申请日2019.02.15
公开(公告)日2019.06.07
IPC分类号C02F9/06; C02F101/30
摘要
本发明提供了一种采用铁碳内电解‑非均相芬顿处理焦化废水反渗透浓水中有机质的组合工艺，该工艺流程主要经过pH调节单元、铁碳内电解单元、非均相芬顿单元、中和调节单元和超滤处理单元进行处理，逐步对反渗透浓水中的有机污染物进行分解，达到去除污染物的目的。该工艺流程的出水水质稳定，抗冲击负荷能力强，氧化剂利用率高，出水水质稳定，反应条件温和，整个体系基本无铁泥产生，具有流程短、简单、高效、实用性强等优势。
权利要求书
1.一种采用铁碳内电解-非均相芬顿处理焦化废水反渗透浓水中有机质的组合工艺，其特征在于,包括以下工艺步骤:
步骤(1)，酸碱度调节：反渗透浓水先流入pH调节池，调节pH值至2.5-4.5;
步骤(2)，铁碳内电解单元：经pH调节池流出的浓水流入铁碳内电解单元进行氧化还原反应;之后通过曝气，使浓水与添加的铁碳填料充分接触发生还原加氢反应，使得浓水中难分解的高分子有机质开环断链，降解成小分子有机质，增强浓水的可生化性;
步骤(3)，非均相芬顿单元：经铁碳内电解单元出来的浓水进入非均相芬顿单元，所述非均相芬顿单元中的催化剂与添加的双氧水反应产生具有氧化性的中间产物，产生的所述中间产物破坏浓水中的有机污染物的分子结构，最终使所述有机污染物矿化;
步骤(4)，中和调节：经非均相芬顿单元处理的浓水进入中和调节池，调节pH至8～9;
步骤(5)，超滤处理：经中和调节后的浓水进入超滤单元，截留浓水中的少量含铁絮体，之后处理过浓水经超滤单元排出。
2.根据权利要求1所述的一种采用铁碳内电解-非均相芬顿处理焦化废水反渗透浓水中有机质的组合工艺，其特征在于：还包括步骤(6)，超滤清洗单元：清洗超滤单元后的污水排入装有反渗透浓水的进水池中。
3.根据权利要求1所述的一种采用铁碳内电解-非均相芬顿芬顿处理焦化废水反渗透浓水中有机质的组合工艺，其特征在于：步骤(2)中，所述铁碳内电解单元包括铁碳内电解反应器和曝气装置，所述曝气装置与所述铁碳内电解反应器底部相连，所述铁碳内电解反应器与非均相芬顿芬顿反应器相连，所述曝气装置的曝气量为40-100L/h。
4.根据权利要求3所述的一种采用铁碳内电解-非均相芬顿芬顿处理焦化废水反渗透浓水中有机质的组合工艺，其特征在于：所述铁碳内电解反应器采用流化床，浓水流动路径为下进上出，所述铁碳内电解反应器在底部曝气，可以起到搅拌和充氧的目的，使得浓水与铁碳填料充分接触，所述铁碳内电解反应器的水力停留时间为2-8h;所述铁碳内电解反应器中铁与碳的质量比1-8:1。
5.根据权利要求4所述的一种采用铁碳内电解-非均相芬顿芬顿处理焦化废水反渗透浓水中有机质的组合工艺，其特征在于：所述铁碳内电解反应器中铁投加量50-200mg/L;所述铁碳内电解反应器中的铁可以采用铁的边角料，例如铁屑、铁片和/或铁块;所述铁碳内电解反应器中的碳可以采用活性炭、焦炭颗粒。
6.根据权利要求1所述的一种采用铁碳内电解-非均相芬顿芬顿处理焦化废水反渗透浓水中有机质的组合工艺，其特征在于：步骤(3)中，所述非均相芬顿芬顿单元包括非均相芬顿芬顿反应器，所述非均相芬顿芬顿反应器分别与所述铁碳内电解单元和所述中和调节池相连，所述非均相芬顿芬顿反应器的水力停留时间为1-4h。
7.根据权利要求6所述的一种采用铁碳内电解-非均相芬顿芬顿处理焦化废水反渗透浓水中有机质的组合工艺，其特征在于：所述非均相芬顿芬顿反应器包括催化剂固定床，所述催化剂固定床中选用的催化剂为金属氧化物或金属有机框架材料;其中，所述金属氧化物可以为Fe、Cu、Ce、Cr、Co或Mn的氧化物，所述金属有机框架材料包括无机金属离子或金属离子簇与有机配体通过配位自组装构成的具有多维网状结构的聚合物。
8.根据权利要求6所述的一种采用铁碳内电解-非均相芬顿芬顿处理焦化废水反渗透浓水中有机质的组合工艺，其特征在于：所述非均相芬顿芬顿反应器的进水口处设置加药装置，投加的药剂为双氧水，所述双氧水投加量为10-100mg/L。
9.根据权利要求1所述的一种采用铁碳内电解-非均相芬顿芬顿处理焦化废水反渗透浓水中有机质的组合工艺，其特征在于：步骤(5)中，所述超滤单元包括超滤装置，所述超滤装置采用外压式中空纤维膜组件，清洗水经回流装置与RO浓水混合后进入处理体系，截留的铁污泥脱水浓缩后外送;所述外压式中空纤维膜组件，膜孔径为0.01-0.1μm，膜材料为聚偏氟乙烯，膜通量为10-50L/(m2·h)。
10.根据权利要求9所述的一种采用铁碳内电解-非均相芬顿芬顿处理焦化废水反渗透浓水中有机质的组合工艺，其特征在于：所述超滤设备采用单段间歇运行方式，运行时间5-10min，停止时间1-3min，跨膜压差0-50kpa。
说明书
一种采用铁碳内电解-非均相芬顿处理焦化废水反渗透浓水中有机质的组合工艺
技术领域
本发明属于工业水处理技术领域，涉及一种焦化废水厂反渗透浓水中有机污染物的适度处理方法，尤其涉及一种铁碳内电解与非均相芬顿连用技术，深度去除有机质的处理工艺。
背景技术
焦化废水是一类含有高浓度难降解有机污染物及氨氮、高含盐量的废水，主要有机成分有挥发酚、多环芳烃、含氮杂环化合物、石油烃等，成分复杂。经生化处理后，残留有机物绝大部分为难生物降解有机质，绝大多数氨氮可得到有效去除。现如今焦化废水回用使用成为其处理的主流，反渗透处理水量大，出水水质好，已作为一种标准水处理技术成为焦化废水深度处理的常规手段。经反渗透后，将无法生物降解的有机质及可溶性盐进一步浓缩至反渗透浓水中，这部分水COD含量高，可生化性极差，且含盐量高，处理难度大，因此需要选择适宜的可行的经济的浓水处理工艺。
Fenton技术是现如今处理焦化废水RO浓水中有机污染物的常用手段之一，它是以Fe2+为催化剂，与双氧水发生链反应生成·OH，能无选择性的攻击有机物分子，使其发生开环或断链，直至完全矿化。但是针对类似于焦化废水反渗透浓水这种含有高浓度难降解大分子有机污染物的有机废水，处理效果有限，对废水水质水量适应性差，反应过程对pH要求高，氧化剂H2O2的利用率低，而且无法避免地将产生大量的铁泥，铁泥的处理不仅难度大，成本也高。
铁碳内电解工艺是依据金属的腐蚀电化学原理，利用形成的微电池效应降解废水中有机质的一种废水处理方法，基本原理为将铁碳接触在一起，浸入电解质溶液，利用铁碳之间较大的电势差，形成原电池，发生氧化还原反应。电极反应生成的[H]及初生态的Fe2+等具有较高的反应活性，可与难降解的高分子有机物发生还原加氢反应，可有效提高废水的可生化性。同时，铁碳内电解反应过程中会产生大量的Fe2+，进而氧化成Fe3+，并伴有pH的升高，Fe2+/Fe3+发生混凝吸附作用，通过外加絮凝剂使得有机质进一步得到去除，但是也会产生大量的铁泥。RO浓水含盐量高，导电性好，是一种现成的电解质溶液，为铁碳内电解创造了基础条件。以铁碳内电解作为前处理方法，有利于减轻后续处理的难度，可增强整个系统的抗冲击负荷能力。
因此，以铁碳内电解出水中大量的Fe2+/Fe3+为桥梁将两种处理方法有效结合起来，从而建立一种高效经济无二次污染的处理技术是较为理想的处理工艺，但是这种联用工艺的应用仍需要进一步探索。
发明内容
本发明的目的在于设计一种采用铁碳内电解-非均相芬顿处理焦化废水反渗透浓水中有机质的组合工艺，解决上述问题。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种采用铁碳内电解-非均相芬顿处理焦化废水反渗透浓水中有机质的组合工艺，包括以下工艺步骤:
步骤(1)，酸碱度调节：反渗透浓水先流入pH调节池，调节pH值至2.5-4.5;
步骤(2)，铁碳内电解单元：经pH调节池流出的浓水流入铁碳内电解单元进行氧化还原反应;之后通过曝气，使浓水与添加的铁碳填料充分接触发生还原加氢反应，使得浓水中难分解的高分子有机质开环断链，降解成小分子有机质，增强浓水的可生化性;
步骤(3)，非均相芬顿单元：经铁碳内电解单元出来的浓水进入非均相芬顿单元，所述非均相芬顿单元中的催化剂与添加的双氧水反应产生具有氧化性的中间产物，产生的所述中间产物破坏浓水中的有机污染物的分子结构，最终使所述有机污染物矿化;
步骤(4)，中和调节：经非均相芬顿单元处理的浓水进入中和调节池，调节pH至8～9;
步骤(5)，超滤处理：经中和调节后的浓水进入超滤单元，截留浓水中的少量含铁絮体，之后处理过浓水经超滤单元排出。
优选的，还包括步骤(6)，超滤清洗单元：清洗超滤单元后的污水排入装有反渗透浓水的进水池中。
优选的，步骤(2)中，所述铁碳内电解单元包括铁碳内电解反应器和曝气装置，所述曝气装置与所述铁碳内电解反应器底部相连，所述铁碳内电解反应器与非均相芬顿反应器相连，所述曝气装置的曝气量为40-100L/h。
优选的，所述铁碳内电解反应器采用流化床，浓水流动路径为下进上出，所述铁碳内电解反应器在底部曝气，可以起到搅拌和充氧的目的，使得浓水与铁碳填料充分接触，所述铁碳内电解反应器的水力停留时间为2-8h;所述铁碳内电解反应器中铁与碳的质量比1-8:1。
优选的，所述铁碳内电解反应器中铁投加量50-200mg/L;所述铁碳内电解反应器中的铁可以采用铁的边角料，例如铁屑、铁片和/或铁块;所述铁碳内电解反应器中的碳可以采用活性炭、焦炭颗粒。
优选的，步骤(3)中，所述非均相芬顿单元包括非均相芬顿反应器，所述非均相芬顿反应器分别与所述铁碳内电解单元和所述中和调节池相连，所述非均相芬顿反应器的水力停留时间为1-4h。
优选的，所述非均相芬顿反应器包括催化剂固定床，所述催化剂固定床中选用的催化剂为金属氧化物或金属有机框架材料;其中，所述金属氧化物可以为Fe、Cu、Ce、Cr、Co或Mn的氧化物，所述金属有机框架材料包括无机金属离子或金属离子簇与有机配体通过配位自组装构成的具有多维网状结构的聚合物。
优选的，所述非均相芬顿反应器的进水口处设置加药装置，投加的药剂为双氧水，所述双氧水投加量为10-100mg/L。
优选的，步骤(5)中，所述超滤单元包括超滤装置，所述超滤装置采用外压式中空纤维膜组件，清洗水经回流装置与RO浓水混合后进入处理体系，截留的铁污泥脱水浓缩后外送;所述外压式中空纤维膜组件，膜孔径为0.01-0.1μm，膜材料为聚偏氟乙烯，膜通量为10-50L/(m2·h)。
优选的，所述超滤设备采用单段间歇运行方式，运行时间5-10min，停止时间1-3min，跨膜压差0-50kpa。
本发明有益效果可以总结如下：
1、本发明提出的一种采用铁碳内电解-非均相芬顿处理焦化废水反渗透浓水中有机污染物的工艺，首先利用铁碳内电解作为芬顿反应的前处理方法，利用还原及混凝吸附作用降解去除有机质，提升后续芬顿处理效率效率。非均相芬顿单元，利用固体催化剂催化H2O2产生·OH降解有机质，达到COD去除的目的，出水经超滤后水质满足污水综合排放标准二级标准要求，出水水质稳定。整个体系基本无铁泥产生，反应条件温和，具有流程短、简单、高效、实用性强等优势。
2、本发明提出的一种采用铁碳内电解-非均相芬顿处理焦化废水反渗透浓水中有机污染物的工艺，在酸性条件下有机大分子发生还原加氢反应，使其开环断链生成小分子有机质，增强废水可生化性，同时Fe2+/Fe3+的混凝吸附作用可进一步去除有机污染物，有效地减轻了后续处理的难度，增强了整个系统的抗冲击负荷能力。另外出水中夹杂的大量含铁微小絮体进入非均相芬顿单元后被截留在固体催化剂表面，为非均相芬顿单元补充铁源，同时可大大降低整个系统铁泥的产量。
3、本发明提出的一种采用铁碳内电解-非均相芬顿处理焦化废水反渗透浓水中有机污染物的工艺，经铁碳内电解处理后的废水进入非均相芬顿单元，pH适用范围广，无需进行二次调节pH，利用固体催化剂催化分解外加的H2O2产生·OH，无选择性的攻击有机物分子，使其分解矿化。采用非均相催化剂，大大提高了H2O2的利用率，减小了氧化剂的用量，降低了运行成本。
4、本发明提出的一种采用铁碳内电解-非均相芬顿处理焦化废水反渗透浓水中有机污染物的工艺，不仅仅针对焦化废水RO浓水这一种废水中有机污染物有较高的去除效率，还可广泛应用于各种高盐、高COD、难生物降解的有机废水的处理。
