本實(shí)用新型涉及污水處理領(lǐng)域，特別涉及一種針對高濃度難降解有機(jī)廢水的回流式鐵碳微電解-耦合Fenton水處理反應(yīng)裝置。

背景技術(shù)：

在工業(yè)高度發(fā)展的時代背景下，高濃度難降解有機(jī)廢水污染源日益增加，帶來了嚴(yán)重的污染問題。所謂“高濃度”，是指這類廢水的有機(jī)物濃度(以COD計)較高，一般均在2000mg/L以上，有的甚至高達(dá)每升幾萬至十幾萬mg/L；所謂“難降解”是指這類廢水的可生化性較低(BOD5/COD值一般均在0.3以下甚至更低)，難以生物降解?！案邼舛取?、“難降解”兩大特性的疊加，且具有明顯的致癌、致畸、致突變“三致”作用，使用常規(guī)的處理方法很難達(dá)到預(yù)期的處理效果。

自1894年法國科學(xué)家H J Fenton在一項(xiàng)科學(xué)研究中發(fā)現(xiàn)Fenton試劑以后，隨著人們對Fenton反應(yīng)的不斷優(yōu)化，F(xiàn)enton法已經(jīng)成為難降解有機(jī)物處理過程中研究與應(yīng)用最多的一種高級氧化工藝，與其他高級氧化工藝相比，因其簡單、快速、氧化范圍廣等優(yōu)點(diǎn)而備受人們青睞。

標(biāo)準(zhǔn)Fenton法指的是Fe²⁺/H₂O₂體系，其中Fe²⁺主要作為反應(yīng)的催化劑，使H₂O₂通過反應(yīng)產(chǎn)生的·OH(羥自由基)起到氧化作用。人們采用了一個較廣泛引用的化學(xué)反應(yīng)方程式來描述芬頓試劑中發(fā)生的化學(xué)反應(yīng):Fe²⁺+H₂O₂→Fe³⁺+OH^-+·OH。反應(yīng)產(chǎn)生的·OH的氧化電極電位高達(dá)2.80V，并且又能引發(fā)周圍物質(zhì)連鎖反應(yīng)，產(chǎn)生更多的其他自由基，最終大多數(shù)有機(jī)物被降解甚至是礦化，所以Fenton反應(yīng)可無選擇氧化水中的大多數(shù)有機(jī)物，在短時間內(nèi)將有機(jī)物氧化分解。同時，由于亞鐵離子在反應(yīng)過程中會被轉(zhuǎn)化為鐵離子，而鐵離子具有混凝沉淀作用，這樣在處理污水時Fenton試劑可達(dá)到氧化污染物和混凝沉淀的作用，可以省掉后續(xù)混凝沉淀工序，減少設(shè)備投資。

傳統(tǒng)Fenton法由于要用專門設(shè)備準(zhǔn)確投加Fe²⁺溶液，存在Fe²⁺在混合過程，還未來得及與H₂O₂反應(yīng)就被氧化成Fe³⁺，導(dǎo)致有機(jī)物礦化程度不高、雙氧水消耗大、運(yùn)行成本高等缺點(diǎn)。將其與鐵碳微電解技術(shù)聯(lián)合，形成微電解-耦合Fenton氧化法，在廢水處理中，具有適用對象范圍廣、處理效果更好和運(yùn)行成本低廉等優(yōu)點(diǎn)。鐵碳在廢水中形成無數(shù)微小原電池發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)，在起到降解有機(jī)物的同時，鐵作為陽極溶解生成無數(shù)Fe²⁺，為后續(xù)Fenton反應(yīng)提供鐵源。另外活性炭是一種常見的吸附劑，可以有效吸附去除廢水的色度、臭味和水中大多數(shù)有機(jī)污染物。將活性炭吸附法與Fenton氧化法耦合，可以使活性炭的強(qiáng)吸附性 與Fenton試劑的強(qiáng)氧化性有機(jī)結(jié)合：活性炭可以同時吸附廢水中污染物與Fenton試劑反應(yīng)物，使Fenton氧化反應(yīng)發(fā)生在活性炭表面，從而提高·OH(輕基自由基)附近污染物的濃度，增強(qiáng)了Fenton反應(yīng)的效率；同時輕基自由基會氧化吸附于活性炭表面的污染物，解決了活性炭再生的問題。

目前關(guān)于微電解-耦合芬頓處理廢水的裝置也有一些研究，但都有一定的局限性。如中國專利201420128881.0公開了一種多級鐵碳微電解耦合芬頓氧化床反應(yīng)器，此反應(yīng)器在一定程度上解決了傳統(tǒng)焦化廢水處理工藝對難降解復(fù)雜有機(jī)污染物去除效果不理想而導(dǎo)致的一些問題，對于廢水中的難降解多環(huán)、雜環(huán)類有機(jī)物和有毒有害物質(zhì)的處理極為有效，但是反應(yīng)器中多級鐵碳混合物緊密連接，易造成填料板結(jié)，使得內(nèi)部廢水流態(tài)變化增加換料難度，從而限制其廣泛應(yīng)用；中國專利201520130858.X公開了一種鐵碳微電解-類芬頓實(shí)驗(yàn)裝置，這種裝置主要針對實(shí)驗(yàn)室廢水處理，一定程度上為后續(xù)工業(yè)應(yīng)用提供試驗(yàn)參數(shù)、理論依據(jù)和技術(shù)指導(dǎo)，但存在加料不均，裝置內(nèi)水質(zhì)特性無法準(zhǔn)確控制等問題；中國專利201410585310.4公開了一種電解耦合類芬頓水處理設(shè)備，一定程度上促進(jìn)了鐵電解反應(yīng)，克服了填料的板結(jié)的問題、反應(yīng)效率高、污水處理效果好等，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜，運(yùn)行管理相對繁瑣，運(yùn)行成本相應(yīng)增加，不利于實(shí)際應(yīng)用推廣。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型旨在于提供一種反應(yīng)效率高，污水處理效果好、操作簡單、防板結(jié)能力強(qiáng)的鐵碳微電解-耦合Fenton水處理設(shè)備，同時對相關(guān)技術(shù)與設(shè)備的研發(fā)具有很強(qiáng)的指導(dǎo)及借鑒意義。

本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：回流式鐵碳微電解-耦合Fenton水處理反應(yīng)裝置，包括鐵碳微電解-耦合Fenton反應(yīng)器和回流罐及加藥管道混合器組成，其特征在于：在鐵碳微電解-耦合Fenton反應(yīng)器一側(cè)下部設(shè)進(jìn)水管道，另一側(cè)上部設(shè)鐵碳罐出水管道，鐵碳微電解-耦合Fenton反應(yīng)器和回流罐之間通過鐵碳罐出水管道相連，在進(jìn)水管道和鐵碳微電解-耦合Fenton反應(yīng)器之間設(shè)有加藥管道混合器，污水進(jìn)入加藥管道混合器與H₂O₂充分混合后進(jìn)入鐵碳微電解-耦合Fenton反應(yīng)器，然后經(jīng)鐵碳罐出水管道進(jìn)入回流罐；經(jīng)過一定停留時間后，一部分經(jīng)回流管道回流至進(jìn)水管道，另一部分排出。所述回流管道在回流罐的上部，回流管道和進(jìn)水管道相連，所述鐵碳微電解-耦合Fenton反應(yīng)器中填充鐵碳填料，上部設(shè)加料口，下部設(shè)換料口；回流罐內(nèi)填裝空心塑料小球。

其中，優(yōu)選地，所述鐵碳微電解-耦合Fenton反應(yīng)器上下分別設(shè)進(jìn)料口和換料口。

其中，優(yōu)選地，所述回流罐上部分別設(shè)出水口和回流管道，且內(nèi)部填充塑料空心小球，材質(zhì)為PVC或PE。

其中，優(yōu)選地，所述回流管道連接至進(jìn)水管道。

其中，優(yōu)選地，所述鐵碳微電解耦合-Fenton反應(yīng)器中填充的活性炭和海綿鐵呈復(fù)合球狀，其填充率為70％～80％。

本實(shí)用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點(diǎn)：

1、本實(shí)用新型中所采用的鐵材料是技術(shù)性能占有絕對優(yōu)勢的海綿鐵，反應(yīng)活性是廢鐵屑的幾十倍，由此解決了傳統(tǒng)鐵材料采用廢鐵屑時溶鐵速度慢的問題。同時由于鐵碳材料特殊的球狀復(fù)合結(jié)構(gòu)，防止了傳統(tǒng)鐵碳微電解材料的易板結(jié)問題；運(yùn)行過程中活性炭和鐵材料同時消耗，避免了傳統(tǒng)鐵碳微電解材料定期補(bǔ)充鐵材料和卸料攪拌問題；

2、“一種極化改性的鐵碳微電解材料的制備方法(實(shí)用新型專利ZL201210128492.3)”，為本實(shí)用新型的實(shí)施打下了良好的基礎(chǔ)；

3、本實(shí)用新型中回流罐設(shè)置一定停留時間，且內(nèi)部填充塑料小球，使廢水能充分混合，保證了Fenton反應(yīng)的充分性，提高了處理效率。此外，回流實(shí)現(xiàn)廢水循環(huán)二次反應(yīng)，降低了進(jìn)水負(fù)荷，使得污染物降解更加徹底；

4、本實(shí)用新型工藝簡單，易于操作和控制，所需原料易得，便于實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)，體現(xiàn)了技術(shù)的創(chuàng)新性。

附圖說明

為了更清楚地說明本實(shí)用新型實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹。顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本實(shí)用新型的一些實(shí)施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

下面結(jié)合附圖對本實(shí)用新型的具體實(shí)施方式作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。

圖1為本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖中：1—鐵碳微電解-耦合Fenton反應(yīng)器 2—回流罐 3—加藥管道混合器 4—進(jìn)水管道5—鐵碳填料 7—鐵碳罐出水管道 8—回流管道 9—空心塑料小球 10—加料口 11—換料口

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步說明。

實(shí)施例1

如圖1所示，回流式鐵碳微電解-耦合Fenton水處理反應(yīng)裝置，包括鐵碳微電解-耦合Fenton反應(yīng)器1和回流罐2及加藥管道混合器3組成，其特征在于：在鐵碳微電解-耦合 -Fenton反應(yīng)器1一側(cè)下部設(shè)進(jìn)水管道4，另一側(cè)上部設(shè)鐵碳罐出水管道7，鐵碳微電解-耦合Fenton反應(yīng)器1和回流罐2之間通過鐵碳出水管道7相連，在進(jìn)水管道4和鐵碳微電解-耦合Fenton反應(yīng)器1之間具有加藥管道混合器3，污水進(jìn)入加藥管道混合器3與H₂O₂充分混合后，進(jìn)入鐵碳微電解-耦合Fenton反應(yīng)器1，然后經(jīng)鐵碳罐出水管道7進(jìn)入回流罐2；一定停留時間后一部分經(jīng)回流管道8回流至進(jìn)水管道4，另一部分排出，所述回流管道8在回流罐2的上部，回流管道8和進(jìn)水管道4相連，所述鐵碳微電解耦合-Fenton反應(yīng)器1中填充鐵碳填料5，上部設(shè)加料口10，下部設(shè)換料口11，回流罐2內(nèi)填裝空心塑料小球9。

所述鐵碳微電解-耦合Fenton反應(yīng)器3上下分別設(shè)進(jìn)料口10和換料口11。

所述回流罐2上部分別設(shè)出水口和回流管道8，且內(nèi)部填充塑料空心小球9，材質(zhì)為PVC或PE。

所述回流管道8連接至進(jìn)水管道4。

所述鐵碳微電解-耦合Fenton反應(yīng)器1中填充的活性炭和海綿鐵呈復(fù)合球狀，其填充率為70％～80％。

工作時，水從進(jìn)水管道4進(jìn)入本發(fā)明后，首先與回流液混合，然后在加藥管道混合器3中與H₂O₂充分混合；經(jīng)鐵碳微電解-耦合Fenton反應(yīng)器1處理后進(jìn)入回流罐2；廢水在回流罐2內(nèi)停留一定時間后一部分排出，另一部分回流至進(jìn)水管道與進(jìn)水混合再次處理。

鐵碳微電解-耦合Fenton反應(yīng)器設(shè)有進(jìn)料口和換料口，反應(yīng)器運(yùn)行一段時間后補(bǔ)充或更換活性炭和海綿鐵復(fù)合填料，促使反應(yīng)器高效有序運(yùn)行。

實(shí)施例2

以制藥廢水為例：此種污水主要來自國內(nèi)某制藥廠生產(chǎn)廢水，主要成分為二氯甲烷、二甲苯、異丙醇、甲磺酸、四氫呋喃、甲苯、丙酮等，污水水質(zhì)見表1。

表1污水水質(zhì)

運(yùn)行結(jié)果顯示：原廢水的B/C值由0.16左右升高到0.45左右，提高了廢水的可生化性，COD去除率在45％左右。由此可見，本實(shí)用新型對制藥廢水具有較好的處理效果，預(yù)處理出水水質(zhì)可滿足后續(xù)生化處理的要求。

實(shí)施例3

以化工廢水為例：此類廢水主要來自某化工生產(chǎn)車間，主要為醫(yī)藥中間體苯硫酚系列生產(chǎn)廢水，設(shè)計中以本實(shí)驗(yàn)裝置為預(yù)處理手段，同時配套生化處理，污水水質(zhì)見表2。

表2化工廢水水質(zhì)

運(yùn)行結(jié)果顯示：通過本實(shí)驗(yàn)裝置有效地提高了廢水的pH，減少后續(xù)中和反應(yīng)所需的堿投加量；同時使廢水中的大分子、雜環(huán)類難降解有機(jī)物徹底分解為可生化性較好的醇類、醉類、梭酸類等小分子物質(zhì)，有效地提高廢水的B/C比?？偱趴谟秃俊OD、揮發(fā)酚、苯、甲苯等均達(dá)到了國家一級排放標(biāo)準(zhǔn)，可以連續(xù)穩(wěn)定達(dá)標(biāo)排放。

實(shí)施例4

以腈綸廢水處理為例：廢水主要來自東北某化纖廠廢水，污染物濃度高，成分復(fù)雜，含有毒有害物質(zhì)等。污水水質(zhì)見表3。

表3制革廢水水質(zhì)

運(yùn)行結(jié)果顯示：出口水質(zhì)為，COD_Cr為234mg/l，氨氮48.29mg/l；去除率分別為：COD_Cr為65％，氨氮為58.26％。