本發(fā)明屬于廢水高級氧化處理領(lǐng)域，主要涉及一種水力空化耦合催化氧化法處理廢水的裝置和方法。

背景技術(shù)：

Fenton高級氧化技術(shù)具有氧化性強(qiáng)、反應(yīng)效率高、副產(chǎn)物少、運行穩(wěn)定、操控簡單等優(yōu)點，是處理高濃度有機(jī)廢水的常用方法，但是仍存在有運行費用高、氧化劑H₂O₂利用效率低、氧化劑與催化劑無法實現(xiàn)動態(tài)調(diào)整等問題。近年來，人們不斷的對Fenton技術(shù)進(jìn)行改造和研究，創(chuàng)造出了很多以Fenton氧化技術(shù)為基礎(chǔ)的類Fenton氧化法。

中國專利號：201010107539.9“一種處理生化難降解有機(jī)廢水的工藝方法”公開了一種超聲波空化協(xié)同F(xiàn)enton試劑處理有機(jī)廢水的方法，但超聲空化存在設(shè)備復(fù)雜、能量利用率低、難以實現(xiàn)工業(yè)化操作的缺點。水力空化技術(shù)是一種新型的水處理方法，利用液體通過收縮裝置時的壓力變化，產(chǎn)生大量空化氣泡，空話氣泡破裂的瞬間會形成微射流、沖擊波釋放出巨大的能量。這種局部的高能量作用下液體會裂解為O·、OH·等具有強(qiáng)氧化性能的活性自由基，可以有效降解復(fù)雜的有機(jī)物，且具有不產(chǎn)生二次污染，反應(yīng)條件容易控制、設(shè)備簡單的優(yōu)點。將Fenton氧化技術(shù)與水力空化技術(shù)聯(lián)合處理高濃度有機(jī)廢水，可以實現(xiàn)二者的優(yōu)勢互補(bǔ)，提高催化氧化氧化效率。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的不足，即Fenton反應(yīng)運行成本高、反應(yīng)時間長，會產(chǎn)生大量污泥等問題，本發(fā)明的目的是提供一種水力空化-Fenton聯(lián)合處理廢水的裝置和方法，通過電解池預(yù)處理、水力空化和Fenton氧化的聯(lián)合作用，實現(xiàn)難降解有機(jī)廢水的處理，出水可達(dá)二級排放標(biāo)準(zhǔn)。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種水力空化耦合Fenton法處理廢水的裝置，包括預(yù)處理系統(tǒng)、電化學(xué)廢水處理系統(tǒng)、水力空化-Fenton耦合裝置、沉淀池和自控系統(tǒng)；進(jìn)水管一端連接進(jìn)水泵，另一端與一級管道混合器相連，所述一級管道混合器內(nèi)設(shè)有加酸管，一級管道混合器下游設(shè)有在線pH計，所述一級管道混合器與電化學(xué)廢水處理系統(tǒng)進(jìn)水管相接，所述電化學(xué)廢水處理系統(tǒng)出水管連接有二級管道混合器，所述二級管道混合器入口處設(shè)有H₂O₂加藥管，出口通過加壓泵與水力空化-Fenton耦合裝置連接，所述水力空化-Fenton耦合裝置出口通過盤管與三級管道混合器相連，所述三級管道混合器入口處設(shè)有加堿管，出口處設(shè)有在線pH計，出口與沉淀池相接。

為了進(jìn)一步準(zhǔn)確調(diào)節(jié)廢水的pH值，所述預(yù)處理系統(tǒng)包括進(jìn)水管、一級管道混合器、加酸管、在線pH計Ⅰ，進(jìn)水管與管道混合器相連，在管道混合器內(nèi)設(shè)有加酸管，加酸管嘴方向與水流方向相反，管道混合器出口安裝有pH計Ⅰ，加酸管和pH計Ⅰ均由自控系統(tǒng)控制，通過自控系統(tǒng)實時調(diào)節(jié)加酸量使進(jìn)水pH達(dá)到設(shè)定值。

所述電化學(xué)廢水處理系統(tǒng)包括可溶性鐵陽電極、鈦陰極、電解管、電解電源和電解管殼體；所述電化學(xué)廢水處理系統(tǒng)由多個電解管組成，所述電解管殼體為圓柱狀，上方安裝有圓臺形集氣罩，集氣罩末端連接有尾氣處理裝置。在電極氧化作用下對廢水進(jìn)行降解的同時產(chǎn)生大量Fe²⁺，電解過程中通過調(diào)節(jié)電流密度控制可溶性鐵極板Fe²⁺生成量。

所述電化學(xué)廢水處理系統(tǒng)陽極采用可溶性鐵電極，所述陽極為圓柱狀置于電解管中心，陽極底端與電解管底部連接處設(shè)有螺口，可以進(jìn)行替換；所述電化學(xué)廢水處理系統(tǒng)陰極采用環(huán)形鈦極板，置于電解管內(nèi)壁。

所述水力空化-Fenton耦合裝置包括二級管道混合器、加壓泵、多孔板水力空化器和盤管；電化學(xué)廢水處理系統(tǒng)的電解管出口與所述二級管道混合器入口相連，所述的二級管道混合器靠近進(jìn)水口處設(shè)有H₂O₂加藥管，H₂O₂加藥管與加壓泵連接，自控系統(tǒng)通過控制加壓泵流量定量投加H₂O₂。

所述水力空化器的多孔板由法蘭固定在管道上，所述多孔板開孔率在0.05～0.09，厚度為5～8mm。所述加壓泵揚程40～60m，所述多孔板水力空化器下游壓強(qiáng)為120～150kpa。在水力空化作用下加劇催化氧化反應(yīng)，可以使Fe²⁺與H₂O₂充分混合，提高催化氧化反應(yīng)效率，水力空化作用下產(chǎn)生的局部高溫、高壓、沖擊波極端物理條件能有效降解廢水中的有機(jī)物；

所述盤管出口處與所述三級管道混合器入口相連，靠近混合器入口處設(shè)有加堿管，加堿管嘴方向與水流方向相反，管道混合器出口安裝有pH計Ⅱ，加堿管和pH計Ⅱ均由自控系統(tǒng)控制，通過自控系統(tǒng)實時調(diào)節(jié)加堿量使進(jìn)水pH達(dá)到設(shè)定值。

一種水力空化-催化氧化聯(lián)合處理廢水的方法，具體包括如下步驟：

第一步，廢水經(jīng)過預(yù)處理系統(tǒng)，加藥泵開始工作，在一級管道混合器內(nèi)酸與廢水迅速混合，pH計向自控系統(tǒng)給出信號從而調(diào)節(jié)加藥泵流量，使進(jìn)水pH達(dá)到3～4；

第二步，廢水經(jīng)過預(yù)處理后送入電化學(xué)廢水處理系統(tǒng)，所述電化學(xué)廢水處理系統(tǒng)的陽極為可溶性鐵電極，在電極氧化作用下對廢水進(jìn)行降解的同時產(chǎn)生大量Fe²⁺，電解過程中通過調(diào)節(jié)電流密度控制可溶性鐵極板Fe²⁺生成量；

可溶性鐵電極反應(yīng)在電解管內(nèi)反應(yīng)為：

Fe-2e^-→Fe²⁺

按照一項化學(xué)反應(yīng)速度的表示方法，電極反應(yīng)速度為

ν—異相反應(yīng)速度(mol/(s·m²))

根據(jù)法拉第定律，電極反應(yīng)速度用電流密度表示為

F—法拉第常數(shù)(F＝96500C)

n—每生成一個R分子需消耗電子數(shù)

當(dāng)電極反應(yīng)達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)時，外電流將全部消耗于電極反應(yīng)，因此實驗測得的外電流密度值就代表了電極反應(yīng)速度。

據(jù)此可以通過控制電流密度j和廢水在電解管內(nèi)流量Q來調(diào)節(jié)電解廢水中Fe²⁺濃度，F(xiàn)enton催化氧化反應(yīng)H₂O₂與廢水COD質(zhì)量比為1:1～1:0.8，H₂O₂與Fe²⁺摩爾比為10～20，可得電流密度與COD濃度之間的關(guān)系為：

K—系數(shù)(K＝50-150)

S—可溶性鐵極板面積(m²)

Q—電解管內(nèi)流量(m³/s)

第三步，電解出水進(jìn)入二級管道混合器與H₂O₂混和進(jìn)行Fenton催化氧化反應(yīng)，通過自控系統(tǒng)調(diào)節(jié)電流密度及H₂O₂加藥泵流量，精確控制H₂O₂與Fe²⁺反應(yīng)比例；

第四步，采用加壓泵使二級管道混合器內(nèi)催化氧化混合液通過多孔板水力空化器，保持進(jìn)水壓力在0.3～0.6MPa，孔前流速為4～5m，孔板下游壓力為120～150kpa，在水力空化作用下加劇催化氧化反應(yīng)，可以使Fe²⁺與H₂O₂充分混合，提高催化氧化反應(yīng)效率，水力空化作用下產(chǎn)生的局部高溫、高壓、沖擊波極端物理條件能有效降解廢水中的有機(jī)物；

第五步，所述水力空化器出水進(jìn)入盤管繼續(xù)進(jìn)行Fenton反應(yīng)，使盤管內(nèi)壓力保持在120～150kpa，加強(qiáng)H₂O₂的氧化效果；

第六步，盤管的出水進(jìn)入三級管道混合器，三級管道混合器出水口處的在線pH計將pH值反饋給自控系統(tǒng)，自控系統(tǒng)通過調(diào)節(jié)加藥泵流量向所述盤管出水加入NaOH調(diào)節(jié)pH至8～9后送入沉淀池，在沉淀池內(nèi)進(jìn)行混凝沉淀后排出上清液。

本發(fā)明的有益效果為：

(1)高濃度有機(jī)廢水首先在電解池內(nèi)進(jìn)行處理，在電化學(xué)氧化以及電解產(chǎn)生的OH·等強(qiáng)氧化劑的作用下可將難降解的大分子有機(jī)物被氧化為小分子物質(zhì)；

(2)電解池陽極采用可溶性鐵極板，可以通過調(diào)節(jié)電流密度較為精確的實時控制反應(yīng)器內(nèi)Fe²⁺的濃度，使催化氧化反應(yīng)中的Fe²⁺與H₂O₂一直處于最佳反應(yīng)比例，在達(dá)到最佳處理效果的同時減少污泥產(chǎn)生量；

(3)采用水力空化器聯(lián)合Fenton反應(yīng)處理廢水，可大大提高Fenton反應(yīng)效率，縮短反應(yīng)時間，減少反應(yīng)所需藥劑量，產(chǎn)生的污泥量也會隨之減少；

(4)本發(fā)明廢水處理過程均在管道內(nèi)進(jìn)行，采用管道混合器可使氧化劑與廢水充分混合，設(shè)備占地面積小，且可根據(jù)地勢、處理水量靈活布置反應(yīng)器。

附圖說明

圖1是本發(fā)明一種水力空化耦合Fenton法處理廢水的裝置結(jié)構(gòu)示意圖。

圖中所示：1-進(jìn)水泵，2-加酸管，3-儲藥箱Ⅰ，4-流量計Ⅰ，5-一級管道混合器，6-在線pH計Ⅰ，7-加堿管，8-集氣管，9-電解管，10-尾氣處理裝置，11-儲藥箱Ⅱ，12-流量計Ⅱ，13-H₂O₂加藥管，14-二級管道混合器Ⅱ；15-加壓泵，16-多孔板水力空化器，17-盤管，18-儲藥箱Ⅲ，19-流量計Ⅲ，20-三級管道混合器，21-在線pH計Ⅱ，22-沉淀池，23-出水管

圖2是本發(fā)明電化學(xué)廢水處理系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。

圖中所示：24-集氣罩，25-可溶性鐵陽電極，26-進(jìn)水口，27-電解管殼體，28-環(huán)形鈦極板，29-陰極接線端，30-出水口，31-電源負(fù)極，32-螺口，33-電源正極

圖3是本發(fā)明多孔板水力空化發(fā)生器結(jié)構(gòu)示意圖。

34-進(jìn)水口，35-多孔板，36-出水口，37-法蘭

圖4為本發(fā)明自控系統(tǒng)示意圖。

38-直流電源，39-自動控制終端

具體實施方式

本發(fā)明的一種水力空化耦合Fenton法處理廢水的裝置，包括預(yù)處理系統(tǒng)、電化學(xué)廢水處理系統(tǒng)、水力空化-Fenton耦合裝置、沉淀池和自控系統(tǒng)；進(jìn)水管一端連接進(jìn)水泵1，另一端與一級管道混合器5相連，所述一級管道混合器5內(nèi)設(shè)有加酸管2，一級管道混合器5下游設(shè)有在線pH計Ⅰ6，所述一級管道混合器5與電化學(xué)廢水處理系統(tǒng)進(jìn)水管相接，所述電化學(xué)廢水處理系統(tǒng)出水管連接有二級管道混合器14，所述二級管道混合器14入口處設(shè)有H₂O₂加藥管13，出口通過加壓泵15與水力空化-Fenton耦合裝置連接，所述水力空化-Fenton耦合裝置出口通過盤管17與三級管道混合器20相連，所述三級管道混合器20入口處設(shè)有加堿管7，出口處設(shè)有在線pH計Ⅱ21，出口與沉淀池22相接。

預(yù)處理系統(tǒng)中的一級管道混合器內(nèi)設(shè)有加酸管2，加酸管嘴方向與水流方向相反，一級管道混合器出口安裝有pH計Ⅰ，加酸管2和pH計均由自控系統(tǒng)控制，通過自控系統(tǒng)實時調(diào)節(jié)加酸量使進(jìn)水pH達(dá)到設(shè)定值。

電化學(xué)廢水處理系統(tǒng)包括可溶性鐵陽電極25、鈦陰極28，電解電源和電解管殼體27；所述電化學(xué)廢水處理系統(tǒng)由多個電解管9組成，所述電解管殼體27為圓柱狀，上方安裝有圓臺形集氣罩24，集氣罩24的末端連接有尾氣處理裝置10。其中，電化學(xué)廢水處理系統(tǒng)的陽極為圓柱狀，且置于電解管9中心，陽極底端與電解管9底部連接處設(shè)有螺口32，可以進(jìn)行替換；電化學(xué)廢水處理系統(tǒng)陰極采用環(huán)形鈦極板，置于電解管9的內(nèi)壁。

水力空化-Fenton耦合裝置包括二級管道混合器14、加壓泵15、多孔板水力空化器16和盤管17；電化學(xué)廢水處理系統(tǒng)的電解管9出口與二級管道混合器14入口相連，二級管道混合器14靠近進(jìn)水口處設(shè)有H₂O₂加藥管13，H₂O₂加藥管13與加壓泵15連接，自控系統(tǒng)通過控制加壓泵流量定量投加H₂O₂。其中，水力空化器的多孔板由法蘭37固定在管道上，多孔板開孔率在0.05～0.09，厚度為5～8mm。加壓泵揚程40～60m，盤管17的進(jìn)水口與水力空化器的出水口36相連，多孔板水力空化器下游壓強(qiáng)為120～150kpa。盤管17的出口處與三級管道混合器20入口相連，靠近混合器入口處設(shè)有加堿管7，加堿管嘴方向與水流方向相反，三級管管道混合器出口安裝有pH計，加堿管7和pH計均由自控系統(tǒng)控制，通過自控系統(tǒng)實時調(diào)節(jié)加堿量使進(jìn)水pH達(dá)到設(shè)定值。

經(jīng)過生化處理的的醫(yī)藥廢水，COD為800mg/L，由進(jìn)水泵1送入一級管道混合器5，加藥泵3啟動，在一級管道混合器5內(nèi)酸與廢水迅速混合，pH計6測定探頭處pH，發(fā)送給自控系統(tǒng)39，調(diào)節(jié)加藥泵流量，使廢水pH達(dá)到3～4后在電解管9內(nèi)進(jìn)行電化學(xué)處理，本實施例電流密度為50～80A/m²，流量為3.6m³/h，所述電化學(xué)廢水處理系統(tǒng)的陽極為可溶性鐵電極，電極氧化作用下對廢水進(jìn)行降解的同時產(chǎn)生大量Fe²⁺，電解過程中通過調(diào)節(jié)電流密度控制可溶性鐵極板產(chǎn)生的Fe²⁺摩爾濃度為1.25mol/L左右，相應(yīng)的30％雙氧水投加流量為1ml/s。

Fe²⁺的廢水與H₂O₂在二級管道混合器13內(nèi)混合均勻，由加壓泵15送入多孔板水力空化反應(yīng)器16，進(jìn)水壓力為0.5Mpa，孔前流速為4m/s，在水力空化作用下加劇催化氧化反應(yīng)，可以使Fe²⁺與H₂O₂充分混合，提高催化氧化反應(yīng)效率，水力空化作用下產(chǎn)生的局部高溫、高壓、沖擊波極端物理條件能有效降解廢水中的有機(jī)物。

水力空化器出水進(jìn)入盤管17繼續(xù)進(jìn)行Fenton反應(yīng)，調(diào)節(jié)出書閥，使盤管17內(nèi)壓力保持在120kpa，在高壓下，H₂O₂的氧化效果可以得到加強(qiáng)。盤管17的出水進(jìn)入三級管道混合器20，調(diào)節(jié)pH至8～9后送入沉淀池22，在沉淀池內(nèi)進(jìn)行混凝沉淀后排出上清液。

本實施例的廢水從開始進(jìn)入反應(yīng)區(qū)內(nèi)，到反應(yīng)結(jié)束，在本反應(yīng)器內(nèi)停留時間為10min，出水COD含量為80mg/L左右，COD去除率達(dá)90％。

上述具體實施方式用來解釋說明本發(fā)明，而不是對本發(fā)明進(jìn)行限制，在本發(fā)明的精神和權(quán)利要求的保護(hù)范圍內(nèi)，對本發(fā)明做出的任何修改和改變，都落入本發(fā)明的保護(hù)范圍。