申请日2018.09.03
公开(公告)日2018.12.11
IPC分类号C02F9/14; C02F1/72; B01J23/889; B01J35/02
摘要
本发明公开了一种应用双金属类芬顿催化剂的污水处理装置，包括串联布置的预处理池、固定床催化填料反应池、pH调节池、厌氧生化池、好氧曝气池;预处理池设有污水进口、双氧水进口和pH调节剂进口，固定床催化填料反应池中的填料为双金属类芬顿催化剂，pH调节池设有pH调节剂进口，厌氧生化池中设有悬挂式厌氧接触填料，好氧曝气池中设有曝气管。本发明的优点在于：本发明通过酸处理增加了海泡石的比表面积和表面热稳定性;以酸处理海泡石为载体负载了硝酸铁和二氧化锰作为催化剂，提高了反应的效率，效避免了传统芬顿体系的缺点;各处理单元的数量灵活配置，适合不同浓度的污水处理。
权利要求书
1.一种应用双金属类芬顿催化剂的污水处理方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)将污水与双氧水和pH调节剂通入预处理反应池混合，调节pH值在5-7之间;
2)将预处理后的污水通入固定床催化填料反应池，固定床催化填料反应池中安放双金属类芬顿催化剂填料;
3)固定床催化填料反应池的出水进入pH调节池，通入pH调节剂将pH值调到6-7之间;
4)pH调节池的出水进入厌氧生化池，厌氧生化池中设有悬挂式厌氧接触填料;
5)厌氧生化池的出水进入好氧曝气池，好氧曝气池中设有曝气管，其出水即为处理后的污水。
2.根据权利要求1所述的一种应用双金属类芬顿催化剂的污水处理方法，其特征在于，所述步骤2)中双金属类芬顿催化剂的制备方法，包括以下步骤：
1)将海泡石浸泡于硝酸溶液中，浸泡3~5h，过滤后用水 清洗至中性，烘干;
2)将0.4 mol/L的三价铁溶液与0.4 mol/L二价锰溶液按体积比1~2:1~2混合，将混合后的溶液再与1.0 mol/L的尿素溶液按体积比1:1混合，制成混合溶液;
3)将酸化后的海泡石浸泡于混合溶液中，投加比例为每升混合溶液加40~60g海泡石，浸泡2~6小时;
4)过滤后用水清洗至中性，烘干，研磨至100~200目，得催化剂前驱物;
5)将催化剂前驱物于250~350℃煅烧2~3h，得双金属类芬顿催化剂。
3.根据权利要求2所述的一种应用双金属类芬顿催化剂的污水处理方法，其特征在于，所述硝酸的浓度为1~2mol/L，浸泡的温度保持在40~50℃;三价铁为硝酸铁，二价锰为硫酸锰;海泡石浸泡于混合溶液后，先置于100℃恒温摇床中2~3h，再取出冷却陈化2~3h。
4.根据权利要求1所述的一种应用双金属类芬顿催化剂的污水处理方法，其特征在于，所述步骤5)中好氧曝气池的出水进入好氧MBR池进一步净化。
5.根据权利要求1~4中任一项所述的一种应用双金属类芬顿催化剂的污水处理装置，其特征在于，包括串联布置的预处理池、固定床催化填料反应池、pH调节池、厌氧生化池、好氧曝气池;预处理池设有污水进口、双氧水进口和pH调节剂进口，固定床催化填料反应池中的填料为双金属类芬顿催化剂，pH调节池设有pH调节剂进口，厌氧生化池中设有悬挂式厌氧接触填料，好氧曝气池中设有曝气管。
6.根据权利要求5中所述的一种应用双金属类芬顿催化剂的污水处理装置，其特征在于，所述厌氧生化池至少为两个串联，相邻两个厌氧生化池中液体流向相反，在厌氧生化池底部出口处设有折流板，折流板边缘折起45度。
7.根据权利要求5中所述的一种应用双金属类芬顿催化剂的污水处理装置，其特征在于，所述好氧曝气池后串联好氧MBR池。
8.根据权利要求5中所述的一种应用双金属类芬顿催化剂的污水处理装置，其特征在于，所述预处理池、pH调节池中设有折流挡板。
9.根据权利要求5~8中任一项所述的一种应用双金属类芬顿催化剂的污水处理装置，其特征在于，所述固定床催化填料反应池至少有两个串联，相邻两个固定床催化填料反应池中液体流向相反，在固定床催化填料反应池中填料的进水端设有布水板，所述预处理池位于首个固定床催化填料反应池下方，所述pH调节池位于最后一个固定床催化填料反应池下方，形成预处理及类芬顿催化模块;单个厌氧生化池为厌氧生化模块，单个好氧曝气池为好氧曝气模块，好氧MBR池为好氧MBR模块，模块之间设有改变水流方向的导水模块，各模块外形尺寸匹配，相互之间为活动连接。
说明书
一种应用双金属类芬顿催化剂的污水处理方法及其装置
技术领域
本发明属于污水处理领域，具体涉及一种双金属类芬顿催化剂的制备方法及应用于污水处理的装置。
背景技术
随着国家节能减排要求的日益提高，工业废水排放标准普遍提高。工业废水种类繁多，水质复杂，难降解物质多，应用常规物化、生物组合工艺难以达到高标准排放要求。芬顿氧化是以·OH为主的高级氧化工艺，理论上可无选择性地氧化废水中大部分有机物，因而在工业废水处理领域得到较为广泛的应用。
典型的芬顿试剂是以Fe2+催化剂，用H2O2对有机物质进行化学氧化，使其分解为无机态的方法。芬顿体系所产生的中间态活性物种羟基自由基(·OH)跟其它氧化剂相比，具有更高的氧化电极电位(E=2.80V)，能无选择地与废水中的污染物反应，在使用过程中具有试剂无毒性，均相体系没有质量传输的阻碍，而且操作简单，相对投资小等优点，所以一直广泛地用于有毒有害废水的处理上。但是传统的芬顿反应也存在着H2O2利用率低、有机物降解不完全、产生大量铁泥、催化剂回收困难及出水色度增加等问题，而且催化剂还都存在易聚集与在水中分散性差的问题，成为其广泛应用的另一瓶颈。
发明内容
为克服上述技术问题，本发明提供了一种以海泡石为载体负载硫酸铁和二氧化锰的双金属类芬顿催化剂的污水处理方法及其装置。
为达到上述目的，本发明是通过以下的技术方案来实现的。
一种应用双金属类芬顿催化剂的污水处理方法，包括以下步骤：
1)将污水与双氧水和pH调节剂通入预处理反应池混合，调节pH值在5-7之间;
2)将预处理后的污水通入固定床催化填料反应池，固定床催化填料反应池中安放双金属类芬顿催化剂填料;
3)固定床催化填料反应池的出水进入pH调节池，通入pH调节剂将pH值调到6-7之间;
4)pH调节池的出水进入厌氧生化池，厌氧生化池中设有悬挂式厌氧接触填料;
5)厌氧生化池的出水进入好氧曝气池，好氧曝气池中设有曝气管，其出水即为处理后的污水。
进一步地所述步骤2)中双金属类芬顿催化剂的制备方法，包括以下步骤：
1)将海泡石浸泡于硝酸溶液中，浸泡3～5h，过滤后用水清洗至中性，烘干;
2)将0.4mol/L的三价铁溶液与0.4mol/L二价锰溶液按体积比1～2:1～2混合，将混合后的溶液再与1.0mol/L的尿素溶液按体积比1:1混合，制成混合溶液;
3)将酸化后的海泡石浸泡于混合溶液中，投加比例为每升混合溶液加40～60g海泡石，浸泡2～6小时;
4)过滤后用水清洗至中性，烘干，研磨至100～200目，得催化剂前驱物;
5)将催化剂前驱物于250～350℃煅烧2～3h，得双金属类芬顿催化剂。
相较于传统的芬顿催化方法，基于硫酸根自由基(·SO4-)的非均相芬顿技术，具有工作pH范围宽、无副产物、效率高以及药剂运输存储方便等诸多优点，还具有更强的催化性能;海泡石良好的吸附性能和催化性能在废水处理中得到开发应用，但是天然海泡石表面呈弱酸性、通道小且热稳定性差，经酸处理的海泡石与天然海泡石相比，内部通道连通，比表面积增大，半径小于1nm的孔洞数量减少，半径1～5nm的孔洞增加，且表面热稳定性增加。
进一步地所述硝酸的浓度为1～2mol/L，浸泡的温度保持在40～50℃;三价铁为硝酸铁，二价锰为硫酸锰;海泡石浸泡于混合溶液后，先置于100℃恒温摇床中2～3h，再取出冷却陈化2～3h。酸处理海泡石的性能受酸的浓度和浸泡时间相互影响，需要找出最佳的反应条件。
进一步地所述步骤5)中好氧曝气池的出水进入好氧MBR池进一步净化。实现工业废水的高效净化。
进一步地还提供了一种应用双金属类芬顿催化剂的污水处理装置，包括串联布置的预处理池、固定床催化填料反应池、pH调节池、厌氧生化池、好氧曝气池;预处理池设有污水进口、双氧水进口和pH调节剂进口，固定床催化填料反应池中的填料为双金属类芬顿催化剂，pH调节池设有pH调节剂进口，厌氧生化池中设有悬挂式厌氧接触填料，好氧曝气池中设有曝气管。
进一步地所述厌氧生化池中设有悬挂式厌氧接触填料，厌氧生化池至少为两个串联，相邻两个厌氧生化池中液体流向相反，在厌氧生化池底部出口处设有折流板，折流板边缘折起45度。折板边缘折起45度，将进水引向流室中心，实现布水的均匀性，导流板增加折角可以使水流流向升流区的中心部分，从而增加水力搅拌作用。
进一步地所述好氧曝气池后串联好氧MBR池。实现工业废水的高效净化。
进一步地所述预处理池和pH调节池中设有折流挡板。实现预处理区废水、双氧水和pH调节剂的充分混合;实现出水和pH调节剂的充分混合。
进一步地所述固定床催化填料反应池至少有两个串联，相邻两个固定床催化填料反应池中液体流向相反，在固定床催化填料反应池中填料的进水端设有布水板，所述预处理池位于首个固定床催化填料反应池下方，所述pH调节池位于最后一个固定床催化填料反应池下方，形成预处理及类芬顿催化模块;单个厌氧生化池为厌氧生化模块，单个好氧曝气池为好氧曝气模块，好氧MBR池为好氧MBR模块，模块之间设有改变水流方向的导水模块，各模块外形尺寸匹配，相互之间为活动连接。水流方向以上流向进入首个固定床催化填料反应池和好氧MBR池，以下流向进入首个厌氧生化池和首个好氧曝气池。根据污水中污染物含量的高低，灵活配置固定床催化填料反应池的数量，通过双金属类芬顿催化剂填料的催化还原与催化氧化的协同作用，降低工业废水的有机物浓度，然后再通过布水板以反方向流进入下一个固定床催化填料反应池，进一步降低工业废水的有机物浓度。可根据污水浓度的情况确定各模块的数量快速组装。
有益效果：与现有技术相比，本发明的优点在于：
1)本发明通过酸处理增加了海泡石的比表面积和表面热稳定性;
2)以酸处理海泡石为载体负载了硝酸铁和二氧化锰作为催化剂，提高了反应的效率，效避免了传统芬顿体系的缺点;
3)各处理单元的数量灵活配置，适合不同浓度的污水处理。
