申请日2018.07.13
公开(公告)日2018.11.23
IPC分类号C02F9/08
摘要
本发明公开一种采用Fenton反应快速处理高COD值污水的设备，包括污水过滤系统、PH控制系统、混合搅拌系统、高精密流量控制系统、超声强化反应系统、储料容器、陈化搅拌系统和污泥处理系统，污水首先进入污水过滤系统，然后流入PH控制系统，PH控制系统连接着混合搅拌系统，混合搅拌系统和储料容器通过高精密流量控制系统与超声强化反应系统的进料口连接，陈化搅拌系统通过连接管与超声强化反应系统的出料口连接，反应处理完的污水通过陈化搅拌系统流出，流入到污泥处理系统。本发明还公开了采用该装置处理高COD值污水的方法，此方法具有连续化、节省药剂、操作简单、可控性强、高效节能、占地面积小等特点。
权利要求书
1.采用Fenton反应快速处理高COD值污水的设备，其特征在于：包括污水过滤系统、PH控制系统、混合搅拌系统、高精密流量控制系统、超声强化反应系统、储料容器、陈化搅拌系统和污泥处理系统;污水首先进入所述污水过滤系统，所述污水过滤系统连接着所述PH控制系统，PH控制系统连接着所述混合搅拌系统，所述混合搅拌系统和所述储料容器通过所述高精密流量控制系统与所述超声强化反应系统的进料口连接，所述陈化搅拌系统通过连接管与所述超声强化反应系统的出料口连接，反应处理完的污水通过陈化搅拌系统流出，流入到所述污泥处理系统。
2.根据权利要求1所述的污水处理设备，其特征在于，所述污水过滤系统采用无纺布、涤纶网等固定在支架上，形成平板状结构，污水透过微网，污泥被拦截，逐渐形成泥饼层，起到过滤作用。
3.根据权利要求1所述的污水处理设备，其特征在于，所述PH控制系统设有pH计量装置、搅拌混合器和药液槽，污水流入所述PH控制系统，所述药液槽中的药液加入系统中调节污水的PH值，通过所述搅拌混合器将药液与污水进行充分的混合，所述PH计量装置检测污水的PH值。
4.根据权利要求1所述的污水处理设备，其特征在于，所述混合搅拌系统设有搅拌混合器和药液槽，药液槽中的药液加入到混合搅拌系统中，所述搅拌混合器将药液均匀分散及混合。
5.根据权利要求1所述的污水处理设备，其特征在于，所述高精密流量控制系统设有齿轮泵、伺服电机和控制器，所述齿轮泵精确控制流量的输送，所述伺服电机控制齿轮泵的稳定传输，所述控制器可以自动控制流量的流速。
6.根据权利要求1所述的污水处理设备，其特征在于，所述超声强化反应系统包括超声装置、超声控制器和管式连续反应器，所述管式连续反应器的中部设置有中央通道，所述中央通道内设置有螺旋搅拌结构，所述的管式连续反应器包括进料口、中央通道和出料口，进料口至少有两个;
优选地，所述管式连续反应器的四周和底部均设有所述超声装置，这为在中央通道的每一处物料都带来均一、稳定的能量，进一步加快了不同物质混合和反应的效率;
优选地，所述超声控制器用于控制超声装置的超声强度和能量。
7.根据权利要求6所述的超声强化反应系统，其特征在于，所述混合搅拌系统通过高精密流量控制系统连接管式连续反应器进料口。
8.根据权利要求1所述的污水处理设备，其特征在于，所述储料容器通过高精密流量控制系统连接管式连续反应器进料口。
9.根据权利要求1所述的污水处理设备，其特征在于，所述的陈化搅拌系统对从超声强化反应系统出来的污水进行陈化处理，并且槽的底部和四周均设有超声装置，结合搅拌和超声可以对浆料进行全方位的混合，为溶液提供更均一、高效的混合效果，提高反应速率。
10.采用权利要求1-9任意一项污水处理设备来处理高COD值的污水处理方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1)污水经过污水过滤系统过滤掉污水中的固体杂质，过滤后的废水流入所述PH控制系统中，添加20~30wt%的硫酸溶液，调节PH值到3-4;
S2)接着污水流入混合搅拌系统，添加硫酸亚铁溶液到所述混合搅拌系统中，然后通过所述高精密流量控制系统输送混合后的污水到所述超声强化反应系统中;
S3)所述混合搅拌系统中的污水和储料容器中双氧水溶液，按一定进料速度比，分别通过所述高精密流量控制系统输送到所述超声强化反应系统的进料口中;两种原料从超声强化反应系统的进料口，混合进入到其中央通道中，在超声和螺旋结构的作用下，高效混合反应均匀后进入到陈化搅拌系统中;
S4)氢氧化钠溶液添加到所述陈化搅拌系统中，调节PH值到9-10，经过连续超声和搅拌后，会生成含有氢氧化铁沉淀的混合处理液，混合处理液通过所述污泥处理系统分离出上清液和沉淀物，上清液排入生化槽中。
说明书
采用Fenton反应快速处理高COD值污水的方法及设备
技术领域
本发明属于污水处理技术领域，涉及一种采用Fenton反应处理高COD值的设备，尤其涉及一种采用Fenton反应快速处理高COD值的方法及设备。
背景技术
化工废水中，往往COD很高且含有大量难降解的物质，如苯环、杂环等，直接排放会严重破坏和影响生态环境。
工业上这种高COD值的废水在进入生化系统之前，一般需要进行预处理，而芬顿工艺作为一种有效的预处理工艺，广泛运用于化工废水的处理工艺中。芬顿工艺主要通过控制合适的反应条件，往污水中加入双氧水和硫酸亚铁，形成羟基自由基，氧化污水中还原性物质，达到去除COD的目的。传统芬顿预处理中，首先化验污水水质，并通过小试确定合适的药剂投加比例进行芬顿反应，反应结束后进行沉淀，上清液进入后续污水处理系统，反应产生的氢氧化铁沉淀进入压滤机进行压滤，形成的污泥饼作为固废处理。芬顿反应中投加的药剂比例与污水中COD总量呈正比。在化工废水处理中，污水中往往含有较高的COD，相应地投加药剂量增多，形成的沉淀比例也增多。进行沉淀时消耗的时间较长，且很难得到满意的沉淀效果，因此需要较大的沉淀空间，同时也制约了系统处理效率。
传统Fenton 反应在实际应用中存在运行成本偏高、反应条件要求严格、容易产生二次污染等问题，其中Fenton 试剂使用量大，药剂成本高的问题尤为突出。宋岱峰设计的高效Fenton 反应器采用盘管加热和曝气混合的方式提高Fenton 反应效率。其不足之处在于曝气和加热增加能耗。陈福明等采用管式反应装置大大提高了芬顿反应速度和效率，其不足在于COD的去除率偏低，仍达不到日益提高的环保标准。
由于环境污染日益受到重视，随着《中华人民共和国环境保护法》(2015)的实施，污水处理标准越来越严格，规模越来越大，对于污水处理的出水要求也日益严格。目前的处理工艺和技术手段相对滞后，处理成本较高，耗用的场地太大，所以需要改变思路，寻求新的解决方案。
发明内容
本发明针对目前芬顿反应处理工艺和设备处理时间长、场地占用面积大、药剂消耗量大、COD去除率低等技术难题，公开了一种采用Fenton反应快速处理高COD值的方法及设备，具有反应速度快、可控性强、节约药剂、COD去除率高、占地面积小等优势，特别适合工业上大规模处理各种高COD值污水应用。
对此，本发明采用的技术方案为：
采用Fenton反应快速处理高COD值的方法及设备，其特征在于：采用Fenton反应快速处理高COD值的反应设备，其包括污水过滤系统、PH控制系统、混合搅拌系统、高精密流量控制系统、超声强化反应系统、储料容器、陈化搅拌系统和污泥处理系统;污水首先进入所述污水过滤系统，所述污水过滤系统连接着所述PH控制系统，PH控制系统连接着所述混合搅拌系统，所述混合搅拌系统和所述储料容器通过所述高精密流量控制系统与所述超声强化反应系统的进料口连接，所述陈化搅拌系统通过连接管与所述超声强化反应系统的出料口连接，反应处理完的污水通过陈化搅拌系统流出，流入到所述污泥处理系统。
所述污水过滤系统采用无纺布、涤纶网等固定在支架上，形成平板状结构，污水透过微网，污泥被拦截，逐渐形成泥饼层，起到过滤作用。
所述PH控制系统设有pH计量装置、搅拌混合器和药液槽，污水流入所述PH控制系统，所述药液槽中的药液加入系统中调节污水的PH值，通过所述搅拌混合器将药液与污水进行充分的混合，所述PH计量装置检测污水的PH值。
所述混合搅拌系统设有搅拌混合器和药液槽，药液槽中的药液加入到混合搅拌系统中，所述搅拌混合器将药液均匀分散及混合。
所述高精密流量控制系统设有齿轮泵、伺服电机和控制器，所述齿轮泵精确控制流量的输送，所述伺服电机控制齿轮泵的稳定传输，所述控制器可以自动控制流量的流速。
所述超声强化反应系统包括超声装置、超声控制器和管式连续反应器，所述管式连续反应器的中部设置有中央通道，所述中央通道内设置有螺旋搅拌结构，所述的管式连续反应器包括进料口、中央通道和出料口，进料口至少有两个。
所述管式连续反应器的四周和底部均设有所述超声装置，这为在中央通道的每一处物料都带来均一、稳定的能量，进一步加快了不同物质混合和反应的效率。
所述超声控制器用于控制超声装置的超声强度和能量。
所述混合搅拌系统通过高精密流量控制系统连接管式连续反应器进料口。
所述储料容器通过高精密流量控制系统连接管式连续反应器进料口。
所述的陈化搅拌系统对从超声强化反应系统出来的污水进行陈化处理，并且槽的底部和四周均设有超声装置，结合搅拌和超声可以对浆料进行全方位的混合，为溶液提供更均一、高效的混合效果，提高反应速率。
本发明还公开了采用Fenton反应快速处理高COD值的方法，其采用如上所述的设备进行制备，其包括以下步骤：
S1)污水经过污水过滤系统过滤掉污水中的固体杂质。过滤后的废水流入所述PH控制系统中，添加20~30wt%的硫酸溶液，调节PH值到3-4;
S2)接着污水流入混合搅拌系统，添加硫酸亚铁溶液到所述混合搅拌系统中，然后通过所述高精密流量控制系统输送混合后的污水到所述超声强化反应系统中;
S3)所述混合搅拌系统中的污水和储料容器中双氧水溶液，按一定进料速度比，分别通过所述高精密流量控制系统输送到所述超声强化反应系统的进料口中;两种原料从超声强化反应系统的进料口，混合进入到其中央通道中，在超声和螺旋结构的作用下，高效混合反应均匀后进入到陈化搅拌系统中;
S4)氢氧化钠溶液添加到所述陈化搅拌系统中，调节PH值到9-10，经过连续超声和搅拌后，会生成含有氢氧化铁沉淀的混合处理液，混合处理液通过所述污泥处理系统分离出上清液和沉淀物，上清液排入生化槽中。
采用本发明技术方法处理高COD值的工业污水具有如下积极效果：
1)溶液混合过程采用管式连续反应器，有利于初始进料时液体之间的碰撞混合和充分反应，避免产生返混不良，管式连续反应器内腔的螺旋结构和超声功能，进一步保障了反应的充分进行和反应产物的均一化，混合反应过程连续进行，时间短、可控性强、稳定性好，同时也更容易实现工业化连续放大处理;
2)现有Fenton 法废水处理设备的停留时间一般为1～3h不等，而达到同样处理效果，采用本反应器的处理时间仅需要1～2min，Fenton 反应时间缩短意味着单位体积反应器处理能力的提高，因此在处理相同流量的废水，本装置的体积比现有设备更小、处理效率更高;
3)采用传统Fenton工艺处理相同的高COD值废水，COD去除率仅为60%。本发明的COD去除率高达80%;
4)和传统的芬顿反应相比，本发明的设备通过独特的过程强化反应设计，提高了混合效率，充分发挥了Fenton 试剂使用效率，节省了氧化剂和过氧化氢的用量，减少了氢氧化铁污泥的生产量，大大节约了污水处理成本;
5)污水经过污水过滤系统、PH控制系统、混合搅拌系统、超声强化反应系统、陈化搅拌系统和污泥处理系统，整个方法实现连续化处理，具有节约药剂、操作简单、可控性强、高效节能、占地面积小等的优点。