公布日：2023.11.07
申请日：2023.08.11
分类号：C02F1/72(2023.01)I;C02F101/30(2006.01)N
摘要
本发明提供了一种精细化工废水处理一体化异相类芬顿反应器及其处理方法，该反应器包括反应罐，所述反应罐内的上部设有三相分离器，所述反应罐的底部设有曝气组件，所述反应罐的侧壁设有进水口、氧化剂投加口，所述曝气组件与供气单元连接；所述三相分离器包括筒体，所述筒体的底部连接锥形沉淀斗，所述锥形沉淀斗的底部设有气封构件，所述筒体的上壁设有若干通孔，所述筒体的中部设有溢流堰，所述溢流堰的底部与连接管连接，所述连接管从锥形沉淀斗倾斜伸出；所述溢流堰与筒体之间设有导流板；所述锥形沉淀斗的高度不小于1500mm。采用本发明的技术方案，提升了流体回流效果，降低催化剂损耗程度，降低了成本。
权利要求书
1.一种精细化工废水处理一体化类芬顿反应器，其特征在于：其包括反应罐，所述反应罐内的上部设有三相分离器，所述反应罐的底部设有曝气组件，所述反应罐的侧壁设有进水口、氧化剂投加口，所述曝气组件与供气单元连接；所述三相分离器包括筒体，所述筒体的底部连接锥形沉淀斗，所述锥形沉淀斗的底部设有气封构件，所述筒体的上壁设有若干通孔，所述筒体的中部设有溢流堰，所述溢流堰的底部与连接管连接，所述连接管从锥形沉淀斗倾斜伸出；所述溢流堰与筒体之间设有导流板；所述锥形沉淀斗的高度不小于1500mm。
2.根据权利要求1所述的精细化工废水处理一体化类芬顿反应器，其特征在于：所述曝气组件包括若干曝气管，所述曝气管设有若干曝气头，所述曝气管在反应罐底部中部区域的间距小于在反应罐底部外侧区域的间距。
3.根据权利要求2所述的精细化工废水处理一体化类芬顿反应器，其特征在于：所述曝气管在底部中心区域的间距为15-25mm，所述曝气管在底部中部区域的间距为35-45mm，所述曝气管在底部外侧区域的间距为55-65mm。
4.根据权利要求3所述的精细化工废水处理一体化类芬顿反应器，其特征在于：所述曝气管为变直径曝气管；所述曝气头倾斜设置，所述曝气头的曝气角度50°～55°。
5.根据权利要求1所述的精细化工废水处理一体化类芬顿反应器，其特征在于：所述气封构件的截面为倒三角形或倒T型；所述筒体为圆柱体形、圆台形或长方体形。
6.根据权利要求5所述的精细化工废水处理一体化类芬顿反应器，其特征在于：所述锥形沉淀斗的侧壁与水平面的夹角为55°～70°。
7.根据权利要求1～6任意一项所述的精细化工废水处理一体化类芬顿反应器，其特征在于：所述进水口为两个，两个进水口、氧化剂投加口三个进口呈对称设置，以进行环形进水；所述反应罐内设有若干导流板。
8.根据权利要求7所述的精细化工废水处理一体化类芬顿反应器，其特征在于：所述反应罐的高径比为2.5～3:1，所述三相分离器与位于三相分离器下方的曝气区的高度比为1:2～2.5；所述反应罐为圆柱形不锈钢材质。
9.一种精细化工废水处理方法，其特征在于：对废水采用如权利要求1-8任意一项所述的精细化工废水处理一体化类芬顿反应器进行处理，包括如下步骤：在反应罐内加入铁基固体催化剂粉末，其中所述铁基固体催化剂粉末的粒径小于三相分离器中锥形沉淀斗与气封构件之间的回流缝的宽度；从氧化剂投加口泵入氧化剂，从进水口泵入待处理的精细化工废水，开启供气单元进行曝气，将反应罐内的铁基固体催化剂粉末和双氧水充分混匀；控制水力停留时间为2.5-3.5h。
10.根据权利要求9所述的精细化工废水处理方法，其特征在于：所述氧化剂的投加量按照氧化剂与精细化工废水COD的质量比1:2～5投加；所述铁基固体催化剂粉末采用活性炭、磁铁矿、黄铁矿、氧化铁粉按(0.01～0.05)：(0.01～0.25)：(0.35～0.95)：(0.03～0.35)混合制备而成；所述铁基固体催化剂粉末的粒径为0.5～2mm，堆积密度为0.35～0.45g/mL。
发明内容
针对以上技术问题，本发明公开了一种精细化工废水处理一体化异相类芬顿反应器及其处理方法，克服了催化剂回流困难、循环使用效率低的难点，降低难降解精细化工废水的预处理段成本。
对此，本发明采用的技术方案为：
一种精细化工废水处理一体化类芬顿反应器，其包括反应罐，所述反应罐内的上部设有三相分离器，所述反应罐的底部设有曝气组件，所述反应罐的侧壁设有进水口、氧化剂投加口，所述曝气组件与供气单元连接。
其中，所述三相分离器包括筒体，所述筒体的底部连接锥形沉淀斗，所述锥形沉淀斗的底部设有气封构件，所述筒体的上壁设有若干通孔，所述筒体的中部设有溢流堰，所述溢流堰的底部与连接管连接，所述连接管从锥形沉淀斗倾斜伸出；所述溢流堰与筒体之间设有导流板；所述锥形沉淀斗的高度不小于1500mm。
采用此技术方案，三相分离器内形成气液分离区、反应导流区、催化剂沉淀区，当污水和催化剂通过筒体的顶部通孔进入三相分离器的导流区内，在锥形沉淀斗进行催化剂和污水的分离，催化剂因密度比污水大而处于下层，通过锥形沉淀斗的出口回流出来，实现了分离回收，回流效果高，催化剂回流简单，提高了循环使用效率。
作为本发明的进一步改进，所述气封构件的截面为倒三角形或倒T型。
作为本发明的进一步改进，所述筒体为圆柱体形、圆台形或长方体形。
作为本发明的进一步改进，所述锥形沉淀斗的侧壁与水平面的夹角为55°～70°，便于催化剂的沉淀和回收。
作为本发明的进一步改进，所述锥形沉淀斗的高度不小于1500mm。
作为本发明的进一步改进，所述曝气组件包括若干曝气管，所述曝气管设有若干曝气头，所述曝气管在反应罐底部中部区域的间距小于曝气管在反应罐底部外侧区域的间距。采用此技术方案，设置不同分布的送气管，实现均质曝气。
作为本发明的进一步改进，所述曝气管在反应罐内不同位置设置不同间距。进一步的，所述曝气管在底部中心区域的间距为15-25mm，所述曝气管在底部中部区域的间距为35-45mm，所述曝气管在底部外侧区域的间距为55-65mm。其中，所述中部区域为位于中心区域与外侧区域之间。
进一步优选的，所述曝气管在中心区域的间距为20mm，在中部区域的间距为40mm，在外侧区域的间距为60mm。
作为本发明的进一步改进，所述曝气管为变直径曝气管。
作为本发明的进一步改进，所述曝气头倾斜设置，所述曝气头的曝气角度50°～55°。采用斜曝气方式，实现均质曝气。
作为本发明的进一步改进，所述反应罐的高径比为2.5～3:1。
作为本发明的进一步改进，所述三相分离器与位于三相分离器下方的曝气区的高度比为1:2～2.5。
作为本发明的进一步改进，所述反应罐为圆柱形不锈钢材质。
作为本发明的进一步改进，所述进水口为两个，两个进水口、氧化剂投加口三个进口呈对称设置，以进行环形进水。
作为本发明的进一步改进，所述反应罐内设有若干导流板。
本发明还公开了一种精细化工废水处理方法，对废水采用如上任意一项所述的精细化工废水处理一体化类芬顿反应器进行处理，包括如下步骤：
在反应罐内加入铁基固体催化剂粉末，其中所述铁基固体催化剂粉末的粒径小于三相分离器中锥形沉淀斗与气封构件之间的回流缝的宽度；
从氧化剂投加口泵入氧化剂，从进水口泵入待处理的精细化工废水，开启供气单元进行曝气，将反应罐内的铁基固体催化剂粉末和双氧水充分混匀；控制水力停留时间为2.5-3.5h。
作为本发明的进一步改进，所述氧化剂的投加量按照氧化剂与精细化工废水COD的质量比1:2～5投加。
作为本发明的进一步改进，
作为本发明的进一步改进，所述铁基固体催化剂粉末采用活性炭、磁铁矿、黄铁矿、氧化铁粉按(0.01～0.05)：(0.01～0.25)：(0.35～0.95)：(0.03～0.35)混合制备而成。
作为本发明的进一步改进，所述铁基固体催化剂粉末的粒径为0.5～2mm，堆积密度为0.35～0.45g/mL。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
第一，采用本发明技术方案，通过设计特定结构的三相分离器，提升了流体回流效果，当污水和催化剂通过筒体的顶部进入三相分离器的导流区内，在底部的锥形沉淀斗进行催化剂和污水的分离，催化剂的密度比污水大而处于下层，通过催化剂出口回流出来，实现分离回收，解决了催化剂回流困难，循环效率低的问题。
第二，采用本发明的技术方案，通过设置含三相分离器的类芬顿反应器的特定结构设计，使得工业废水，催化剂与反应药剂三者充分接触、吸附，提高了难降解有机物去除效率，同时极大程度提高反应催化剂回流循环程度，降低因运行阶段催化剂堵塞回流管路导致降解进行缓慢的风险。催化剂流失量降低为由3％降低至0.006％，能够节省催化剂使用量约15％，降低催化剂损耗程度，促进传质增效过程，实质降低运行成本，助力实现低碳节约的高效率，多循环污水处理，相关研究具有良好的经济效益和成本优势。
第三，与现有异相类芬顿流化床反应器相比，本发明的技术方案利用CFD流态模拟，结合流体力学、分析化学、环境化学为模型，构建出适配比优化一体化反应器新工艺方法，极大程度上促进催化剂在反应罐回流，并充分回流，减少短流情况出现，减轻催化剂堵塞和流失程度，有效提高对难降解工业废水的去除效率，对当地工业园区污水处理以及人民生产生活安全实现进一步保障，具有良好的社会效益。
第四，从生态收益中考虑，本发明技术方案针对难降解污水开发的此种一体化异相类芬顿反应器，反应停留时间短，处理水量大，对水中高毒性有机污染物的结构进行破坏，使其毒性降低，同时定向去除，增加水中有机碳源，利于生化阶段的矿化过程。
（发明人：成乾;韩京龙;王爱杰;杨敏;任瑞昀;曾锐;石群）