公布日：2023.11.07
申請日：2023.09.12
分類號：C02F1/72(2023.01)I;C02F101/30(2006.01)N
摘要
本發明公開了一種基于MOFs活化PS的高級氧化膜反應器及處理廢水方法，包括：反應器主體，其內部由下至上分別設有破漿混合區、導流區、多級反應區和截留出水區，所述破漿混合區中心位置設有破漿混合裝置，所述導流區設有導流裝置，所述多級反應區內裝填MOFs材料并設置多級加藥環，所述截留出水區設置產水裝置；本發明中，利用MOFs活化PS，有效避免Fe2+過渡金屬活化存在的鐵泥產量大、二次污染、返色、催化劑利用率低、后續處理費用高等問題，且與現有高級氧化技術相比，傳質效率更高，實現上升流速提升和水力停留時間縮短，有效降低占地、基建成本、能耗。
權利要求書
1.一種基于MOFs活化PS的高級氧化膜反應器，其特征在于,包括：反應器主體（1），其內部由下至上分別設有破漿混合區（2）、導流區（3）、多級反應區（4）和截留出水區（5），所述破漿混合區（2）中心位置設有破漿混合裝置，所述導流區（3）設有導流裝置（15），所述多級反應區（4）內裝填MOFs材料并設置多級加藥環，用于在不同高度分層投加PS藥液，縮短PS藥液經MOFs催化后產生的硫酸根自由基與污染物反應的傳質距離，所述截留出水區（5）設置有產水裝置，用于產出處理后的達標水流；所述破漿混合裝置由一個或多個傘形結構（16）構成，所述傘形結構（16）上部為錐形，其正下方固定設有射流管（17），所述射流管（17）底端分別與位于破漿混合區（2）用于輸送MOFs材料的循環出水口（8）以及用于輸送廢水的進水口（6）一端連接，所述進水口（6）另一端與進水泵（7）和加藥泵（12）連接，所述循環出水口（8）另一端與循環泵（9）連接；所述射流管（17）的底端連接有浮動管（18），所述浮動管（18）活動插設于套管（20）內，且所述浮動管（18）底端設有端板（19），所述端板（19）上開設有安裝電磁閥的導水孔，頂端與射流管（17）連通，所述套管（20）內設有與端板（19）連接的彈性件（21），所述套管（20）通過回流管（22）與輸送廢水進入的水管連通，且所述回流管（22）上設有單向閥；所述傘形結構（16）中的錐角為120°-180°，錐形底面下緣流速為0.6-1.0m/s，錐形底面下緣兩側流速為0.1-0.3m/s，所述射流管（17）內流速為10-15m/s。
2.如權利要求1所述的一種基于MOFs活化PS的氧化膜反應器，其特征在于：所述射流管（17）包括依次連接的入口段、收縮段、喉道以及擴散段，其中，所述擴散段位于上部，入口段位于下部，其中，所述射流管（17）的入口段開設有側口。
3.如權利要求1所述的一種基于MOFs活化PS的氧化膜反應器，其特征在于：所述高級氧化膜反應器的高徑比為4-8，停留時間0.5-2h，循環比100%-200%。
4.如權利要求1所述的一種基于MOFs活化PS的氧化膜反應器，其特征在于：所述多級加藥環的第一級加藥環位于多級反應區（4）最底部，距離所述導流裝置（15）頂端0.3-0.5m，第二級及以上加藥環間距自下而上逐漸增大，間距0.5-2.0m，所述多級加藥環與多個加藥口一對一連接。
5.如權利要求1所述的一種基于MOFs活化PS的氧化膜反應器，其特征在于：所述產水裝置由固定架、截留膜、集水管和振動電機組成，其中，所述截留膜為中空纖維膜、平板膜中的一種，膜孔徑0.02-0.1μm。
6.如權利要求5所述的一種基于MOFs活化PS的氧化膜反應器，其特征在于：所述集水管與出水口（13）連接，所述出水口（13）與出水泵（10）和反洗泵（11）連接，連接管道上分別安裝出水電動閥和反洗電動閥，所述出水口（13）下方設有循環取水口（14），所述循環取水口（14）位于所述多級反應區（4），位置不低于最高加藥口，且與所述循環泵（9）連接。
7.如權利要求1-6任一項所述的一種基于MOFs活化PS的氧化膜反應器用于處理廢水的方法，其特征在于：具體包括以下步驟，①廢水經進水泵（7）與加藥泵（12）投加的PS在進水口（6）前端預混合，經所述進水口（6）進入所述高級氧化膜反應器內部的破漿混合裝置處射流管內，通過射流碰撞混合均勻；MOFs材料經由循環泵（9）到達所述破漿混合裝置處，通過射流碰撞破壞由分散的MOFs材料遇水形成的淤漿包裹狀態，使其成為分散狀態；②廢水與PS的混合液以及分散的MOFs材料在所述破漿混合區（2）在傘形結構（16）導流下進行第一次混合反應，通過控制錐形底面下緣流速0.6-1.0m/s；③廢水與PS的混合液以及分散的MOFs材料混合均勻后通過所述導流裝置（15）均勻上升，進入多級反應區（4）；通過設計錐形底面下緣兩側流速0.1-0.3m/s和導流裝置（15）底部距離錐形頂點0.3-0.8m，使混合液從錐形翻涌出來后流態趨穩，形成均質懸浮床；④在多級反應區（4）內設置多級加藥環，在高級氧化膜反應不同高度分層投加PS藥液，有效縮短PS經MOFs催化后產生的硫酸根自由基與污染物反應的傳質距離，且最大化控制硫酸根自由基在4s的半衰期內產生有效反應；⑤經多級反應后進入截留出水區（5），水流經出水泵（10）抽吸經所述截留膜后達標排放，MOFs被截留在多級反應區（4）；⑥當高級氧化膜反應器運行一段時間后所述截留膜需要反洗，通過控制單元關閉進水泵（7）、加藥泵（12）、出水泵（10）和出水電動閥，開啟反洗泵（11）和反洗電動閥，對截留膜進行反洗。
發明內容
本發明的主要目的在于提供一種基于MOFs活化PS的高級氧化膜反應器及處理廢水方法，旨在解決現有的技術問題。
為實現上述目的，本發明提供了一種基于MOFs活化PS的高級氧化膜反應器，包括：
反應器主體，其內部由下至上分別設有破漿混合區、導流區、多級反應區和截留出水區，所述破漿混合區中心位置設有破漿混合裝置，所述導流區設有導流裝置，所述多級反應區內裝填MOFs材料并設置多級加藥環，用于在不同高度分層投加PS藥液，縮短PS藥液經MOFs催化后產生的硫酸根自由基與污染物反應的傳質距離，所述截留出水區設置有產水裝置，用于產出處理后的達標水流。
進一步地，所述破漿混合裝置由一個或多個傘形結構構成，所述傘形結構上部為錐形，其正下方固定設有射流管，所述射流管底端分別與位于破漿混合區用于輸送MOFs材料的循環出水口以及用于輸送廢水的進水口一端連接，所述進水口另一端與進水泵和加藥泵連接，所述循環出水口另一端與循環泵連接。
進一步地，所述傘形結構中的錐角為120°-180°，錐形底面下緣流速為0.6-1.0m/s，錐形底面下緣兩側流速為0.1-0.3m/s，所述射流管內流速為10-15m/s。
進一步地，所述射流管的底端連接有浮動管，所述浮動管活動插設于套管內，且所述浮動管底端設有端板，所述端板上開設有安裝電磁閥的導水孔，頂端與射流管連通，所述套管內設有與端板連接的彈性件，所述套管通過回流管與輸送廢水進入的水管連通，且所述回流管上設有單向閥。
進一步地，所述射流管包括依次連接的入口段、收縮段、喉道以及擴散段，其中，所述擴散段位于上部，入口段位于下部，其中，所述射流管的入口段開設有側口。
進一步地，所述高級氧化膜反應器的高徑比為4-8，停留時間0.5-2h，循環比100％--200％。
進一步地，所述多級加藥環的第一級加藥環位于多級反應區最底部，距離所述導流裝置頂端0.3-0.5m，第二級及以上加藥環間距自下而上逐漸增大，間距0.5-2.0m，所述多級加藥環與多個加藥口一對一連接。
進一步地，所述產水裝置由固定架、截留膜、集水管和振動電機組成，其中，所述截留膜為中空纖維膜、平板膜中的一種，膜孔徑0.02-O.1μm。
進一步地，所述集水管與出水口連接，所述出水口與出水泵和反洗泵連接，連接管道上分別安裝出水電動閥和反洗電動閥，所述出水口下方設有循環取水口，所述循環取水口位于所述多級反應區，位置不低于最高加藥口，且與所述循環泵連接。
一種基于MOFs活化PS的氧化膜反應器用于處理廢水的方法，具體包括以下步驟，
①廢水經進水泵與加藥泵投加的PS在進水口前端預混合，經所述進水口進入所述高級氧化膜反應器內部的破漿混合裝置處射流管內，通過射流碰撞混合均勻；MOFs材料經由循環泵到達所述破漿混合裝置處，通過射流碰撞破壞由分散的MOFs材料遇水形成的淤漿包裹狀態，使其成為分散狀態；
②廢水與PS的混合液以及分散的MOFs材料在所述破漿混合區在傘形結構導流下進行第一次混合反應，通過控制錐形底面下緣流速0.6-1.0m/s；
③廢水與PS的混合液以及分散的MOFs材料混合均勻后通過所述導流裝置均勻上升，進入多級反應區。通過設計錐形底面下緣兩側流速0.1-0.3m/s和導流裝置底部距離所述錐形頂點0.3-0.8m，使混合液從錐形翻涌出來后流態趨穩，形成均質懸浮床；
④在多級反應區內設置多級加藥環，在高級氧化膜反應不同高度分層投加PS藥液，有效縮短PS經MOFs催化后產生的硫酸根自由基與污染物反應的傳質距離，且最大化控制硫酸根自由基在4s的半衰期內產生有效反應；
⑤經多級反應后進入截留出水區，水流經出水泵抽吸經所述截留膜后達標排放，MOFs被截留在多級反應區；
⑥當高級氧化膜反應器運行一段時間后所述截留膜需要反洗，通過控制單元關閉進水泵、加藥泵、出水泵和出水電動閥，開啟反洗泵和反洗電動閥，對截留膜進行反洗。
本發明的有益效果體現在：
(1)本發明中，利用MOFs活化PS，有效避免Fe2+過渡金屬活化存在的鐵泥產量大、二次污染、返色、催化劑利用率低、后續處理費用高等問題，且與現有高級氧化技術相比，傳質效率更高，實現上升流速提升和水力停留時間縮短，有效降低占地、基建成本、能耗。
(2)本發明針對MOFs在廢水中呈現淤漿聚合狀態，分布不均，難以有效傳質的難題，設計破漿混合裝置，通過大的水流沖擊力度破壞淤漿聚合狀態，使淤漿內部的MOFs分散開來，進一步通過水流流態，使其與廢水充分混合形成均質懸浮床，具有催化劑利用率高、傳質效率高、空間利用大，占地面積小等優勢。
(3)本發明針對MOFs粒徑小，難以與廢水有效分離的問題，利用截留膜在有效出水的同時減少MOFs流失，提高出水水質，MOFs重復利用率，減少催化劑成本。
(4)SO4-·半衰期4s左右，猝滅后消失強氧化性，本發明通過多級加藥環的分層加藥，可使高級氧化膜反應器在徑向上一直有效產生新生自由基，保持反應體系的高活性，使藥液的利用率更高，處理效率更高。
（發明人：盧珊珊;朱旭佳;彭發龍;徐燕星;翟睿智;何偉;吳玉玨;丁辛茹）
