兩級多相芬頓流化床系統的製作方法

2023-05-07 18:49:53 3

本實用新型涉及兩級多相芬頓流化床系統，屬於廢水處理領域。

背景技術：

芬頓流化床應用於難生化降解廢水的深度處理階段。針對不斷提高的廢水排放標準，對於難生化降解的廢水，必須利用高級氧化技術進一步去除廢水中的COD、色度等。芬頓流化床通過外加的H2O2氧化劑與硫酸亞鐵，即所謂的Fenton試劑，兩者在適當的pH下反應產生氫氧自由基(OH·)，利用氫氧自由基的高氧化能力與廢水中的有機物反應，可分解氧化為H2O和CO2，將廢水中難生化降解的COD進行氧化分解。

現有芬頓流化床加藥量大、汙泥量也大，產生大量二次汙染，沒有循環系統，接觸不充分，處理效果差，並且一般需要特殊的載體覆膜，鐵鹽不能結晶回收，針對上述問題，本領域亟需開發一種低耗藥量、低能耗、自結晶的流化床技術及系統。

技術實現要素：

本實用新型的主要目的在於提供一種兩級多相芬頓流化床系統，該系統為耗藥量低，能耗低的自結晶的流化床系統，其無需添加載體或晶核，並可回收高純度鐵鹽。

為此，本實用新型提供一種兩級多相芬頓流化床系統，該系統包括：一級反應器、二級反應器、雙氧水投加裝置、硫酸亞鐵投加裝置及氫氧化鈉投加裝置；

所述一級反應器或二級反應器各自獨立地：內部底方設有布水器，所述布水器下部為配水區，所述配水區的反應器筒體側壁上設有進水口及循環水出口；所述布水器上方為用於形成流化床層的空腔，反應器頂部周邊設有收水堰，所述收水堰下方為固液分離區，所述固液分離區與所述用於形成流化床層的空腔之間設有收水管；所述布水器上方的反應器筒體側壁上設有加藥口、出水口及循環水入口，所述出水口位於所述收水堰的堰口；所述收水管與所述循環水入口相連，所述循環水入口通過管路連接到循環泵的入口，所述循環水出口通過管路連接在該循環泵的出口；

所述雙氧水投加裝置及所述硫酸亞鐵投加裝置通過管路分別與所述一級反應器的獨立的加藥口相連，所述氫氧化鈉投加裝置通過管路與所述二級反應器的加藥口相連；所述一級反應器的出水口通過管路與所述二級反應器的進水口相連。

本實用新型一級反應器或二級反應器中的布水器用以保證布水均勻，收水管用以保證收水均勻，二者對形成結晶流化床的必要水力條件至關重要，對結晶所需的穩定流態起到重要作用。本實用新型一級反應器或二級反應器的筒體側壁上方的循環水入口、出口以及循環泵通過相應的管路形成循環水系統(循環泵及出水管路、回水管路)，用於形成反應器內較高的上升流速，並為「大批結晶」提供適宜的流態。

根據本實用新型的具體實施方式，在所述的兩級多相芬頓流化床系統中，所述收水管為環狀收水管。該種設置能不影響檢修情況下能達到最佳的收水效果，防止水體紊流。

根據本實用新型的具體實施方式，在所述的兩級多相芬頓流化床系統中，所述系統還包括酸洗裝置，所述一級反應器或二級反應器各自獨立地在所述布水器上方的反應器筒體側壁上還設有酸洗進藥口，所述酸洗裝置通過管路與所述一級反應器和/或二級反應器的酸洗進藥口相連。該附加件構成酸洗循環系統(循環泵及出水管路、回水管路)，用於在反應器停止運行後，專門針對布水器進行酸洗清洗。

根據本實用新型的具體實施方式，在所述的兩級多相芬頓流化床系統中，所述進水口位於所述循環水出口上方，所述加藥口位於所述進水口上方，所述循環水入口位於所述加藥口上方，所述出水口位於所述循環水入口上方。優選地，所述加藥口位於反應器筒體中部。

根據本實用新型的具體實施方式，在所述的兩級多相芬頓流化床系統中，所述一級反應器或二級反應器各自獨立地在所述布水器上方的反應器筒體側壁上還設有排渣口。

根據本實用新型的具體實施方式，在所述的兩級多相芬頓流化床系統中，所述系統還包括一級物料池及二級物料池，所述一級反應器的排渣口通過管路與所述一級物料池相連，所述二級反應器的排渣口通過管路與所述二級物料池相連。

根據本實用新型的具體實施方式，在所述的兩級多相芬頓流化床系統中，所述一級反應器或二級反應器各自獨立地在所述布水器上方的反應器筒體側壁上還設有取樣口，所述取樣口與取樣管連接。

根據本實用新型的具體實施方式，在所述的兩級多相芬頓流化床系統中，與取樣管相連的取樣口為3～4個，其在垂直方向上均布在所述循環水入口與所述布水器之間。設置取樣口及取樣管的目的在於用於取樣觀察水樣中的顆粒含量，以此確定流化床層高度。

根據本實用新型的具體實施方式，在所述的兩級多相芬頓流化床系統中，所述一級反應器或二級反應器各自獨立地在所述固液分離區增設可拆卸的斜管填料。增設可拆卸的斜管填料可以強化固液分離效果。

根據本實用新型的具體實施方式，在所述的兩級多相芬頓流化床系統中，所述一級反應器的進水口與進水管相連接，所述進水管上設置泵。

本實用新型上述技術特徵可相互組合，以達到更佳的技術效果。作為優選的方式，本實用新型系統包括以上全部的結構和/或構造方面的技術特徵。應用該系統的處理難降解廢水的方法包括反應器的啟動、反應器的運行、反應器的停止三個階段：

(1)反應器的啟動階段：在啟動階段，不以結晶為目的，而是以水中構晶離子同時大量形成晶形沉澱、晶體生長、形成晶體顆粒流化床為目標，需回流至原水池，重新參與反應；

首先將原水按水力停留時間計算出的最小流量注入反應器，至反應器內液位淹沒循環系統出水管，然後啟動回流水循環系統，使反應器內廢水上升流速達到最小設計上升流速，同時按最大[H2O2]/[COD]比和[Fe3+]/[COD]投加藥劑至反應器內；在反應器內循環流動過程中，充分反應，降解有機物；

反應器內發生如下反應過程：在反應器內循環流動過程中，藥劑與原水充分混合，結晶物質形成過飽和溶液，在一級反應器(固液兩相流化床反應器)中，水力攪拌使得水流處於強烈的湍流狀態，固液兩相接觸界面不斷更新，兩相間速度差較大，強化了兩相間的傳質作用，反應器內同時生成大量晶體沉澱；在水力剪切作用下，已生成的鐵鹽細小晶體粒子並不會彼此聚集成大顆粒，而是水溶液本體中的結晶物質穩定地向細小的鐵鹽晶體表面擴散、移動，繼而以某種方式嵌入晶格，從而使單個晶體粒徑增大，並形成均勻且緻密的結晶顆粒；隨著時間的延長，反應器底部就形成了一定高度的流化態顆粒床層，此時啟動階段完成。

(2)反應器的運行階段：在運行階段，晶體顆粒流化床已形成，根據出水COD調整各級反應器的運行參數，反應器出水達標排放。

步驟i：原水和一級反應器回流水從一級反應器底部進入配水區混合，通過布水器均勻布水後，以一定的上升流速均勻上升至一級反應器空腔中，雙氧水和硫酸亞鐵也以一定的[H2O2]/[COD]比和[Fe3+]/[COD]比注入於此；在一級反應器空腔內，源源不斷進入的原水和雙氧水和硫酸亞鐵形成過飽和溶液，在流化床反應器的特定水力條件下，構晶離子「大批結晶」，並生長成一定粒徑的晶體顆粒，反應器空腔內部逐漸形成流化態的結晶顆粒床層，原水自下而上通過流化床層的過程中，原水中的COD得以從水中去除；原水進一步上升至固液分離區，晶體顆粒在重力或泥水分離器的作用下保留在反應器中，上清液經由頂部收水堰收集，自流進入二級反應器底部配水區；

步驟ii：一級出水與二級反應器回流水在二級反應器配水區混合，通過布水器均勻布水後，以一定的上升流速均勻上升至二級反應器空腔內部，氫氧化鈉也以一定的[OH-]/[Fe3+]比注入於此；在二級反應器空腔內，源源不斷進入的一級出水、二級反應器回流水和硫酸亞鐵形成過飽和溶液，在流化床反應器的特定水力條件下，構晶離子「大批結晶」，並生長成一定粒徑的晶體顆粒，反應器空腔內部逐漸形成流化態的結晶顆粒床層，一級出水自下而上通過流化床層的過程中，水中的Fe2+得以去除；一級出水進一步上升至固液分離區，晶體顆粒在重力或泥水分離器的作用下保留在反應器中，上清液經由頂部收水堰收集，最後通過二級出水管排出系統；

步驟iii：隨著晶體的不斷生成和生長，流化床層的高度穩定增長並分層，粒徑小、質量輕的顆粒在床層上部，粒徑大、質量大的顆粒在床層下部，定期排出底部顆粒，以保證反應器一直在適宜的水力條件下運行；反應器側壁不同高度上可設有取樣口，通過觀察不同高度水樣中的顆粒含量及大小，確定流化床層高度及排渣頻次；一級、二級反應器下部、布水器上方，均可設有排渣管，通過排泥管定期排渣，保持一定高度的流化床層，並獲得較高純度的Fe(OH)3顆粒。

步驟iii中，一級、二級反應器的排泥頻率及床層高度的確定方法：由床層高度確定排泥頻率，保持床層高度佔反應器空腔部分(布水器以上、回流水出口間的部分)的3/4以下為宜；床層高度的判斷：在反應器空腔部分的側壁上，可均布3～4個取樣口，定期取樣，察看水樣中結晶顆粒含量，以此確定流化床層層面的高度；亦可根據自控系統中物位計在線監測流化床層層面位置；

(3)反應器的停止階段：對於工業廢水，廢水量受生產周期影響，常常出現停產、再啟動的情況；本系統針對結晶反應器長時間運行或停運後再啟動時，各管路、管件易堵塞、難清洗的特點，提供了如下解決方法：

①反應器停運後，立即放空反應器內全部廢水和顆粒至物料一級、二級物料池；一級、二級物料池並不是普通的儲渣池，其池容可容納反應器達到最大高度流化床層時的全部顆粒，並在池內底部設有柵網，大顆粒被截留至柵網上，廢水回流至原水池，細小顆粒存於池底；

②開啟酸洗裝置，向反應器注入酸溶液，溶液液面沒過酸洗出水管路後，開啟酸洗循環系統，專門針對布水器進行酸洗清洗，6～12h後排空酸洗廢液；

③反應器放空、酸洗後，即可長期停運；由於反應器內部為空腔，並無複雜構件，必要時，可人工進入到反應器內部進行更為徹底的清洗工作；

本實用新型的有益效果是：

(1)本實用新型系統可應用於將化學結晶工藝與升流式多相芬頓流化床工藝有機結合的方法，無需添加載體或晶核，即可實現難溶化合物Fe(OH)3的「大批結晶」，並在水力剪切作用下，形成均勻且緻密的結晶顆粒。

(2)本實用新型系統在高效除難降解有機物基礎上，還可獲得較高純度的Fe(OH)3晶體顆粒，實現汙泥資源化，是一種環境友好型技術，具有較好的應用前景。

(3)本實用新型系統結構簡單，所用結晶反應器結構簡單，其主要反應段結構為空腔，既為化學結晶創造了適宜的流體動力學條件，又維修方便，適合工業化應用。

附圖說明

圖1為本實用新型實施例1所使用的兩級多相芬頓流化床系統的示意圖。

圖2為圖1中一級反應器或二級反應器的結構示意圖。

具體實施方式

為了對本實用新型的技術特徵、目的和有益效果有更加清楚的理解，現結合具體實施例對本實用新型的技術方案進行以下詳細說明，應理解這些實例僅用於說明本實用新型而不用於限制本實用新型的範圍。

實施例1

如圖1所示，本實用新型提供一種兩級多相芬頓流化床系統，其中：該系統包括：一級反應器1、二級反應器2、雙氧水投加裝置3及其加藥管路13、硫酸亞鐵投加裝置7及其加藥管路17、氫氧化鈉投加裝置4及其加藥管路14；進水泵5及其所在的進水管15；一級反應器的循環泵6及其所在的回流管路16；連接一級反應器的出水口和二級反應器進水口的出水管路11；二級反應器的循環泵8及所在的回流管路18；二級物料池9所在的二級反應器排泥管19；二級反應器的出水管12，酸洗裝置10及一級酸洗管路20和二級酸洗管路21；

如圖2所示，所述一級反應器1或二級反應器2各自獨立地：內部底方設有布水器22，所述布水器22下部為配水區23，所述配水區的反應器筒體側壁上設有進水口30及循環水出口；所述布水器22上方為用於形成流化床層的空腔24，反應器頂部周邊設有收水堰26，所述收水堰26下方為固液分離區25，所述固液分離區25與所述用於形成流化床層的空腔24之間設有環狀收水管27；所述布水器22上方的反應器筒體側壁上設有加藥口32(圖中僅示出了一個)、出水口33、排渣口31、酸洗進藥口34及循環水入口，所述出水口33位於所述收水堰26的堰口；所述環狀收水管27與所述循環水入口相連，所述循環水入口通過管路16或18連接到循環泵6或8的入口，所述循環水出口通過管路16或18連接在該循環泵的出口；所述進水口30位於所述循環水出口上方，所述加藥口32位於所述進水口30上方，所述循環水入口位於所述加藥口32上方，所述出水口33位於所述循環水入口上方；所述一級反應器1或二級反應器2各自獨立地在所述布水器22上方的反應器筒體側壁上還設有取樣口，所述取樣口與取樣管35連接，與取樣管35相連的取樣口為3個，其在垂直方向上均布在所述循環水入口與所述布水器22之間；反應器固液分離區25還設有可拆卸的斜管(板)填料36；所述一級反應器1的進水口30與進水管15相連接，所述進水管15上設置進水泵5；循環水入口、循環水出口以及連接在出入口之間的管路16或18和設置在該管路上的泵6或8構成了循環水系統28；該反應器還可在布水器22上下兩側的反應器筒體上設置酸洗液循環出入口及連接該出入口的連接管路以及設置在該管路上的泵，這構成了酸洗循環系統29。

所述雙氧水投加裝置3及所述硫酸亞鐵投加裝置7通過管路13、17分別與所述一級反應器1的獨立的加藥口相連，所述氫氧化鈉投加裝置4通過管路14與所述二級反應器2的加藥口相連；所述一級反應器1的出水口33通過出水管路11與所述二級反應器的進水口相連；

所述酸洗裝置10通過一級酸洗管路20與所述一級反應器的酸洗進藥口相連，通過二級酸洗管路21與所述二級反應器的酸洗進藥口相連；

所述系統還包括一級物料池(圖中未示出)及二級物料池9，所述一級反應器1的排渣口通過排泥管與所述一級物料池相連(圖中未示出)，所述二級反應器2的排渣口通過排泥管19與所述二級物料池9相連。

本實用新型系統的使用方式可如上所述。

最後說明的是：以上實施例僅用於說明本實用新型的實施過程和特點，而非限制本實用新型的技術方案，儘管參照上述實施例對本實用新型進行了詳細說明，本領域的普通技術人員應當理解：依然可以對本實用新型進行修改或者等同替換，而不脫離本實用新型的精神和範圍的任何修改或局部替換，均應涵蓋在本實用新型的保護範圍當中。