基于芬顿反应的流化床系统及利用其处理污水的方法与流程

1.本发明涉及污水处理领域，尤其涉及一种基于芬顿反应的流化床系统及利用其处理污水的方法。


背景技术：

2.污水处理是一种涉及去除废水中有害污染物的处理过程。而芬顿反应是一种通过氧化还原反应来分解废水中有害污染物的方法。在污水处理中，芬顿反应通常被用来处理有机化合物的废水，如苯和甲苯等有机物。这种反应需要在污水中添加过氧化氢和铁离子，以产生高度活性的氢氧自由基，这些自由基可以氧化和分解有机污染物。在芬顿反应的过程中，废水中的有机化合物会被分解成更小的分子，这些分子可以更容易地被生物降解或其他污水处理方法去除。因此，芬顿反应在污水处理中起着重要的作用，特别是在处理高浓度有机废水的情况下，它可以有效地降解有机污染物，并将其转化为更安全的化合物，从而减少了对环境的影响。
3.然而，常规芬顿反应为均相反应，因此催化剂易流失，从而造成二次污染，造成运行成本增高；此外反应过程中还会有大量化学污泥生成，使得厂区污泥处理成本增高；另外，在实际运行过程中，残留的h2o2可导致污泥上浮与cod数值升高，因此制约了此工艺的进一步推广与应用。


技术实现要素：

4.为了克服现有技术的缺陷，本发明所要解决的技术问题在于提出一种基于芬顿反应的流化床系统及利用其处理污水的方法，解决基于芬顿反应的污水处理过程中催化剂易流失的问题。
5.为达此目的，本发明采用以下技术方案：
6.本发明提供的一种基于芬顿反应的流化床系统，包括流化床主体，流化床主体的下端设有第一进水口，流化床主体的上端设有第一出水口，流化床主体的内部设有填料层和结晶层，结晶层位于填料层的上方。
7.基于芬顿反应的流化床系统是诱导结晶原理与流化床技术的结合，为改良常规芬顿工艺不足，将流化床反应器与芬顿技术有机结合，通过引入外加颗粒并设置为结晶层从而实现fe
3+
的异相结晶，将芬顿反应过程中产生的fe
3+
以结晶的形式披覆在填料的表面，实现fe
3+
的截留，强化芬顿反应。废水以一定的流速从反应器底部进入，使晶体处于悬浮状态，进而获得以晶种为核心的复合材料。晶核在其中充当“凝结核”的作用，晶核的存在能使水相中参加反应的离子在其表面富集，进而导致晶核周围局部离子浓度升高至过饱和状态，加速在晶核表面沉淀附着。其中，该反应过程由以下步骤循环进行：
8.1)feooh的形成：亚铁试剂中的催化成分fe
2+
分解h2o2产生oh
·
和fe
3+
，fe
3+
在结晶层的颗粒表面结晶形成feooh，羟基自由基oh
·
，可用于氧化可生化性差、分子量大的有机物，从而处理废水；
9.2)feooh的溶解还原：此外，结晶形成feooh与有机物形成络合物前驱体，通过电子转移，释放出有机基和fe
2+
，fe
2+
循环地继续生成分解h2o2产生oh
·
和fe
3+
，从而避免的催化成分fe
2+
的流失。
10.本发明优选地技术方案在于，还包括配水井，配水井位于流化床主体的一侧，配水井的一端设有第二进水口，配水井的另一端设有第二出水口，第二出水口和第一进水口管道连接，第二进水口和第二出水口之间设有试剂入口。
11.本发明优选地技术方案在于，试剂入口依次包括硫酸入口、亚铁入口、双氧水入口。
12.本发明优选地技术方案在于，流化床主体的内部侧壁还开设有喷气口，喷气口朝向结晶层。
13.本发明优选地技术方案在于，结晶层为细砂，填料层为鹅卵石和石英砂。
14.本发明优选地技术方案在于，流化床主体的内部设置有承托板，承托板上开设有供水通过的通孔，填料层位于承托板上，承托板下设置有过滤单元。
15.本发明优选地技术方案在于，过滤单元为依次从上到下设置的滤梁和滤柱。
16.本发明优选地技术方案在于，过滤单元和承托板之间还设置有布水层。
17.本发明提供的一种利用上述流化床系统处理污水的方法，包括以下步骤：
18.s0：打开第一进水口的阀门前，对待处理的污水加入硫酸、亚铁试剂和双氧水，得到预处理污水；
19.s1：将预处理污水经第一进水口送入流化床主体的内部，预处理污水中的污染物质通过芬顿反应降解，亚铁离子转化为三价铁离子后在结晶层上的颗粒表面诱导结晶并且附着沉积于颗粒表面；
20.s2：经过处理后的预处理污水从第一出水口排出。
21.本发明优选地技术方案在于，在s0中，通过检测结晶层处的ph值调整亚铁试剂的添加量。
22.本发明的有益效果：
23.本发明提供的基于芬顿反应的流化床系统，流化床主体的内部设有填料层和结晶层，将预处理污水中的污染物质通过芬顿反应降解，亚铁离子转化为三价铁离子后在结晶层上的颗粒表面诱导结晶并且附着沉积于颗粒表面上，实现fe
3+
的异相结晶，将芬顿反应过程中产生的fe
3+
以结晶的形式披覆在填料的表面，以feooh的形式实现fe
3+
的截留，从而实现减少催化剂fe
2+
的流失，减少亚铁试剂的使用，降低运行成本，避免了大量化学污泥生成，降低厂区污泥处理成本，双氧水参与的芬顿反应也更加充分，不容易残留，从而避免污泥上浮和cod数值升高。
附图说明
24.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
25.图1为本发明基于芬顿反应的流化床系统的俯视结构示意图；
26.图2为本发明基于芬顿反应的流化床系统中流化床主体的结构示意图；
27.图3为本发明基于芬顿反应的流化床系统的污水流向示意图；
28.图4为本发明利用基于芬顿反应的流化床系统处理污水的方法的流程图。
29.图中：
30.1-流化床主体；21-第一进水口；22-第一出水口；23-喷气口；31-填料层；
31.32-结晶层；33-承托板；34-过滤单元；341-滤梁；342-滤柱；35-布水层；
32.4-配水井；41-第二进水口；42-第二出水口；43-试剂入口；431-硫酸入口；
33.432-亚铁入口；433-双氧水入口。
具体实施方式
34.下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。
35.请参阅图1-3，本实施例提供的一种基于芬顿反应的流化床系统，包括流化床主体1，流化床主体1的下端设有第一进水口21，流化床主体1的上端设有第一出水口22，流化床主体1的内部设有填料层31和结晶层32，结晶层32位于填料层31的上方。填料层主要起着支撑结晶层的作用，本实施例中，结晶层32为细砂，填料层31为鹅卵石和石英砂。结晶层上的细砂颗粒用于供芬顿反应作为催化剂的三价铁离子附着，以防止催化剂随着经处理过的污水一并流出流化床系统，造成流失，当铁离子浓度过高时，铁离子会将微生物包裹住，使其将营养物质隔绝在微生物外围，使活性微生物缺乏营养，呼吸速率减缓，脱氮性能大大削弱，从而产生二次污染。而铁离子附着于填料层后，能减少该情况的发生。而且实现fe
3+
的异相结晶，将芬顿反应过程中产生的fe
3+
以结晶的形式披覆在填料的表面，实现fe
3+
的截留，可以减少亚铁试剂的使用，降低运行成本，双氧水参与的芬顿反应也更加充分，不容易残留，从而避免污泥上浮和cod数值升高。
36.具体地，还包括配水井4，配水井4位于流化床主体1的一侧，配水井4的一端设有第二进水口41，配水井4的另一端设有第二出水口42，第二出水口42和第一进水口21管道连接，第二进水口41和第二出水口42之间设有试剂入口43。配水井的设置，有利于局部提高待处理污水的芬顿药剂的浓度，有利于提高反应的速率和提高污水的清洗效率。
37.优选地，试剂入口43依次包括硫酸入口431、亚铁入口432、双氧水入口433。通过上述的入口分别加入硫酸、亚铁试剂、双氧水，其中，亚铁试剂可以为硫酸亚铁、氯化亚铁以及硝酸亚铁等。本实施例中，选择的是氯化亚铁，这是因为氯化亚铁在水中更容易被氧化成铁离子，并且氯离子在水中会与铁离子形成铁氧化物沉淀。此外，氯化亚铁的溶解度比硫酸亚铁更高，可以更快地释放亚铁离子，加速反应速率，更容易附着在结晶层的细砂上。硫酸先加入污水中，可以将水中的碱性物质中和，使反应体系保持一定的酸性，这有利于亚铁离子保持活性。亚铁离子的活性维持需要硫酸的存在，因此亚铁入口在硫酸入口之后。在亚铁离子生成后，会与污染物发生氧化反应，从而降解有机物质。双氧水在反应中充当氧化剂，可进一步增强氧化降解的效果。因此，双氧水入口应在亚铁试剂加入后，以便在反应器中形成足够的铁离子，以最大限度地利用双氧水的氧化能力。
38.优选地，流化床主体1的内部侧壁还开设有喷气口23，喷气口23朝向结晶层32，使得结晶层的细砂被喷起，形成更加均匀的体系，使得流化床中的气体和固体颗粒形成了循环流动系统，使得反应物得以持续流动，保持整个芬顿反应过程的稳定性和均匀性，同时也
便于产品的收集和分离，同时，也避免结晶层的细砂掉落到填料层的位置。
39.具体地，流化床主体1的内部设置有承托板33，承托板33上开设有供水通过的通孔，填料层31位于承托板33上，承托板33下设置有过滤单元34。
40.优选地，过滤单元34为依次从上到下设置的滤梁341和滤柱342。滤柱和滤梁都是用于过滤进入的预处理污水中的杂质和微小颗粒，起到保护结晶层和反应器设备的重要作用。
41.为了让进入的污水充分展开，提高处理效率，优选地，过滤单元34和承托板33之间还设置有布水层35，具体地，布水层35采用的是pvc穿孔布水板。
42.请参阅图4，本实施例提供的一种利用上述流化床系统处理污水的方法，包括以下步骤：
43.s0：打开第一进水口的阀门前，对待处理的污水加入硫酸、亚铁试剂和双氧水，得到预处理污水；
44.s1：将预处理污水经第一进水口送入流化床主体的内部，第一进水口设置于流化床主体的底部，预处理污水从流化床主体的底部往顶部流动，当经过流化床主体的内部的填料层和结晶层时发生芬顿反应，预处理污水中的污染物质通过芬顿反应降解，亚铁离子转化为三价铁离子后在结晶层上的颗粒表面诱导结晶并且附着沉积于颗粒表面，不容易随着污水流失，能够持续对后续的污水进行催化；
45.s2：经过处理后的预处理污水在流化床主体的顶部溢流并经第一出水口排出。
46.优选地，在s0中，通过检测结晶层处的ph值调整亚铁试剂的添加量。本实施例中，通过设置ph测试仪进行检测。该技术方案通过检测结晶层处的ph值调整亚铁试剂的添加量是一种实时反馈的控制策略，有如下优点：1、精度高，通过检测结晶层处的ph值来调整亚铁试剂的添加量，可以在反应过程中实时掌握反应环境的酸碱情况，从而精确控制亚铁试剂的添加量，使反应达到最佳状态，反应效率和反应速率得到提高；2、节省试剂：由于可以根据实时反馈的ph值调整亚铁试剂的添加量，避免了添加过量或不足的情况，从而可以有效地节省试剂使用量，降低处理成本；3、稳定性好：通过控制反应环境的ph值来调整亚铁试剂的添加量，可以保持反应环境的稳定性，防止因为试剂添加不足或过量导致的反应失控，从而保证了处理的稳定性和可靠性。
47.本实施例的技术方案由于采用了基于芬顿反应的流化床系统及其处理污水的方法，在整个污水处理过程中减少了亚铁试剂的加药量，经计算，同比加药量少投加20％。同时由于作为催化剂的三价铁离子为非均相状态，附着于结晶层的颗粒表面上，因此在此过程中化学污泥生成量较少，比传统芬顿氧化塔产泥量少20％以上，大大减轻了厂区污泥系统运行负担，达到污泥减量化目的。
48.本发明是通过优选实施例进行描述的，本领域技术人员知悉，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以对这些特征和实施例进行各种改变或等效替换。本发明不受此处所公开的具体实施例的限制，其他落入本技术的权利要求内的实施例都属于本发明保护的范围。

技术特征：
1.一种基于芬顿反应的流化床系统，包括流化床主体(1)，其特征在于：所述流化床主体(1)的下端设有第一进水口(21)，所述流化床主体(1)的上端设有第一出水口(22)；所述流化床主体(1)的内部设有填料层(31)和结晶层(32)，所述结晶层(32)位于所述填料层(31)的上方。2.根据权利要求1所述的流化床系统，其特征在于：还包括配水井(4)，所述配水井(4)位于所述流化床主体(1)的一侧；所述配水井(4)的一端设有第二进水口(41)，所述配水井(4)的另一端设有第二出水口(42)，所述第二出水口(42)和所述第一进水口(21)管道连接，所述第二进水口(41)和所述第二出水口(42)之间设有试剂入口(43)。3.根据权利要求2所述的流化床系统，其特征在于：所述试剂入口(43)依次包括硫酸入口(431)、亚铁入口(432)、双氧水入口(433)。4.根据权利要求1所述的流化床系统，其特征在于：所述流化床主体(1)的内部侧壁还开设有喷气口(23)，所述喷气口(23)朝向所述结晶层(32)。5.根据权利要求1所述的流化床系统，其特征在于：所述结晶层(32)为细砂；所述填料层(31)为鹅卵石和石英砂。6.根据权利要求1所述的流化床系统，其特征在于：所述流化床主体(1)的内部设置有承托板(33)，所述承托板(33)上开设有供水通过的通孔；所述填料层(31)位于所述承托板(33)上，所述承托板(33)下设置有过滤单元(34)。7.根据权利要求6所述的流化床系统，其特征在于：所述过滤单元(34)为依次从上到下设置的滤梁(341)和滤柱(342)。8.根据权利要求7所述的流化床系统，其特征在于：所述过滤单元(34)和所述承托板(33)之间还设置有布水层(35)。9.一种利用权利要求1-8任一项所述的流化床系统处理污水的方法，其特征在于，包括以下步骤：s0：打开所述第一进水口的阀门前，对待处理的污水加入硫酸、亚铁试剂和双氧水，得到预处理污水；s1：将所述预处理污水经第一进水口送入流化床主体的内部，所述预处理污水中的污染物质通过芬顿反应降解，亚铁离子转化为三价铁离子后在结晶层上的颗粒表面诱导结晶并且附着沉积于所述颗粒表面；s2：经过处理后的所述预处理污水从所述第一出水口排出。10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于：在s0中，通过检测结晶层处的ph值调整所述亚铁试剂的添加量。

技术总结
本发明涉及一种基于芬顿反应的流化床系统及利用其处理污水的方法，其系统包括流化床主体，流化床主体的下端设有第一进水口，流化床主体的上端设有第一出水口，流化床主体的内部设有填料层和结晶层，结晶层位于填料层的上方。该方法包括预处理污水、亚铁离子转化为三价铁离子后在结晶层上的颗粒表面诱导结晶并且附着沉积于颗粒表面、处理后的污水排出。本发明能够解决在基于芬顿反应的污水处理过程中催化剂易流失的问题。中催化剂易流失的问题。中催化剂易流失的问题。


技术研发人员：李文斌
受保护的技术使用者：广东理文造纸有限公司
技术研发日：2023.04.10
技术公布日：2023/7/20