申请日2021.09.09
公开日期2021.12.03
IPC分类C02F9/04;C02F101/30
摘要
本发明涉及一种多相芬顿反应强化剂及其在多相芬顿反应处理污水方法中的应用。工艺流程是先将污水与多相芬顿催化剂混合，在气密性良好情况下用惰性气体吹扫污水，去除污水中残存的氧气等杂质，最后注入强化剂进行反应。本发明所使用的强化剂代替了常规酸性试剂，既可以调节并稳定反应体系的pH，又可以提高反应效率，降低成本，不给体系增加额外的盐分，对环境友好。而且本发明能够提高过氧化氢的利用率，减少H2O2的投加。
权利要求
1.一种多相芬顿反应处理污水的强化方法，其特征在于：使用气体强化剂，所述方法包括如下步骤：
(1)在压力容器中加入污水和多相芬顿催化剂；
(2)检查所述压力容器的气密性，确定气密性良好后用惰性气体吹扫若干时间，以置换所述压力容器内的空气；
(3)以一定速率向所述压力容器中通入气体强化剂，并加压到一定压力，在此压力下平衡若干分钟；
(4)以一定流速向所述压力容器中通入过氧化氢，维持在一定温度下进行反应。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述气体强化剂为酸性气体。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述的气体强化剂为CO2。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述惰性气体为氮气。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤(2)中所述的吹扫时间为2～10分钟。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤(3)中所述的一定压力为1～34bar，平衡时间为2～10分钟。
7.如权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤(4)所述的反应温度为280K～350K。
8.如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述芬顿催化剂为黄铁矿、赤铁矿、平皮托石、FeOCl、NAu-1、NAu-2、非晶氧化铁或者其组合。
9.一种用于多相芬顿反应处理污水的强化剂，其特征在于：所述强化剂为CO2。
10.一种用于权利要求1-6中任一项所述方法的污水处理装置，所述污水处理装置包括压力容器，所述压力容器用作反应容器，其上设置有进水口；其特征在于：所述压力容器上还设有气体入口，所述气体入口通过带控制阀的管路分别连通至惰性气体源和气体强化剂源；所述压力容器的顶部设有带排气阀的排气管；所述压力容器的内还设有搅拌装置；所述压力容器的底部设有带排水阀的排水管，所述排水管的下端连接至砂滤罐；所述压力容器的上端还设有催化剂投加口；所述压力容器上还设有过氧化氢入口和温控系统。
说明书
一种多相芬顿反应强化剂及其在污水处理方法中的应用
技术领域
本发明涉及水处理领域，具体涉及一种多相芬顿反应强化剂及其在多相芬顿反应处理污水中的应用方法。
背景技术
近年来我国制造业快速发展，高浓度有机废水排放量正逐年加大，已经严重威胁生态环境，急需一种能够高效降解废水的方法。目前常用于处理废水的方法有物理方法、生物方法和化学方法。物理方法是通过物理吸附或膜过滤去除大颗粒污染物进行预处理，但膜的可重复利用率低，大颗粒污染物只是转移并没有处理，会再次对周围环境造成污染。生物方法是利用好氧/厌氧微生物的代谢将污染物分解，但不足之处是微生物对环境条件要求极为苛刻，并且微生物的繁殖较慢，废水处理的周期较长。
其中由二价铁和H2O2组成的芬顿体系，能够产生具有强氧化性的·OH，对COD的去除十分有效。然而均相芬顿的pH适应范围窄，只有在pH＝3时效率最高，需要投加大量的酸碱进行调节，且容易产生大量铁泥，增加处理成本。所以在均相芬顿基础上开发出非均相芬顿反应，采用固体催化剂后可以扩宽pH范围，减少铁泥的产生。但仍存在反应效率低，H2O2消耗量大的缺点。
针对上述不足，很多人开始研究能够强化多相芬顿反应的方法。例如专利CN101792205 A公开了一种芬顿体系强化剂及使用方法，强化剂为抗坏血酸、亚硫酸钠、乙醇胺等。步骤是向水体加入强化剂、催化剂和H2O2，搅拌反应。但这种强化剂的加入会增加水体的盐含量，增加了后续处理的难度。类似的还有专利CN 110015744 A，它公开了一种利用自由氯强化芬顿、类芬顿反应的方法，强化剂采用的是氯气或氯酸盐。另一种强化方法是利用设备辅助，例如专利CN 103241826 A公开了一种弱磁场强化类芬顿反应的方法，它在反应器周围布置弱磁场，能使反应过程易于控制，但需要加酸调节pH，且仅适用于处理印染废水。专利CN 211734065 U发明的一种光声协同强化类芬顿体系废水处理装置，通过在氧化塔增加微孔曝气装置、紫外发射装置、低频超声装置进行协同强化，降解效果有所提高，但导致设备复杂，操作繁琐。
针对上述多种强化方法的不足，本发明提供了一种多相芬顿反应强化剂及其在多相芬顿反应处理污水中的应用方法。本发明所采用的强化剂是气体，不仅能强化非均相芬顿反应，而且有酸化体系的效果，无需再加酸调节，并且能维持体系pH稳定，不增加额外的盐组分，对环境友好。而且本发明能够提高过氧化氢的利用率，减少过H2O2的投加。本发明使用的气体费用仅为节约H2O2的1/1000。
发明内容
本发明提供了一种用气体强化多相芬顿反应的方法，解决了现有技术的不足，能够提高反应效率，维持反应在适宜环境下进行，简化了反应装置，降低了成本。
本发明是通过以下技术方案实现的：
本发明涉及一种多相芬顿反应强化剂及其在多相芬顿反应处理污水中的应用方法，包括如下步骤：
(1)在反应容器中加入废水和多相芬顿催化剂；
(2)检查所述反应容器的气密性，在确定气密性良好后用惰性气体吹扫若干时间，以置换所述反应容器中的空气；
(3)以一定速率向所述反应容器中通入气体强化剂，并加压到一定压力，在此压力下平衡若干分钟；
(4)以一定流向所述反应容器中通入速通入H2O2，维持在一定温度下进行反应。
所述反应容器为可承受较高内部压力的压力容器，所述的较高内部压力至少为40bar。
所述的惰性气体为氮气、氦气，氖气，氩气，氪气，氙气，氡气中的一种或多种，优选为氮气。
所述的吹扫时间为2～10分钟。
所述气体强化剂为酸性气体，优选的，所述的气体强化剂为CO2。
所述的加压压力为1～34bar，平衡时间为2～10分钟。
所述的反应温度为280K～350K。
本发明还提供一种用于芬顿反应处理有机废水的强化剂，所述强化剂为CO2。
本发明还提供一种用于实施上述方法的污水处理装置，所述污水处理装置包括压力容器，所述压力容器用作反应容器，其上设置有进水口以用于向所述压力容器内通入有机废水；所述压力容器上还设有气体入口，所述气体入口通过带控制阀的管路分别连通至惰性气体源和强化剂源，以用于向压力容器内通入惰性气体和气体强化剂；所述压力容器的顶部设有带排气阀的排气管，且所述排气管与所述气体入口分别设置在所述压力容器的两端，以在惰性气体置换容器内空气时，尽可能的减少空气在压力容器内的残留；所述压力容器的内还设有搅拌装置；所述压力容器的底部设有带排水阀的排水管，所述排水管的下端连接至砂滤罐以用于对降解后的有机废水进行过滤除杂；所述压力容器上还设有压力表和温度计，以分别用于监测容器内的气压和水体温度；所述压力容器的上端还设有催化剂投加口，所述催化剂投加口也可作为检修口；所述压力容器上还设有过氧化氢入口，以加入过氧化氢；所述反应容器上还包括温控系统，用于控制反应容器内的反应温度。
相比于现有技术，本发明至少能够取得如下有益效果：
本发明采用的强化剂是酸性气体，不仅能强化非均相芬顿反应，而且有酸化体系的效果，无需再加酸调节，不需要增加额外的pH调节系统，简化工艺和设备，并且能维持体系pH稳定，不增加额外的盐组分，对环境友好；
优选的，本发明采用的强化剂是CO2，在水处理的同时捕获CO2，减少碳排放，而且，本发明优选的高压CO2能够提高芬顿反应效率，提高H2O2的利用率，减少H2O2的投加量，作为强化剂使用的气体的费用仅为节约H2O2的成本的1/1000；
本发明采用的强化剂还具有普适性，对于本领域常规使用的芬顿催化剂体系均适用。
（发明人：杨雪晶; 钱媛媛; 杨治国; 孙明; 王金岭; 李佳男; 辛文）
