申请日2014.01.24
公开(公告)日2014.05.07
IPC分类号C02F9/04
摘要
本发明公开了Fenton催化氧化法处理制浆废水的装置及方法。该装置包括集水池、催化氧化塔、中和池、混凝沉淀塔、清水池和药剂制备系统;催化氧化塔顶部的均衡调节槽通过管道与集水池连接;均衡调节槽通过管道与催化氧化塔的流态化催化反应柱底部的布水管连接;循环出水槽通过管道与布水管连接;中和池通过管道与混凝沉淀塔的布水管连接;混凝沉淀塔上部外壁上设置有出水槽，混凝沉淀塔顶部通过溢流口与出水槽连接。该方法包括均衡调节处理、流态化催化氧化处理和混凝沉淀和净化;本发明利用流态化条件下高效的传质效率，实现了较低的过氧化氢和亚铁离子投加量条件下废水的较高处理效果，提高了废水处理的效率，同时减少了污泥的生成量。
权利要求书
1.Fenton催化氧化法处理制浆废水的装置，其特征在于，包括集水池、催化氧化塔、 中和池、混凝沉淀塔、清水池和药剂制备系统;催化氧化塔顶部的均衡调节槽通过管道与 集水池连接;集水池与均衡调节槽的连接管道上设置有依次连接的第一水泵、第一管道混 合器、第二管道混合器和第一流量计;第一管道混合器通过管道与药剂制备系统的酸液贮 存槽的出口连接;第一管道混合器与药剂制备系统的酸液贮存槽出口的连接管道上设置有 第二计量泵;第二管道混合器通过管道与药剂制备系统的催化剂贮存槽的出口连接;第二 管道混合器与药剂制备系统的催化剂贮存槽出口的连接管道上设置有第一计量泵;
所述均衡调节槽通过管道与催化氧化塔的流态化催化反应柱底部的布水管连接;均衡 调节槽与布水管的连接管道上设置有依次连接的第二流量计、第二水泵和第三管道混合器; 第三管道混合器通过管道与药剂制备系统的过氧化氢贮存槽的出口连接;第三管道混合器 与药剂制备系统的过氧化氢贮存槽出口的连接管道上设置有第三计量泵;
所述流态化催化反应柱的上部外壁设置有循环出水槽，循环出水槽通过管道与布水管 连接;循环出水槽与布水管的连接管道上设置有依次连接的第三流量计和循环水泵;循环 出水槽还通过出水管道与中和池的进水口连接，出水管道上还设置有第四流量计;
所述中和池通过管道与混凝沉淀塔的布水管连接，中和池与混凝沉淀塔的布水管的连 接管道上设置有依次连接的第三水泵和第四管道混合器;中和池中设置有搅拌装置，中和 池通过管道与药剂制备系统的碱液贮存槽的出口连接，且连接管道上设置有第四计量泵; 第四管道混合器通过管道与药剂制备系统的絮凝剂贮存槽的出口连接;第四管道混合器与 药剂制备系统的絮凝剂贮存槽出口的连接管道上设置有第五计量泵;
所述混凝沉淀塔上部外壁上设置有出水槽，混凝沉淀塔顶部通过溢流口与出水槽连接; 出水槽通过出水管与清水池连接，出水槽还通过第三溢流管与清水池连接;
所述催化氧化塔的流态化催化反应柱中还设置有射流板和粒子投入口;
所述均衡调节槽通过第一溢流管与集水池连接。
2.根据权利要求1所述的Fenton催化氧化法处理制浆废水的装置，其特征在于，所 述均衡调节槽中设置有数块彼此分离的隔板。
3.根据权利要求1所述的Fenton催化氧化法处理制浆废水的装置，其特征在于，所 述射流板为设置有锥孔的多孔扇形板。
4.根据权利要求1所述的Fenton催化氧化法处理制浆废水的装置，其特征在于，所 述循环出水槽通过第二溢流管与集水池连接。
5.应用权利要求1‐4任一项所述装置的Fenton催化氧化法处理制浆废水的方法，其特 征在于包括以下步骤和工艺条件：
1)均衡调节处理：将集水池中的废水通过第一水泵输送到催化氧化塔顶部的均衡调节 槽，同时通过第一管道混合器和第二管道混合器分别加入H2SO4和FeSO4·7H2O;废水在均 衡调节槽的停留时间为10～15分钟;加入的FeSO4·7H2O与待处理水中COD质量比为 1.5～2.5:1;出口处废水的pH为3～4;
2)流态化催化氧化处理：经过均衡调节处理的废水采用第二水泵通过管道输送进入流 态化催化反应柱底部的布水管，通过第三管道混合器加入与待处理水中COD质量比为 1.5～3.5:1的过氧化氢，通过粒子投入口向流态化催化反应柱投入粒径为0.5～1.5mm的小颗 粒石英砂;从布水管流出的废水以45～65m/h的流速在流态化催化反应柱的底部向上流动， 使小颗粒石英砂呈流态化状态，进行流态化催化氧化反应;废水经过流态化催化氧化处理 后到达流态化催化反应柱的上部，废水与石英砂分离通过出水堰溢流到循环出水槽;循环 出水槽中的部分水通过循环水泵经管道输送进入流态化催化反应柱底部的布水管，和来自 均衡调节槽的废水混合，以维持废水在流态化反应柱中的上流速度，使小颗粒石英砂充分 流态化;循环出水槽中的另一部分水通过顶部的出水堰溢流进入中和池;
3)混凝沉淀和净化：经催化氧化处理的废水通过循环出水槽进入中和池，第四计量泵 向中和池中加入氢氧化钠溶液，调节废水的pH值至7.5～8;然后，通过第三水泵经管道输 送到混凝沉淀塔的布水管，进入混凝沉淀塔的流态化反应区，通过第四管道混合器向废水 中加入絮凝剂聚丙烯酰胺，聚丙烯酰胺的加入量为1.5～2mg/L;在流态化反应区，微絮体 开始形成，维持水流上升速度为(25～45)m/h;从流态化反应区出来的废水进入絮体增长 反应区，废水的流速下降，流态化逐渐减弱，微絮体在絮凝剂作用下相互凝聚，形成较大 的絮体开始下沉;接着，废水进入絮体分离沉淀区;在絮体分离沉淀区，废水上升的流速 进一步下降，絮体逐渐下沉至污泥浓缩区，在反应器底部形成沉淀并逐渐浓缩，废水上流 至混凝沉淀塔顶部的澄清水区，通过溢流堰溢流进入出水槽，再通过出水管输送到清水池， 完成废水的Fenton催化氧化处理过程。
说明书
Fenton催化氧化法处理制浆废水的装置及方法
技术领域
本发明涉及一种制浆造纸废水处理方法，具体涉及一种Fenton催化氧化法处理制浆废 水的装置及方法。
背景技术
制浆造纸工业是废水和污染物排放的重要源头之一。当前，普遍采取一级物化处理和 二级生物处理组合的工艺对制浆造纸废水进行处理，有效降低了废水的污染负荷。但是， 制浆废水中含有一定浓度的难生物降解的有机物，抑制了生物处理的效果，导致废水经二 级生物处理后不能达到国家的排放标准，仍然含有较高浓度的有机物，因而必须进行进一 步的深度处理，以减轻对受纳水体和生态环境的影响。
Fenton催化氧化法是采用亚铁离子为催化剂，反应体系中亚铁离子催化过氧化氢分解 产生羟基自由基·OH，再通过·OH氧化、矿化废水中的有机污染物，从而达到显著去除废 水中的污染物的目的。Fenton催化氧化法实质上包括两个连续的步骤：在酸性环境下亚铁 离子催化过氧化氢分解产生·OH，通过·OH氧化降解、矿化、去除废水中的有机物;接着， 调节反应体系的pH值至碱性，铁离子在碱性条件下生成铁盐沉淀絮体，通过吸附、混凝、 沉淀的方式去除废水中的有机污染物、悬浮物和其他污染物。Fenton催化氧化法是当前工 程上应用较多的高级氧化技术，具有反应速度快、反应条件温和且处理效果好的特点，已 成为降解去除废水中的难生物降解有机物的主要技术之一，具有稳定的良好效果。但是传 统的Fenton催化氧化技术存在着化学品用量大、处理成本高的问题，且处理过程中产生了 大量的污泥。
发明内容
本发明的目的在于克服现有普通Fenton氧化技术存在的不足，提供一种降低化学品用 量、减少化学污泥产量、提高废水处理效率的Fenton催化氧化法处理制浆废水的装置及方 法。
本发明的目的通过以下技术方案实现：
Fenton催化氧化法处理制浆废水的装置，包括集水池1、催化氧化塔6、中和池19、 混凝沉淀塔23、清水池25和药剂制备系统26;
所述的催化氧化塔6顶部的均衡调节槽7通过管道与集水池1连接;所述的均衡调节 槽7与集水池1的连接管道上设置有依次连接的第一水泵2、第一管道混合器3、第二管道 混合器4和流量计5;
所述第一管道混合器3通过管道与药剂制备系统26的酸液贮存槽的出口连接;所述的 第一管道混合器3与药剂制备系统26的酸液贮存槽出口的连接管道上设置有计量泵28;
所述第二管道混合器4通过管道与药剂制备系统26的催化剂贮存槽的出口连接;所述 的第二管道混合器4与药剂制备系统26的催化剂贮存槽出口的连接管道上设置有计量泵 27;
所述均衡调节槽7通过管道与催化氧化塔6的流态化催化反应柱12底部的布水管11 连接;所述的均衡调节槽7与布水管11的连接管道上设置有依次连接的流量计9、第二水 泵8和第三管道混合器10;
所述第三管道混合器10通过管道与药剂制备系统26的过氧化氢贮存槽的出口连接; 所述的第三管道混合器10与药剂制备系统26的过氧化氢贮存槽出口的连接管道上设置有 计量泵29;
所述流态化催化反应柱12的上部外壁设置有循环出水槽17，循环出水槽17通过管道 与布水管11连接;所述的循环出水槽17与布水管11的连接管道上设置有依次连接的流量 计16和循环水泵15;所述的循环出水槽17还通过出水管道35与中和池19的进水口连接， 出水管道35上还设置有流量计18;
所述中和池19通过管道与混凝沉淀塔23的布水管连接，所述中和池19与混凝沉淀塔 23的布水管的连接管道上设置有依次连接的第三水泵21和第四管道混合器22;
所述中和池19中设置有搅拌装置20，中和池19通过管道与药剂制备系统26的碱液 贮存槽的出口连接，且连接管道上设置有计量泵30;
所述第四管道混合器22通过管道与药剂制备系统26的絮凝剂贮存槽的出口连接;所 述的第四管道混合器22与药剂制备系统26的絮凝剂贮存槽出口的连接管道上设置有计量 泵31;
所述混凝沉淀塔23上部外壁上设置有出水槽24，混凝沉淀塔23顶部通过溢流口与出 水槽24连接;
所述出水槽24通过出水管36与清水池25连接，出水槽24还通过溢流管37与清水池 25连接;
所述的均衡调节槽7中设置有数块彼此分离的隔板;
所述催化氧化塔6的流态化催化反应柱12中还设置有射流板13和粒子投入口32，其 特征在于通过粒子投入口32向流态化催化反应柱12投加固体小颗粒14;其特征还在于所 述的射流板13为设置有锥孔的多孔扇形板;
所述混凝沉淀塔23设置有依次流通的流态化反应区、絮体增长反应区、絮体分离沉淀 区、污泥浓缩区和澄清水区。
所述的均衡调节槽7通过溢流管33与集水池1连接，所述的循环出水槽17通过溢流 管34与集水池1连接。
Fenton催化氧化法处理制浆废水的方法，其特征在于包括以下步骤和工艺条件：
1均衡调节处理：将集水池1中的废水通过第一水泵2输送到催化氧化塔6顶部的均 衡调节槽7，同时通过第一管道混合器3和第二管道混合器4依次加入H2SO4和与待处理水 中COD质量比为1.5～2.5:1的FeSO4·7H2O。均衡调节槽7中设置有数块彼此分离的隔板， 废水以推流式依次通过各个隔板，使废水、H2SO4和FeSO4·7H2O在通过管道混合器3、4 和均衡调节槽7的同时得到充分、均匀混合。废水在均衡调节槽7的停留时间为10～15分 钟，出口处废水的pH为3～4。
2流态化催化氧化处理：经过均衡调节处理的废水采用第二水泵8通过管道输送进入 流态化催化反应柱12底部的布水管11，同时通过第三管道混合器10加入与待处理水中COD 质量比为1.5～3.5:1的过氧化氢，通过粒子投入口32向流态化催化反应柱12投入固体小颗 粒14;从布水管11流出的废水以一定的流速在流态化催化反应柱12的底部向上流动，使 固体小颗粒14呈流态化状态，进行流态化催化氧化反应;而流态化催化反应柱12底部设 置的射流板13使废水呈现湍流、混流、漩涡等流动状态，有效增强了流态化催化反应柱 12底部的流态化程度，有利于废水中的有机物、过氧化氢、H2SO4和FeSO4·7H2O的迅速混 合、反应，提高了催化氧化反应的速度。
废水经过流态化催化氧化处理后到达流态化催化反应柱12的上部，随着流动截面积的 增加，废水上流速度下降，固体小颗粒14的运动速度不断下降，最后废水与固体小颗粒分 离通过出水堰溢流到循环出水槽17;
循环出水槽17中的部分水通过循环水泵15经管道输送进入流态化催化反应柱12底部 的布水管11，和来自均衡调节槽7的废水混合，以维持废水在流态化反应柱12中的上流 速度，使固体小颗粒充分流态化;循环出水槽17中的另一部分水通过顶部的出水堰溢流进 入中和池19;
所述步骤2中，废水在催化氧化塔6的流态化催化反应柱12中依次经过强流态化混合 反应区、流态化催化氧化反应区和固液分离区的处理。
3混凝沉淀和净化：经催化氧化处理的废水通过循环出水槽17进入中和池19，同时计 量泵30向中和池中加入碱液，调节废水的pH值至7.5～8。然后，通过第三水泵21经管道 输送到混凝沉淀塔23的布水管，进入混凝沉淀塔23的流态化反应区，同时通过第四管道 混合器22向废水中加入絮凝剂;以废水体积计，絮凝剂的加入量为1.5～2mg/L。在流态化 反应区，微絮体开始形成，维持一定的水流上升速度，使微絮体处于流态化状态，使废水 和絮凝剂充分混合、接触、反应;
从流态化反应区出来的废水进入絮体增长反应区，废水的流速下降，流态化逐渐减弱， 微絮体在絮凝剂作用下相互凝聚，形成较大的絮体开始下沉;接着，废水进入絮体分离沉 淀区;
在絮体分离沉淀区，废水上升的流速进一步下降，絮体逐渐下沉到污泥浓缩区，在反 应器底部形成沉淀并逐渐浓缩，而废水缓慢上流至混凝沉淀塔23顶部的澄清水区，通过溢 流堰溢流进入出水槽24，再通过管道35输送到清水池25，完成废水的Fenton催化氧化处 理过程。
本发明与现有技术相比，具有如下优点：
1、本发明利用流态化催化氧化技术代替传统的Fenton氧化工艺，利用流态化条件下 高效的传质效率，实现了较低的过氧化氢和亚铁离子投加量条件下废水的较高处理效果， 提高了废水处理的效率，同时减少了污泥的生成量。废水在催化氧化单元中依次经过强流 态化混合反应区、流态化催化氧化反应区和固液分离区的处理，使废水与Fenton试剂在流 态化条件下充分、均匀混合，进行流态化的催化氧化反应，有效提高了传质效率和化学反 应的速率，提高了废水中有机污染物氧化降解的效果;同时可减少Fenton试剂使用量，减 少后期混凝过程中污泥的产量。
2、本发明流态化催化氧化反应后的废水在流态化条件下和碱液、絮凝剂进行充分、均 匀混合、反应，有效提高了传质的效率，增强了废水混凝沉淀的效果;另一方面，废水在 混凝沉淀塔中同时实现了混凝、沉淀、净化的目的，有效提高了废水处理的效率，缩短了 废水处理的流程。
3、本发明过氧化氢逐步、连续加入到反应体系中，有效维持了流态化催化氧化塔中稳 定的、较高的过氧化氢浓度，保证羟基自由基持续有效的生成，保证较高的催化氧化反应 速度，同时可有效减少过氧化氢的无效分解，减少过氧化氢的需求量。
