公布日：2022.02.08
申請日：2021.11.23
分類號：C02F1/72(2006.01)I;C02F101/30(2006.01)N
摘要
本發(fā)明涉及水處理技術領域，具體涉及一種芬頓流化床及其在難降解廢水處理中的應用，芬頓流化床包括流化床筒體，流化床筒體內依次設置有水流調整區(qū)、Fe流化床區(qū)、Cu流化床區(qū)、緩存區(qū)和溢流區(qū)，Fe流化床區(qū)內填充石英砂；Cu流化床區(qū)內填充Cu改性活性炭；應用包括如下步驟：(1)將廢水經過進水管泵入芬頓流化床；(2)雙氧水和硫酸亞鐵分別經過雙氧水管和硫酸亞鐵管進入芬頓流化床，與廢水混合反應；(3)廢水、雙氧水和硫酸亞鐵經過水流調整區(qū)、Fe流化床區(qū)、Cu流化床區(qū)、緩存區(qū)和溢出區(qū)后從出水管排出。本發(fā)明使用Fe、Cu雙組分催化劑，能夠有效提高過氧化氫與催化劑的利用率，提升污水處理效果。
權利要求書
1.一種芬頓流化床，其特征在于，包括流化床筒體，所述流化床筒體內由下至上依次設置有水流調整區(qū)、Fe流化床區(qū)、Cu流化床區(qū)、緩存區(qū)和溢流區(qū)，其中所述Fe流化床區(qū)內填充石英砂，填充量占流化床筒體體積的10％～12％；所述Cu流化床區(qū)內填充Cu改性活性炭，填充量占流化床筒體體積的3％～4％。
2.如權利要求1所述的芬頓流化床，其特征在于，所述Cu改性活性炭通過如下方法制備：(1)將Cu(NO3)2•3H2O溶于水中，形成金屬鹽溶液；(2)50℃條件下，將金屬鹽溶液與活性炭顆粒通過搖床混合24h，得到固體顆粒；(3)將固體顆粒放入烘箱中，升溫至60℃，烘30min去除大量水分，再升溫120℃繼續(xù)烘干60min，然后于馬弗爐中600℃下焙燒60min，得到Cu改性活性炭。
3.如權利要求1所述的芬頓流化床，其特征在于，所述Cu改性活性炭中，Cu元素含量為20wt％。
4.如權利要求1所述的芬頓流化床，其特征在于，所述石英砂的密度和粒徑均高于Cu改性活性炭的密度和粒徑。
5.如權利要求1所述的芬頓流化床，其特征在于，所述流化床筒體設有進水管、出水管、排氣管、排空管、硫酸亞鐵管、雙氧水管，所述進水管設于流化床筒體底部與水流調整區(qū)之間，所述出水管設于溢流區(qū)底部，所述排氣管設于流化床筒體頂部，所述排空管設于流化床筒體底部，所述硫酸亞鐵管和雙氧水管設于流化床筒體底部與水流調整區(qū)之間。
6.如權利要求1所述的芬頓流化床，其特征在于，還包括循環(huán)管路，所述循環(huán)管路包括循環(huán)泵前管、循環(huán)泵后管和循環(huán)泵，所述循環(huán)泵前管一端與緩存區(qū)連通、另一端與循環(huán)泵連通，所述循環(huán)泵后管一端與循環(huán)泵連通、另一端與流化床筒體底部連通。
7.如權利要求1所述的芬頓流化床，其特征在于，所述流化床筒體的底部為錐形底結構。
8.如權利要求1所述的芬頓流化床，其特征在于，所述水流調整區(qū)包括下層惰性填料、中層惰性填料和上層惰性填料，其中下層惰性填料的粒徑為12～15mm，填充量占流化床筒體體積的3％～4％；中間層惰性填料粒徑為8～10mm，填充量占流化床筒體體積的3％～4％；上層惰性填料粒徑為3-6mm，填充量占流化床筒體體積的2％～3％。
9.一種如權利要求1～8任一所述的芬頓流化床在難降解廢水處理中的應用，其特征在于，包括如下步驟：(1)將廢水經過進水管泵入芬頓流化床；(2)雙氧水和硫酸亞鐵分別經過雙氧水管和硫酸亞鐵管進入芬頓流化床，與廢水混合反應；(3)廢水、雙氧水和硫酸亞鐵經過水流調整區(qū)、Fe流化床區(qū)、Cu流化床區(qū)、緩存區(qū)和溢出區(qū)后從出水管排出。
10.如權利要求9所述的應用，其特征在于，調節(jié)進入芬頓流化床的廢水的pH值為3-6；控制廢水在流化床中的停留時間為15～20min；控制廢水在Fe流化床區(qū)、Cu流化床區(qū)的上升流速為15～20m/h。
發(fā)明內容
針對現有芬頓流化床及其處理工藝中催化劑顆粒易造成循環(huán)泵或出水口的堵塞、催化效率低的技術問題，本發(fā)明提供一種芬頓流化床及其在難降解廢水處理中的應用，本發(fā)明的芬頓流化床使用Fe、Cu雙組分催化劑，能夠有效提高過氧化氫與催化劑的利用率，提升污水處理效果，有效降低污水處理成本；且所采用的石英砂及Cu改性活性炭配合，可以有效避免回流系統或出水口的堵塞，具有結構簡化易維護，操作簡單的優(yōu)點。
第一方面，本發(fā)明提供一種芬頓流化床，包括流化床筒體，所述流化床筒體內由下至上依次設置有水流調整區(qū)、Fe流化床區(qū)、Cu流化床區(qū)、緩存區(qū)和溢流區(qū)，其中所述Fe流化床區(qū)內填充石英砂，填充量占流化床筒體體積的10％～12％；所述Cu流化床區(qū)內填充Cu改性活性炭，填充量占流化床筒體體積的3％～4％。
進一步的，所述Cu改性活性炭通過如下方法制備：
(1)將Cu(NO3)2•3H2O溶于水中，形成金屬鹽溶液；
(2)50℃條件下，將金屬鹽溶液與活性炭顆粒通過搖床混合24h，得到固體顆粒；
(3)將固體顆粒放入烘箱中，升溫至60℃，烘30min去除大量水分，再升溫120℃繼續(xù)烘干60min，然后于馬弗爐中600℃下焙燒60min，得到Cu改性活性炭。
進一步的，所述Cu改性活性炭中，Cu元素含量為20wt％。
進一步的，所述石英砂的密度和粒徑均高于Cu改性活性炭的密度和粒徑，因此兩個流化床區(qū)之間有較好的分層效果，具體的，所述石英砂的粒徑為1.0～1.5mm，所述活性炭顆粒的粒徑為0.5～1.0mm。
進一步的，所述流化床筒體設有進水管、出水管、排氣管、排空管、硫酸亞鐵管、雙氧水管，所述進水管設于流化床筒體底部與水流調整區(qū)之間，所述出水管設于溢流區(qū)底部，所述排氣管設于流化床筒體頂部，所述排空管設于流化床筒體底部，所述硫酸亞鐵管和雙氧水管設于流化床筒體底部與水流調整區(qū)之間。將進水管、硫酸亞鐵管、雙氧水管設置在流化床筒體底部，有利于布水均勻和藥劑充分混合；將排氣管設置在流化床筒體頂部，便于芬頓流化床產生的氣體排出；將排空管設置在流化床筒體底部，方便技術人員定時清除芬頓流化床底部沉淀的固體廢物，避免懸浮物質在底部積累形成堵塞。
進一步的，所述緩存區(qū)可以緩存因上升水流沖擊而上浮的催化劑，可有效避免催化劑流失。
進一步的，還包括循環(huán)管路，所述循環(huán)管路包括循環(huán)泵前管、循環(huán)泵后管和循環(huán)泵，所述循環(huán)泵前管一端與緩存區(qū)連通、另一端與循環(huán)泵連通，所述循環(huán)泵后管一端與循環(huán)泵連通、另一端與流化床筒體底部連通。
進一步的，所述進水管、出水管、排氣管、排空管、硫酸亞鐵管、雙氧水管、循環(huán)泵前管、循環(huán)泵后管均為316L材質，且所述進水管、出水管、排氣管、排空管、硫酸亞鐵管、雙氧水管、循環(huán)泵前管、循環(huán)泵后管上均設有閥門。
進一步的，所述流化床筒體的底部為錐形底結構。
進一步的，所述水流調整區(qū)為惰性填料，如鵝卵石、陶瓷顆粒等。
進一步的，所述水流調整區(qū)包括下層惰性填料、中層惰性填料和上層惰性填料，其中下層惰性填料的粒徑為12～15mm，填充量占流化床筒體體積的3％～4％；中間層惰性填料粒徑為8～10mm，填充量占流化床筒體體積的3％～4％；上層惰性填料粒徑為3-6mm，填充量占流化床筒體體積的2％～3％。通過不同粒徑的惰性填料分布，一方面可使進水水流均勻分布，避免形成短流；另一方面還可以避免催化劑填料泄露進入管道中。
第二方面，本發(fā)明提供一種上述芬頓流化床在難降解廢水處理中的應用，包括如下步驟：
(1)將廢水經過進水管泵入芬頓流化床；
(2)雙氧水和硫酸亞鐵分別經過雙氧水管和硫酸亞鐵管進入芬頓流化床，與廢水混合反應；
(3)廢水、雙氧水和硫酸亞鐵經過水流調整區(qū)、Fe流化床區(qū)、Cu流化床區(qū)、緩存區(qū)和溢出區(qū)后從出水管排出。
進一步的，調節(jié)進入芬頓流化床的廢水的pH值為3-6；
調節(jié)進入芬頓流化床的廢水流量，控制廢水在流化床中的停留時間為15～20min；
調節(jié)經循環(huán)管路回流至流化床筒體底部的廢水的流量，控制廢水在Fe流化床區(qū)、Cu流化床區(qū)的上升流速為15～20m/h，較大的上升流速使得雙氧水和硫酸亞鐵藥劑的使用效率最大化。
本發(fā)明的有益效果在于：
本發(fā)明將石英砂作為Fe流化床區(qū)填料，Cu改性活性炭作為Cu流化床區(qū)催化填料，一方面，芬頓反應過程中產生的三價鐵大部分會以結晶或沉淀披覆在石英砂表面，利用污水的酸性與單質Fe發(fā)生反應產生二價鐵，二價鐵和雙氧水反應，催化生成羥基自由基，利用羥基自由基的強氧化能力，去除廢水中的難降解有機物，同時利用單質Cu的催化作用加速二價鐵的生成，進一步促進催化效率的提高；另一方面活性炭在上層流化過程中依據自身的摩擦，可有效避免反應系統中鐵晶的自然形成，避免造成回流系統或出水口的堵塞。
本發(fā)明可以提高藥劑的利用率、充分利用填料表面的異相催化作用，減少亞鐵的投加量、減少大量鐵泥的產生，對各種難降解廢水都有良好的處理效果。
（發(fā)明人：張玉生;姚俊;謝海濤;江玉強;鄒麗;孟繁芹）
