Fenton反應系統及利用Fenton反應系統處理廢水中有機汙染物的方法
2023-10-10 21:17:19
Fenton反應系統及利用Fenton反應系統處理廢水中有機汙染物的方法
【專利摘要】本發明涉及一種Fenton反應系統及利用Fenton反應系統處理廢水中有機汙染物的方法。該Fenton反應系統包括，經管路順序連通的射流器、盤管、反應罐；所述射流器接納經管路泵入的廢水與Fenton試劑後流入所述盤管進行混合反應，再進入由針閥調控壓力的反應罐內進行Fenton反應。該處理廢水中有機汙染物的方法包括：⑴調節廢水的pH值，然後泵入管道內，在射流器中分別與Fenton試劑的氧化劑和催化劑溶液混合後，流入螺旋盤管進行混合反應；⑵進入由針閥調控壓力的反應罐內進行Fenton反應。⑶反應罐出水用鹼液調節pH值、沉澱，汙泥排入汙泥車間處理，上清液排入生化池。
【專利說明】Fenton反應系統及利用Fenton反應系統處理廢水中有機汙染物的方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種Fenton反應系統及利用Fenton反應系統處理廢水中有機汙染物的方法。
【背景技術】
[0002]1894年H.Fenton發現，過氧化氫和亞鐵離子在酸性水溶液中可以有效氧化分解酒石酸。人們將這種試劑稱為Fenton試劑，將使用這種試劑的反應稱為Fenton反應。Fenton反應過程中能夠產生具有強氧化性的0H，其氧化還原電位高達2.8V，可與大多數有機汙染物發生反應，無選擇性的徹底破壞有機物結構，最終生成C02、H20和無機鹽，具有反應速度快，無二次汙染等優點，廣泛用於高濃度難生物降解的有機汙染物處理。
[0003]傳統Fenton反應在實際應用中存在運行成本偏高、反應條件要求嚴格、容易產生二次汙染等問題，其中Fenton試劑使用量大，藥劑成本高的問題尤為突出。楊穎採用批次投加Fenton試劑的方式對雙酚A環氧樹脂生產過程中產生的高鹽有機廢水進行處理，TOC由2300mg/L降低至150mg/L以下，與200元/噸以上的多效蒸發處理成本相比,藥劑投加成本預計為150元/噸。通過改變投加方式及提高反應溫度，提高了過氧化氫利用效率和有機汙染物的去除率，Fenton氧化效果明顯提高。分批投加可以提高Fenton氧化的去除效率的原因在於，一次性投加藥劑後，亞鐵會通過對自由基競爭和局部自由濃度過高，而發生自消耗反應，從而降低有機物的去除效率。其不足之處在於增加了操作的複雜性。劉尚超等人設計了一種Fenton試劑反應器,通過混合反應管結構設計,解決傳統Fenton工藝中人工投加Fenton試劑引起的混合不均問題。李培中等人設計了一種Fenton反應用三相分離器，以氣體為動力在導流筒內形成環流，從而達到提高氧化劑與催化劑接觸效率的目的。宋?δ峰設計的高效Fenton反應器採用盤管加熱和曝氣混合的方式提高Fenton反應效率。其不足之處在於曝氣和加熱增加能耗。
【發明內容】
[0004]本發明的目的是提供一種減少Fenton試劑的使用量,提高Fenton反應效率,減少動力和熱能等消耗，從而降低Fenton反應的運行成本，同時簡化操作的Fenton反應系統。本發明的另一目的是提供一種利用Fenton反應系統處理廢水中有機汙染物的方法。
[0005]本發明的技術解決方案是所述Fenton反應系統，其特殊之處在於:包括經管路順序連通的射流器、盤管、反應罐；所述射流器接納經管路泵入的廢水與Fenton試劑後流入所述盤管進行混合反應，再進入由針閥調控壓力的反應罐內進行Fenton反應。
[0006]作為優選:所述反應罐的出水管經T型管分兩路，一路連接安全閥而另一路連接壓力表並通過針閥連接出水口。
[0007] 作為優選:所述盤管與所述反應罐的配置方式選用以下的一種:
⑴盤管由橫向旋轉成型的螺旋盤管構成，所述螺旋盤管自下向上纏繞在反應罐的外壁，螺旋盤管的進水口位於反應罐的底部，位於反應罐頂部的螺旋盤管出水口經縱向管道向下延伸並與反應罐底部的進水口連通，反應罐頂部設有與T型管連通的出水口 ；
⑵盤管由橫向旋轉成型的螺旋盤管構成，所述螺旋盤管自上向下纏繞在反應罐的外壁，螺旋盤管的進水口位於反應罐的上部，位於反應罐底部的螺旋盤管出水口與反應罐底部的進水口連通，反應罐頂部設有與T型管連通的出水口 ；
⑶盤管由縱向旋轉成型的螺旋盤管構成，所述螺旋盤管出水口經管道與反應罐底部的進水口連通，反應罐頂部設有與T型管連通的出水口 ；
⑷盤管由橫向旋轉成型的螺旋盤管構成，所述螺旋盤管出水口經管道與反應罐底部的進水口連通，反應罐頂部設有與T型管連通的出水口 ；
(5)盤管由蛇形管構成，所述蛇形管的出水口經管道與反應罐底部的進水口連通，反應罐頂部設有與T型管連通的出水口。
[0008]作為優選:所述Fenton試劑包括經管路泵入射流器內的氧化劑和催化劑，所述氧化劑和所述催化劑分別經各自的管路泵入串聯的二射流器內。[0009]作為優選:所述Fenton試劑為由計量泵泵入射流器內的氧化劑。
[0010]作為優選:所述射流器與所述盤管之間的管路上連接止回閥；所述止回閥與所述射流器之間的管路上連接洩水閥。
[0011]作為優選:所述反應罐的底部設有洩水閥。
[0012]本發明的另一技術解決方案是所述利用Fenton反應系統處理廢水中有機汙染物的方法，其特殊之處在於，包括以下步驟:
⑴調節廢水的PH值，然後泵入管道內，在射流器中分別與Fenton試劑的氧化劑和催化劑溶液混合後，流入螺旋盤管進行混合反應；
⑵進入由針閥調控壓力的反應罐內進行Fenton反應。
[0013]作為優選所述步驟⑵的後面設有步驟⑶反應罐出水用鹼液調節pH值、沉澱，汙泥排入汙泥車間處理，上清液排入生化池。
[0014]本發明的再一技術解決方案是所述利用Fenton反應系統處理廢水中有機汙染物的方法，其特殊之處在於，包括以下步驟:
⑴調節廢水的PH值並與Fenton試劑的催化劑溶液混合，然後泵入管道內，在射流器中再與Fenton試劑的氧化劑溶液混合，流入螺旋盤管進行混合反應；
⑵進入由針閥調控壓力的反應罐內進行Fenton反應；
⑶反應罐出水用鹼液調節pH值、沉澱，汙泥排入汙泥車間處理，上清液排入生化池。
[0015]與現有技術相比，本發明具有以下的積極效果:
⑴螺旋盤管的混合效率高，動力消耗少。由於螺旋盤管彎曲的幾何構型使流體徑向上產生二次流，利用二次流對其進行周期性攪拌從而實現高效的混合。盤管內的混合是依靠進水泵提供的動力以及盤管自身的構型實現的，與攪拌機以及曝氣設備相比，節省動力消耗，而且混合效果更佳。
[0016]⑵Fenton反應時間短，佔地面積小。現有Fenton法廢水處理設備的停留時間(Fenton反應時間)一般為I~2h。而達到同樣處理效果，採用本反應器的處理時間大為縮短，僅需要15~30分鐘。Fenton反應時間縮短意味著單位體積反應器處理能力的提高，因此在處理相同流量的廢水，本反應器的體積比現有設備更小，能夠節省佔地面積至少50%。[0017]⑶節省Fenton試劑，降低運行成本。反應系統獨特的結構設計提高了混合性能和Fenton試劑使用效率，氧化劑過氧化氫的用量比傳統Fenton法處理工藝節省40~50%。由於過氧化氫的單價高，用量大，因此，過氧化氫使用量減少能夠明顯降低Fenton法處理廢水的運行成本。同時由於催化劑二價鐵鹽的用量大幅減少，出水鐵含量降低，可顯著減輕後續中和處理負擔。
[0018]⑷具有壓力調節功能,進一步提高Fenton反應氧化效率。由於反應器內具有一定的壓力，Fenton反應過程中由於過氧化氫分解產生的新生態活性氧在水中溶解的量比常壓條件下更多，因此能夠增加活性氧與廢水中有機汙染物接觸機率，促進氧化反應，進而提高Fenton反應的氧化分解效率。
[0019](5)結構簡單、操作方便、設備材料易得價廉。Fenton反應器涉及的射流器、各種閥門管件均屬標準件，無需特殊加工。螺旋盤管作為本發明中主要的混合單元，結構非常簡單，無需特殊加工，現場安裝容易，對盤管材質的要求不高，可選取具有一定耐溫、耐壓及耐腐蝕性的常用管材如UPVC、PP、PTFE、不鏽鋼等。相比現有Fenton流化床採用的導流筒設計，各種形狀的布水設計，結構大為簡化。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0020]圖1是本發明Fenton反應系統第一種結構示意圖。
[0021]圖2是本發明Fenton反應系統第二種結構示意圖。
[0022]圖3是本發明Fenton反應系統第三種結構示意圖。
[0023]圖4是本發明Fenton反應系統第四種結構示意圖。
[0024]圖5是本發明Fenton反應系統立式螺旋盤管結構示意圖。
[0025]圖6是圖5的俯視結構示意圖。
[0026]圖7是本發明Fenton反應系統臥式螺旋盤管的結構示意圖。
[0027]圖8是圖7的俯視結構示意圖。
[0028]圖9是本發明Fenton反應系統蛇形盤管的橫向結構示意圖。
[0029]圖10是本發明Fenton反應系統蛇形盤管的縱向結構示意圖。
[0030]主要組件符號說明:
進水泵1、第一射流器21、第二射流器22、第一計量泵31、第二計量泵32、止回閥4、盤管5、進水口 51、出水口 52、反應罐6、進水口 61、出水口 62、洩水閥63、安全閥71、壓力表72、針閥73、洩水閥8、T型管91、管道92、縱向管道93。
【具體實施方式】
[0031]本發明下面將結合附圖作進一步詳述:
圖1、圖5、圖6不出了本發明Fenton反應系統的第一個實施例。
[0032] 請參閱圖1所示,該Fenton反應系統包括pH調節到3的廢水通過進水泵I泵入管道92內，與所述管道92連通的兩個串聯在一起的第一射流器21與第二射流器22分別與通過第一計量泵31與第二計量泵32輸入的Fenton試劑中的氧化劑H202 30%和Fenton試劑中的催化劑FeS04 120g/L溶液混合後，經管路中的止回閥4流入與止回閥4連通的立式螺旋盤管5進行混合反應，請參閱圖5、圖6所示，所述螺旋盤管5自下向上纏繞在反應罐6的外壁，螺旋盤管5的進水口 51位於反應罐6的底部，位於反應罐6頂部的螺旋盤管出水口 52經縱向管道93向下延伸並與反應罐6底部的進水口 61連通，廢水在反應罐6內進行Fenton反應後，沿反應罐6頂部流入與T型管91連通的出水口 62 ;該出水口 62經管道92連通T型管91分兩路，一路連接安全閥71而另一路連接壓力表72並通過調控反應罐6內壓力的針閥73連接出水口。廢水在反應系統內總停留時間為20min。反應罐6出水用鹼液調節PH至8中和沉澱，汙泥排入汙泥車間處理，上清液排入生化池。所述第二射流器22與所述盤管5之間的管路上連接止回閥4 ;所述止回閥4與所述第二射流器22之間的管路上連接洩水閥8。所述反應罐6的底部設有洩水閥63。作為替代方案，所述螺旋盤管5還可以是自上向下纏繞在反應罐6的外壁，螺旋盤管5的進水口 51位於反應罐6的上部(圖中未示)。
[0033]該射流器21、22流量範圍0.1~50m3/h ;螺旋盤管5管徑介於10~50mm，長度5~50m ;該的反應罐6為圓柱形，高徑比在I~2之間，容積0.05~25m3 ;該壓力表72壓力調節範圍在O~IOMpa;反應罐出水口 62安裝位置位於反應罐6側面，距罐體頂部相距50~200mm ;反應罐6頂部設有檢查口(圖中未示)，直徑200~500mm。反應罐6和螺旋盤5管材質可採用PTFE、UPVC、PP、不鏽鋼等；螺旋盤管5安裝形式為纏繞在反應罐外部。
[0034]所述利用Fenton反應系統處理某工業汙水處理站乳化液廢水電氣浮出水的方法，處理水量為60L/h，進水水質如下:C0Dcr 10000mg/L, pH 7.4，包括以下步驟:
⑴調節廢水的PH值到3，然後泵入管道92內，在第一射流器21、第二射流器22中分別與Fenton試劑的氧化劑30%H202和催化劑120g/LFeS04溶液混合後，流入螺旋盤管5進行混合反應；
⑵再進入反應罐6停留一段時間後流出，通過針閥73調控反應罐6壓力並進行Fenton反應，廢水在反應器內總停留時間為20min ；
⑶反應罐6出水用鹼液調節pH至8、沉澱，汙泥排入汙泥車間(圖中未示)處理，上清液排入生化池(圖中未示)；測得上清液CODcr 3950mg/L ,計算Fenton試劑投加量,每m3廢水消耗12L30%H202，120g/L 50LFeS04溶液，削減COD 6.05kg,而削減這些量的COD所需30%H202的理論用量為38.6L，採用本裝置節省氧化劑用量68%。
[0035]圖2、圖7、圖8示出了本發明Fenton反應系統的第二個實施例。
[0036]請參閱圖2、圖7、圖8所示，該實施例與上述第一個實施例的區別在於，盤管5由縱向旋轉成型的螺旋盤管構成，所述螺旋盤管出水口 52經管道92與反應罐6底部的進水口 61連通，反應罐6頂部設有與T型管91連通的出水口 62。
[0037]圖3示出了本發明Fenton反應系統的第三個實施例。
[0038]請參閱圖3所示，該實施例與上述第一個實施例的區別在於，盤管5由橫向旋轉成型的螺旋盤管構成，所述螺旋盤管出水口 52經管道92與反應罐6底部的進水口 61連通，反應罐6頂部設有與T型管91連通的出水口 62。
[0039]圖4示出了本發明Fenton反應系統的第四個實施例。
[0040]請參閱圖4所示,該實施例與上述第一個實施例的區別在於,該Fenton反應系統包括PH調節到3並且混合了 Fenton試劑中催化劑硫酸亞鐵溶液的廢水經進水泵I泵入管道92內，與所述管道92連通的射流器31接收由計量泵I泵入Fenton試劑中的氧化劑過氧化氫溶液混合，然後流入螺旋盤管5進行混合反應。[0041]所述利用Fenton反應系統處理廢水中有機汙染物的方法，包括以下步驟:
⑴調節廢水的PH值到3並與Fenton試劑的催化劑120g/LFeS04溶液混合，然後泵入
管道92內，在射流器31中再與Fenton試劑的氧化劑30%H202溶液混合，流入螺旋盤管5進行混合反應；
⑵進入由針閥73調控壓力的反應罐6內進行Fenton反應； ⑶反應罐6出水用鹼液調節pH值、沉澱，汙泥排入汙泥車間(圖中未示)處理，上清液排入生化池(圖中未示)。
[0042]請參閱圖9與圖10所示，作為替代方案，所述盤管5還可以使用替代的蛇形管。
[0043]以上所述僅為本發明的較佳實施例，凡依本發明權利要求範圍所做的均等變化與修飾，皆應屬本發明權利要求的涵蓋範圍。
【權利要求】
1.一種Fenton反應系統，其特徵在於:包括經管路順序連通的射流器、盤管、反應罐；所述射流器接納經管路泵入的廢水與Fenton試劑後流入所述盤管進行混合反應，再進入由針閥調控壓力的反應罐內進行Fenton反應。
2.根據權利要求1所述Fenton反應系統，其特徵在於:所述反應罐的出水管經T型管分兩路，一路連接安全閥而另一路連接壓力表並通過針閥連接出水口。
3.根據權利要求2所述Fenton反應系統，其特徵在於:所述盤管與所述反應罐的配置方式選用以下的一種: ⑴盤管由橫向旋轉成型的螺旋盤管構成，所述螺旋盤管自下向上纏繞在反應罐的外壁，螺旋盤管的進水口位於反應罐的底部，位於反應罐頂部的螺旋盤管出水口經縱向管道向下延伸並與反應罐底部的進水口連通，反應罐頂部設有與T型管連通的出水口 ； ⑵盤管由橫向旋轉成型的螺旋盤管構成，所述螺旋盤管自上向下纏繞在反應罐的外壁，螺旋盤管的進水口位於反應罐的上部，位於反應罐底部的螺旋盤管出水口與反應罐底部的進水口連通，反應罐頂部設有與T型管連通的出水口 ； ⑶盤管由縱向旋轉成型的螺旋盤管構成，所述螺旋盤管出水口經管道與反應罐底部的進水口連通，反應罐頂部設有與T型管連通的出水口 ； ⑷盤管由橫向旋轉成型的螺旋盤管構成，所述螺旋盤管出水口經管道與反應罐底部的進水口連通，反應罐頂部設有與T型管連通的出水口 ； (5)盤管由蛇形管構成，所述蛇形管的出水口經管道與反應罐底部的進水口連通，反應罐頂部設有與T型管連通的出水口。
4.根據權利要求1所述Fenton反應系統,其特徵在於:所述Fenton試劑包括經管路泵入射流器內的氧化劑和催化劑，所述氧化劑和所述催化劑分別經各自的管路泵入串聯的二射流器內。
5.根據權利要求1所述Fenton反應系統,其特徵在於:所述Fenton試劑為由計量泵泵入射流器內的氧化劑。
6.根據權利要求1至5任一項所述Fenton反應系統，其特徵在於:所述射流器與所述盤管之間的管路上連接止回閥；所述止回閥與所述射流器之間的管路上連接洩水閥。
7.根據權利要求1至5任一項所述Fenton反應系統，其特徵在於:所述反應罐的底部設有洩水閥。
8.根據權利要求1所述利用Fenton反應系統處理廢水中有機汙染物的方法，其特徵在於，包括以下步驟: ⑴調節廢水的PH值，然後泵入管道內，在射流器中分別與Fenton試劑的氧化劑和催化劑溶液混合後，流入螺旋盤管進行混合反應； ⑵進入由針閥調控壓力的反應罐內進行Fenton反應。
9.根據權利要求8所述利用Fenton反應系統處理廢水中有機汙染物的方法，其特徵在於:所述步驟⑵的後面設有步驟⑶反應罐出水用鹼液調節pH值、沉澱，汙泥排入汙泥車間處理，上清液排入生化池。
10.根據權利要求1所述利用Fenton反應系統處理廢水中有機汙染物的方法，其特徵在於，包括以下步驟: ⑴調節廢水的pH值並與Fenton試劑的催化劑溶液混合，然後泵入管道內，在射流器中再與Fenton試劑的氧化劑溶液混合，流入螺旋盤管進行混合反應； ⑵進入由針閥調控壓力的反應罐內進行Fenton反應； ⑶反應罐出水用鹼液 調節pH值、沉澱，汙泥排入汙泥車間處理，上清液排入生化池。
【文檔編號】C02F1/72GK103910427SQ201410105446
【公開日】2014年7月9日 申請日期:2014年3月21日 優先權日:2014年3月21日
【發明者】王丹丹, 陳福明, 吳思國 申請人:深圳清華大學研究院