申请日2020.12.29
公开（公告）日2021.05.14
IPC分类号C02F9/06; C02F1/461; C02F1/72; C02F101/30
摘要
本发明涉及一种内电复合氧化处理装置，所述处理装置包括Fe/C微电解反应室、嵌套组合的Fenton反应室和脱气室、嵌套组合的调节室和沉淀室，所述Fe/C微电解反应室连接Fenton反应室，Fenton反应室嵌套在脱气室的内部，调节室嵌套在沉淀室的内部，Fenton反应室的出水口连通脱气室，脱气室连接调节室，调节室顶部开口使出水溢流至沉淀室。
权利要求书
1.一种内电复合氧化处理装置，其特征在于，所述处理装置包括Fe/C微电解反应室、嵌套组合的Fenton反应室和脱气室、嵌套组合的调节室和沉淀室，所述Fe/C微电解反应室连接Fenton反应室，Fenton反应室嵌套在脱气室的内部，调节室嵌套在沉淀室的内部，Fenton反应室的出水口连通脱气室，脱气室连接调节室，调节室顶部开口使出水溢流至沉淀室。
2.根据权利要求1所述的处理装置，其特征在于，所述Fe/C微电解反应室包括前段、后段以及顶部的连接前段和后段的污泥捕集装置，在前段进行微电解污水处理，在后段进行泥水分离；
所述前段包括第一筒体、上隔滤网和下隔滤网，上、下隔滤网之间设置铁碳填料，所述上隔滤网和下隔滤网的网孔孔径小于铁碳填料的粒径且大于污泥的尺寸，使得铁碳填料始终保持在上、下隔滤网之间；
所述污泥捕集装置能够捕集透过上隔滤网的污泥，并将捕集的污泥运至后段进行污泥沉降；所述后段包括第二筒体，第一筒体和第二筒体的底部均设有锥形污泥斗。
3.根据权利要求2所述的处理装置，其特征在于，所述污泥捕集装置包括中心转轴及四周的若干个捕集网片，所述中心转轴竖直设在第一筒体和第二筒体间隔的壁面顶部，并连接Fe/C微电解反应室外部的驱动装置，所述捕集网片固定连接中心转轴，并沿圆周方向均匀设在中心转轴的四周，捕集网片的网孔孔径小于污泥的尺寸，能够捕获污泥，所述捕集网片平行于中心转轴。
4.根据权利要求3所述的处理装置，其特征在于，所述Fe/C微电解反应室的进水口设在下隔滤网的下方；所述上隔滤网的下方设有进料口，用于投加铁碳填料；下隔滤网为两段式，当下隔滤网分开后，铁碳填料落入第一筒体的锥形污泥斗，排出Fe/C微电解反应室；所述进水口的下方设有曝气管。
5.根据权利要求4所述的处理装置，其特征在于，所述Fe/C微电解反应室的出水口设在与进水口同侧的壁面上，出水口的位置位于距污泥捕集装置顶部的1/4-1/3处，出水口与进水口在同一竖直线上，出水口通过管道连接Fenton反应室。
6.根据权利要求5所述的处理装置，其特征在于，所述Fe/C微电解反应室设有反冲口，反冲口设在出水口对侧的Fe/C微电解反应室壁面上，并与捕集网片高度相同，对已经捕集了污泥的捕集网片进行反冲，促进污泥快速沉降到第二筒体。
7.根据权利要求1所述的处理装置，其特征在于，所述Fenton反应室的侧壁设有出水喷头，将Fenton反应室内的污水输送至脱气室；Fenton反应室的顶部设有加药口和加酸口；Fenton反应室内部设置搅拌装置。
8.根据权利要求7所述的处理装置，其特征在于，所述搅拌装置包括驱动杆和搅拌盘，所述搅拌盘上设有网片，所述网片的孔径小于污泥的尺寸，使得污泥始终被控制在搅拌盘之下，搅拌盘在驱动杆的作用下能够上下运动，充分搅动Fenton反应室内的污水和药剂；
所述Fenton反应室的进水口设在反应室的侧壁上，且高度低于搅拌盘升起的最大高度，进水时搅拌盘的高度大于进水口，使得进水含有的污泥始终处于搅拌盘下方；
所述Fenton反应室的出水喷头连接出水管，出水管的底端设在Fenton反应室下部的中央，且出水时所述搅拌盘的高度低于出水管的底端，出水管的顶端连接出水喷头。
9.根据权利要求7所述的处理装置，其特征在于，所述脱气室包括填料层、进风口、排气口和出水口，所述进风口设置脱气室的下部或底部，并与脱气室外部的鼓风机连接，填料层设在所述出水喷头的下方，排气口设在脱气室顶部，脱气室的出水口设在脱气室的下部，并通过管道连接所述调节室。
10.根据权利要求9所述的处理装置，其特征在于，所述调节室的进水口设在调节室的底部，内部设有搅拌装置，顶部设有加碱口；
沉淀室的顶部设有絮凝剂投加口，下部设有产水口，沉淀室的底部设有锥形泥斗和排泥阀。
说明书
一种内电复合氧化处理装置
技术领域
本发明属于水处理设备技术领域，具体涉及一种内电复合氧化处理装置。
背景技术
内电复合氧化技术是一种将Fe/C微电解法与Fenton氧化法结合的废水处理技术。Fe/C微电解法是利用铁-碳颗粒之间的1.2V电位差而形成了无数个细微原电池，电位低的铁作为阳极而被腐蚀，电位高的碳作为阴极，在含有酸性电解质的水溶液中发生电化学反应，产生的Fe2+和[H]具有高化学活性，能够使有机物发生断链、开环等反应，达到去除有机污染物的目的。
Fenton氧化法是利用H2O2与Fe2+组成的体系，将废水中的有机污染物氧化成CO2和水，一方面在Fe2+的催化作用下，H2O2能够迅速分解产生·OH，具有强氧化作用的·OH能够去除大多数有机污染物，另一方面Fe2+被氧化成Fe3+，废水中生成的Fe(OH)2和Fe(OH)3作为胶体絮凝剂，将水体中微小颗粒、金属粒子及有机大分子絮凝沉淀后去除。
Fe/C微电解工艺的进水最佳pH为2-3，经过微电解反应后，pH会上升到3-4左右，而Fenton反应的进水最佳pH值为3-4，因此Fe/C微电解工艺出水刚好满足Fenton反应的进水最佳条件，另外，Fe/C微电解中多余的Fe2+正好可以作为Fenton反应的铁源，减少硫酸亚铁的投加，节约成本，因此，将二者联用是一种理想的废水预处理方法。
目前，内电复合氧化处理装置的研究还处于起步阶段，只是将Fe/C反应室与Fenton反应器进行简单串联，占地面积较大，且内部结构还存在较多不合理的地方，例如，Fe/C反应室内部的物料流动和污泥收集效率较低，出水的固含量较大，增大了Fenton反应器的处理负荷。Fenton反应室中·OH氧化有机污染物生成CO2和水，导致废水碳酸含量增加，后续调节废水至碱性需消耗更多的碱性药剂。
发明内容
针对上述问题，本发明提供了一种内电复合氧化处理装置，所述处理装置包括Fe/C微电解反应室、嵌套组合的Fenton反应室和脱气室、嵌套组合的调节室和沉淀室，所述Fe/C微电解反应室连接Fenton反应室，Fenton反应室嵌套在脱气室的内部，调节室嵌套在沉淀室的内部，Fenton反应室的出水口连通脱气室，脱气室连接调节室，调节室顶部开口使出水溢流至沉淀室。
本发明所述的处理装置将Fenton反应室和脱气室、调节室和沉淀室设计为内外嵌套组合的形式，使得整体装置占地面积小，易于拆卸和清理，便于安装和移动，可根据需要安置到合适的场地。另外，现有的内电复合氧化处理技术采用投加NaOH的方式来提高废水的pH，使得处理成本增加，因此设置脱气室去除废水中的CO2，可节约NaOH的投加成本。
所述Fe/C微电解反应室包括前段、后段以及顶部的连接前段和后段的污泥捕集装置，在前段进行微电解污水处理，在后段主要进行泥水分离；所述前段包括第一筒体、上隔滤网和下隔滤网，上、下隔滤网之间设置铁碳填料，所述上隔滤网和下隔滤网的网孔孔径小于铁碳填料的粒径且大于污泥的尺寸，使得铁碳填料始终保持在上、下隔滤网之间；所述污泥捕集装置能够捕集透过上隔滤网的污泥，并将捕集的污泥运至后段进行污泥沉降；所述后段包括第二筒体，第一筒体和第二筒体的底部均设有锥形污泥斗。
可选的，所述Fe/C微电解反应室的进水口设在前段的第一筒体的下部，优选的，所述进水口设在下隔滤网的下方。
可选的，所述上隔滤网的下方设有进料口，用于投加铁碳填料，下隔滤网为两段式，当下隔滤网分开后，铁碳填料落入第一筒体的锥形污泥斗，排出Fe/C微电解反应室。
可选的，所述进水口的下方设有曝气管，曝气管选自直线管、蛇形盘管或螺旋形盘管，铁碳填料在曝气作用下被搅拌成流化态，有利于污水与铁碳填料充分接触。
所述铁碳填料为规整化填料，铁碳质量比为1:(1-2)，填料颗粒的粒径为0.5-5mm。
所述上隔滤网和下隔滤网的网孔孔径小于铁碳填料的粒径且大于污泥的尺寸，使得铁碳填料始终保持在上、下隔滤网之间，而污泥能够通过下隔滤网下沉到第一筒体的底部泥斗，或随着水流穿过上隔滤网，被所述捕集装置收集后下沉到第二筒体的底部泥斗，锥形污泥斗均设有排泥阀，用于定期排出污泥。
可选的，所述污泥捕集装置包括中心转轴及四周的若干个捕集网片，所述中心转轴竖直设在第一筒体和第二筒体间隔的壁面顶部，并连接Fe/C微电解反应室外部的驱动装置，所述捕集网片固定连接中心转轴，并沿圆周方向均匀设在中心转轴的四周，捕集网片的网孔孔径小于污泥的尺寸，能够捕获污泥，优选的，所述捕集网片平行于中心转轴。
可选的，所述Fe/C微电解反应室的出水口设在与进水口同侧的壁面上，出水口的位置位于距污泥捕集装置顶部的1/4-1/3处，即出水口与进水口在同一竖直线上，出水口高度与距污泥捕集装置顶部的1/4-1/3处的高度相同，出水口通过管道连接Fenton反应室，将处理后的污水输入Fenton反应室。
可选的，所述Fe/C微电解反应室设有反冲口，反冲口设在出水口对侧的Fe/C微电解反应室壁面上，并与捕集网片高度相同，对已经捕集了污泥的捕集网片进行反冲，促进污泥快速沉降到第二筒体，与污泥分离后的、处理后的污水从对侧的出水口流出。
可选的，所述反冲口包括多个喷头，多个喷头的喷撒面积等于捕集网片的面积，对捕集网片进行充分地冲洗。优选的，反冲口使用的冲洗水为Fe/C微电解反应室的出水部分回流。
可选的，所述第一筒体和第二筒体均为半圆柱体，它们前后相对接形成一个完整的圆柱体，所述污泥捕集装置设在第一筒体和第二筒体的上方，捕集网片形成圆形旋转范围，污泥捕集装置、第一筒体和第二筒体的位置和形状设计紧凑，节约了占地面积。第二筒体的高度根据污泥沉降的要求而设置，例如，当污泥沉降的要求较高时，第二筒体高度增加，增加污泥沉降距离，出水水质较好；当污泥沉降的要求不高时，第二筒体高度减小，缩短污泥沉降距离，出水中可能含有部分未沉降的污泥。
可选的，所述Fe/C微电解反应室的进水的pH值为2-4。
本发明所述的Fe/C微电解反应室的工作过程如下：通过所述进料口投入铁碳填料，待处理的污水从进水口输入第一筒体，水位逐渐升高，当水位升至铁碳填料高度的2/3以上时，启动曝气管；水位继续上升至超过上隔滤网，铁碳填料在曝气管的作用下呈流化态，并与污水充分扰动接触，铁碳填料产生1.2V电位差而形成了无数个细微原电池，在酸性废水中发生电化学反应，从而降解有机污染物，上、下隔滤网防止铁碳填料流失，部分污泥穿过下隔滤网沉降到第一筒体的锥形污泥斗；
水位继续上升至所述污泥捕集装置，通过捕集网片之间的孔隙流入第二筒体，并在第二筒体内进行污泥沉降；当水位升至污泥捕集装置高度的1/3-1/2时，启动污泥捕集装置，外部的驱动装置驱动中心转轴带动捕集网片旋转，捕集网片搅动处于污泥捕集装置高度范围内的污水，在第一筒体的上方，污泥富集在捕集网片的迎水侧一面，当捕集网片继续旋转至第二筒体上方时，捕集网片上的污泥自然沉降至第二筒体的锥形污泥斗，此时第二筒体内的污泥沉降效率不高；
当水位上升至Fe/C微电解反应室的出水口的高度，开始出水，当富集了污泥的捕集网片旋转至第二筒体上方时，曝气的上升作用消失，污泥从铺集网片上掉落入第二筒体的内部，清洁的捕集网片继续旋转并带领泥水分离后的污水向出水口流去，同时污泥捕集装置开始旋转后，水相在离心力的作用下也会借助惯性向出水口流去，而被冲掉的污泥虽然也能借助离心力向出水口运动，但污泥自重大于水相，会在运动过程中逐渐沉降，其高度必然低于水相，从而达到在第二筒体中沉降的目的，此时第二筒体内的污泥沉降效率较高；此时，所述污泥捕集装置同时完成了捕集污泥、提供出水动力、捕集网片清洗和污泥沉降的多重任务。当停止进水时，或每隔一定时间，部分出水回流至所述反冲口，反冲口的喷淋水冲刷捕集网片的背水侧一面，将残留污泥冲掉。
本发明所述Fe/C微电解反应室的设计，不但利用半圆柱体的第一筒体和第二筒体及其顶部的污泥捕集装置实现设备紧凑化，而且污泥去除效果更好，不必另设沉淀池，且降低了后续的Fenton反应室的处理负荷；另外，Fe/C微电解反应室内只有曝气管和污泥捕集装置需要动力来源，能耗较低。
所述Fenton反应室嵌套在脱气室的内部，Fenton反应室利用Fe/C微电解反应室出水中多余的Fe2+作为催化剂，促使H2O2迅速分解产生·OH，去除大多数有机污染物。所述Fenton反应室的侧壁设有出水喷头，将Fenton反应室内的污水输送至脱气室。Fenton反应室的顶部设有加药口和加酸口，加药口负责加入H2O2，加酸口负责加入无机酸，调节Fenton反应室内的pH值；Fenton反应室内部设置搅拌装置，可选的，搅拌装置上设有pH值检测仪进行实时检测，及时调整H2O2和无机酸的加药量，使Fenton反应保持在pH值为3-4的反应状态。
可选的，所述搅拌装置包括驱动杆和搅拌盘，所述搅拌盘上设有网片，所述网片的孔径小于污泥的尺寸，使得污泥始终被控制在搅拌盘之下，搅拌盘在驱动杆的作用下能够上下运动，充分搅动Fenton反应室内的污水和药剂。
可选的，所述搅拌盘的直径比Fenton反应室的直径略小，允许搅拌盘在Fenton反应室内上下运动即可。
可选的，所述搅拌盘在上下运动的同时，也可以以驱动杆为圆心转动。
可选的，所述Fenton反应室的进水口设在反应室的侧壁上，且高度低于搅拌盘升起的最大高度，进水时搅拌盘的高度大于进水口，使得进水含有的污泥始终处于搅拌盘下方。
可选的，所述Fenton反应室的出水喷头连接出水管，出水管的底端设在Fenton反应室下部的中央，且出水时所述搅拌盘的高度低于出水管的底端，即出水不含污泥，出水管的顶端连接出水喷头。
可选的，所述出水喷头沿Fenton反应室的圆周均匀设置，出水管包括一根主管和若干根支管，主管竖直设置，主管的底端设在Fenton反应室下部的中央，主管的顶端并联若干根支管，一根支管的另一端连接一个出水喷头，即支管呈伞状，另外，污水在搅拌盘的作用下在Fenton反应室内上下运动时，经过伞状支管时，增加扰动。
本发明所述的Fe/C微电解反应室中，铁碳填料和污水在曝气的作用下呈流化态，能够彼此之间充分接触，提高了降解效率，所述上、下隔滤网有效防止铁碳填料流失，又允许污泥穿过，及时去除填料区域内的污泥，防止调料的活性表面被遮挡或堵塞，质量较大的污泥直接通过下隔滤网沉降到第一筒体的锥形泥斗，质量较小的污泥很难清除彻底，随着污水向上穿过上隔滤网，到达污泥捕集装置区域，由捕集网片捕集，再从第一筒体的顶部带至第二筒体的顶部，第二筒体无扰流装置，污泥沉降效率较高。然而，在Fe/C微电解反应室运行初期，或污泥较为细小时，仍有少部分质量轻的污泥随污水进入Fenton反应室，容易堵塞Fenton反应室的出水喷头。
为了解决上述问题，本发明所述的搅拌装置采用带有网片的搅拌盘，在进行上下和/或圆周搅拌的同时，将进水的污泥始终控制在搅拌盘之下，具体的，当搅拌盘向上运动时，带动污泥向上运动，污水相对向下，同时Fenton反应室的进水口位于搅拌盘下方不影响进水，进水的污泥也处于搅拌盘之下；污泥的存在能够增加水相的扰动，促进Fenton反应，提高降解效率；
当搅拌盘向下运动时，网片将污泥向下压制，停止进水，同时给水相提供向上运动的压力，水相相对向上运动，当搅拌盘的位置低于所述出水管的底端时，水压足够大，将网片过滤后的污水挤压进入出水管，再由出水喷头喷洒至脱气室中。
如上所述，搅拌盘上下运动，间歇进水和出水，不用设置单独的出水泵，既保证了Fenton反应室内的降解效率，又抑制了污泥的负面作用，Fenton反应室更为纯净。
所述Fe/C微电解反应室和Fenton反应室相互配合，污泥去除率较高，不用设置单独的出水泵，节省了设备和能耗投入。
所述脱气室设在Fenton反应室的外部，Fenton反应产生的·OH降解大部分有机物而生成CO2和水，CO2溶于水生成碳酸，脱气室用于除去Fenton反应室出水中的CO2。当后续调节废水至碱性时，可节约NaOH的投加量，同时也能减少酸减中和反应所产生的钠盐，避免废水处理中因添加药剂导致的含盐量升高的现象。
所述脱气室包括填料层、进风口、排气口和出水口，所述进风口设置脱气室的下部或底部，并与脱气室外部的鼓风机连接，填料层设在所述出水喷头的下方，排气口设在脱气室顶部，排出多余的空气和CO2。脱气室的出水口设在脱气室的下部，并通过管道连接所述调节室。优选的，所述填料层为多面空心球，材质为陶瓷或塑料。
所述Fenton反应室的出水经出水喷头喷淋而下，通过所述填料层，与从鼓风机吹来的由下而上的逆向空气流接触后，CO2气体被吹脱，并从脱气室顶部的排气口排出，填料层的主要作用是增大水的表面积，使CO2更好地被吹脱。
可选的，所述调节室的进水口设在调节室的底部，内部设有搅拌装置，顶部设有加碱口，用于投加NaOH，将污水的pH值调节至9-10，使Fe2+、Fe3+形成难溶性沉淀，Fe(OH)2、Fe(OH)3又可以吸附水中的悬浮物，使之絮凝沉降下来，有助于进一步提高处理效果。
可选的，所述调节室内部设有pH值检测仪，实时检测pH值。
所述调节室的顶部开口，使出水溢流至沉淀室，沉淀室的顶部设有絮凝剂投加口，可选用PAM絮凝剂，下部设有产水口，沉淀室的底部设有锥形泥斗和排泥阀。调节室和沉淀室嵌套组合，且可拆卸，两者组合可减小装置体积。
（发明人：徐亚萍;张传兵;王慧芳;徐亚慧;李小燕;王杰;庄云萍;侯亚平;徐漫漫;崔珊珊;余义东;孙腾飞;赵高伟;陈翠琴）