一種Fenton氧化廢水處理方法及系統的製作方法

2023-12-12 17:31:42

一種Fenton 氧化廢水處理方法及系統的製作方法
【專利摘要】一種Fenton氧化廢水處理方法及系統，該方法是按照H2O2與擬去除的廢水中溶解性COD的摩爾濃度比為0.8-1.0的關係確定廢水中H2O2的投加量，再根據H2O2和硫酸亞鐵的摩爾濃度比為0.6-0.9的關係確定廢水中硫酸亞鐵的投加量；首先調節廢水的pH值至5.5-6.5，然後將廢水均分成兩股，在兩股廢水中分別投加硫酸亞鐵和H2O2，各自充分混合，然後再導入到一起進行Fenton氧化反應；該系統包括主體；在主體內的上部設置有分離區，底部設置有布水區，分離區和布水區之間形成氧化反應區。本發明能夠合理確定Fenton試劑的投加量，加強了Fe2+和H2O2的混合效果，提高了H2O2的利用效率，化學汙泥產量少，降低了藥劑投加量和氧化反應時間。
【專利說明】一種Fenton氧化廢水處理方法及系統
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種用於廢水處理的Fenton (芬頓)氧化方法，屬於廢水處理【技術領域】。
【背景技術】
[0002]Fenton (芬頓)氧化技術是高級氧化技術的一種，由於相對其它高級氧化技術，具有操作簡單、投資和運行成本較低的優勢，在汙水處理方面得到較廣泛的應用。現有的Fenton氧化反應系統有兩類，一類為傳統的均相反應系統，該類技術主要是利用溶解態Fe2+作催化劑。由於Fenton反應中副反應多，當H2O2和FeSO4混合不充分、反應時間不當時，反應效率降低，加藥量大，產生鐵泥較多，既浪費了原料又額外增加鐵泥處理費用，給後續處理帶來較重的負擔。這一類技術的改進主要體現在Fenton試劑配方的變化,如利用複合鹽替代硫酸亞鐵，利用廢酸替代常用的硫酸等。另一類技術為異相催化Fenton氧化反應器，即採用固相載體負載催化劑，然後與廢水進行接觸反應。由於反應中除以硫酸亞鐵作為氧化劑外，載體表面形成的鐵氧化物也能起到良好的催化作用，因而能夠提高反應效率、降低鐵泥產量。
CN200810105366X公開的《一種通過芬頓氧化處理廢水的方法》，包括(I)使待處理的鹼性廢水進入絮凝池進行絮凝沉澱；(2)絮凝完畢後的廢水進入氧化池進行芬頓氧化反應；(3)氧化後的廢水進入沉降池沉降；(4)在沉降後排出的上清液中加鹼調pH值至中性，然後直接排放或進行下一步處理；(5)步驟4沉降下來的酸性沉澱回流至混合器中，與全部或部分待處理的廢水混合。
200810119444公開的《一種利用芬頓法處理汙水的方法》，包括採用多級串聯式反應器或單級連續式反應器，在反應初始階段加入催化劑，調節pH在1.5-6.5之間，將氧化劑在多級串聯式反應器依次投加，或在單級連續式反應器沿水流方向多點投加，控制以mg/L計的氧化劑總投加量小於以mg/L計的汙水COD值。
201010168464公開的《一種芬頓試劑氧化處理金剛烷胺廢水的方法》，金剛烷胺的濃度與COD濃度存在相關性，通過芬頓試劑氧化降解金剛烷胺廢水，分別向廢水中投加H2O2和FeSO4.7H20溶液，調節反應溫度，充分攪拌；用鹽酸和氫氧化鈉溶液來調節廢水的初始PH值,反應結束後投加0.lmon/1的氫氧化鈉溶液,反應剩餘的鐵和亞鐵離子會形成氫氧化鐵沉澱下來，使氧化反應終止。
上述技術都是以對Fenton氧化工藝中採用的配方進行改良，或者在反應器中投加載體、提高混合強度等措施，減少氧化劑和催化劑用量，降低處理成本，提高系統的處理效果。而沒有結合廢水的水質特點和處理要求，合理確定藥劑投加量和反應條件，創造有利於形成鐵氧化物顆粒的條件，造成了 Fenton氧化設備停留時間長,維護成本高,處理效率低等不良局面。

【發明內容】
[0003]本發明旨在克服現有Fenton氧化技術存在的不足，在確保出水水質達到設計要求的前提下，提供一種藥劑用量少、鐵泥產量小、處理效率高的Fenton氧化廢水處理方法，同時提供一種實現該方法的Fenton氧化廢水處理系統。
本發明的Fenton氧化廢水處理方法，是:
按照H2O2與擬去除的廢水中溶解性COD的摩爾濃度比為0.8-1.0的關係確定廢水中H2O2的投加量，再根據H2O2和硫酸亞鐵的摩爾濃度比為0.6-0.9的關係確定廢水中硫酸亞鐵的投加量；首先調節廢水的PH值至5.5-6.5，然後將廢水均分成兩股，在兩股廢水中分別投加硫酸亞鐵和H2O2，各自充分混合，然後再導入到一起進行Fenton氧化反應。該方法與傳統fenton氧化技術相比，加強了 Fe2+和H2O2的混合效果，減少無效的副反應，降低了藥劑投加量和氧化反應時間。
上述方法，在Fenton氧化過程中，使Fe3+濃度處在亞穩態飽和溶液體系,介於不飽和溶液體系與飽和溶液體系之間，不飽和溶液體系中Fe3+濃度較低，Fe3+不會沉澱析出，飽和溶液體系中Fe3+自發地以均勻成核的形式形成Fe (OH)3絮體；在亞穩態飽和體系中，飽和率較低，Fe(OH)3絮體的形成受到限制，此時如果在該亞穩態飽和溶液體系中存在顆粒物，體系中形成的Fe (OH) 3膠粒晶核將在這些顆粒表面析出，產生FeOOH結晶，進而形成鐵氧化物顆粒，這些鐵氧化物顆粒也是H2O2的一種催化劑，因此，這些鐵氧化物顆粒既能降低Fe2+催化劑(硫酸亞鐵)的加藥量，也能減少Fe (OH) 3絮體的產生量，從而降低了操作成本和汙泥產生量。
實現上述方法的Fenton氧化廢水處理系統，採用以下技術方案:
該系統，包括主體；在主體內的上部設置有分離區，底部設置有布水區，分離區和布水區之間形成氧化反應區；分離區的上方設置有排水管，下方設置有循環水出水管；所述分離區內設置斜板填料，所述布水區由布水器、上層布水板和下層布水板組成，布水器設置在上層布水板和下層布水板上，布水器的出水端和進水端分別伸出上層布水板和下層布水板，布水器在上層布水板和下層布水板之間的部分設置有進水口，在上層布水板和下層布水板之間以及下層布水板的下方各設置有一根循環水進水管，兩根循環水進水管上均連接有循環水泵，兩個循環水泵各自通過一個連接管與分離區下方的循環水出水管相連，每個連接管與一根廢水進水管連接，循環水出水管與一個循環水泵和一根循環水進水管形成第一條循環水路，與另一個循環水泵和另一根循環水進水管形成第二條循環水路；在布水區的上部設有曝氣管和顆粒排出管，在布水區的下部設有放空管，曝氣管上分布有曝氣頭。
上述系統處理廢水時，根據擬去除的可溶性COD的含量，按照H2O2與擬去除的廢水中溶解性COD的摩爾濃度比為0.8-1.0的關係確定廢水中H2O2的投加量，再根據H2O2和硫酸亞鐵的摩爾濃度比為0.6-0.9的關係確定廢水中硫酸亞鐵的投加量；首先廢水先加酸調整pH值至5.5-6.5，然後均分成兩股，在兩股廢水中分別按投加量投加硫酸亞鐵和H2O2，兩股廢水再各自通過一根廢水進水管經一條循環水路進入布水區，分別由布水器底部進水端和中部進水口進入布水器，在布水器的出水端處瞬間混合，然後進入氧化反應區，廢水通過兩條循環水路形成循環流動，控制水流流速為50-80米/小時，氧化20-35分鐘，使廢水與藥劑充分混合氧化；鐵氧化物顆粒被分離區截留在氧化反應區，反應後的廢水由分離區上方的出水管排出，加鹼至PH值為6.5-7後，混凝沉澱；鐵氧化物顆粒定期由顆粒排出管排出。
本發明以廢水中溶解性COD的含量和出水COD的處理要求為依據確定H2O2的投加量，能夠合理確定Fenton試劑的投加量，加強Fe2+和H2O2的混合效果，提高H2O2的利用效率；生成的FeOOH顆粒強化了體系的催化效率，降低了 Fe2+催化劑的加藥量和含鐵汙泥產量。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0004]圖1本發明Fenton反應廢水處理系統的結構示意圖。
圖中:1、主體，2、分離區，3、布水區，4、布水器，5、上層布水板，6、下層布水板，7、進水口，8、曝氣頭，9、循環水泵，10、循環水出水管，11、循環水進水管，12、廢水進水管，13、曝氣管，14、排水管，15、顆粒排出管，16、放空管。
【具體實施方式】
[0005]本發明的Fenton氧化廢水處理方法，是按照H2O2和擬去除的廢水中溶解性COD(廢水中溶解性COD的含量與處理後出水溶解性COD的含量之差)的摩爾濃度比為0.8-1.0的關係確定廢水中H2O2的投加量，再根據H2O2和硫酸亞鐵的摩爾濃度比為0.6-0.9的關係確定廢水中硫酸亞鐵的投加量。這是由於Fenton氧化技術主要通過體系中Fe (OH) 3的混凝機理和.0H氧化機理去除廢水中的汙染物，理論上ImolH2O2產生Imol氧，理想情況下通過氧化作用完全礦化去除的COD與H2O2的摩爾比為1:1，這些去除的汙染物大多是溶解性有機物，很難通過混凝措施去除，而剩餘的汙染物大多是能夠通過混凝機理去除的膠體或懸浮性的有機物。一般情況下Fenton氧化技術中產生的Fe (OH) 3總量遠能滿足混凝的要求，因此根據廢水中擬去除溶解性COD的含量確定H2O2的投加量，進而確定Fenton試劑的量更加合理。
由於參與Fenton反應的試劑、影響因素和鏈式反應多，從H2O2中產生.0H的速度快，為提高.0Η的氧化效率，減少.0Η的無效消耗，作為優選，本發明的方法首先加酸調節廢水的PH值至5.5-6.5，然後將廢水均分成兩股，分別投加硫酸亞鐵和H2O2,各自充分混合，然後再導入到一起進行Fenton氧化混合反應。該方法與傳統fenton氧化技術相比，加強了 Fe2+和H2O2的混合效果，減少無效的副反應，降低了藥劑投加量和氧化反應時間。
圖1給出了實現上述方法的Fenton反應汙水處理系統的結構，包括主體1，在主體I內的上部設置有分離區2，底部設置有布水區3，分離區2和布水區3之間形成氧化反應區。分離區2的上方設置有排水管14，下方設置有循環水出水管10。所述分離區2內設置斜板填料，其作用是對廢水中產生的鐵氧化物顆粒進行截留。所述布水區3由布水器4、上層布水板5和下層布水板6組成，布水器4設置在上層布水板5和下層布水板6上，布水器4的出水端和進水端分別伸出上層布水板5和下層布水板6。布水器4的結構類似於長柄反衝洗濾頭，布水器4在上層布水板5和下層布水板6之間的部分設置有進水口 7，這樣可使投加硫酸亞鐵和H 2O2的兩股水分別由布水器4底部進水端和中部進水口 7進入布水器4，由不同區域進入，最終在布水器4的出水端處瞬間混合。布水器4應採用防腐措施，可採用不鏽鋼材料。在上層布水板5和下層布水板6之間以及下層布水板6的下方各設置有一根循環水進水管11，兩根循環水進水管上均連接有循環水泵9，兩個循環水泵各自通過一根連接管與分離區2下方的循環水出水管10相連，每根連接管與一根廢水進水管12連接，循環水出水管10與一根連接管、一個循環水泵9和一根循環水進水管11形成第一條循環水路，與另一根連接管、另一個循環水泵和另一根循環水進水管形成第二條循環水路，使廢水在氧化反應區內形成循環流動，與藥劑充分混合氧化，並形成良好的流化條件。在布水區3的上部設有曝氣管13和顆粒排出管15，曝氣管起到輔助混合的作用，在布水區3的下部設有放空管16，曝氣管13上分布有曝氣頭8。放空管28用於檢修時排出主體內的廢水。
上述系統按照H2O2與擬去除的廢水中溶解性COD的摩爾濃度比為0.8-1.0的關係確定廢水中H2O2的投加量，再根據H2O2和硫酸亞鐵的摩爾濃度比為0.6-0.9的關係確定廢水中硫酸亞鐵的投加量。硫酸亞鐵、H2O2與擬去除的廢水中溶解性COD的具體比例要根據具體處理的廢水確定。比如處理製漿造紙廢水時，按照硫酸亞鐵:H202:擬去除廢水中的溶解性COD摩爾濃度比0.74:1:1.1的配比準備硫酸亞鐵和H2O2的投加量。廢水先加酸(硫酸或鹽酸)調整PH值至5.5-6.5，然後均分成兩股，在兩股廢水中分別按投加量投加硫酸亞鐵和H2O2,兩股廢水再各自通過一根廢水進水管12經一條循環水路進入主體I底部的布水區3，在布水器4中混合，然後進入氧化反應區，在氧化反應區內廢水經兩條循環水路不斷循環流動，控制水流上升流速為50-80米/小時。氧化20-35分鐘，廢水與藥劑充分混合氧化。顆粒較大的鐵氧化物顆粒被分離區2截留在氧化反應區，反應後的廢水由分離區2上方的出水管14進入外部的中和池，加鹼至pH值為6.5-7後，經混凝沉澱，上清液達標排放。鐵氧化物晶體定期由晶體顆粒排出管15排出。 按照本發明實施例與傳統Fenton氧化及其變形技術比較，結果如下:
項目_原水傳統Fenton Fenton變形本發明系統
CODmg/1350 47~ 5540
爸度420 倍 11~ 1510
瓦酸亞鐵 mg/1 一 - 970830610—
系氧水 mg/1 - 480 ~ 260 340
聚合氯化紹mg/1 -_-_j_50_-_
本發明方法，在減少藥劑的情況下，處理效果優於傳統Fenton氧化及其變形技術。
【權利要求】
1.一種Fenton氧化廢水處理方法,其特徵是: 按照H2O2與擬去除的廢水中溶解性COD的摩爾濃度比為0.8-1.0的關係確定廢水中H2O2的投加量，再根據H2O2和硫酸亞鐵的摩爾濃度比為0.6-0.9的關係確定廢水中硫酸亞鐵的投加量；首先調節廢水的PH值至5.5-6.5，然後將廢水均分成兩股，在兩股廢水中分別投加硫酸亞鐵和H2O2,各自充分混合，然後再導入到一起進行Fenton氧化反應； 上述方法，在Fenton氧化過程中，使Fe3+濃度處在亞穩態飽和溶液體系,介於不飽和溶液體系與飽和溶液體系之間，不飽和溶液體系中Fe3+濃度較低，Fe3+不會沉澱析出，飽和溶液體系中Fe3+自發地以均勻成核的形式形成Fe (OH)3絮體；在亞穩態飽和體系中，飽和率較低，Fe(OH)3絮體的形成受到限制，此時如果在該亞穩態飽和溶液體系中存在顆粒物，體系中形成的Fe (OH) 3膠粒晶核將在這些顆粒表面析出，產生FeOOH結晶，進而形成鐵氧化物顆粒，這些鐵氧化物顆粒也是H2O2的一種催化劑，因此，這些鐵氧化物顆粒既能降低Fe2+催化劑的加藥量，也能減少Fe (OH) 3絮體的產生量，從而降低了操作成本和汙泥產生量。
2.—種Fenton氧化廢水處理系統，包括主體；其特徵是:在主體內的上部設置有分離區，底部設置有布水區，分離區和布水區之間形成氧化反應區；分離區的上方設置有排水管，下方設置有循環水出水管；所述分離區內設置斜板填料，所述布水區由布水器、上層布水板和下層布水板組成，布水器設置在上層布水板和下層布水板上，布水器的出水端和進水端分別伸出上層布水板和下層布水板，布水器在上層布水板和下層布水板之間的部分設置有進水口，在上層布水板和下層布水板之間以及下層布水板的下方各設置有一根循環水進水管，兩根循環水進水管上均連接有循環水泵，兩個循環水泵各自通過一個連接管與分離區下方的循環水出水管相連，每個連接管與一根廢水進水管連接，循環水出水管與一個循環水泵和一根循環水進水管形成第一條循環水路，與另一個循環水泵和另一根循環水進水管形成第二條循環水路；在布水區的上部設有曝氣管和顆粒排出管，在布水區的下部設有放空管，曝氣管上分布有曝氣頭； 上述系統處理廢水時，根據擬去除的可`溶性COD的含量，按照H2O2與擬去除的廢水中溶解性COD的摩爾濃度比為0.8-1.0的關係確定廢水中H2O2的投加量，再根據H2O2和硫酸亞鐵的摩爾濃度比為0.6-0.9的關係確定廢水中硫酸亞鐵的投加量；首先廢水先加酸調整pH值至5.5-6.5，然後均分成兩股，在兩股廢水中分別按投加量投加硫酸亞鐵和H2O2，兩股廢水再各自通過一根廢水進水管經一條循環水路進入布水區，分別由布水器底部進水端和中部進水口進入布水器，在布水器的出水端處瞬間混合，然後進入氧化反應區，廢水通過兩條循環水路形成循環流動，控制水流流速為50-80米/小時，氧化20-35分鐘，使廢水與藥劑充分混合氧化；鐵氧化物顆粒被分離區截留在氧化反應區，反應後的廢水由分離區上方的出水管排出，加鹼至PH值為6.5-7後，混凝沉澱；鐵氧化物顆粒定期由顆粒排出管排出。
【文檔編號】C02F1/72GK103553200SQ201310568464
【公開日】2014年2月5日 申請日期:2013年11月15日 優先權日:2013年11月15日
【發明者】於軍, 李剛, 陸建接, 孫洪濤, 翟桂元, 高磊, 徐寶剛, 賀波, 王家國 申請人:山東省環境保護科學研究設計院