一种上流式循环床高级氧化反应装置及其工艺方法制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种上流式循环床高级氧化反应装置及其工艺方法，本发明专利技术通过反应装置和工艺方法相结合，将待修复有机废水体系pH值用酸调节为酸性，并向水体中加入H2O2，然后将有机废水从装置本体底部进水管进水，由下而上流过催化剂固定床，并在进水的同时通过进气管通入氢气，通过氢气的还原和搅动，进行有机废水修复；在修复反应完成后，废水经过三相分离器完成气、水、固三相分离，部分水和多余的氢气回流进装置，逸出催化剂固定床的催化剂被三相分离器截留。本发明专利技术的装置设备紧凑，易于操作，投药量小，危险性小，环保，可显著减少后续铁泥的产生及处置。

【技术实现步骤摘要】
一种上流式循环床高级氧化反应装置及其工艺方法
本专利技术涉及水污染控制
，具体涉及一种上流式循环床高级氧化反应装置及其工艺方法。
技术介绍
改革开放以来，我国社会经济的飞速发展，大量工业有机废水和废弃物无序排入水中，超出了水体自净能力，严重污染了水环境。由于工业废水中的有机污染成分复杂，且具有一定的生物毒性，无法通过常规的水处理工艺有效去除。人、畜通过饮水摄入体内后，会被显著影响内分泌系统，并被累积于体内，难以快速代谢，久之会引起生物体的癌变、畸变和基因突变。随着人们对自身健康的日益重视，亟待一种可以高效去除有机污染的水处理工艺，以保障水体环境的安全。高级氧化AOPs(AdvancedOxidationProcesses)技术是近20年来兴起的水处理新技术，实际上就是一种人工强化产生强氧化性的活性氧簇（ReactiveOxygenSpecies，ROS）粒子（典型如羟基自由基，·OH），并利用其无选择地降解去除水中的有机物，使它们快速被矿化降解为CO2和水的工艺。该工艺反应快，无二次污染，理论上适用于所有有机废水的处理。在众多AOPs技术中，Fenton技术因操作过程简单、反应物易得、环境友好等优点，目前已广泛应用于有机废水的处理中。现有的Fenton反应操作是在酸性条件下向有机废水池中持续投加Fe2+物质和双氧水，使废水中连续产生·OH，用于有机物的降解。Fenton反应实质是H2O2在Fe(Ⅱ)活化下分解成·OH的过程。·OH的一个未成对电子有配对倾向，通过电子转移、亲电加成、抽氢等途径，可无选择地与有机物反应。此过程中，Fe(Ⅱ)被转化为Fe(Ⅲ)，该反应速率常数为63M-1·S-1（式1），而Fe(Ⅲ)与H2O2产生Fe(Ⅱ)的反应速率常数仅为0.002M-1·S-1（式2）。随着反应进行，整个反应体系内Fe(Ⅱ)逐步被消耗，而Fe(Ⅲ)浓度却是逐步升高的；体系内·OH也会消耗Fe(Ⅱ)产生Fe(Ⅲ)，反应速率常数为3.2×108M-1·S-1（式3）；随着反应进行，体系内pH迅速增加，OH-会消耗Fe(Ⅱ)、Fe(Ⅲ)产生铁的氧化物和氢氧化物沉淀。对于H2O2，其存在主要目的在于提供过氧键、被分解产生·OH。但·OH也会与H2O2反应产生HO2·（式4），进一步参与复杂的反应（式5，式6）。可知式6的反应速率高于式2和式5的反应速率。综合式1-式6可知，Fenton反应体系内，Fe(Ⅲ)产生速率远高于Fe(Ⅱ)还原生成的速率。仅靠体系内Fe(Ⅱ)/Fe(Ⅲ)间的自循环，无法维持所需Fe(Ⅱ)浓度。故须持续向反应体系内投加Fe(Ⅱ)和H2O2，以使·OH持续产生而维持宏观上降解有机物的过程。但这么做，一则加大了工艺操作、运行费用，同时也会产生大量铁泥固废，给后续固废处置带来极大不便。FeⅡ+H2O2→FeⅢ+·OH+OH-（k=63M-1·S-1）（式1）FeⅢ+H2O2→FeⅡ+HO2·+H+（k=0.002M-1·S-1）（式2）FeⅡ+·OH→FeⅢ+OH-（k=3.2×108M-1·S-1）（式3）H2O2+·OH→HO2·+H2O（k=3.3×107M-1·S-1）（式4）FeⅢ+HO2·→FeⅡ+O2+H+（k=7.8×105M-1·S-1）（式5）FeⅡ+HO2·+H+→FeⅢ+H2O2（k=1.3×106M-1·S-1）（式6）。
技术实现思路
要解决的技术问题：本专利技术的目的是解决上述Fenton技术在实际应用中的不足，而提供一种上流式循环床高级氧化反应装置，以适用于各种有机废水处理。技术方案：一种上流式循环床高级氧化反应装置，包括装置本体，所述装置本体内自下而上依次设有布气管、布水管、催化剂固定床和三相分离器，所述布气管连接装置本体外部进气管，所述进气管通过一进气泵连接外部补充进气管；所述布水管连接装置本体外部一进水泵，所述进水泵连接外部进水管；所述三相分离器连接一提升管，所述提升管连接气水分离室，所述气水分离室顶部连接一集气管，底部连接一内回流管，所述内回流管穿设在装置本体内，所述集气管末端直接套接在一水封内部，所述水封顶部连接一集气回流管，所述集气回流管通过回流气泵连接外部补充进气管；所述装置本体上部设有集水槽，所述集水槽出水端分别连接出水管和外回流管，所述外回流管连接进水管。进一步的，所述布气管上分布有布气孔，所述布水管上分布有布水孔。进一步的，所述装置本体外部设有放空管和排泥管。上述的上流式循环床高级氧化反应装置的工艺方法，将待修复有机废水体系pH值用酸调节为酸性，并向水体中加入H2O2，然后将有机废水从装置本体底部进水管进水，由下而上流过催化剂固定床，并在进水的同时通过进气管间歇或连续通入氢气，通过氢气的还原和搅动，进行有机废水修复；在修复反应完成后，废水经过三相分离器完成气、水、固三相分离，部分水通过外回流管回流入装置内，以稀释进水CODcr，提高水质混合程度，逸出催化剂固定床的催化剂被三相分离器截留，多余的氢气经三相分离器后通过气水分离室分离后，重新回流进装置内。进一步的，所述催化剂由铁刨花或铁粉中的任一一种，与金属有机骨架材料混合物。进一步的，所述的金属有机骨架材料为MIL-53（Fe），MIL-53（Al），MIL-100（Cr），MIL-53（Fe），MIL-100（Al），MIL-100（Cr），MIL-101（Fe），MIL-101（Al），MIL-101（Cr），嫁接氨基修饰后的NH2-MIL-53（Fe），嫁接氨基修饰后的NH2-MIL-53（Al），嫁接氨基修饰后的NH2-MIL-53（Cr），负载零价钯修饰后的Pd0-MIL-53（Fe），负载零价钯修饰后的Pd0-MIL-53（Al），负载零价钯修饰后的Pd0-MIL-53（Cr），同时嫁接氨基、负载零价钯修饰后的Pd0-NH2-MIL-53（Fe），同时嫁接氨基、负载零价钯修饰后的Pd0-NH2-MIL-53（Al），同时嫁接氨基、负载零价钯修饰后的Pd0-NH2-MIL-53（Cr）；嫁接氨基修饰后的NH2-MIL-100（Fe），嫁接氨基修饰后的NH2-MIL-100（Al），嫁接氨基修饰后的NH2-MIL-100（Cr），负载零价钯修饰后的Pd0-MIL-100（Fe），负载零价钯修饰后的Pd0-MIL-100（Al），负载零价钯修饰后的Pd0-MIL-100（Cr），同时嫁接氨基、负载零价钯修饰后的Pd0-NH2-MIL-100（Fe），同时嫁接氨基、负载零价钯修饰后的Pd0-NH2-MIL-100（Al），同时嫁接氨基、负载零价钯修饰后的Pd0-NH2-MIL-100（Cr）；嫁接氨基修饰后的NH2-MIL-101（Fe），嫁接氨基修饰后的NH2-MIL-101（Al），嫁接氨基修饰后的NH2-MIL-101（Cr），负载零价钯修饰后的Pd0-MIL-101（Fe），负载零价钯修饰后的Pd0-MIL-101（Al），负载零价钯修饰后的Pd0-MIL-101（Cr），同时嫁接氨基、负载零价钯修饰后的Pd0-NH2-MIL-101（Fe），同时嫁接氨基、负载零价钯修饰后的Pd0-NH2-MIL-101（Al），同时嫁接氨基、负载零价钯修饰后的Pd0-NH2-MIL-101（本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种上流式循环床高级氧化反应装置，包括装置本体，其特征在于：所述装置本体（8）内自下而上依次设有布气管（7）、布水管（3）、催化剂固定床（13）和三相分离器（11），所述布气管（3）连接装置本体（8）外部进气管（6），所述进气管（6）通过一进气泵（5）连接外部补充进气管（4）；所述布水管（3）连接装置本体（8）外部一进水泵（2），所述进水泵（2）连接外部进水管（1）；所述三相分离器（11）连接一提升管（14），所述提升管（14）连接气水分离室（15），所述气水分离室（15）顶部连接一集气管（16），底部连接一内回流管（12），所述内回流管（12）穿设在装置本体内，所述集气管（16）末端直接套接在一水封（17）内部，所述水封（17）顶部连接一集气回流管（18），所述集气回流管（18）通过回流气泵（19）连接外部补充进气管（4）；所述装置本体（8）上部设有集水槽（22），所述集水槽（22）出水端分别连接出水管（21）和外回流管（20），所述外回流管（20）连接进水管（1）。

【技术特征摘要】
1.一种上流式循环床高级氧化反应装置，包括装置本体，其特征在于：所述装置本体（8）内自下而上依次设有布气管（7）、布水管（3）、催化剂固定床（13）和三相分离器（11），所述布气管（3）连接装置本体（8）外部进气管（6），所述进气管（6）通过一进气泵（5）连接外部补充进气管（4）；所述布水管（3）连接装置本体（8）外部一进水泵（2），所述进水泵（2）连接外部进水管（1）；所述三相分离器（11）连接一提升管（14），所述提升管（14）连接气水分离室（15），所述气水分离室（15）顶部连接一集气管（16），底部连接一内回流管（12），所述内回流管（12）穿设在装置本体内，所述集气管（16）末端直接套接在一水封（17）内部，所述水封（17）顶部连接一集气回流管（18），所述集气回流管（18）通过回流气泵（19）连接外部补充进气管（4）；所述装置本体（8）上部设有集水槽（22），所述集水槽（22）出水端分别连接出水管（21）和外回流管（20），所述外回流管（20）连接进水管（1）。2.根据权利要求1所述的一种上流式循环床高级氧化反应装置，其特征在于：所述布气管（7）上分布有布气孔，所述布水管（3）上分布有布水孔。3.根据权利要求1所述的一种上流式循环床高级氧化反应装置，其特征在于：所述装置本体（8）外部设有放空管（9）和排泥管（10）。4.一种根据权利要求1-3任一项所述的上流式循环床高级氧化反应装置的工艺方法，其特征在于：将待修复有机废水体系pH值用酸调节为酸性，并向水体中加入H2O2，然后将有机废水从装置本体底部进水管（1）进水，由下而上流过催化剂固定床（13），并在进水的同时通过进气管（6）间歇或连续通入氢气，通过氢气的还原和搅动，进行有机废水修复；在修复反应完成后，废水经过三相分离器（11）完成气、水、固三相分离，部分水通过外回流管（20）回流入装置内，以稀释进水CODCr，提高水质混合程度，逸出催化剂固定床的催化剂被三相分离器（11）截留，多余的氢气经三相分离器（11）后通过气水分离室（15）分离后，重新回流进装置内。5.根据权利要求4所述的一种上流式循环床高级氧化反应装置的工艺方法，其特征在于：所述催化剂由铁刨花或铁粉中的任一一种，与金属有机骨架材料混合物。6.根据权利要求5所述的一种上流式循环床高级氧化反应装置的工艺方法，其特诊在于：所述所述的金属有机骨架材料为MIL-53（Fe），MIL-53（Al），MIL-100（Cr），MIL-53（Fe），MIL-100（Al），MIL-1...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘忻，李勇，刘锋，吴建华，
申请(专利权)人：苏州科技大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32