申请日2020.03.14
公开(公告)日2020.06.05
IPC分类号C02F1/70; C02F1/32; C02F101/22
摘要
本发明提供了一种零价铁粉与紫外灯协同处理含铬污水的还原塔及其运行方法，还原塔包括塔体、进水泵、循环水泵、循环布水器、紫外灯装置、蜂窝斜管过滤器、回流区、出水区，塔体内腔底部设有零价铁粉;塔体内腔由下至上分别设有循环布水器、紫外灯装置、蜂窝斜管过滤器;本发明的还原塔可间歇式运行或连续式运行，通过采用尺寸合适的零价铁粉和合适的布水方式，并使零价铁粉充分悬浮并分散于塔体的反应区域内，加强固液两相间传质，同时设置紫外灯装置，提升反应效率，减少零价铁粉的铁损耗、并减少后续污泥产量，降低产水电导率，有利于回用水制造。
权利要求书
1.一种零价铁粉与紫外灯协同处理含铬污水的还原塔，其特征在于：包括塔体、进水泵、循环水泵、循环布水器、紫外灯装置、蜂窝斜管过滤器、回流区、出水区;
所述回流区包括回流堰板和回流口，所述出水区包括出水堰板和高位出水口，所述回流区与所述出水区位于塔体内腔两侧，所述回流口通过回流管道与循环水泵连通，所述高位出水口与排水管道连通;
所述进水泵与进水管道连通，所述进水管道的出口接入所述回流区;
所述塔体内腔由下至上依次设有所述循环布水器、所述紫外灯装置、所述蜂窝斜管过滤器，所述循环布水器与所述循环水泵的出口连通，所述循环布水器为旋流上升布水器;
所述塔体底部设置零价铁粉，所述零价铁粉覆盖循环布水器，所述零价铁粉的平均粒径为 1～100 微米;
所述塔体设有低位出水口，所述低位出水口位于所述紫外灯装置与零价铁粉之间，与所述排水管道连通;
所述塔体设有高位采样口和低位采样口，所述高位采样口位于所述高位出水口和所述蜂窝斜管过滤器之间，所述低位采样口位于所述蜂窝斜管过滤器的和所述紫外灯装置之间;
所述塔体的顶部还设有在线PH装置和在线ORP装置，所述在线PH装置位于所述回流区，所述在线 ORP 装置位于回流堰板与出水堰板之间。
2.根据权利要求1所述零价铁粉与紫外灯协同处理含铬污水的还原塔，其特征在于：所述紫外灯装置为 3～6 个单元，每个单元由至少一支紫外灯组成，每支紫外灯的波长为200～500nm，强度为300～1000μW/cm2。
3.根据权利要求1所述零价铁粉与紫外灯协同处理含铬污水的还原塔，其特征在于：所述蜂窝斜管过滤器为 PP 材质，管径为 Ф25～Ф50。
4.根据权利要求1所述零价铁粉与紫外灯协同处理含铬污水的还原塔，其特征在于：所述塔体的主体为圆柱形结构，塔体的上部为倒锥形结构，倒锥形结构的圆锥角为 40～70°，倒锥形结构的上部连接圆柱形管，圆柱形管的内径D1 为 塔体主体内径 D2 的 2～3 倍。
5.根据权利要求1所述零价铁粉与紫外灯协同处理含铬污水的还原塔，其特征在于：所述回流堰板与塔体内壁的距离为 d1，所述出水堰板与塔体内壁的距离为 d2，d1 与 d2 的比值为 1.5:1～3.0:1。
6.根据权利要求1所述零价铁粉与紫外灯协同处理含铬污水的还原塔，其特征在于：所述零价铁粉的装填体积为所述塔体体积的 5～30%。
7.根据权利要求1至6中任一权利要求所述的零价铁粉与紫外灯协同处理含铬污水的还原塔的运行方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、在塔体内腔投置适量的零价铁粉，开启进水泵、循环水泵、紫外灯装置;
S2、含铬污水通过进水泵和进水管道进入塔体顶部的回流区，从回流口流出，通过回流管道和循环水泵进入塔体底部进行多级氧化-还原反应;
S3、调整循环水泵进水流量，使零价铁粉呈现流化态，上升的污水经过紫外灯装置和蜂窝斜管过滤器后，当污水水位高于回流堰板、低于出水堰板时，关闭进水泵，污水在塔体进行内循环;
S4、当在线 ORP 装置测量出塔体1顶部的污水的ORP值降至 250～350mV 时，关闭循环水泵，待零价铁粉沉降至塔体底部，且当低位出水口的水样不含零价铁粉后，完全打开低位出水口，塔体内处理后的污水从排水管道排出;
S5、塔体内污水液面低于低位出水口时，重新开启进水泵，开启下一次的污水处理，以实现间歇式运行。
8.根据权利要求1至6中任一权利要求所述的零价铁粉与紫外灯协同处理含铬污水的还原塔的运行方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、在塔体内腔投置适量的零价铁粉，开启进水泵、循环水泵、紫外灯装置;
S2、含铬污水通过进水泵和进水管道，进入塔体顶部的回流区，从回流口流出，通过回流管道和循环水泵进入塔体底部进行多级氧化-还原反应;
S3、调整循环水泵进水流量，使零价铁粉呈现流化态，上升的污水经过紫外灯装置和蜂窝斜管过滤器后，部分污水通过回流堰板，与未处理含铬污水共同从回流口流出，通过循环水泵返回塔体进行内循环，部分污水通过出水堰板，从高位出水口和排水管道排出，以实现连续式运行。
9.根据权利要求7或8所述零价铁粉与紫外灯协同处理含铬污水的还原塔的运行方法，其特征在于：所述循环水泵的进水流量大小取决于高位采样口收集的污水中不含有零价铁粉，低位采样口收集的污水中含有零价铁粉。
10.根据权利要求7或8所述零价铁粉与紫外灯协同处理含铬污水的还原塔的运行方法，其特征在于：进水泵进水流量和循环水泵进水流量分别为 Q1、Q2，Q1 和 Q2之间的比值为 1:4～1:12。
11.根据权利要求7或8所述零价铁粉与紫外灯协同处理含铬污水的还原塔的运行方法，其特征在于：当在线 PH 装置的 数值超过 3.0 时，通过加药管道加酸，维持塔体内污水 PH 值低于 3.0。
说明书
零价铁粉与紫外灯协同处理含铬污水的还原塔及其运行方法
技术领域
本发明涉及一种废水处理装置及其运行方法，具体涉及一种零价铁粉与紫外灯协同处理含铬污水的还原塔及其运行方法。
背景技术
随着电镀行业的不断发展，产生大量的含铬清洗水和含铬废液。铬(VI) 被公认为危害环境最严重的公害之一 ，现行的《电镀污染物排放标准》(GB21900-2008)中，铬(VI)的排放浓度限值不超过 0.1mg/L。由于铬(III)的毒性远低于铬(VI)，且在水中易沉淀去除，目前工业上处理含铬废水采用化学还原法。常用还原剂包括焦亚硫酸钠、硫酸亚铁，前者处理简单、反应迅速、污泥量少，但处理成本高，且在污水中引入大量钠离子和硫酸根，导致污水的电导率大量升高，增加后续制造回用水的难度和成本;后者处理药剂成本低，混凝沉淀效果好，但产生大量含铁污泥，增加综合成本。
目前含铬废水还出现新型还原处理技术，如零价铁屑除铬和光催化协 同有机物还原法。零价铁屑除铬利用单质铁在酸性环境下产生与铬(VI)发生氧化-还原反应的铁(II)，处理后铬(VI)含量低于排放限值，混凝沉淀后污水的电导率大大下降，但随着反应时间的进行，零价铁屑表面的活性点减小，反应寿命缩短;光催化协同有机物还原法利用紫外光照射光催化剂，形成电子-空穴对，通过投加短链有机物消耗空穴，剩下的电子可把铬(VI)还原为铬(III)，但此过程反应时间长，光催化剂易流失，短链有机物易造成二次污染。
发明内容
基于以上现有技术的不足，本发明的目的是提供了一种可提高反应效率，降低经处理后污水电导率，且减少污泥产量的通过零价铁粉与紫外灯协同处理含铬污水的还原塔及其运行方法。
本发明是这样来实现上述目的的：
本发明零价铁粉与紫外灯协同处理含铬污水的还原塔，包括塔体、进水泵、循环水泵、循环布水器、紫外灯装置、蜂窝斜管过滤器、回流区、出水区;
所述回流区包括回流堰板和回流口，所述出水区包括出水堰板和高位出水口， 所述回流区与所述出水区位于塔体内腔两侧，所述回流口通过回流管道与循环水 泵连通，所述高位出水口与排水管道连通;
所述进水泵与进水管道连通，所述进水管道的出口接入所述回流区;
所述塔体内腔由下至上依次设有所述循环布水器、所述紫外灯装置、所述蜂窝斜管过滤器，所述循环布水器与所述循环水泵的出口连通，所述循环布水器为旋流上升布水器;
所述塔体底部设置零价铁粉，所述零价铁粉覆盖循环布水器，所述零价铁粉的平均粒径为 1～100 微米;
所述塔体设有低位出水口，所述低位出水口位于所述紫外灯装置与所述零价铁粉之间，与所述排水管道连通;
所述塔体设有高位采样口和低位采样口，所述高位采样口位于所述高位出水口和所述蜂窝斜管过滤器之间，所述低位采样口位于所述蜂窝斜管过滤器的和所述紫外灯装置之间;
所述塔体的顶部还设有在线PH装置和在线ORP装置，所述在线PH装置位于所述回流区，所述在线 ORP 装置位于回流堰板与出水堰板之间。
进一步地，所述紫外灯装置为 3～6 个单元，每个单元由至少一支紫外灯组成，每支紫外灯的波长为 200～500nm，强度为300～1000μW/cm2。
进一步地，所述蜂窝斜管过滤器为 PP 材质，管径为 Ф25～Ф50。
进一步地，所述塔体的主体为圆柱形结构，塔体的上部为倒锥形结构，倒锥形结构的圆锥角为 40～70°，倒锥形结构的上部连接圆柱形管，圆柱形管的内径 D1 为 塔体主体内径 D2 的 2～3 倍。
进一步地，所述回流堰板与塔体内壁的距离为 d1，所述出水堰板与塔体内壁的距离为 d2，d1 与 d2 的比值为 1.5:1～3.0:1。
进一步，所述零价铁粉的装填体积为所述塔体体积的 5～30%。
本发明还提供了一种针对所述零价铁粉与紫外灯协同处理含铬污水的还原塔的运行方法，包括以下步骤：
S1、在塔体内腔投置适量的零价铁粉，开启进水泵、循环水泵、紫外灯装置;
S2、含铬污水通过进水泵和进水管道进入塔体顶部的回流区，从回流口流出，通过回流管道和循环水泵进入塔体底部进行多级氧化-还原反应;
S3、调整循环水泵进水流量，使零价铁粉呈现流化态，上升的污水经过紫外灯装置和蜂窝斜管过滤器后，当污水水位高于回流堰板、低于出水堰板时，关闭进水泵，污水在塔体进行内循环;
S4、当在线 ORP 装置测量出塔体顶部的污水的ORP值降至 250～350mV 时，关闭循环水泵，待零价铁粉沉降至塔体底部，且当低位出水口的水样不含零价铁粉后，完全打开低位出水口，塔体内处理后的污水从排水管道排出;
S5、塔体内污水液面低于低位出水口时，重新开启进水泵，开启下一次的污水处理，以实现间歇式运行。
本发明还提供了另一种针对所述零价铁粉与紫外灯协同处理含铬污水的还原塔的运行方法，包括以下步骤：
S1、在塔体内腔投置适量的零价铁粉，开启进水泵、循环水泵、紫外灯装置;
S2、含铬污水通过进水泵和进水管道，进入塔体顶部的回流区，从回流口流出，通过回流管道和循环水泵进入塔体底部进行多级氧化-还原反应;
S3、调整循环水泵进水流量，使零价铁粉呈现流化态，上升的污水经过紫外灯装置和蜂窝斜管过滤器后，部分污水通过回流堰板，与未处理含铬污水共同从回流口流出，通过循环水泵返回塔体进行内循环，部分污水通过出水堰板，从高位出水口和排水管道排出，以实现连续式运行。
进一步地，所述循环水泵的进水流量大小取决于高位采样口收集的污水中不含有零价铁粉，低位采样口收集的污水中含有零价铁粉。
进一步地，进水泵进水流量和循环水泵进水流量分别为 Q1、Q2，Q1 和 Q2之间的比值为 1:4～1:12。
进一步地，当在线 PH 装置的 数值超过 3.0 时，通过加药管道加酸，维持塔体内污水 PH 值低于 3.0。
本发明的有益效果在于：
其一、选择平均粒径 1～100 微米范围内的零价铁粉，使零价铁粉在塔体内充分分散并悬浮于待处理污水中，加强固液两相间传质，提高废水处理效率;同时平均粒径在 1～100 微米范围内的零价铁粉，其活性为普通铁粉的数倍或数百倍，表现出更强的还原性，更长的使用寿命;
其二、循环布水器选择旋流上升布水器，回流口出水经过旋流上升布 水器后，出水自下至上呈旋流上升，使水流充分混合，增加反应效率;
其三、零价铁电位 E0(Fe2+/Fe)=-0.44 V，电负性大，可以还原氧化性较强的化合物;
其四、设置紫外灯照射，促使生成的 Fe(III)得到光致电子还原为 Fe(II)，从而还原塔内包括多组氧化-还原反应：
(1)Fe0(S)+2H+→Fe2+(aq)+H2(g);
(2)Cr2O72-+6Fe2++14H+→2Cr3++6Fe3++7H2O;
(3)Fe3++ hv→Fe2+
因此，体系内由于紫外灯照射产生更多的 Fe(II)与铬(VI)进行氧化-还原反应，减少零价铁粉的溶解，进一步减少出水中铁离子的含量，从而减少后续沉淀反应的污泥产量，减少污水电导率;
其五、设置高位采样口、低位采样口、蜂窝斜管过滤器和倒锥型结构，通过随时监测高位采样口和低位采样口的零价铁粉指标来相应调整循环水泵的进水流量，从而保证零价铁粉的悬浮高度。同时，倒锥型结构加大了其容积，使经过蜂窝斜管过滤器的污水有足够的二次沉淀时间和空间，从而尽量避免零价铁粉进入塔体顶部的回流区和出水区，减少对循环水泵的损坏和零价铁粉的流失。（发明人陈铭;王成刚;卢福伟;邝乃强;黎金盛）
