申请日20200113
公开(公告)日20200522
IPC分类号C02F1/72
摘要
本发明公开了一种以铁屑为铁源的Fenton氧化处理印染废水的方法及装置。该装置包括依次连接的pH调节池、Fe2+溶出塔、Fenton氧化塔和沉淀池;其中，pH调节池上部连接有进水管a和酸药罐;Fe2+溶出塔沿塔体下部至中部方向，塔体下部内依次设有穿孔板、下支撑层、上支撑层和铁屑填充层;塔体上部设有储气罐，并通过导气管与塔体内部相连通;Fenton氧化塔上连接有H2O2药罐，其上部设有出水管与沉淀池相连接;Fenton氧化塔的进水管b与出水管在同一水平位置设置;沉淀池上连接有碱液药罐，其上部设有净化水出水管，下部设有污泥管。本发明通过铁屑实现Fe2+的不断输入，满足大量废水的连续处理过程;溶液中存在的铁单质有效避免Fe2+被氧化为Fe3+;产生的氢气回收作为能源使用。
权利要求书
1.一种以铁屑为铁源的Fenton氧化处理印染废水的装置，包括依次连接的pH调节池、Fe2+溶出塔、Fenton氧化塔和沉淀池;
所述pH调节池上部连接有进水管a和酸药罐，下部设有出水口;
所述Fe2+溶出塔包括塔体的下部、中部和上部三部分;所述塔体下部设有入口与所述pH调节池的出水口连接;沿所述塔体下部至中部方向，所述塔体下部内依次设有穿孔板、下支撑层、上支撑层和铁屑填充层;所述塔体的中部设有排水口与所述Fenton氧化塔的上部入口的进水管b相连接;所述塔体上部设有储气罐，并通过导气管与所述塔体内部相连通;
所述Fenton氧化塔上连接有H2O2药罐，其顶部设有出水管与所述沉淀池相连接;所述Fenton氧化塔的进水管b与所述出水管在同一水平位置设置;
所述沉淀池上连接有碱液药罐，其上部设有净化水出水管，下部设有污泥管。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述酸药罐连接于所述进水管a上;
所述酸药罐与所述pH调节池之间的所述进水管a上设有管道混合器。
3.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于：所述酸药罐内的酸药通过水泵a泵入所述pH调节池中;
所述pH调节池出水通过另一个水泵a泵入所述Fe2+溶出塔中;
所述Fe2+溶出塔的排水口与所述Fenton氧化塔之间的连接管道上设有水泵b;
所述H2O2药罐内的H2O2通过水泵c泵入所述Fe2+溶出塔中;
所述Fenton氧化塔与所述沉淀池之间的连接管道上设有另一个所述水泵c;
所述碱液药罐内的碱液通过水泵d泵入所述沉淀池;
所述污泥管上设有另一个所述水泵d。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的装置，其特征在于：所述pH调节池和所述Fenton氧化塔内各设有一个搅拌桨;
所述pH调节池、所述Fe2+溶出塔和所述沉淀池内各设有一个pH检测仪，且分别位于所述pH调节池的出水口处、所述Fe2+溶出塔的排水口处和所述沉淀池的中下部。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的装置，其特征在于：所述下支撑层、所述上支撑层均为玻璃珠支撑层，且所述下支撑层的玻璃珠粒径大于所述上支撑层的玻璃珠粒径;
所述进水管采用304型不锈钢材质;
所述酸药罐采用酚醛树脂的内衬钢;
所述水泵a采用CN-7M或合金20型水泵，其连接管道采用304型不锈钢材质;
所述pH调节池采用碳钢防腐;
所述Fe2+溶出塔的塔体材质采用玻璃纤维增强塑料;
所述储气罐的材质为碳钢;
所述水泵b为非金属材质，与其连接的管道采用聚氯乙烯或氯化聚氯乙烯制成;
所述H2O2药罐采用铝合金5254或316L型不锈钢制成;
所述水泵c采用316型不锈钢或聚四氟乙烯材质，与其连接的输送管道为316L型不锈钢材质;
所述Fenton反应塔塔体采用316L不锈钢制成;
所述碱液药罐材质为FRP;
所述水泵d采用不锈钢或碳钢材质制成，与其连接的输送管道采用CPVC或FRP;
所述沉淀池采用碳钢材质;
所述污泥管和所述净化水出水管的材质为CPVC或FRP。
6.采用权利要求1-5中任一项所述的装置进行以铁屑为铁源的Fenton氧化处理印染废水的方法，包括如下步骤：1)印染废水经所述进水管a进入所述pH调节池，所述酸药罐中酸液加入所述pH调节池，调节所述pH调节池出水口出水的pH值;
2)所述pH调节池出水进入所述Fe2+溶出塔，与所述铁屑填充层接触反应，使Fe2+溶出至废水，并产生气体通过所述导气管收集于所述储气罐;
3)所述Fe2+溶出塔处理后的所述印染废水经所述排水口进入所述Fenton氧化塔，同时H2O2从所述H2O2药罐经管道进入所述Fenton氧化塔与废水进行氧化反应;
4)经所述Fenton氧化塔处理后的废水进入所述沉淀池，同时所述碱液药罐中碱液加入所述沉淀池，调节废水的pH值，所述沉淀池中上层净化水由所述净化水出水管排出，底部污泥由所述污泥管排除。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于：所述酸液为H2SO4溶液;
步骤1)中采用所述pH检测仪检测所述pH调节池出水口出水的pH值，调节所述pH调节池出水口出水的pH值至2±0.2;
所述pH调节池中对所述印染废水调节时，采用所述搅拌桨进形搅拌。
8.根据权利要求6或7所述的方法，其特征在于：步骤2)中经所述Fe2+溶出塔处理后的所述印染废水在所述排水口处监测其pH值，当pH值>2+0.2时，加大所述pH调节池中所述酸液的投加量，以使所述排水口排出水pH值为2±0.2。
9.根据权利要求6-8中任一项所述的方法，其特征在于：所述Fenton氧化塔中对废水采用所述搅拌桨搅拌进行氧化反应。
10.根据权利要求6-9中任一项所述的方法，其特征在于：所述碱液为NaOH溶液，步骤4)中调节废水的pH值至7±0.2。
说明书
一种以铁屑为铁源的Fenton氧化处理印染废水的方法及装置
技术领域
本发明涉及一种以铁屑为铁源的Fenton氧化处理印染废水的方法及装置，属于废水处理技术领域。
背景技术
纺织工业是我国传统支柱产业，而纺织印染是工业污染防治与节水的重点行业之一。印染是纺织产品后加工工序，也是纺织行业中污染最为严重的工序。目前，我国印染企业主要采用以水为媒介的湿法加工工艺。该类方法在生产过程中用水量大，且会排放出大量高色度、高污染的有机废水。据统计，全国印染废水排放量为3×106～4×106m3/d，已然成为了工业废水排放大户，其排放量位列工业废水排放量第2位，约占工业废水总排放量的10%;占纺织工业废水排放总量的60～80%。针对大量的印染废水，对其进行妥善的处理，满足达标排放也是一个巨大的挑战。
由于高级氧化工艺(AOPs)已显示出对高浓度，难降解有机废水处理的巨大潜力，从而受到广泛关注。主要包括O3氧化法、光催化氧化法、电化学氧化法以及Fenton氧化法。其中，Fenton试剂高级氧化工艺，因其具有应用范围广，反应条件温和，操作简单以及快速降解矿化等优点而受到广泛关注。但在实际的印染废水的处理过程中，需要不断投加FeSO4药剂且反应后会产生大量铁泥、形成二次污染，不利于大量废水的连续处理。
发明内容
本发明的目的是提供一种以铁屑为铁源的Fenton氧化处理印染废水的方法及装置。
本发明提供的一种以铁屑为铁源的Fenton氧化处理印染废水的装置，包括依次连接的pH调节池、Fe2+溶出塔、Fenton氧化塔和沉淀池;
所述pH调节池上部连接有进水管a和酸药罐，下部设有出水口;
所述Fe2+溶出塔包括塔体下部、中部和上部三部分;所述塔体下部设有入口与所述pH调节池的出水口连接;沿所述塔体下部至中部方向，所述塔体下部内依次设有穿孔板、下支撑层、上支撑层和铁屑填充层;所述塔体中部设有排水口与所述Fenton氧化塔的上部入口的进水管b相连接;所述塔体上部设有储气罐，并通过导气管与所述塔体内部相连通;
所述Fenton氧化塔上连接有H2O2药罐，其上部设有出水管与所述沉淀池相连接;所述Fenton氧化塔的进水管b与所述出水管在同一水平位置设置;
所述沉淀池上连接有碱液药罐，其上部设有净化水出水管，下部设有污泥管。
本发明中，所述Fe2+溶出塔包括塔体下部、中部和上部三部分;具体如下：所述Fe2+溶出塔塔体下部具体为H=100cm，Φ=10cm的区域;所述Fe2+溶出塔塔体中部具体为H=10cm，Φ=20cm的区域;所述Fe2+溶出塔塔体上部具体为SΦ20cm的半球体区域;
所述塔体下部由穿孔板、双玻璃柱支撑层以及铁屑填充层构成。经过pH调节后的废水从塔体底部进入，自下而上流动，通过控制与铁屑的接触时间，以达到控制废水中Fe2+浓度的目的;
所述塔体中部设有排水口，其作用为，Fe2+在塔体下部不断溶出，通过在塔体的中部进行进一步混合，来确保排水中Fe2+浓度均匀且满足所需;
所述塔体上部设有储气罐，其作用为回收处理过程中所产生H2，以作为清洁能源使用，避免资源的浪费。
本发明中，所述Fenton氧化塔出水管与进水管平齐主要有以下三个作用：
其一，废水的流动方向是自下而上的，出水口设立在较高的位置，能促进溶液混合的更加均匀，从而达到反应充分进行，保证污染物的去除效果;
其二，将所述出水管b设在所述Fenton氧化塔的上部，能提高废水的处理量，利于废水的连续处理(假设将排水口设立在Fenton氧化塔距地面30cm处或110cm处，欲实现相同的停留时间，排水口位置越低，废水的流速越慢，单位时间内废水处理量越少);
其三，从空间上，进水管与出水管处在统一高度，更加美观。
上述的装置中，所述酸药罐连接于所述进水管a上;
所述酸药罐与所述pH调节池之间的所述进水管a上设有管道混合器。
上述的装置中，所述酸药罐内的酸药通过水泵a泵入所述pH调节池中;
所述pH调节池出水通过另一个水泵a泵入所述Fe2+溶出塔中;
所述Fe2+溶出塔的排水口与所述Fenton氧化塔之间的连接管道上设有水泵b;
所述H2O2药罐内的H2O2通过水泵c泵入所述Fe2+溶出塔中;
所述Fenton氧化塔与所述沉淀池之间的连接管道上设有另一个所述水泵c;
所述碱液药罐内的碱液通过水泵d泵入所述沉淀池;
所述污泥管上设有另一个所述水泵d。
上述的装置中，所述pH调节池和所述Fenton氧化塔内各设有一个搅拌桨;
所述pH调节池、所述Fe2+溶出塔和所述沉淀池内各设有一个pH检测仪，且分别位于所述pH调节池的出水口处、所述Fe2+溶出塔的排水口处和所述沉淀池的中下部。
上述的装置中，所述下支撑层、所述上支撑层均为玻璃珠支撑层，且所述下支撑层的玻璃珠粒径大于所述上支撑层的玻璃珠粒径;
所述进水管采用304型不锈钢材质;
所述酸药罐采用酚醛树脂的内衬钢;
所述水泵a采用CN-7M或合金20型水泵，其连接管道采用304型不锈钢材质;
所述pH调节池采用碳钢防腐;
所述Fe2+溶出塔的塔体材质采用玻璃纤维增强塑料;
所述储气罐的材质为碳钢;
所述水泵b为非金属材质，与其连接的管道采用聚氯乙烯或氯化聚氯乙烯制成;
所述H2O2药罐采用铝合金5254或316L型不锈钢制成;
所述水泵c采用316型不锈钢或聚四氟乙烯材质，与其连接的输送管道为316L型不锈钢材质;
所述Fenton反应塔塔体采用316L不锈钢制成;
所述碱液药罐材质为FRP;
所述水泵d采用不锈钢或碳钢材质制成，与其连接的输送管道采用CPVC或FRP;
所述沉淀池采用碳钢材质;
所述污泥管和所述净化水出水管的材质为CPVC或FRP。
本发明中，所述以铁屑为铁源的Fenton氧化处理印染废水的装置的各部分材料的选择，按照《城镇污水处理厂运行管理手册第1卷管理和配置系统》(第6版，2013)中化学药剂的存储、输送等相关规定制备。
本发明中，双玻璃支撑层(4mm玻璃珠支撑层与2mm玻璃珠支撑层)高度比例为1:1;单支撑层高度在10～15cm之间;双玻璃支撑层与铁屑填充层高度之和控制在≤50cm。实施例中，具体为：上层为高10cm的4mm玻璃珠支撑层12以及高10cm的2mm玻璃珠支撑层13，铁屑填充层14高度为10cm。
本发明还提供了采用上述的装置进行以铁屑为铁源的Fenton氧化处理印染废水的方法，包括如下步骤：1)印染废水经所述进水管a进入所述pH调节池，所述酸药罐中酸液加入所述pH调节池，调节所述pH调节池出水口出水的pH值;
2)所述pH调节池出水进入所述Fe2+溶出塔，与所述铁屑填充层接触反应，使Fe2+溶出至废水，并产生气体通过所述导气管收集于所述储气罐;
3)所述Fe2+溶出塔处理后的所述印染废水经所述排水口进入所述Fenton氧化塔，同时H2O2从所述H2O2药罐经管道进入所述Fenton氧化塔与废水进行氧化反应;
4)经所述Fenton氧化塔处理后的废水进入所述沉淀池，同时所述碱液药罐中碱液加入所述沉淀池，调节废水的pH值，所述沉淀池中上层净化水由所述净化水出水管排出，底部污泥由所述污泥管排除。
上述的方法中，所述酸液为H2SO4溶液;
步骤1)中采用所述pH检测仪检测所述pH调节池出水口出水的pH值，调节所述pH调节池出水口出水的pH值至2±0.2;
所述pH调节池中对所述印染废水调节时，采用所述搅拌桨进形搅拌。
上述的方法中，步骤2)中经所述Fe2+溶出塔处理后的所述印染废水在所述排水口处监测其pH值，当pH值>2+0.2时，加大所述pH调节池中所述酸液的投加量，以使所述排水口排出水pH值为2±0.2。
上述的方法中，所述Fenton氧化塔中对废水采用所述搅拌桨搅拌进行氧化反应。
上述的方法中，所述碱液为NaOH溶液，步骤4)中调节废水的pH值至7±0.2。
本发明具有以下优点：
(1)实现了废水的连续处理，通过铁屑代替FeSO4药剂的投加，可以实现Fe2+的不断输入，满足大量废水的连续处理过程;且Fenton氧化塔出水管与进水管平齐，，能促进溶液混合的更加均匀，从而达到反应充分进行，保证污染物的去除效果，能提高废水的处理量，利于废水的连续处理。
(2)溶液中存在的铁单质能有效避免Fe2+被氧化为Fe3+，提高Fenton反应的效率。
(3)反应过程中产生的气体(H2)经导气管进入储气室，可以作能源使用。（发明人孙迎雪;刘晨;吴毅晖;潘国强;胡洪营）