应用更加广泛。
但是，序批式芬顿氧化反应是化学反应，废水中苯酚浓度对反应过程等影响较大，而苯酚废水在水质、水量等方面都有较大变化，给SBFR带来扰动。而且，芬顿氧化反应是相当复杂的动态过程，尤其是用于工业废水处理时，现有的利用固定时序对其运行过程进行控制管理，虽然方法简单，但出水水质和能耗不能灵活调整，因此很难达到理想的处理效果。
发明内容
本发明的目的是提供一种处理苯酚废水的序批式芬顿氧化反应过程的控制方法，通过改变序批式芬顿氧化反应器的运行工序达到提高出水水质、降低能耗的目的。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
一种处理苯酚废水的序批式芬顿氧化反应过程的控制方法，所述控制方法按如下步骤实现：
步骤1：选择苯酚废水生化处理系统出水作为待处理工业废水，所述待处理工业废水的水量为100-200m3/d，所述待处理工业废水的主要特征污染物苯酚浓度为50-100mg/L;
步骤2：构建芬顿氧化反应过程自动控制系统，所述芬顿氧化反应过程自动控制系统的检测器为氧化还原电位ORP在线测定仪，所述ORP在线测定仪分别安装在距离序批式芬顿氧化反应器SBFR底部20cm、SBFR中间深度以及水面以下20cm处;控制器为安装于计算机内的PLC控制器;终端执行设备为碱液投加电动调节阀及计量泵;自动过程控制系统采用ORP参数设定值控制策略：反应过程中，每隔3min读取3个ORP测定仪的ORP信息，将所述ORP信息传输至计算机的数据采集卡存储并计算平均值，并将所述平均值转换成数字信号后输入至PLC控制器内，与ORP设定值150-200mV进行比较，用PID算法进行计算并转换计算结果作为输出值，作为所述碱液投加电动调节阀的控制器输入端，开启碱液投加系统;
步骤3：运行SBFR，SBFR包括6个工序：进水、调控pH值、芬顿氧化反应、絮凝、沉淀、排水与排泥，设定运行参数如下：水力停留时间为6-12h，SBFR组数为2-4组，每组SBFR每日运行2-4个周期;每周期运行期间，储存于调节池内的生化处理系统出水进入SBFR内，进水工序时间为10-30min，调控pH值5-10min，絮凝工序时间为20-40min，沉淀工序时间为0.5h，排水和排泥工序时间为1-1.5h;调控pH值工序pH值为3-5;硫酸亚铁投加采用干投方式，投加量为100-430kg/组/周期;过氧化氢贮备液浓度为330g/L，每组每周期投加流量为2-7L/min;絮凝工序pH值为7-8;调控pH值工序搅拌速度梯度为720-900s-1，芬顿氧化反应工序初期5-10min内搅拌速度梯度为720-900s-1，剩余时间搅拌速度梯度为240-300s-1，絮凝工序初期5-10min内搅拌速度梯度为720-900s-1，剩余时间搅拌速度梯度为20-60s-1;
步骤4：采用步骤2所述ORP设定值的控制策略对SBFR反应过程进行控制，使SBFR达到稳定的工况。
可选的，所述步骤3中的芬顿氧化反应器的水力停留时间为8h。
可选的，所述步骤3中的芬顿氧化反应器的组数为2组。
可选的，所述步骤3中的每个芬顿氧化反应器每日运行3个周期。
可选的，所述步骤2中的自动过程控制系统采用ORP随时间变化的曲线进入平台期的控制策略：反应过程中，每隔3min读取3个ORP测定仪的ORP信息，将所述ORP信息传输至计算机的数据采集卡存储并计算平均值，并将所述平均值转换成数字信号后输入至PLC控制器内，计算ORP值的变化速率，当ORP值的变化速率小于3～10mV/min并保持10～30min时，PLC控制器输出信号传输至所述碱液投加电动调节阀的控制器输入端，开启碱液投加系统。
可选的，所述步骤2中的ORP值的变化速率小于7.5mV/min。
可选的，所述ORP值的变化速率保持时间为20min。
可选的，所述步骤2中的自动过程控制系统采用ORP对时间的一阶导数进入平台期的控制策略：反应过程中，每隔3min读取3个ORP测定仪的ORP信息，将所述ORP信息传输至计算机的数据采集卡存储并计算平均值，并将所述平均值转换成数字信号后输入至PLC控制器内，计算ORP对时间的一阶导数及所述一阶导数的变化速率，当所述一阶导数的变化速率小于0.1～0.5mV/min并保持10～30min时，PLC控制器输出信号传输至碱液投加电动调节阀的控制器输入端，开启碱液投加系统。
可选的，所述ORP对时间的一阶导数的变化速率小于0.3mV/min。
可选的，所述ORP对时间的一阶导数的变化速率保持时间为20min。
根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：
本发明针对苯酚废水在水量、水质浓度等方面的较大变化而导致的序批式芬顿氧化法系统出水水质不稳定、能耗较高等问题，提供了一套序批式芬顿氧化法过程控制系统，该系统以反应器内的ORP为控制变量，采用反馈控制结构，调控碱液投加电动调节阀控制器，开启碱液投加自动控制系统来改变运行工序，通过改变序批式芬顿氧化反应的运行工序达到提高出水水质、降低能耗的目的。