利用鐵炭-Fenton一體化反應器進行有機廢水預處理的方法
【專利摘要】利用鐵炭-Fenton一體化反應器進行有機廢水預處理的方法，本發明涉及工業污水預處理方法。本發明是要解決現有的鐵炭微電解法和Fenton法聯用處理廢水的方法處理后的污水的可生化性差、產生的化學污泥量大的技術問題。鐵炭-Fenton一體化反應器系統由pH調節池、鐵炭-Fenton一體化反應器、風機和回流管組成，將有機廢水注入調節池調節pH后，通入鐵炭-Fenton一體化反應器中，同時風機曝氣并向反應器中投加H2O2，無需補充Fe2+，即可達到良好的處理效果，處理后其污水的COD值降低50%以上，其BOD/COD的值為0.45～0.6，有利于后續生物單元進行。本方法可用于工業污水預處理。
【專利說明】利用鐵炭-Fenton —體化反應器進行有機廢水預處理的方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于廢水處理【技術領域】,具體涉及一種鐵炭-Fenton —體化工藝預處理工業污水方法。
【背景技術】
[0002]鐵炭微電解工藝是基于鐵、鋁等金屬材料的一種電化學腐蝕反應，把鐵屑或鐵-炭浸泡于電解質溶液中，腐蝕、電解作用去處理廢水。Fenton法是以H2O2為氧化劑、亞鐵鹽為催化劑的一種催化氧化法。
[0003]目前有很多利用鐵炭微電解法和Fenton法聯用處理廢水的方法，如鐵炭微電解-Fenton聯用，Fenton強化鐵炭微電解工藝等，這些方法都是將污水先通過鐵炭微電解法處理，然后調節PH值后再經Fenton法處理，在鐵炭微電解法處理過程中，新生態的Fe2+具有高的化學活性，能與廢水中許多污染物組分發生氧化還原作用，使大分子物質分解為小分子或中間體；Fenton法是以H2O2為氧化劑、亞鐵鹽為催化劑的一種催化氧化法。常見的Fenton試劑的用量為 150~400mg/L的Fe2+，以及3.5~15.0ml/L的H2O2,反應在酸性條件下產生的羥基自由基氧化能力極強，擁有很高的氧化還原電位，能夠使廢水中大分子污染物降解成小分子物質，發生斷鏈或開環反應，有些物質會被完全轉化成CO2和H20。當污水的B0D/C0D大于0.3時，一般認為該廢水具有可生化性，但現有的鐵炭微電解法和Fenton法聯用技術中，因為鐵炭微電解產生的Fe2+不能充分發生Fenton反應，使處理后的廢水的B0D/C0D在0.2~0.3范圍內，可生化性差。同時由于藥劑使用量大，產生大量的化學污泥。
【發明內容】
[0004]本發明是要解決現有的鐵炭微電解法和Fenton法聯用處理廢水的方法處理后的污水的可生化性差、產生的化學污泥量大的技術問題，而提供利用鐵炭-Fenton —體化反應器進行有機廢水預處理的方法。
[0005]本發明的利用鐵炭-Fenton —體化反應器進行有機廢水預處理的方法按以下步驟進行:
[0006]一、鐵炭-Fenton —體化反應器系統:鐵炭-Fenton —體化反應器系統由pH調節池、鐵炭-Fenton —體化反應器、風機和回流管組成；
[0007]鐵炭-Fenton —體化反應器的側壁下部設置入水口、在側壁上部設置出水口在底部設置進氣口 ；在鐵炭-Fenton —體化反應器內填充鐵炭填料；
[0008]pH調節池與鐵炭-Fenton —體化反應器的入水口相連,風機與鐵炭-Fenton —體化反應器的進氣口相連；在鐵炭-Fenton —體化反應器的出水口與入水口之間設置回流管;
[0009]二、將有機廢水注入調節池調節pH至2.0~3.5后，從鐵炭-Fenton —體化反應器的入水口通入鐵炭-Fenton —體化反應器中，同時風機經鐵炭-Fenton —體化反應器底部的進氣口對反應器進行鼓風曝氣，并向反應器中投加H2O2，水力停留60~IOOmin后，從鐵炭-Fenton —體化反應器的出水口排出，其中，部分出水回流至入水口處，完成有機廢水的預處理。
[0010]本發明將高濃度有機廢水流入調節池調節pH后，出水自下而上通過鐵炭-Fenton一體化反應器，從底部對反應器進行鼓風曝氣，并向反應器中投加H202，無需補充Fe2+，即可達到良好的處理效果，出水部分回流至鐵炭-Fenton —體化反應器進水口，保證反應器中Fe2+濃度。
[0011]本發明的利用鐵炭-Fenton —體化反應器進行有機廢水預處理的方法擁有如下工藝特點:
[0012](I)鐵炭微電解過程中，酸性條件下生成Fe2+，理論上鐵炭微電解進水的pH值控制在2左右，將有0.0495mol/L的Fe2+生成，因此，控制進水pH值較低，可使鐵炭-Fenton —體化反應器中產生的Fe2+滿足Fenton反應的需要，可很大程度上降低成本，同時又可達到理想的處理效果。生成的Fe2+與投加的H2O2在酸性條件下形成了 Fenton試劑，在Fe2+催化作用下，Fenton反應生成了大量羥基自由基，擁有極強的氧化性。因而一體化工藝無需投加Fe2+，符合了經濟性原則。鐵炭-Fenton —體化工藝技術在依據鐵炭微電解原電池反應原理基礎上，又利用Fenton反應中OH ?的強氧化作用，通過控制反應的pH和反應時間，使Fenton反應能夠利用鐵炭反應中產生的二價鐵(Fe2+),同時使難降解物質在Fenton反應中停留在開環斷鏈階段，而不直接生成水和二氧化碳，從而使工藝在實現降解有機物的同時，又達到有效提高廢水可生化性的目的，可處理COD濃度范圍為50~60000mg/L的各類難降解工業廢水，處理后其污水的COD值降低50%以上，其B0D/C0D的值為0.45~0.6，有利于后續生物單元進行，為后續處理單元做準備。同時因不用中間補加Fe2+，有效減少處理費用，高效經濟。
[0013](2)鐵炭微電解反應使用的填料能與部分重金屬離子發生化學反應，并可將其還原為價位低且毒性低的金屬離子，最終以氫氧化物沉淀的形式除去。且廢水中含有的Fe2+和Fe3+擁有絮凝效果，可以將廢水中膠體或懸浮物質沉淀使廢水得以凈化。
[0014](3)聯合工藝處理可適用在多類高濃度難降解有機廢水中，并可達到40%以上的去除效果，同時可提高廢水的可生化能力。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0015]圖1是【具體實施方式】一的鐵炭-Fenton—體化反應器系統示意圖；圖中I為pH調節池、2為鐵炭-Fenton —體化反應器、3為風機、4為回流管。
[0016]圖2是鐵炭-Fenton —體化反應器的示意圖；
【具體實施方式】
[0017]【具體實施方式】一:本實施方式的利用鐵炭-Fenton —體化反應器進行有機廢水預處理的方法按以下步驟進行:
[0018]一、鐵炭-Fenton —體化反應器系統:鐵炭-Fenton —體化反應器系統由pH調節池1、鐵炭-Fenton —體化反應器2、風機3和回流管4組成；
[0019]鐵炭-Fenton—體化反應器2的側壁下部設置入水口 2-1、在側壁上部設置出水口2-2在底部設置進氣口 2-3 ;在鐵炭-Fenton —體化反應器2內填充鐵炭填料2_4 ；
[0020]pH調節池I與鐵炭-Fenton —體化反應器2的入水口 2-1相連，風機3與鐵炭-Fenton —體化反應器2的進氣口 2-3相連；在鐵炭-Fenton —體化反應器2的出水與入水口 2-1之間設置有回流管4 ；
[0021]二、將有機廢水注入調節池調節pH至2.0~3.5后，從鐵炭-Fenton —體化反應器2的入水口 2-1通入裝有鐵炭填料的鐵炭-Fenton —體化反應器中，同時風機3經鐵炭-Fenton —體化反應器2底部的進氣口 2_3對反應器進行鼓風曝氣，并向反應器中投加H2O2，水力停留60~IOOmin后，從鐵炭-Fenton —體化反應器2的出水口 2_2排出，其中，部分出水回流至入水口 2-1處，完成有機廢水的預處理。
[0022]【具體實施方式】二:本實施方式與【具體實施方式】一不同的是所述的鐵炭填料為單質鐵與炭的混合物，單質鐵與炭的質量比為(0.8~5.0):1 ;其它與【具體實施方式】一相同。
[0023]【具體實施方式】三:本實施方式與【具體實施方式】一或二不同的是單質鐵為鐵珠或鐵片。其它與【具體實施方式】一或二相同。
[0024]【具體實施方式】四:本實施方式與【具體實施方式】一至三之一不同的是炭為焦炭或活性炭；其它與【具體實施方式】一至三之一相同。
[0025]【具體實施方式】五:本實施方式與【具體實施方式】一至四之一不同的是鐵炭-Fenton一體化反應器2中鐵炭填料與污水的質量比為1: (3~6)，由風機曝入鐵炭-Fenton —體化反應器2中的空氣質量與通入鐵炭-Fenton —體化反應器2中水的質量的比為(10~28):1，投加的H2O2的量按鐵炭-Fenton —體化反應器2中每升水投加0.5~5.0ml H2O2的比例進行投加。其它與【具體實施方式】一至四之一相同。
[0026]【具體實施方式】六:本實施方式與【具體實施方式】一至四之一不同的是鐵炭-Fenton一體化反應器2中鐵炭填料與污水的質量比為1:5，由風機曝入鐵炭-Fenton—體化反應器2中的空氣質量與鐵炭-Fenton —體化反應器2中水的質量比為20:1，投加的H2O2的量按鐵炭-Fenton —體化反應器2中每升水投加3.0ml H2O2的比例進行投加。其它與【具體實施方式】一至四之一相同。
[0027]【具體實施方式】七:本實施方式與【具體實施方式】一至六之一不同的是從出水口 2-2回流至入水口 2-1的回流比(0.5~2):1。其它與【具體實施方式】一至六之一相同。
[0028]本實施方式中回流比為回流水量與進水量的比。
[0029]本實施方式中出水部分回流至鐵炭-Fenton —體化反應器進水口，保證反應器中Fe2+濃度。
[0030]【具體實施方式】八:本實施方式與【具體實施方式】一至六之一不同的是從出水口 2-2回流至入水口 2-1的回流比0.8:1。其它與【具體實施方式】一至六之一相同。
[0031]用以下實施例驗證本發明的有益效果:
[0032]實施例1:本實施例的利用鐵炭-Fenton —體化反應器進行有機廢水預處理的方法按以下步驟進行:
[0033]一、鐵炭-Fenton —體化反應器系統:鐵炭-Fenton —體化反應器系統由pH調節池1、鐵炭-Fenton —體化反應器2、風機3和回流管4組成；
[0034]鐵炭-Fenton—體化反應器2的側壁下部設置入水口 2-1、在側壁上部設置出水口2-2在底部設置進氣口 2-3 ;在鐵炭-Fenton —體化反應器2內填充鐵炭填料2_4 ；[0035]pH調節池I與鐵炭-Fenton —體化反應器2的入水口 2_1相連，風機3與鐵炭-Fenton —體化反應器2的進氣口 2-3相連；在鐵炭-Fenton —體化反應器2的出水與入水口 2-1之間設置回流管4 ；
[0036]二、將煉化廢水注入調節池調節pH至2.0~2.5后，從鐵炭-Fenton —體化反應器2的入水口 2-1通入裝有鐵炭填料的鐵炭-Fenton —體化反應器中，同時風機3經鐵炭-Fenton —體化反應器2底部的進氣口 2_3對反應器進行鼓風曝氣，并向反應器中投加H202，水力停留IOOmin后，從鐵炭-Fenton —體化反應器2的出水口 2_2排出，其中，部分出水回流至入水口 2-1處，完成有機廢水的預處理。
[0037]其中鐵炭填料為粒徑為3-8mm的鐵屑與粒徑為5~IOmm的焦炭的混合物；其中鐵屑與焦炭的質量比為2:1 ;鐵炭填料與煉化廢水的質量比為1:4,由風機曝入鐵炭-Fenton一體化反應器2中的空氣質量與通入鐵炭-Fenton —體化反應器2中水的質量的比為20:I，投加的H2O2的量按鐵炭-Fenton—體化反應器2中每升水投加5.0ml H2O2的比例進行投加。從出水口 2-2回流至入水口 2-1的回流比1:1 ;
[0038]本實施例中未處理前煉化廢水的COD為18000~20000mg/L，BOD為1200~1500mg/L,原水的B/C為0.06~0.08，不能夠通過生物法處理該廢水，經過本實施例的處理，其COD降至8000~9000mg/L，BOD提高至3800~4500mg/L，COD去除率達到了 50%以上。同時煉化廢水的B/C提高至0.45~0.5。由此說明鐵炭-Fenton —體化反應器可使煉化廢水的可生化性得到明顯提高，為微生物提供了有利的生長條件，有利于后續生物單元進行，為后續處理單元做準備。同時因不用中間補加Fe2+，有效減少處理費用，高效經濟。
[0039]因為鐵炭-Fenton —體化反應器2的水中含有的Fe2+和Fe3+擁有絮凝效果，可以將廢水中膠體或懸浮物質沉淀使廢水得以凈化。同時因投加的藥劑量小，產生的化學污泥少，與傳統Fenton法相比，可減少化學污泥產生量45%。
[0040]實施例2:本實施例的利用鐵炭-Fenton —體化反應器進行有機廢水預處理的方法按以下步驟進行:
[0041]一、鐵炭-Fenton —體化反應器系統:鐵炭-Fenton —體化反應器系統由pH調節池1、鐵炭-Fenton —體化反應器2、風機3和回流管4組成；
[0042]鐵炭-Fenton—體化反應器2的側壁下部設置入水口 2-1、在側壁上部設置出水口
2-2在底部設置進氣口 2-3 ;在鐵炭-Fenton —體化反應器2內填充鐵炭填料2_4 ；
[0043]pH調節池I與鐵炭-Fenton —體化反應器2的入水口 2-1相連，風機3與鐵炭-Fenton —體化反應器2的進氣口 2-3相連；在鐵炭-Fenton —體化反應器2的出水口
2-2與入水口 2-1之間設置回流管4 ；
[0044]二、將酸析糖精廢水注入調節池調節pH至2.5后，從鐵炭-Fenton —體化反應器2的入水口 2-1通入裝有鐵炭填料的鐵炭-Fenton —體化反應器中，同時風機3經鐵炭-Fenton —體化反應器2底部的進氣口 2_3對反應器進行鼓風曝氣，并向反應器中投加H2O2，水力停留75min后，從鐵炭-Fenton —體化反應器2的出水口 2_2排出，其中，部分出水從出水口 2-2回流至入水口 2-1處，完成有機廢水的預處理。
[0045]其中鐵炭填料為粒徑為3~8mm的鐵屑與粒徑為5~IOmm的焦炭的混合物；其中鐵屑與焦炭的質量比為3:1 ;鐵炭填料與酸析糖精廢水的質量比為1:5，由風機曝入鐵炭-Fenton —體化反應器2中的空氣質量與通入鐵炭-Fenton —體化反應器2中水的質量的比為15:1，投加的H2O2的量按鐵炭-Fenton —體化反應器2中每升水投加3.0ml H2O2的比例進行投加。從出水口 2-2回流至入水口 2-1的回流比0.5:1 ;
[0046]本實施例中未處理前酸析糖精廢水的COD為8000mg/L，B0D為700mg/L，原水的B/C為0.09，不能夠通過生物法處理該廢水。經本實施例的處理后，酸析糖精廢水的COD降為4400mg/L, BOD提高為2000mg/L,經過鐵炭-Fenton —體化工藝后，原水的B/C提高至0.45。由此說明鐵炭-Fenton —體化反應器可使酸化糖精廢水的可生化性得到明顯提高，為微生物提供了有利的生長條件。同時因不用中間補加Fe2+，有效減少處理費用，高效經濟。因為鐵炭-Fenton—體化反應器2的水中含有的Fe2+和Fe3+具有絮凝作用，可以將廢水中膠體或懸浮物質沉淀使廢水得以凈化。同時因投加的藥劑量小，產生的化學污泥少，與傳統Fenton法相比，可減少化學污泥產生量60%。
[0047]本實施例的酸析糖精廢水同時做對比試驗，即先用單一鐵炭微電解處理，接著再用單一的Fenton工藝處理,具體的方法如下:
[0048]一、將酸析糖精廢水注入調節池調節pH至2.5后，注入鐵炭微電解反應器中進行鐵炭微電解處理，其中鐵炭微電解反應器中的鐵炭填料為粒徑為3~8_的鐵屑與粒徑為5~IOmm的焦炭的混合物；其中鐵屑與焦炭的質量比為3:1 ;鐵炭填料的質量與酸析糖精廢水的質量的比為1:5，由風機曝入鐵炭微電解反應器中的空氣的質量與鐵炭微電解反應器中水的質量比為15:1 ;反應時間為60min。
[0049]二、將經步驟一處理后的酸析糖精廢水調節再pH至2.5后，注入Fenton反應器中處理，同時補加投加H2O2和Fe2+，其中投加H2O2是按每升水投加3.0ml H2O2的比例進行投加，Fe2+的投加量是20mg/L，反應時間為45min，完成污水的處理。
[0050]對比試驗中酸析糖精廢水未處理前的COD為8000mg/L，BOD為700mg/L，原水的B/C為0.09，不能夠通過生物法`處理該廢水。經過對比試驗的處理后，其COD值降為5100mg/L，其BOD提高至1400mg/L，B/C提高為0.27，但仍然不能利用生物法處理該廢水。
【權利要求】
1.利用鐵炭-Fenton—體化反應器進行有機廢水預處理的方法，其特征在于該方法按以下步驟進行: 一、鐵炭-Fenton—體化反應器系統:鐵炭-Fenton —體化反應器系統由pH調節池(I)、鐵炭-Fenton —體化反應器(2)、風機(3)和回流管(4)組成； 鐵炭-Fenton —體化反應器(2)的側壁下部設置入水口(2_1 )、在側壁上部設置出水口(2-2)在底部設置進氣口(2-3);在鐵炭-Fenton —體化反應器(2)內填充鐵炭填料(2_4)； pH調節池(I)與鐵炭-Fenton—體化反應器(2)的入水口(2_1)相連，風機(3)與鐵炭-Fenton —體化反應器(2)的進氣口(2-3)相連；在鐵炭-Fenton —體化反應器(2)的出水與入水口(2-1)之間設置有回流管(4)； 二、將有機廢水注入調節池調節pH至2.0~3.5后，由鐵炭-Fenton —體化反應器(2)的入水口(2-1)通入鐵炭-Fenton —體化反應器中，同時風機(3)經鐵炭-Fenton —體化反應器(2)底部的進氣口(2-3)對反應器進行鼓風曝氣，并向反應器中投加H2O2，水力停留60~IOOmin后，從鐵炭-Fenton —體化反應器2的出水口(2_2)排出，其中，部分出水回流至入水口(2-1)處，完成有機廢水的預處理。
2.根據權利要求1所述的利用鐵炭-Fenton—體化反應器進行有機廢水預處理的方法，其特征在于所述的鐵炭填料為單質鐵與炭的混合物，單質鐵與炭的質量比為(0.8~5.0):1。
3.根據權利要求2所述的利用鐵炭-Fenton—體化反應器進行有機廢水預處理的方法，其特征在于單質鐵為鐵珠或鐵片。
4.根據權利要求2所述的利用鐵炭-Fenton—體化反應器進行有機廢水預處理的方法，其特征在于炭為焦炭或活性炭。
5.根據權利要求1、2、3或4所述的利用鐵炭-Fenton—體化反應器進行有機廢水預處理的方法，其特征在于鐵炭-Fenton—體化反應器(2)中鐵炭填料與污水的質量比為1:(3~6),由風機曝入鐵炭-Fenton —體化反應器(2)中的空氣質量與通入鐵炭-Fenton —體化反應器2中水的質量的比為(10~28):1，投加的H2O2的量按鐵炭-Fenton —體化反應器(2)中每升水投加0.5~5.0ml H2O2的比例進行投加。
6.根據權利要求1、2、3或4所述的利用鐵炭-Fenton—體化反應器進行有機廢水預處理的方法，其特征在于步驟二中回流比為(0.5~2):1。
7.根據權利要求1、2、3或4所述的利用鐵炭-Fenton—體化反應器進行有機廢水預處理的方法，其特征在于步驟二中回流比為0.8:1。
【文檔編號】C02F101/30GK103641230SQ201310631911
【公開日】2014年3月19日 申請日期:2013年12月2日 優先權日:2013年12月2日
【發明者】邱珊, 徐善文, 丁曉, 馬放, 鄧鳳霞, 韓帥, 吳偉杰, 陳聰 申請人:哈爾濱工業大學