一种基于MOFs活化PS的高级氧化反应器及其用于处理废水的方法技术

本发明专利技术公开了一种基于MOFs活化PS的反应器及其用于处理废水的方法。该基于MOFs活化PS的反应器为三层填料柱式结构，由下至上，依次为过滤层、MOFs材料填充层以及缓冲层，层与层之间通过法兰连接方式连接。该反应器高径比小，空间利用充分，便于拆卸，能有效固定MOFs材料进行催化作用的同时，保证废水与MOFs材料充分接触，MOFs材料可实现重复利用，节省大量原材料及能源。本发明专利技术采用所述的一种基于MOFs活化PS的反应器处理废水的方法，实现MOFs活化PS降解高级氧化处理工业废水，处理过程中，亚铁离子得到充分利用，且产生“铁泥”少，处理后色度明显降低，可深度处理废水，保证出水达标排放。

A advanced oxidation reactor based on MOFs activation of PS and its application to wastewater treatment

The invention discloses a reactor based on MOFs activation of PS and a method for treating wastewater. The reactor which activates PS based on MOFs is a three layer packing column structure. From bottom to top, it consists of filter layer, MOFs material filling layer and buffer layer. The connection between layers is connected by flanges. The reactor has high ratio of height to diameter, full use of space and easy disassembly. It can effectively immobilized MOFs materials for catalysis while ensuring the full contact between wastewater and MOFs materials. MOFs materials can be reused and save a lot of raw materials and energy. The invention adopts the method of wastewater treatment in the activation of MOFs based on PS, MOFs activated PS degradation of advanced oxidation treatment of industrial wastewater treatment process, ferrous ions are fully utilized, and the \iron mud\, after the treatment of chroma decreased significantly, but deep degree of wastewater treatment, ensure the effluent standard discharge.

【技术实现步骤摘要】
一种基于MOFs活化PS的高级氧化反应器及其用于处理废水的方法
本专利技术涉及到废水处理装置及废水处理
，具体涉及一种基于MOFs活化PS的反应器及其用于处理废水的方法。
技术介绍
当前工业废水仅利用常规生化法处理后仍含有难降解有机污染物，例如造纸废水中的典型污染物邻苯二甲酸二丁酯(DBP)，以及印染废水中的苯环类有机污染物等，由于这类物质有致癌、致畸、致突变作用，直接排入水体会极大地威胁人体和水环境安全，因此在保证出水达标基础上，仍需要对废水进行深度处理。高级氧化法(AOPs)可以产生强氧化性自由基，通过自由基攻击污染物分子使其断键分解成小分子物质，甚至完全矿化成CO2和H2O，使得高级氧化法在处理难降解有机工业废水方面具有鲜明的优势。基于硫酸根自由基的高级氧化技术在近年来以其清洁、高效等特点成为研究热点，相较于基于·OH的芬顿高级氧化技术，SO4-·半衰期更长，且pH使用范围更加广阔，在实际工业废水处理中更加适用。活化过硫酸盐(PS)方式多种多样，其中利用过渡金属(Fe2+、Cu2+、Mn2+、Ag+等)易于实际工业应用，但由于引入的金属离子产生的大量“铁泥”从而形成二次污染，增加后续处理废水负荷，此外大量引入的铁离子无法充分反应，部分亚铁离子不仅不会活化PS产生硫酸根自由基，反而会与有机污染物形成竞争关系，消耗硫酸根自由基，造成资源浪费，Fe3+的大量积累也会使废水色度增加，无法正常排放，增加后续处理难度，同时极易腐蚀管道，增加废水处理运行维护成本。MOFs是金属有机骨架化合物(英文名称MetalorganicFramework)的简称，由无机金属中心(金属离子或金属簇)与桥连的有机配体通过自组装相互连接，形成的一类具有周期性网络结构的晶态多孔材料。其通过引入相关金属离子作为金属骨架不仅可以高效活化PS产生SO4-·，同时也可减少金属浸出，减少甚至不会形成二次污染。由于MOFs材料有较多优点，比表面积大，尺寸可控，催化活性高，材料结构稳定等特点，其活化PS效率理论上高于其他活化方式，且MOFs材料可多次活化，较为节省材料。但是目前MOFs实际应用于废水处理仍存在不少问题，目前MOFs参与的催化反应多为淤浆反应，分布不均匀，难以外场搅拌使其充分与废水接触，以致难以充分利用MOFs活化PS。此外MOFs粒径较小，通常为纳米级，极易在处理过程中随水流带走，从而使MOFs活化PS效果大打折扣。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对现有技术中，存在MOFs活化PS反应器的空间资源利用率不足、容积利用率较低，MOFs材料粒径较小、容易流失，反应器容易短流、水力停留时间不够，亚铁离子活化产生大量“铁泥”、处理后色度上升以及亚铁离子无法循环利用、造成资源消耗等不足，提供了一种基于MOFs活化PS的反应器，具体为一种三层填料柱式PS高级氧化反应器。该反应器能有效固定MOFs材料进行催化作用的同时，保证废水与MOFs材料充分接触。本专利技术的目的还在于提供采用所述的一种基于MOFs活化PS的反应器处理废水的方法，实现MOFs活化PS降解高级氧化处理工业废水，处理过程中，MOFs中的活性金属位点得以充分利用，亚铁离子浸出量较少，因而产生“铁泥”少。本专利技术的目的通过如下技术方案实现。一种基于MOFs活化PS的反应器，为三层填料柱式结构，由下至上，依次为过滤层、MOFs材料填充层以及缓冲层，层与层之间通过法兰连接方式连接；各层之间通过法兰连接，便于拆卸，进而便于进行填料补充及更换，而三层填料柱式结构能使MOFs材料充分与废水接触，提高MOFs材料的利用效率；所述过滤层的底端开设有反应进水口，并通过反应进水口阀门控制反应进水口的开启与闭合；所述过滤层内由下至上，依次填充有玻璃珠、玻璃棉、筛网和滤纸；通过玻璃珠及玻璃棉的填充，并覆盖中速滤纸以及筛网，可保证均匀进水，布水均匀；所述MOFs材料填充层内部填充MOFs材料；所述MOFs材料填充层的底部侧面开设有循环水下端口，顶部侧面开设有循环水上端口，循环水下端口与循环水上端口呈中心对称分布，并分别通过循环水下端口阀门与循环水上端口阀门控制开启与闭合；所述MOFs材料填充层的底面和顶面均为筛板，通过底面筛板将MOFs材料填充层与过滤层分隔开，通过顶面筛板将MOFs材料填充层与缓冲层分隔开；所述缓冲层的顶端开设有反应出水口，并通过反应出水阀门控制反应出水口的开启与闭合；缓冲层为空腔层，MOFs材料填充层为填料区，可满足反应器内不同反应阶段的水力流态特征；同时，在MOFs材料填充层内，MOFs活化PS产生硫酸根自由基并与有机污染物反应后，随水流进入缓冲层；在缓冲层内，废水中有机污染物充分与残余的硫酸根自由基进行反应，保证处理效果最优，同时通过沉淀作用减少MOFs材料的流失；所述缓冲层的顶部侧面开设有反冲洗进水口，所述过滤层的底部侧面开设有反冲洗出水口，且反冲洗进水口与反冲洗出水口呈中心对称分布，并分别通过反冲洗进水口阀门与反冲洗出水口阀门控制开启与闭合；循环水端口以及反冲洗端口的设置可有效保证MOFs材料填充层区域内活化PS氧化剂产生的自由基分布均匀，不仅提高MOFs活化PS产生硫酸根自由基的效率，同时也提高了硫酸根自由基降解污染物的效率，同时便于对反应器进行反冲洗。进一步地，所述玻璃珠、玻璃棉、筛网和滤纸的总填充量为过滤层容积的95-98％，其中玻璃珠填充量为过滤层体积的80％-90％，玻璃棉填充至平铺筛板面，筛网填充1-2张，滤纸填充2-3张。进一步地，所述玻璃珠的粒径为2-6mm。进一步地，所述筛网的目数为200目。进一步地，所述滤纸为中速滤纸，填充中速滤纸，能有效防止MOFs材料的流失。进一步地，所述MOFs材料填充层的底面筛板与顶面筛板的孔径大小均为2-3mm，孔隙率均为80％-85％，采用筛板将各层进行分隔开，利于方便走水的同时起到固定分离截留MOFs材料的作用。进一步地，所述MOFs材料填充层中，MOFs材料填充量与MOFs材料填充层腔内体积的比值为1-2g/L，填充的MOFs材料的粒径为0.1um-1um。进一步地，所述循环水下端口和循环水上端口分别通过管道与内循环泵连接。MOFs材料填料层设置循环水端口，并与外加的内循环泵连接，可进一步增加水力停留时间；同时，通过内循环泵的控制，循环水方向会发生由下至上变为由上至下的改变，通过内循环水流方向的改变使水流形成紊流状态，MOFs材料填料层处理的废水负荷可保持稳定，也可保证未反应彻底的PS氧化剂重复利用，紊流状态也保证了MOFs与PS氧化剂的充分接触混合，使MOFs材料充分与废水反应，节约药剂用量的同时可使未降解完全的污染物进一步被氧化分解。进一步地，反应器的高径比为2-4:1，较小的高径比有利于提高废水和MOFs的接触效率，也有利于MOFs的分布和水流压降。上述任一项所述的一种基于MOFs活化PS的反应器用于处理废水的方法，包括如下步骤：(1)将配制好的PS药液与废水经三通管混合后，通过进水泵泵入所述的基于MOFs活化PS的反应器内；(2)进水水位达到循环水下端口高度后，开启循环水下端口阀门、循环水上端口阀门以及内循环泵，控制水流方向由下至上循环；待水位达到循环水上端口高度后，调节水流方向为由上至下循环，使水流在M本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于MOFs活化PS的反应器，其特征在于，为三层填料柱式结构，由下至上，依次为过滤层（2）、MOFs材料填充层（5）以及缓冲层（7），层与层之间通过法兰连接方式连接；所述过滤层（2）的底端开设有反应进水口（1），并通过反应进水口阀门控制反应进水口（1）的开启与闭合；所述过滤层（2）内由下至上，依次填充有玻璃珠、玻璃棉、筛网和滤纸；所述MOFs材料填充层（5）内部填充MOFs材料；所述MOFs材料填充层（5）的底部侧面开设有循环水下端口（6‑1），顶部侧面开设有循环水上端口（6‑2），循环水下端口（6‑1）与循环水上端口（6‑2）呈中心对称分布，并分别通过循环水下端口阀门与循环水上端口阀门控制开启与闭合；所述MOFs材料填充层（5）的底面和顶面均为筛板，通过底面筛板（4）将MOFs材料填充层（5）与过滤层（2）分隔开，通过顶面筛板（8）将MOFs材料填充层（5）与缓冲层（7）分隔开；所述缓冲层（7）的顶端开设有反应出水口（9），并通过反应出水阀门控制反应出水口（9）的开启与闭合；所述缓冲层（7）的顶部侧面开设有反冲洗进水口（3‑1），所述过滤层（2）的底部侧面开设有反冲洗出水口（3‑2），且反冲洗进水口（3‑1）与反冲洗出水口（3‑2）呈中心对称分布，并分别通过反冲洗进水口阀门与反冲洗出水口阀门控制开启与闭合。...

【技术特征摘要】
1.一种基于MOFs活化PS的反应器，其特征在于，为三层填料柱式结构，由下至上，依次为过滤层（2）、MOFs材料填充层（5）以及缓冲层（7），层与层之间通过法兰连接方式连接；所述过滤层（2）的底端开设有反应进水口（1），并通过反应进水口阀门控制反应进水口（1）的开启与闭合；所述过滤层（2）内由下至上，依次填充有玻璃珠、玻璃棉、筛网和滤纸；所述MOFs材料填充层（5）内部填充MOFs材料；所述MOFs材料填充层（5）的底部侧面开设有循环水下端口（6-1），顶部侧面开设有循环水上端口（6-2），循环水下端口（6-1）与循环水上端口（6-2）呈中心对称分布，并分别通过循环水下端口阀门与循环水上端口阀门控制开启与闭合；所述MOFs材料填充层（5）的底面和顶面均为筛板，通过底面筛板（4）将MOFs材料填充层（5）与过滤层（2）分隔开，通过顶面筛板（8）将MOFs材料填充层（5）与缓冲层（7）分隔开；所述缓冲层（7）的顶端开设有反应出水口（9），并通过反应出水阀门控制反应出水口（9）的开启与闭合；所述缓冲层（7）的顶部侧面开设有反冲洗进水口（3-1），所述过滤层（2）的底部侧面开设有反冲洗出水口（3-2），且反冲洗进水口（3-1）与反冲洗出水口（3-2）呈中心对称分布，并分别通过反冲洗进水口阀门与反冲洗出水口阀门控制开启与闭合。2.根据权利要求1所述的一种基于MOFs活化PS的反应器，其特征在于，所述玻璃珠、玻璃棉、筛网和滤纸的总填充量为过滤层容积的95-98%，其中玻璃珠填充量为过滤层体积的80%-90%，玻璃棉填充至平铺筛板面，筛网填充1-2张，滤纸填充2-3张；所述玻璃珠的粒径为2-6mm；所述筛网的目数为200目；所述滤纸为中速滤纸。3.根据权利要求1所述的一种基于MOFs活化PS的反应器，其特征在于，所述MOFs材料填充层（5）的底面筛板（4）与顶面筛板（8）的孔径大小均...

【专利技术属性】
技术研发人员：万金泉，万勇杰，马邕文，王艳，闫志成，罗婷，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：广东,44