[实用新型]回流式铁碳微电解‑耦合Fenton水处理反应装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及污水处理领域，特别涉及一种针对高浓度难降解有机废水的回流式铁碳微电解-耦合Fenton水处理反应装置。

背景技术

在工业高度发展的时代背景下，高浓度难降解有机废水污染源日益增加，带来了严重的污染问题。所谓“高浓度”，是指这类废水的有机物浓度(以COD计)较高，一般均在2000mg/L以上，有的甚至高达每升几万至十几万mg/L；所谓“难降解”是指这类废水的可生化性较低(BOD5/COD值一般均在0.3以下甚至更低)，难以生物降解。“高浓度”、“难降解”两大特性的叠加，且具有明显的致癌、致畸、致突变“三致”作用，使用常规的处理方法很难达到预期的处理效果。

自1894年法国科学家H J Fenton在一项科学研究中发现Fenton试剂以后，随着人们对Fenton反应的不断优化，Fenton法已经成为难降解有机物处理过程中研究与应用最多的一种高级氧化工艺，与其他高级氧化工艺相比，因其简单、快速、氧化范围广等优点而备受人们青睐。

标准Fenton法指的是Fe²⁺/H₂O₂体系，其中Fe²⁺主要作为反应的催化剂，使H₂O₂通过反应产生的·OH(羟自由基)起到氧化作用。人们采用了一个较广泛引用的化学反应方程式来描述芬顿试剂中发生的化学反应:Fe²⁺+H₂O₂→Fe³⁺+OH^-+·OH。反应产生的·OH的氧化电极电位高达2.80V，并且又能引发周围物质连锁反应，产生更多的其他自由基，最终大多数有机物被降解甚至是矿化，所以Fenton反应可无选择氧化水中的大多数有机物，在短时间内将有机物氧化分解。同时，由于亚铁离子在反应过程中会被转化为铁离子，而铁离子具有混凝沉淀作用，这样在处理污水时Fenton试剂可达到氧化污染物和混凝沉淀的作用，可以省掉后续混凝沉淀工序，减少设备投资。

传统Fenton法由于要用专门设备准确投加Fe²⁺溶液，存在Fe²⁺在混合过程，还未来得及与H₂O₂反应就被氧化成Fe³⁺，导致有机物矿化程度不高、双氧水消耗大、运行成本高等缺点。将其与铁碳微电解技术联合，形成微电解-耦合Fenton氧化法，在废水处理中，具有适用对象范围广、处理效果更好和运行成本低廉等优点。铁碳在废水中形成无数微小原电池发生电化学反应，在起到降解有机物的同时，铁作为阳极溶解生成无数Fe²⁺，为后续Fenton反应提供铁源。另外活性炭是一种常见的吸附剂，可以有效吸附去除废水的色度、臭味和水中大多数有机污染物。将活性炭吸附法与Fenton氧化法耦合，可以使活性炭的强吸附性 与Fenton试剂的强氧化性有机结合：活性炭可以同时吸附废水中污染物与Fenton试剂反应物，使Fenton氧化反应发生在活性炭表面，从而提高·OH(轻基自由基)附近污染物的浓度，增强了Fenton反应的效率；同时轻基自由基会氧化吸附于活性炭表面的污染物，解决了活性炭再生的问题。

目前关于微电解-耦合芬顿处理废水的装置也有一些研究，但都有一定的局限性。如中国专利201420128881.0公开了一种多级铁碳微电解耦合芬顿氧化床反应器，此反应器在一定程度上解决了传统焦化废水处理工艺对难降解复杂有机污染物去除效果不理想而导致的一些问题，对于废水中的难降解多环、杂环类有机物和有毒有害物质的处理极为有效，但是反应器中多级铁碳混合物紧密连接，易造成填料板结，使得内部废水流态变化增加换料难度，从而限制其广泛应用；中国专利201520130858.X公开了一种铁碳微电解-类芬顿实验装置，这种装置主要针对实验室废水处理，一定程度上为后续工业应用提供试验参数、理论依据和技术指导，但存在加料不均，装置内水质特性无法准确控制等问题；中国专利201410585310.4公开了一种电解耦合类芬顿水处理设备，一定程度上促进了铁电解反应，克服了填料的板结的问题、反应效率高、污水处理效果好等，但结构复杂，运行管理相对繁琐，运行成本相应增加，不利于实际应用推广。

实用新型内容

本实用新型旨在于提供一种反应效率高，污水处理效果好、操作简单、防板结能力强的铁碳微电解-耦合Fenton水处理设备，同时对相关技术与设备的研发具有很强的指导及借鉴意义。