公布日：2023.11.07
申請(qǐng)日：2023.08.11
分類號(hào)：C02F1/72(2023.01)I;C02F101/30(2006.01)N
摘要
本發(fā)明提供了一種精細(xì)化工廢水處理一體化異相類芬頓反應(yīng)器及其處理方法，該反應(yīng)器包括反應(yīng)罐，所述反應(yīng)罐內(nèi)的上部設(shè)有三相分離器，所述反應(yīng)罐的底部設(shè)有曝氣組件，所述反應(yīng)罐的側(cè)壁設(shè)有進(jìn)水口、氧化劑投加口，所述曝氣組件與供氣單元連接；所述三相分離器包括筒體，所述筒體的底部連接錐形沉淀斗，所述錐形沉淀斗的底部設(shè)有氣封構(gòu)件，所述筒體的上壁設(shè)有若干通孔，所述筒體的中部設(shè)有溢流堰，所述溢流堰的底部與連接管連接，所述連接管從錐形沉淀斗傾斜伸出；所述溢流堰與筒體之間設(shè)有導(dǎo)流板；所述錐形沉淀斗的高度不小于1500mm。采用本發(fā)明的技術(shù)方案，提升了流體回流效果，降低催化劑損耗程度，降低了成本。
權(quán)利要求書(shū)
1.一種精細(xì)化工廢水處理一體化類芬頓反應(yīng)器，其特征在于：其包括反應(yīng)罐，所述反應(yīng)罐內(nèi)的上部設(shè)有三相分離器，所述反應(yīng)罐的底部設(shè)有曝氣組件，所述反應(yīng)罐的側(cè)壁設(shè)有進(jìn)水口、氧化劑投加口，所述曝氣組件與供氣單元連接；所述三相分離器包括筒體，所述筒體的底部連接錐形沉淀斗，所述錐形沉淀斗的底部設(shè)有氣封構(gòu)件，所述筒體的上壁設(shè)有若干通孔，所述筒體的中部設(shè)有溢流堰，所述溢流堰的底部與連接管連接，所述連接管從錐形沉淀斗傾斜伸出；所述溢流堰與筒體之間設(shè)有導(dǎo)流板；所述錐形沉淀斗的高度不小于1500mm。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的精細(xì)化工廢水處理一體化類芬頓反應(yīng)器，其特征在于：所述曝氣組件包括若干曝氣管，所述曝氣管設(shè)有若干曝氣頭，所述曝氣管在反應(yīng)罐底部中部區(qū)域的間距小于在反應(yīng)罐底部外側(cè)區(qū)域的間距。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的精細(xì)化工廢水處理一體化類芬頓反應(yīng)器，其特征在于：所述曝氣管在底部中心區(qū)域的間距為15-25mm，所述曝氣管在底部中部區(qū)域的間距為35-45mm，所述曝氣管在底部外側(cè)區(qū)域的間距為55-65mm。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的精細(xì)化工廢水處理一體化類芬頓反應(yīng)器，其特征在于：所述曝氣管為變直徑曝氣管；所述曝氣頭傾斜設(shè)置，所述曝氣頭的曝氣角度50°～55°。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的精細(xì)化工廢水處理一體化類芬頓反應(yīng)器，其特征在于：所述氣封構(gòu)件的截面為倒三角形或倒T型；所述筒體為圓柱體形、圓臺(tái)形或長(zhǎng)方體形。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的精細(xì)化工廢水處理一體化類芬頓反應(yīng)器，其特征在于：所述錐形沉淀斗的側(cè)壁與水平面的夾角為55°～70°。
7.根據(jù)權(quán)利要求1～6任意一項(xiàng)所述的精細(xì)化工廢水處理一體化類芬頓反應(yīng)器，其特征在于：所述進(jìn)水口為兩個(gè)，兩個(gè)進(jìn)水口、氧化劑投加口三個(gè)進(jìn)口呈對(duì)稱設(shè)置，以進(jìn)行環(huán)形進(jìn)水；所述反應(yīng)罐內(nèi)設(shè)有若干導(dǎo)流板。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的精細(xì)化工廢水處理一體化類芬頓反應(yīng)器，其特征在于：所述反應(yīng)罐的高徑比為2.5～3:1，所述三相分離器與位于三相分離器下方的曝氣區(qū)的高度比為1:2～2.5；所述反應(yīng)罐為圓柱形不銹鋼材質(zhì)。
9.一種精細(xì)化工廢水處理方法，其特征在于：對(duì)廢水采用如權(quán)利要求1-8任意一項(xiàng)所述的精細(xì)化工廢水處理一體化類芬頓反應(yīng)器進(jìn)行處理，包括如下步驟：在反應(yīng)罐內(nèi)加入鐵基固體催化劑粉末，其中所述鐵基固體催化劑粉末的粒徑小于三相分離器中錐形沉淀斗與氣封構(gòu)件之間的回流縫的寬度；從氧化劑投加口泵入氧化劑，從進(jìn)水口泵入待處理的精細(xì)化工廢水，開(kāi)啟供氣單元進(jìn)行曝氣，將反應(yīng)罐內(nèi)的鐵基固體催化劑粉末和雙氧水充分混勻；控制水力停留時(shí)間為2.5-3.5h。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的精細(xì)化工廢水處理方法，其特征在于：所述氧化劑的投加量按照氧化劑與精細(xì)化工廢水COD的質(zhì)量比1:2～5投加；所述鐵基固體催化劑粉末采用活性炭、磁鐵礦、黃鐵礦、氧化鐵粉按(0.01～0.05)：(0.01～0.25)：(0.35～0.95)：(0.03～0.35)混合制備而成；所述鐵基固體催化劑粉末的粒徑為0.5～2mm，堆積密度為0.35～0.45g/mL。
發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)以上技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明公開(kāi)了一種精細(xì)化工廢水處理一體化異相類芬頓反應(yīng)器及其處理方法，克服了催化劑回流困難、循環(huán)使用效率低的難點(diǎn)，降低難降解精細(xì)化工廢水的預(yù)處理段成本。
對(duì)此，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：
一種精細(xì)化工廢水處理一體化類芬頓反應(yīng)器，其包括反應(yīng)罐，所述反應(yīng)罐內(nèi)的上部設(shè)有三相分離器，所述反應(yīng)罐的底部設(shè)有曝氣組件，所述反應(yīng)罐的側(cè)壁設(shè)有進(jìn)水口、氧化劑投加口，所述曝氣組件與供氣單元連接。
其中，所述三相分離器包括筒體，所述筒體的底部連接錐形沉淀斗，所述錐形沉淀斗的底部設(shè)有氣封構(gòu)件，所述筒體的上壁設(shè)有若干通孔，所述筒體的中部設(shè)有溢流堰，所述溢流堰的底部與連接管連接，所述連接管從錐形沉淀斗傾斜伸出；所述溢流堰與筒體之間設(shè)有導(dǎo)流板；所述錐形沉淀斗的高度不小于1500mm。
采用此技術(shù)方案，三相分離器內(nèi)形成氣液分離區(qū)、反應(yīng)導(dǎo)流區(qū)、催化劑沉淀區(qū)，當(dāng)污水和催化劑通過(guò)筒體的頂部通孔進(jìn)入三相分離器的導(dǎo)流區(qū)內(nèi)，在錐形沉淀斗進(jìn)行催化劑和污水的分離，催化劑因密度比污水大而處于下層，通過(guò)錐形沉淀斗的出口回流出來(lái)，實(shí)現(xiàn)了分離回收，回流效果高，催化劑回流簡(jiǎn)單，提高了循環(huán)使用效率。
作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述氣封構(gòu)件的截面為倒三角形或倒T型。
作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述筒體為圓柱體形、圓臺(tái)形或長(zhǎng)方體形。
作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述錐形沉淀斗的側(cè)壁與水平面的夾角為55°～70°，便于催化劑的沉淀和回收。
作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述錐形沉淀斗的高度不小于1500mm。
作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述曝氣組件包括若干曝氣管，所述曝氣管設(shè)有若干曝氣頭，所述曝氣管在反應(yīng)罐底部中部區(qū)域的間距小于曝氣管在反應(yīng)罐底部外側(cè)區(qū)域的間距。采用此技術(shù)方案，設(shè)置不同分布的送氣管，實(shí)現(xiàn)均質(zhì)曝氣。
作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述曝氣管在反應(yīng)罐內(nèi)不同位置設(shè)置不同間距。進(jìn)一步的，所述曝氣管在底部中心區(qū)域的間距為15-25mm，所述曝氣管在底部中部區(qū)域的間距為35-45mm，所述曝氣管在底部外側(cè)區(qū)域的間距為55-65mm。其中，所述中部區(qū)域?yàn)槲挥谥行膮^(qū)域與外側(cè)區(qū)域之間。
進(jìn)一步優(yōu)選的，所述曝氣管在中心區(qū)域的間距為20mm，在中部區(qū)域的間距為40mm，在外側(cè)區(qū)域的間距為60mm。
作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述曝氣管為變直徑曝氣管。
作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述曝氣頭傾斜設(shè)置，所述曝氣頭的曝氣角度50°～55°。采用斜曝氣方式，實(shí)現(xiàn)均質(zhì)曝氣。
作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述反應(yīng)罐的高徑比為2.5～3:1。
作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述三相分離器與位于三相分離器下方的曝氣區(qū)的高度比為1:2～2.5。
作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述反應(yīng)罐為圓柱形不銹鋼材質(zhì)。
作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述進(jìn)水口為兩個(gè)，兩個(gè)進(jìn)水口、氧化劑投加口三個(gè)進(jìn)口呈對(duì)稱設(shè)置，以進(jìn)行環(huán)形進(jìn)水。
作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述反應(yīng)罐內(nèi)設(shè)有若干導(dǎo)流板。
本發(fā)明還公開(kāi)了一種精細(xì)化工廢水處理方法，對(duì)廢水采用如上任意一項(xiàng)所述的精細(xì)化工廢水處理一體化類芬頓反應(yīng)器進(jìn)行處理，包括如下步驟：
在反應(yīng)罐內(nèi)加入鐵基固體催化劑粉末，其中所述鐵基固體催化劑粉末的粒徑小于三相分離器中錐形沉淀斗與氣封構(gòu)件之間的回流縫的寬度；
從氧化劑投加口泵入氧化劑，從進(jìn)水口泵入待處理的精細(xì)化工廢水，開(kāi)啟供氣單元進(jìn)行曝氣，將反應(yīng)罐內(nèi)的鐵基固體催化劑粉末和雙氧水充分混勻；控制水力停留時(shí)間為2.5-3.5h。
作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述氧化劑的投加量按照氧化劑與精細(xì)化工廢水COD的質(zhì)量比1:2～5投加。
作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，
作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述鐵基固體催化劑粉末采用活性炭、磁鐵礦、黃鐵礦、氧化鐵粉按(0.01～0.05)：(0.01～0.25)：(0.35～0.95)：(0.03～0.35)混合制備而成。
作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述鐵基固體催化劑粉末的粒徑為0.5～2mm，堆積密度為0.35～0.45g/mL。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果為：
第一，采用本發(fā)明技術(shù)方案，通過(guò)設(shè)計(jì)特定結(jié)構(gòu)的三相分離器，提升了流體回流效果，當(dāng)污水和催化劑通過(guò)筒體的頂部進(jìn)入三相分離器的導(dǎo)流區(qū)內(nèi)，在底部的錐形沉淀斗進(jìn)行催化劑和污水的分離，催化劑的密度比污水大而處于下層，通過(guò)催化劑出口回流出來(lái)，實(shí)現(xiàn)分離回收，解決了催化劑回流困難，循環(huán)效率低的問(wèn)題。
第二，采用本發(fā)明的技術(shù)方案，通過(guò)設(shè)置含三相分離器的類芬頓反應(yīng)器的特定結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，使得工業(yè)廢水，催化劑與反應(yīng)藥劑三者充分接觸、吸附，提高了難降解有機(jī)物去除效率，同時(shí)極大程度提高反應(yīng)催化劑回流循環(huán)程度，降低因運(yùn)行階段催化劑堵塞回流管路導(dǎo)致降解進(jìn)行緩慢的風(fēng)險(xiǎn)。催化劑流失量降低為由3％降低至0.006％，能夠節(jié)省催化劑使用量約15％，降低催化劑損耗程度，促進(jìn)傳質(zhì)增效過(guò)程，實(shí)質(zhì)降低運(yùn)行成本，助力實(shí)現(xiàn)低碳節(jié)約的高效率，多循環(huán)污水處理，相關(guān)研究具有良好的經(jīng)濟(jì)效益和成本優(yōu)勢(shì)。
第三，與現(xiàn)有異相類芬頓流化床反應(yīng)器相比，本發(fā)明的技術(shù)方案利用CFD流態(tài)模擬，結(jié)合流體力學(xué)、分析化學(xué)、環(huán)境化學(xué)為模型，構(gòu)建出適配比優(yōu)化一體化反應(yīng)器新工藝方法，極大程度上促進(jìn)催化劑在反應(yīng)罐回流，并充分回流，減少短流情況出現(xiàn)，減輕催化劑堵塞和流失程度，有效提高對(duì)難降解工業(yè)廢水的去除效率，對(duì)當(dāng)?shù)毓I(yè)園區(qū)污水處理以及人民生產(chǎn)生活安全實(shí)現(xiàn)進(jìn)一步保障，具有良好的社會(huì)效益。
第四，從生態(tài)收益中考慮，本發(fā)明技術(shù)方案針對(duì)難降解污水開(kāi)發(fā)的此種一體化異相類芬頓反應(yīng)器，反應(yīng)停留時(shí)間短，處理水量大，對(duì)水中高毒性有機(jī)污染物的結(jié)構(gòu)進(jìn)行破壞，使其毒性降低，同時(shí)定向去除，增加水中有機(jī)碳源，利于生化階段的礦化過(guò)程。
（發(fā)明人：成乾;韓京龍;王愛(ài)杰;楊敏;任瑞昀;曾銳;石群）
