專利名稱：一種強(qiáng)化微電解-Fenton氧化法處理廢水的方法與裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于工業(yè)生產(chǎn)廢水的處理的技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種強(qiáng)化微電解-Fenton氧化法處理廢水的方法與裝置，其采用物理吸附、電化學(xué)還原技術(shù)和Fenton法氧化技術(shù)的耦合處理共同作用。
背景技術(shù)：
微電解技術(shù)于20世紀(jì)70年代由前蘇聯(lián)科學(xué)工作者提出并用于印染廢水的處理。該方法是一種利用金屬腐蝕原理形成原電池來處理廢水的工藝技術(shù)，又稱內(nèi)電解法。微電解的電極一般選用兩種及以上電位相差較大的材料，在無外加電場(chǎng)情況下，陰、陽極之間因電位差形成為電池效應(yīng)而對(duì)污染物產(chǎn)生物理化學(xué)作用。微電解法比電解法和化學(xué)絮凝法在廢水處理方面的成本低，更具應(yīng)用前景。目前，該處理技術(shù)由于工藝簡單、預(yù)處理效果好、能有效地提高廢水的可生化性，以開始廣泛研究和應(yīng)用于印染、制藥、油田、垃圾滲濾液及農(nóng)藥等工業(yè)廢水的處理。但是微電解法作為廢水的預(yù)處理方法，不能將如硝基苯類化合物等難降解污染物徹底礦化為無機(jī)小分子物質(zhì)，一般與生物法、臭氧法、Fenton法等其他工藝組合使用，以達(dá)到高效去除污染物的目的。Fenton于1894年發(fā)現(xiàn)當(dāng)H2O2與Fe2+共存時(shí)，其分解能力會(huì)高于兩者單獨(dú)存在時(shí)的分解能力。之后一些學(xué)者相繼發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)e2+與H2O2在酸性條件下(pH=2 3)會(huì)發(fā)生反應(yīng)，生成具有非選擇性強(qiáng)氧化能力的羥基自由基*0H，并放出大量熱。Fenton試劑法是一種高級(jí)氧化技術(shù)，具有操作簡便、反應(yīng)快速等特點(diǎn)，主要用于處理廢水中殘存的難降解有機(jī)物。Fenton試劑產(chǎn)生自由基氧化機(jī)理如下:
Fe2+ + H2O2 — Fe3+ + OF + *0HFe3+ + H2O2 — Fe2+ +HO2.+ H+
OH + H2O2 — HO2.+H2O Fe3+ + HO2* — Fe2++02+ H+
RH + *0H — Qs
上述反應(yīng)中Fe2+起催化作用，F(xiàn)e2+與H2O2反應(yīng)生成 OH游離基的速度很快，而*0H游離基可破壞染料分子的發(fā)色基團(tuán)，降低廢水的色度、C0D,能將廢水中的有機(jī)物分子氧化降解。但是單獨(dú)Fenton法存在處理成本高，易生成有毒的中間產(chǎn)物，造成二次污染等問題，因此將Fenton法與其他工藝法聯(lián)合處理廢水以提高廢水的降解效率、降低處理成本仍是研究的重點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明為了解決現(xiàn)有微電解、Fenton法處理工業(yè)廢水存在的不足，提供了一種超重力-物理吸附-微電解還原-Fenton試劑氧化處理廢水的工藝方法及裝置。本發(fā)明采用如下的技術(shù)方案實(shí)現(xiàn):
強(qiáng)化微電解-Fenton氧化法處理廢水的方法， 步驟如下:將廢水在帶有攪拌裝置的微電解槽內(nèi)充分的進(jìn)行微電解還原反應(yīng)，反應(yīng)時(shí)間大于等于lOmin，還原反應(yīng)后的廢水在液液反應(yīng)設(shè)備中與雙氧水進(jìn)行撞擊，廢水中的Fe2+與雙氧水構(gòu)成Fenton試劑，廢水中的有機(jī)污染物在微電解-Fenton試劑的協(xié)同作用下得到降解，廢水在微電解槽與液液反應(yīng)設(shè)備中循環(huán)處理，達(dá)到可生化性進(jìn)入生化系統(tǒng)，所述的液-液反應(yīng)設(shè)備為撞擊流-旋轉(zhuǎn)填料床裝置。微電解槽內(nèi)的廢水采用酸性化合物調(diào)節(jié)pH值為2 3。廢水在撞擊流-旋轉(zhuǎn)填料床裝置中的與雙氧水的體積流量比為5: f 10:1，雙氧水和廢水兩股流體進(jìn)行相向撞擊的撞擊初速 0.5-10m/s，F(xiàn)enton 試劑中 H2O2 的濃度為 0.01 0.05mol/L。
實(shí)現(xiàn)上述的一種強(qiáng)化微電解-Fenton氧化法處理廢水的方法的裝置包括撞擊流-旋轉(zhuǎn)填料床裝置，撞擊流旋轉(zhuǎn)填料床裝置頂部設(shè)有兩個(gè)進(jìn)液管，包括進(jìn)液管I和進(jìn)液管II，每個(gè)進(jìn)液管的液體出口分別設(shè)有噴嘴，兩個(gè)噴嘴同軸且液體出口相對(duì)設(shè)置，撞擊流-旋轉(zhuǎn)填料床裝置底部設(shè)有出液口，進(jìn)液管I和進(jìn)液管II分別連接雙氧水儲(chǔ)槽和微電解槽，出液口連接微電解槽；所述的微電解槽內(nèi)設(shè)置原電池，以廢水作為電解質(zhì)溶液構(gòu)成原電池反應(yīng)，微電解槽內(nèi)設(shè)有攪拌裝置，底部設(shè)置過濾裝置，所述的撞擊流-旋轉(zhuǎn)填料床裝置的轉(zhuǎn)速為30(T3000rpm。兩個(gè)進(jìn)液管的間距為撞擊流-旋轉(zhuǎn)填料床內(nèi)徑的1/2-1/3。兩個(gè)進(jìn)液管的間距與旋轉(zhuǎn)填料床內(nèi)徑的匹配是實(shí)現(xiàn)高效霧化與反應(yīng)的關(guān)鍵，自噴嘴噴出形成射流，并發(fā)生撞擊，形成一垂直于射流方向的圓(扇)形薄膜(霧)面，兩股流體實(shí)現(xiàn)一定程度的混合接觸與反應(yīng)，混合較弱的撞擊霧面邊緣進(jìn)入旋轉(zhuǎn)填料床的內(nèi)腔，流體沿填料孔隙向外緣流動(dòng)，并在此期間液體被多次切割、凝并及分散，實(shí)現(xiàn)雙氧水與廢水的良好接觸與反應(yīng)。撞擊流-旋轉(zhuǎn)填料床裝置中的填料采用不銹鋼絲網(wǎng)填料或多孔波紋板填料。微電解槽內(nèi)構(gòu)成原電池的電極材料為鐵屑與炭屑，攪拌裝置為電動(dòng)攪拌器。所用鐵屑與炭屑為還原性鐵粉與活性炭；質(zhì)量比為0.5: f 3:1，鐵粉在廢水中的質(zhì)量為l(T30g/L,電動(dòng)攪拌器的轉(zhuǎn)速為20(T800rpm。本發(fā)明利用物理吸附-微電解-Fenton法氧化三種技術(shù)的協(xié)同作用以及超重力技術(shù)的強(qiáng)化作用來處理工業(yè)廢水，使之在較短的時(shí)間內(nèi)達(dá)到可生化的目的。由于微電解所使用的電級(jí)材料可選用工業(yè)生產(chǎn)過程產(chǎn)生的鐵屑及炭屑，可達(dá)到以廢治廢的目的，并為Fenton試劑的催化氧化提供了廉價(jià)的Fe2+，降低了處理成本。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明處理效率提高15%，反應(yīng)時(shí)間縮短20%，大大的減少了處理成本。本發(fā)明具有如下有益效果:工藝流程簡單，操作方便，把三種技術(shù)耦合，最大程度的發(fā)揮各種技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)，達(dá)到以廢治廢的目的，最大限度的減少了處理成本?？蓱?yīng)用于處理各種有機(jī)工業(yè)廢水如含炸藥廢水、染料廢水、石化廢水等。


圖1是利用一種強(qiáng)化微電解還原Fenton法氧化處理廢水的工藝流程 圖2撞擊流-旋轉(zhuǎn)填料床裝置(IS-RPB)主體結(jié)構(gòu)示意 圖中:1_雙氧水儲(chǔ)槽，2-液泵I，3-液體流量計(jì)I，4-撞擊流旋轉(zhuǎn)填料床，5-電動(dòng)攪拌器，6-微電解槽，7-電機(jī)，8-變頻器，9-液體流量計(jì)II，10-液泵II ；
4.1-電機(jī)轉(zhuǎn)軸，4.2-密封I，4.9-密封II，4.3-出液口，4.4-填料，4.5-主體設(shè)備的殼體，4.6-端蓋，4.7-進(jìn)液管I，4.8-進(jìn)液管II，4.10-轉(zhuǎn)鼓內(nèi)環(huán)，4.11-內(nèi)擋板，4.12-轉(zhuǎn)鼓外環(huán)，4.13-外擋板，4.14-噴嘴。
具體實(shí)施例方式強(qiáng)化微電解-Fenton氧化法處理廢水的方法的裝置，其特征在于其包括撞擊流-旋轉(zhuǎn)填料床裝置4，撞擊流旋轉(zhuǎn)填料床裝置4頂部設(shè)有兩個(gè)進(jìn)液管，包括進(jìn)液管I 4.7和進(jìn)液管II 4.8，每個(gè)進(jìn)液管的液體出口分別設(shè)有噴嘴，兩個(gè)噴嘴同軸且液體出口相對(duì)設(shè)置，撞擊流-旋轉(zhuǎn)填料床裝置4底部設(shè)有出液口，進(jìn)液管I 4.7和進(jìn)液管II 4.8分別連接雙氧水儲(chǔ)槽I和微電解槽6，出液口連接微電解槽6 ;所述的微電解槽6內(nèi)設(shè)置原電池，以廢水作為電解質(zhì)溶液構(gòu)成原電池反應(yīng)，微電解槽6內(nèi)設(shè)有攪拌裝置，底部設(shè)置過濾裝置，所述的撞擊流-旋轉(zhuǎn)填料床裝置4的轉(zhuǎn)速為30(T3000rpm。兩個(gè)進(jìn)液管的間距為撞擊流-旋轉(zhuǎn)填料床內(nèi)徑的1/2-1/3。微電解槽6內(nèi)構(gòu)成原電池的電極材料為鐵屑與炭屑，攪拌裝置為電動(dòng)攪拌器5。鐵屑與炭屑為還原性鐵粉與活性炭；質(zhì)量比為0.5: f 3:1，鐵粉在廢水中的質(zhì)量為l(T30g/L，電動(dòng)攪拌器5的轉(zhuǎn)速為20(T800rpm。撞擊流-旋轉(zhuǎn)填料床裝置4中的填料采用不銹鋼絲網(wǎng)填料或多孔波紋板填料。強(qiáng)化微電解還原Fent on法氧化處理廢水的方法，步驟如下:
1、用酸性化合物將微電解槽內(nèi)的硝基苯類廢水的PH值調(diào)節(jié)至2 3，酸性化合物可采用稀硫酸或稀鹽酸；
2、廢水在微電解槽13中進(jìn)行充分的微電解還原預(yù)處理，微電解槽內(nèi)的攪拌裝置的攪拌作用可使固液充分接觸，加速原電池反應(yīng)；在此過程中廢水中的部分污染物被去除，部分污染物得到轉(zhuǎn)化，廢水的可生化性提高。上述微電解所采用的原電池材料為還原性鐵粉與活性炭，攪拌裝置為電動(dòng)攪拌器，轉(zhuǎn)速為20(T800rpm。3、雙氧水經(jīng)液體流量計(jì)I調(diào)節(jié)流量被液泵I送入雙氧水進(jìn)液管，微電解出水經(jīng)液體流量計(jì)II調(diào)節(jié)流量被液泵II送入廢水進(jìn)液管，然后雙氧水與微電解出水分別從噴嘴高速噴射而出。形成相向撞擊，撞擊初速約為l 20m/s,撞擊作用將兩水相形成了以噴嘴為中心的空間液霧混合，撞擊形成的空間雙傘型液霧同時(shí)進(jìn)入以30(T3000rpm的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)的不銹鋼填料，不銹鋼填料的巨大剪切作用，使得雙氧水與微電解出水進(jìn)一步得到精度混合，雙氧水在Fe2+的催化作用下產(chǎn)生氧化性更強(qiáng)的.0Η，對(duì)廢水進(jìn)一步的氧化降解，降解后的廢水由液體出口進(jìn)入微電解槽進(jìn)行循環(huán)處理，直到達(dá)標(biāo)外排。本發(fā)明所述的工藝方法中，活性炭的作用如下:
活性炭對(duì)廢水中的污染物具有一定的吸附作用，可作為預(yù)處理的手段之一，吸附飽和后的活性炭可充當(dāng)原電池反應(yīng)的惰性電極。本發(fā)明所述的工藝方法中，微電解還原反應(yīng)的作用如下:
1.電化學(xué)作用
鐵碳微電解基于原電池作用，金屬陽極與陰極材料直接浸沒在電解質(zhì)廢水中，發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)。利用電極產(chǎn)物對(duì)廢水進(jìn)行氧化還原處理。電極反應(yīng)如下:
權(quán)利要求
1.一種強(qiáng)化微電解-Fenton氧化法處理廢水的方法，其特征在于步驟如下:將廢水在帶有攪拌裝置的微電解槽內(nèi)充分的進(jìn)行微電解還原反應(yīng)，反應(yīng)時(shí)間大于等于lOmin，還原反應(yīng)后的廢水在液液反應(yīng)設(shè)備中與雙氧水進(jìn)行撞擊，廢水中的Fe2+與雙氧水構(gòu)成Fenton試齊U，廢水中的有機(jī)污染物在微電解-Fenton試劑的協(xié)同作用下得到降解，廢水在微電解槽與液液反應(yīng)設(shè)備中循環(huán)處理，達(dá)到可生化性進(jìn)入生化系統(tǒng)，所述的液-液反應(yīng)設(shè)備為撞擊流-旋轉(zhuǎn)填料床裝置。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種強(qiáng)化微電解-Fenton氧化法處理廢水的方法，其特征在于微電解槽內(nèi)的廢水采用酸性化合物調(diào)節(jié)PH值為2 3。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種強(qiáng)化微電解-Fenton氧化法處理廢水的方法，其特征在于廢水在撞擊流-旋轉(zhuǎn)填料床裝置中的與雙氧水的體積流量比為5: f 10:1，雙氧水和廢水兩股流體進(jìn)行相向撞擊的撞擊初速0.5-10m/s，F(xiàn)enton試劑中H2O2的濃度為0.01 0.05mol/L。
4.一種實(shí)現(xiàn)如權(quán) 利要求1或2或3所述的一種強(qiáng)化微電解-Fenton氧化法處理廢水的方法的裝置，其特征在于其包括撞擊流-旋轉(zhuǎn)填料床裝置(4)，撞擊流旋轉(zhuǎn)填料床裝置(4)頂部設(shè)有兩個(gè)進(jìn)液管，包括進(jìn)液管I (4.7)和進(jìn)液管II (4.8)，每個(gè)進(jìn)液管的液體出口分別設(shè)有噴嘴，兩個(gè)噴嘴同軸且液體出口相對(duì)設(shè)置，撞擊流-旋轉(zhuǎn)填料床裝置(4)底部設(shè)有出液口，進(jìn)液管I (4.7 )和進(jìn)液管II (4.8 )分別連接雙氧水儲(chǔ)槽(I)和微電解槽(6 )，出液口連接微電解槽(6);所述的微電解槽(6)內(nèi)設(shè)置原電池，以廢水作為電解質(zhì)溶液構(gòu)成原電池反應(yīng)，微電解槽(6)內(nèi)設(shè)有攪拌裝置，底部設(shè)置過濾裝置，所述的撞擊流-旋轉(zhuǎn)填料床裝置(4)的轉(zhuǎn)速為 30(T3000rpm。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種強(qiáng)化微電解-Fenton氧化法處理廢水的裝置，其特征在于兩個(gè)進(jìn)液管的間距為撞擊流-旋轉(zhuǎn)填料床內(nèi)徑的1/2-1/3。
6.根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的一種強(qiáng)化微電解-Fenton氧化法處理廢水的裝置，其特征在于微電解槽(6)內(nèi)構(gòu)成原電池的電極材料為鐵屑與炭屑，攪拌裝置為電動(dòng)攪拌器(5)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種強(qiáng)化微電解-Fenton氧化法處理廢水的裝置，其特征在于所用鐵屑與炭屑為還原性鐵粉與活性炭；質(zhì)量比為0.5:廣3:1，鐵粉在廢水中的質(zhì)量為10 30g/L，電動(dòng)攪拌器(5)的轉(zhuǎn)速為20(T800rpm。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種強(qiáng)化微電解-Fenton氧化法處理廢水的裝置，其特征在于撞擊流-旋轉(zhuǎn)填料床裝置(4)中的填料采用不銹鋼絲網(wǎng)填料或多孔波紋板填料。
全文摘要
本發(fā)明屬于工業(yè)生產(chǎn)廢水的處理的技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種強(qiáng)化微電解-Fenton氧化法處理廢水的方法與裝置，解決了現(xiàn)有方法處理工業(yè)廢水存在的不足。所述方法，步驟如下將廢水進(jìn)行微電解還原反應(yīng)，然后在液液反應(yīng)設(shè)備中與雙氧水進(jìn)行撞擊，廢水中的Fe2+與雙氧水構(gòu)成Fenton試劑，廢水中的有機(jī)污染物在微電解-Fenton試劑的協(xié)同作用下得到降解。所述裝置包括撞擊流-旋轉(zhuǎn)填料床裝置，撞擊流-旋轉(zhuǎn)填料床裝置的進(jìn)液管Ⅰ和進(jìn)液管Ⅱ分別連接雙氧水儲(chǔ)槽和微電解槽，出液口連接微電解槽。本發(fā)明的有益效果工藝流程簡單，操作方便，把三種技術(shù)耦合，最大程度的發(fā)揮各種技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)，達(dá)到以廢治廢的目的，最大限度的減少了處理成本。
文檔編號(hào)C02F9/06GK103145275SQ20131008334
公開日2013年6月12日 申請(qǐng)日期2013年3月15日 優(yōu)先權(quán)日2013年3月15日
發(fā)明者劉有智, 焦緯洲, 祁貴生, 袁志國, 高璟, 栗秀萍, 申紅艷, 張巧玲, 劉文麗 申請(qǐng)人:中北大學(xué)