高新利用电芬顿反应处理有机污水的专用设备技术

专利名称:高新利用电芬顿反应处理有机污水的专用设备技术
技术领域
本发明属于用电化学反应处理有机污染污水技术领域,具体说是涉及ー种利用芬顿法处理有机污水的设备。
背景技术
随着社会的发展,对有机污水的有效处理和利用成为人们普遍关注的问题。近年来,国家对环境治理非常重视,这使很多企业对自身用水的处理也相当重视,迫切需要提供相应的污水处理技术与设备,来满足节能减排,污水治理的需求。长期以来,生物难降解有机废水的处理一直是环境治理中的难点。传统的生物法在处理这类有机物时显得无能为力。现今广泛使用的方法有混凝沉淀、吸附、化学氧化、离子交換等,但都需要消耗较多的化学药品和原材料,费用较高,操作复杂,并存在二次污染问题。高级氧化工艺(Advanced Oxidation Process,简称AOPs)又称深度氧化技术,因其具有反应速度快、处理完全、无公害、适用范围广等优点逐渐引起了世界各国的重视,并相继开展了该方向的研究与开发工作。目前普遍认为这ーエ艺以产生具有强氧化能力的羟基自由基为特点,在高温、高压、电、超声、光辐照、催化剂等反应条件下,使大分子难降解有机物氧化降解成低毒或无毒的小分子物质甚至完全矿化成ニ氧化碳和水。在众多高级氧化工艺中芬顿高级氧化法因其エ艺相对成熟、简单、不需要特殊的装置即可实现,而且铁作为氧化反应的反应物与催化剂,有经济优势,所以逐渐引起了国内外的重视。但是,单纯的芬顿高级氧化技术处理高浓度有机废水同样有其不尽人意之处,例如需要使用较高浓度的过氧化氢和催化剂且消耗量大,使处理成本较高,同时会产生较多含铁污泥有待处理,仍使推广应用受到限制。而阴极电芬顿技木通过阴极曝气生成过氧化氢,同时阴极表面还原Fe3+为Fe2+使电解池中阴极附近形成芬顿反应区,同时阳极也可以通过电氧化降解部分有机物,因此电芬顿技术克服了传统芬顿处理技术的弊端,同时通过适当エ艺调节可以实现对大部分难降解有机物的无害化转化。电芬顿エ艺可以作为エ业有机废水的主要处理技术、废水的预处理或者深度处理技术而应用于生产实际,具有广阔的应用前景。目前,据资料报道的阴极电芬顿水处理设备可由反应池、阴极、阳极、曝气设备等装置組成。它虽可对机物污染污水进行处理,但仍存在占地面积大,能耗高,电极材料制备エ艺复杂且价格昂贵,致使设备的投资和运行费用高的问题。

发明内容
本发明的目的是克服现有技术中的不足,提供ー种占地面积小、电极材料廉价,投资与运行费用较低的ー种利用电芬顿反应处理有机污水的专用设备。
本发明的目的将通过下述技术方案予以实现它包括直流供电器、进水管、出水管、排气阀,还包括具有内塔壁与外塔壁双层塔体的塔式反应器,内塔壁内的鉄屑阴极,内塔壁与外塔壁之间的石墨棒阳极,以及内塔底部所设曝气头及布水管。
本发明利用处理后的废铁屑构成的阴极,填充于内塔壁内,以石墨棒作为阳极,通过对内塔曝气,污水在塔式反应器中的内塔与外塔之间形成内循环流动,使氧分子有效地在阴极表面还原生成过氧化氢,过氧化氢与污水中一定量的亚铁离子或铁离子发生芬顿反应,达到降解污水中有机污染物的目的。本发明与现有技术相比具有以下优点与有益效果
I、由于本发明利用处理后的废铁屑作为阴极,不仅使废物得到充分利用,降低了成本,克服了现有技术中电极材料制备エ艺复杂、价格昂贵,致使设备投资与运行费用高的弊病,而且铁屑阴极与传统电极相比具有更高的比表面积,能有效提高对污水中有机污染物的反应速率、处理效果并提高效率。与现有技术相比,具有突出的实质性特点与显著的进步。 2、由于本发明利用处理后的废铁屑作为阴极,在污水处理的阴极电芬顿反应中,它以处理后的鉄屑作为氧化的反应物与催化剂,无须另行加入氧化剂与催化剂,能进ー步节省能耗,降低成本。且使现有技术中存在的过氧化氢和催化剂消耗量大,处理成本高,产生含铁污泥待处理,推广应用受限制的问题得到彻底解決。仍具有突出的实质性特点与显著的进步。3、由于本发明采取了具有内塔壁与外塔壁双层塔体的塔式反应器结构,能使污水在塔式反应器的内塔与外塔之间形成内循环流动,从而有效提高污水的质量传递效率,使污水中的有机物能够充分与阴极电芬顿反应产生的羟基自由基接触并反应,明显提高污水浄化效果。4、由于本发明采取了具有内塔壁与外塔壁双层塔体的塔式反应器结构,与普通反应池相比不仅占地面积小,而且具有反应速度快,工作效率高、处理效果好的突出优势。5、由于本发明采取了在内塔壁上设置导流孔的结构,可使塔式反应器的内循环流动作用增强,从而加速反应,有效提高处理效率。6、本发明除所述特点外,还具有发明构思新颖独特、结构设计紧凑合理、工作性能稳定可靠、操作控制简便易行、经济实用效益显著、应用前景相当广阔、适合行业进行推广等优点。

图I是本发明的结构示意 图2是本发明的俯视结构示意图。
具体实施例方式本发明的ー种利用电芬顿反应处理有机污水的专用设备,是ー个具有内塔壁4、外塔壁I的双层塔体构成的塔式反应器,该塔式反应器的外部固定有进水管11、出水管6,顶部排气阀9和底部供气管7。在内塔壁4内即内塔中为处理后的铁屑构成的鉄屑阴极3,在内塔壁4与外塔壁I之间设有石墨棒构成的阳极5,所述阳极5与阴极3分别与外部直流供电器10的正极与负极相连接。在内塔的底部还分别设置了与供气管7及进水管11连接的曝气头8和布水管12。所述铁屑阴极3是以金属加工产生的废铁屑为材料,采用10%质量浓度稀盐酸清洗20分钟去除表面油污,再用清水冲洗至洗后水pH值为6-8,然后在其表面化学沉积金属Ag或者Ti,以形成电芬顿双金属阴极。将其填充于内塔之中,堆密度为2. OT/ m3 2.5T/m3。并用导线将铁屑阴极3与直流供电器10负极相连。置于内塔壁4与外塔壁I之间的阳极5为石墨棒,石墨棒直径为Icm 5cm,个数可为3 8,与直流供电器10正极相连。石墨棒距离内塔外壁Icm 10cm,距离过大会导致电流效率降低。为了增加阴极3和阳极5之间的电流效率,在内塔壁4上设有均匀分布的导流孔2,导流孔2直径为Icm 5cm,内塔壁4上总开孔率为10% 20%。直流供电器10输出电压为3V 36V之间,功率要求与污水处理规模相配套,以每小时处理I立方米污水为例,最大功率要求在800W 1000W之间。曝气头8大小应与内塔身直径相匹配,略小于内塔身内径即可。供气系统压カ应与塔高相匹配,最小压カ应当大于塔底水压与供气管路压カ损失之和。供气量为O. I O. 3 m3/ h。使用本发明,应使污水的pH值为2 4,并且具有一定的支持电解质浓度以达到提高电流的作用,根据不同的污水水质选择合适的亚铁离子浓度,因此在污水进入本塔式反 应器之前应该对污水进行调节,使之达到规定的反应条件。例如污水生化需氧量在200mg/L至300mg/L之间的有机污染污水,其最佳预处理条件应达到pH值为2 4,总溶解性固体可为400mg/L 600mg/L,亚铁离子浓度为O. 2mmol/L O. 4mmol/L。本发明工作时,待处理的污水通过进水管11进入塔底布水管12,通过布水管12进入内塔。压缩空气通过供气管7到达曝气头8对污水进行曝气。污水在曝气空气的带动下由内塔向上流动,到达内塔顶部后又在外塔壁I与内塔壁4之间向下流动返回塔底部,形成内循环流动。并在导流孔2作用下进ー步增强了内循环流动。在此过程中,阴极3通过曝气生成过氧化氢,同时阴极3表面还原Fe3+为Fe2+,在阴极3附近形成电芬顿反应区,使污水中的有机物发生断链或开环,而被迅速氧化分解。与此同吋,阳极5也可通过电氧化降解部分有机物,从而实现本发明对生物难降解有机废水处理后的污水由出水管6排出进入后续过滤或者沉淀处理单元实现污水的最终净化。所述反应过程产生的气体通过塔顶排气阀9排出塔外。为了表明本发明以处理后的鉄屑为阴极对污水处理的效果,我们以石墨棒为阳极,分别以石墨,鉄板、废铁屑为阴极,考察不同阴极对甲基橙溶液电芬顿法降解的影响。实验如下
反应目标溶液体积750mL 反应目标溶液甲基橙浓度为O. 05mmol ·じ1 PH值为3
Na2SO4 浓度为 14. OHmmoI · L 1FeSO4 浓度为 O. 27mmol ·じ1空气流速0. Im3A槽压为5V
阴极电极填充直径60mm 阴极电极填充高度300mm
在相同的条件下,分别采取电芬顿反应处理后甲基橙溶液脱色率如表I所示
表I不同阴极材料降解甲基橙溶液的脱色率
时间(min) [5 110 ]20 [30
权利要求
1.ー种利用电芬顿反应处理有机污水的专用设备,包括直流供电器(10)、进水管(11)、出水管(6)、排气阀(9),其特征在于该设备还包括具有内塔壁(4)与外塔壁(I)双层塔体的塔式反应器,内塔壁(4)内的铁屑阴极(3 ),内塔壁(4)与外塔壁(I)之间的石墨棒阳极(5),以及内塔底部所设曝气头(8)及布水管(12)。
2.根据权利要求I所述的利用电芬顿反应处理有机污水的专用设备,其特征在