申請(qǐng)日2016.05.30

　　公開(kāi)(公告)日2016.11.30

　　IPC分類號(hào)C02F9/06

　　摘要

　　本實(shí)用新型屬于處理硝基苯廢水處理的技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種強(qiáng)化鐵碳微電解‑臭氧氧化法降解硝基苯廢水的裝置，解決了現(xiàn)有技術(shù)中鐵碳微電解床長(zhǎng)期運(yùn)行后，填料鈍化失活，電解反應(yīng)受阻以及催化劑對(duì)臭氧氧化降解廢水的效率提高幅度有限的問(wèn)題，先將硝基苯廢水放至鐵碳微電解槽內(nèi)并輔以超聲波，使難降解的硝基苯在超聲/鐵碳微電解共同作用下被快速還原為易降解的苯胺，同時(shí)電解反應(yīng)后產(chǎn)生的向Fe2+被釋放至廢水中;再將廢水送至超重力設(shè)備中與臭氧充分反應(yīng)，深度氧化降解廢水中殘余有機(jī)污染物。本實(shí)用新型使得鐵碳微電解的反應(yīng)速率在整體上提高了6~10倍，同時(shí)使得廢水中游離Fe2+濃度提高了5~8倍，大幅度減少了后續(xù)超重力‑臭氧氧化法的臭氧用量。

　　摘要附圖

 

　　權(quán)利要求書(shū)

　　1.一種強(qiáng)化鐵碳微電解-臭氧氧化法降解硝基苯廢水的裝置，其特征在于：包括鐵碳微電解床(7)，鐵碳微電解床(7)設(shè)有進(jìn)液口和出液口，進(jìn)液口通過(guò)液體流量計(jì)Ⅰ(3)以及液泵Ⅰ(2)連接硝基苯廢水儲(chǔ)液槽(1);鐵碳微電解床(7)底部設(shè)有超聲波振板(8)，超聲波振板(8)與超聲波發(fā)生器(10)相連通;鐵碳微電解床(7)被夾套(9)所包裹，夾套(9)設(shè)有進(jìn)水口與出水口，且均與儲(chǔ)水槽(6)相連，并通過(guò)液泵Ⅱ(5)使儲(chǔ)槽內(nèi)的冷卻水在鐵碳微電解床(7)外循環(huán)流動(dòng)控溫，冷卻水流速由液體流量計(jì)Ⅱ(4)控制;鐵碳微電解床(7)的出液口與儲(chǔ)液槽(11)相連;旋轉(zhuǎn)填料床(12)設(shè)有進(jìn)液口、出液口、進(jìn)氣口以及出氣口，其中進(jìn)液口通過(guò)液體流量計(jì)Ⅲ(13)以及液泵Ⅲ(14)與儲(chǔ)液槽(11)連接，出液口連接至儲(chǔ)液槽(11);旋轉(zhuǎn)填料床(8)出氣口與尾氣吸收裝置(16)連接，進(jìn)氣口通過(guò)氣體流量計(jì)(15)與臭氧發(fā)生器(17)出氣口連接;氧氣瓶(18)與臭氧發(fā)生器(17)進(jìn)氣口連接。

　　說(shuō)明書(shū)

　　一種強(qiáng)化鐵碳微電解-臭氧氧化法降解硝基苯廢水的裝置

　　技術(shù)領(lǐng)域

　　本實(shí)用新型屬于處理硝基苯廢水處理的技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種強(qiáng)化鐵碳微電解-臭氧氧化法降解硝基苯廢水的裝置，其采用超聲波技術(shù)、鐵碳微電解法和臭氧氧化法共同作用處理硝基苯廢水。

　　背景技術(shù)

　　鐵碳微電解技術(shù)是以廢鐵屑以及活性炭顆粒作為反應(yīng)器的填料，利用鐵、碳氧化還原電位的差異，使兩者在反應(yīng)器中構(gòu)成無(wú)數(shù)的微小原電池，還原降解廢水中的有機(jī)污染物。反應(yīng)式如下：

　　陽(yáng)極：E(Fe/Fe2+) = 0.44 V(式1)

　　陰極：E(H+/H2) = 0.00 V(式2)

　　反應(yīng)中，鐵作為陽(yáng)極失電子，并轉(zhuǎn)移至碳表面，被其表面的H+捕獲產(chǎn)生的質(zhì)子態(tài)[H]。[H]是一種活性較強(qiáng)的還原劑，可有效還原有機(jī)污染物上的硝基基團(tuán)、偶氮鍵等，從而破壞難降解的有機(jī)分子的穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，使其易于降解。硝基苯之所以難氧化降解，是因?yàn)槠浔江h(huán)上的硝基具有強(qiáng)吸電子作用而使苯環(huán)鈍化。鐵碳微電解法則可有效將硝基苯上的硝基還原為胺基，活化苯環(huán)，使其易于降解。因此鐵碳微電解技術(shù)常被用于硝基苯類廢水的預(yù)處理。然而鐵碳微電解床長(zhǎng)期運(yùn)行后，鐵碳表面易被生成的鐵氧化物所覆蓋，同時(shí)電解產(chǎn)生的二價(jià)鐵的混凝作用易形成穩(wěn)定的絮凝物并逐漸沉積在填料表面，造成填料鈍化失活，電解反應(yīng)受阻，致使鐵碳微電解床難以長(zhǎng)期連續(xù)運(yùn)行。

　　超聲波負(fù)載的強(qiáng)大能量，可造成液體穩(wěn)流，被廣泛用于各類液-液、固-液化學(xué)反應(yīng)的強(qiáng)化。對(duì)于固液反應(yīng)體系，超聲在溶液中的空化作用所產(chǎn)生的強(qiáng)烈微射流以及沖擊波能沖刷固體表面，釋放固體表面的反應(yīng)活性位點(diǎn)，同時(shí)超聲造成的液體穩(wěn)流加劇了固液混合成度從而提高了化學(xué)反應(yīng)速率。

　　超重力-臭氧高級(jí)氧化技術(shù)是一種新興的廢水處理技術(shù)，利用旋轉(zhuǎn)填料床所營(yíng)造的超重力環(huán)境，強(qiáng)化臭氧從氣相轉(zhuǎn)移至液相的傳質(zhì)過(guò)程，有效提高了液相中臭氧濃度和氧化效率。臭氧化法的氧化機(jī)制為直接氧化和間接氧化，前者利用臭氧直接氧化降解有機(jī)分子，對(duì)作用對(duì)象具有選擇性，而后者則利用臭氧在水溶液中的自分解反應(yīng)產(chǎn)生·OH并氧化降解廢水中的污染物，反應(yīng)較快且對(duì)作用對(duì)象無(wú)選擇性。因此，提高臭氧在溶液中生成·OH的能力同樣可提高臭氧氧化的效率。顯然超重力技術(shù)僅僅加快了臭氧向液相的傳質(zhì)速率，但并未加快臭氧在溶液中生成·OH的反應(yīng)速率。

　　均相催化臭氧氧化法是在溶液中加入金屬離子催化劑，催化臭氧分解，加速·OH的生成速率，從而提高臭氧氧化降解有機(jī)廢水效率。常用的催化劑為Fe2+，為自由基鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的引發(fā)劑，加速臭氧生成·OH的速率。然而臭氧溶解于液相的傳質(zhì)過(guò)程，受液膜控制，傳質(zhì)緩慢，催化劑的加入并不能加速臭氧的傳質(zhì)過(guò)程，因此催化劑對(duì)臭氧氧化降解廢水的效率，尤其是降解高濃度有機(jī)廢水，提高幅度有限。

　　發(fā)明內(nèi)容

　　本實(shí)用新型為了現(xiàn)有技術(shù)中鐵碳微電解床長(zhǎng)期運(yùn)行后，填料鈍化失活，電解反應(yīng)受阻以及催化劑對(duì)臭氧氧化降解廢水的效率提高幅度有限的問(wèn)題，提供一種強(qiáng)化鐵碳微電解-臭氧氧化法降解硝基苯廢水的裝置。

　　本實(shí)用新型采用如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：

　　強(qiáng)化鐵碳微電解-臭氧氧化法降解硝基苯廢水的裝置，包括鐵碳微電解床，鐵碳微電解床設(shè)有進(jìn)液口和出液口，進(jìn)液口通過(guò)液體流量計(jì)Ⅰ以及液泵Ⅰ連接硝基苯廢水儲(chǔ)液槽;鐵碳微電解床底部設(shè)有超聲波振板，超聲波振板與超聲波發(fā)生器相連通;鐵碳微電解床被夾套所包裹，夾套設(shè)有進(jìn)水口與出水口，且均與儲(chǔ)水槽相連，并通過(guò)液泵Ⅱ使儲(chǔ)槽內(nèi)的冷卻水在鐵碳微電解床外循環(huán)流動(dòng)控溫，冷卻水流速由液體流量計(jì)Ⅱ控制;鐵碳微電解床的出液口與儲(chǔ)液槽相連;旋轉(zhuǎn)填料床設(shè)有進(jìn)液口、出液口、進(jìn)氣口以及出氣口，其中進(jìn)液口通過(guò)液體流量計(jì)Ⅲ以及液泵Ⅲ與儲(chǔ)液槽連接，出液口連接至儲(chǔ)液槽;旋轉(zhuǎn)填料床出氣口與尾氣吸收裝置連接，進(jìn)氣口通過(guò)氣體流量計(jì)與臭氧發(fā)生器出氣口連接;氧氣瓶與臭氧發(fā)生器進(jìn)氣口連接。

　　強(qiáng)化鐵碳微電解-臭氧氧化法降解硝基苯廢水的方法，步驟如下：(1)先將硝基苯廢水放至鐵碳微電解槽內(nèi)并輔以超聲波，使難降解的硝基苯在超聲/鐵碳微電解共同作用下被快速還原為易降解的苯胺，同時(shí)電解反應(yīng)后產(chǎn)生的向Fe2+被釋放至廢水中;(2)將廢水送至超重力設(shè)備中與臭氧充分反應(yīng)，深度氧化降解廢水中殘余有機(jī)污染物。

　　硝基苯廢水中硝基苯的濃度小于等于500 mg/L，經(jīng)超聲/鐵碳微電解處理后廢水中殘余硝基苯濃度小于等于50 mg/L，超重力-臭氧氧化法處理后，廢水中污染物礦化率達(dá)到90%以上，且硝基苯零殘留。硝基苯廢水初始pH用酸或堿調(diào)節(jié)至2~4;構(gòu)成微電解電極的鐵屑與活性炭質(zhì)量比為1:3~3:1;鐵屑質(zhì)量濃度為10 g/L~30 g/L。

　　步驟(1)中超聲波的頻率為20~40 kHz，超聲波功率4~8 kW。

　　步驟(2)中進(jìn)入超重力設(shè)備的廢水與臭氧的液氣比為0.5~2.5 L/L，臭氧濃度為50~100 mg/L，超重力設(shè)備轉(zhuǎn)速為400~800 rpm。

　　步驟(1)超聲-鐵碳微電解處理硝基苯廢水時(shí)間為30~45min，反應(yīng)溫度控制在室溫，步驟(2)超重力-臭氧氧化處理時(shí)間為20~40 min。

　　本實(shí)用新型所述超重力設(shè)備為已公開(kāi)的超重力旋轉(zhuǎn)床裝置，包括填料床式、螺旋通道式等多種形式的超重力旋轉(zhuǎn)床設(shè)備(參考申請(qǐng)?zhí)?1109255.2、200520100685)，優(yōu)選旋轉(zhuǎn)填料床式超重力設(shè)備。

　　傳統(tǒng)的超重力-臭氧氧化法主要利用超重力設(shè)備強(qiáng)化傳質(zhì)的特點(diǎn)，大幅提升了溶液中溶解的臭氧濃度，但并未加速臭氧生成·OH的反應(yīng)速率，因此實(shí)際廢水處理時(shí)，往往需添加催化劑Fe2+，催化臭氧分解，加速·OH的生成速率，充分利用溶液中所溶解的臭氧，提高氧化效率。此外，對(duì)于化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定的硝基苯類廢水，直接的超重力-臭氧氧化法難以快速將之完全降解，耗時(shí)較長(zhǎng)，從而增加了能耗。然而鐵碳微電解與超重力-臭氧氧化法兩段工藝結(jié)合處理硝基苯類廢水時(shí)，一方面可利用鐵碳微電解將難降解的硝基苯還原為易于被氧化降解的苯胺，縮短超重力-臭氧氧化法的運(yùn)行時(shí)間，降低臭氧用量，另一方面鐵碳微電解所產(chǎn)生的Fe2+可直接被釋于廢水中，作為催化劑加速臭氧分解產(chǎn)生·OH，反應(yīng)機(jī)理如式3~6所示。

　　(式3)

　　(式4)

　　(式5)

　　(式6)

　　(式7)

　　傳統(tǒng)的鐵碳微電解法直接處理廢水時(shí)，鐵表面易形成氧化層，阻礙鐵碳微電解反應(yīng)的進(jìn)行，同時(shí)微電解生成的Fe2+可水解生成具有混凝作用的Fe(OH)2和Fe(OH)3，在溶液中形成穩(wěn)定的絮凝物，該絮凝物一方面逐漸沉積在鐵碳填料表面，阻礙鐵碳微電解電子傳遞過(guò)程，另一方面吸附夾帶走部分游離的Fe2+，降低溶液中Fe2+濃度，造成后續(xù)臭氧氧化法所需的催化劑Fe2+補(bǔ)給不足。因此傳統(tǒng)的鐵碳微電解床均存在填料易鈍化失活，難以長(zhǎng)期連續(xù)運(yùn)行的問(wèn)題。超聲波的介入則可解除鐵碳填料易鈍化的問(wèn)題。

　　本實(shí)用新型的有益效果是：(1)將鐵碳微電解與超重力-臭氧氧化法兩段工藝組合起來(lái)并用于硝基苯廢水處理，一方面先采用鐵碳微電解法將硝基苯還原為苯胺，便于后續(xù)臭氧氧化法深度氧化降解廢水，另一方面利用微電解反應(yīng)所生成的Fe2+作為臭氧氧化法的催化劑，實(shí)現(xiàn)后續(xù)超重力-臭氧氧化法所需催化劑的零添加;(2)為保證鐵碳微電解反應(yīng)能為后續(xù)超重力-臭氧氧化法提供足夠的催化劑Fe2+，而采用超聲波強(qiáng)化鐵碳微電解反應(yīng)，利用超聲波的強(qiáng)大能場(chǎng)，連續(xù)更新鐵碳填料表面，保證鐵碳微電解高反應(yīng)速率，同時(shí)防止絮凝物的生成減少Fe2+的流失。(3)超聲波的介入使得鐵碳微電解的反應(yīng)速率在整體上提高了6~10倍，同時(shí)使得廢水中游離Fe2+濃度提高了5~8倍，大幅度減少了后續(xù)超重力-臭氧氧化法的臭氧用量。