公布日：2023.11.07
申請日：2023.08.11
分類號：C02F1/72(2023.01)I;C02F101/30(2006.01)N
摘要
本發明提供了一種精細化工廢水處理一體化異相類芬頓反應器及其處理方法，該反應器包括反應罐，所述反應罐內的上部設有三相分離器，所述反應罐的底部設有曝氣組件，所述反應罐的側壁設有進水口、氧化劑投加口，所述曝氣組件與供氣單元連接；所述三相分離器包括筒體，所述筒體的底部連接錐形沉淀斗，所述錐形沉淀斗的底部設有氣封構件，所述筒體的上壁設有若干通孔，所述筒體的中部設有溢流堰，所述溢流堰的底部與連接管連接，所述連接管從錐形沉淀斗傾斜伸出；所述溢流堰與筒體之間設有導流板；所述錐形沉淀斗的高度不小于1500mm。采用本發明的技術方案，提升了流體回流效果，降低催化劑損耗程度，降低了成本。
權利要求書
1.一種精細化工廢水處理一體化類芬頓反應器，其特征在于：其包括反應罐，所述反應罐內的上部設有三相分離器，所述反應罐的底部設有曝氣組件，所述反應罐的側壁設有進水口、氧化劑投加口，所述曝氣組件與供氣單元連接；所述三相分離器包括筒體，所述筒體的底部連接錐形沉淀斗，所述錐形沉淀斗的底部設有氣封構件，所述筒體的上壁設有若干通孔，所述筒體的中部設有溢流堰，所述溢流堰的底部與連接管連接，所述連接管從錐形沉淀斗傾斜伸出；所述溢流堰與筒體之間設有導流板；所述錐形沉淀斗的高度不小于1500mm。
2.根據權利要求1所述的精細化工廢水處理一體化類芬頓反應器，其特征在于：所述曝氣組件包括若干曝氣管，所述曝氣管設有若干曝氣頭，所述曝氣管在反應罐底部中部區域的間距小于在反應罐底部外側區域的間距。
3.根據權利要求2所述的精細化工廢水處理一體化類芬頓反應器，其特征在于：所述曝氣管在底部中心區域的間距為15-25mm，所述曝氣管在底部中部區域的間距為35-45mm，所述曝氣管在底部外側區域的間距為55-65mm。
4.根據權利要求3所述的精細化工廢水處理一體化類芬頓反應器，其特征在于：所述曝氣管為變直徑曝氣管；所述曝氣頭傾斜設置，所述曝氣頭的曝氣角度50°～55°。
5.根據權利要求1所述的精細化工廢水處理一體化類芬頓反應器，其特征在于：所述氣封構件的截面為倒三角形或倒T型；所述筒體為圓柱體形、圓臺形或長方體形。
6.根據權利要求5所述的精細化工廢水處理一體化類芬頓反應器，其特征在于：所述錐形沉淀斗的側壁與水平面的夾角為55°～70°。
7.根據權利要求1～6任意一項所述的精細化工廢水處理一體化類芬頓反應器，其特征在于：所述進水口為兩個，兩個進水口、氧化劑投加口三個進口呈對稱設置，以進行環形進水；所述反應罐內設有若干導流板。
8.根據權利要求7所述的精細化工廢水處理一體化類芬頓反應器，其特征在于：所述反應罐的高徑比為2.5～3:1，所述三相分離器與位于三相分離器下方的曝氣區的高度比為1:2～2.5；所述反應罐為圓柱形不銹鋼材質。
9.一種精細化工廢水處理方法，其特征在于：對廢水采用如權利要求1-8任意一項所述的精細化工廢水處理一體化類芬頓反應器進行處理，包括如下步驟：在反應罐內加入鐵基固體催化劑粉末，其中所述鐵基固體催化劑粉末的粒徑小于三相分離器中錐形沉淀斗與氣封構件之間的回流縫的寬度；從氧化劑投加口泵入氧化劑，從進水口泵入待處理的精細化工廢水，開啟供氣單元進行曝氣，將反應罐內的鐵基固體催化劑粉末和雙氧水充分混勻；控制水力停留時間為2.5-3.5h。
10.根據權利要求9所述的精細化工廢水處理方法，其特征在于：所述氧化劑的投加量按照氧化劑與精細化工廢水COD的質量比1:2～5投加；所述鐵基固體催化劑粉末采用活性炭、磁鐵礦、黃鐵礦、氧化鐵粉按(0.01～0.05)：(0.01～0.25)：(0.35～0.95)：(0.03～0.35)混合制備而成；所述鐵基固體催化劑粉末的粒徑為0.5～2mm，堆積密度為0.35～0.45g/mL。
發明內容
針對以上技術問題，本發明公開了一種精細化工廢水處理一體化異相類芬頓反應器及其處理方法，克服了催化劑回流困難、循環使用效率低的難點，降低難降解精細化工廢水的預處理段成本。
對此，本發明采用的技術方案為：
一種精細化工廢水處理一體化類芬頓反應器，其包括反應罐，所述反應罐內的上部設有三相分離器，所述反應罐的底部設有曝氣組件，所述反應罐的側壁設有進水口、氧化劑投加口，所述曝氣組件與供氣單元連接。
其中，所述三相分離器包括筒體，所述筒體的底部連接錐形沉淀斗，所述錐形沉淀斗的底部設有氣封構件，所述筒體的上壁設有若干通孔，所述筒體的中部設有溢流堰，所述溢流堰的底部與連接管連接，所述連接管從錐形沉淀斗傾斜伸出；所述溢流堰與筒體之間設有導流板；所述錐形沉淀斗的高度不小于1500mm。
采用此技術方案，三相分離器內形成氣液分離區、反應導流區、催化劑沉淀區，當污水和催化劑通過筒體的頂部通孔進入三相分離器的導流區內，在錐形沉淀斗進行催化劑和污水的分離，催化劑因密度比污水大而處于下層，通過錐形沉淀斗的出口回流出來，實現了分離回收，回流效果高，催化劑回流簡單，提高了循環使用效率。
作為本發明的進一步改進，所述氣封構件的截面為倒三角形或倒T型。
作為本發明的進一步改進，所述筒體為圓柱體形、圓臺形或長方體形。
作為本發明的進一步改進，所述錐形沉淀斗的側壁與水平面的夾角為55°～70°，便于催化劑的沉淀和回收。
作為本發明的進一步改進，所述錐形沉淀斗的高度不小于1500mm。
作為本發明的進一步改進，所述曝氣組件包括若干曝氣管，所述曝氣管設有若干曝氣頭，所述曝氣管在反應罐底部中部區域的間距小于曝氣管在反應罐底部外側區域的間距。采用此技術方案，設置不同分布的送氣管，實現均質曝氣。
作為本發明的進一步改進，所述曝氣管在反應罐內不同位置設置不同間距。進一步的，所述曝氣管在底部中心區域的間距為15-25mm，所述曝氣管在底部中部區域的間距為35-45mm，所述曝氣管在底部外側區域的間距為55-65mm。其中，所述中部區域為位于中心區域與外側區域之間。
進一步優選的，所述曝氣管在中心區域的間距為20mm，在中部區域的間距為40mm，在外側區域的間距為60mm。
作為本發明的進一步改進，所述曝氣管為變直徑曝氣管。
作為本發明的進一步改進，所述曝氣頭傾斜設置，所述曝氣頭的曝氣角度50°～55°。采用斜曝氣方式，實現均質曝氣。
作為本發明的進一步改進，所述反應罐的高徑比為2.5～3:1。
作為本發明的進一步改進，所述三相分離器與位于三相分離器下方的曝氣區的高度比為1:2～2.5。
作為本發明的進一步改進，所述反應罐為圓柱形不銹鋼材質。
作為本發明的進一步改進，所述進水口為兩個，兩個進水口、氧化劑投加口三個進口呈對稱設置，以進行環形進水。
作為本發明的進一步改進，所述反應罐內設有若干導流板。
本發明還公開了一種精細化工廢水處理方法，對廢水采用如上任意一項所述的精細化工廢水處理一體化類芬頓反應器進行處理，包括如下步驟：
在反應罐內加入鐵基固體催化劑粉末，其中所述鐵基固體催化劑粉末的粒徑小于三相分離器中錐形沉淀斗與氣封構件之間的回流縫的寬度；
從氧化劑投加口泵入氧化劑，從進水口泵入待處理的精細化工廢水，開啟供氣單元進行曝氣，將反應罐內的鐵基固體催化劑粉末和雙氧水充分混勻；控制水力停留時間為2.5-3.5h。
作為本發明的進一步改進，所述氧化劑的投加量按照氧化劑與精細化工廢水COD的質量比1:2～5投加。
作為本發明的進一步改進，
作為本發明的進一步改進，所述鐵基固體催化劑粉末采用活性炭、磁鐵礦、黃鐵礦、氧化鐵粉按(0.01～0.05)：(0.01～0.25)：(0.35～0.95)：(0.03～0.35)混合制備而成。
作為本發明的進一步改進，所述鐵基固體催化劑粉末的粒徑為0.5～2mm，堆積密度為0.35～0.45g/mL。
與現有技術相比，本發明的有益效果為：
第一，采用本發明技術方案，通過設計特定結構的三相分離器，提升了流體回流效果，當污水和催化劑通過筒體的頂部進入三相分離器的導流區內，在底部的錐形沉淀斗進行催化劑和污水的分離，催化劑的密度比污水大而處于下層，通過催化劑出口回流出來，實現分離回收，解決了催化劑回流困難，循環效率低的問題。
第二，采用本發明的技術方案，通過設置含三相分離器的類芬頓反應器的特定結構設計，使得工業廢水，催化劑與反應藥劑三者充分接觸、吸附，提高了難降解有機物去除效率，同時極大程度提高反應催化劑回流循環程度，降低因運行階段催化劑堵塞回流管路導致降解進行緩慢的風險。催化劑流失量降低為由3％降低至0.006％，能夠節省催化劑使用量約15％，降低催化劑損耗程度，促進傳質增效過程，實質降低運行成本，助力實現低碳節約的高效率，多循環污水處理，相關研究具有良好的經濟效益和成本優勢。
第三，與現有異相類芬頓流化床反應器相比，本發明的技術方案利用CFD流態模擬，結合流體力學、分析化學、環境化學為模型，構建出適配比優化一體化反應器新工藝方法，極大程度上促進催化劑在反應罐回流，并充分回流，減少短流情況出現，減輕催化劑堵塞和流失程度，有效提高對難降解工業廢水的去除效率，對當地工業園區污水處理以及人民生產生活安全實現進一步保障，具有良好的社會效益。
第四，從生態收益中考慮，本發明技術方案針對難降解污水開發的此種一體化異相類芬頓反應器，反應停留時間短，處理水量大，對水中高毒性有機污染物的結構進行破壞，使其毒性降低，同時定向去除，增加水中有機碳源，利于生化階段的礦化過程。
（發明人：成乾;韓京龍;王愛杰;楊敏;任瑞昀;曾銳;石群）
