CN109231415A - 一种基于射流布水器的芬顿流化床装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及污水处理技术领域，具体涉及一种基于射流布水器的芬顿流化床装置，包括流化床罐体，流化床罐体内设置有分相射流加药器，流化床罐体内部还设置有输入污水的布水器，分相射流加药器和/或布水器输送芬顿试剂进入流化床罐体内与污水混合，芬顿试剂为双氧水和亚铁离子在混合前的单一组分或是两者混合成芬顿试剂后的混合组分。该技术方案以布水器和分相射流加药器的流体喷射为动力，混合搅拌污水、药剂、填料，在流化床罐体内形成数个纵向环流流场，大大提高了反应池的搅拌强度，提高了填料的流化效果，装置的处理能力和处理效率提升，解决传统芬顿流化反应器存在的布水不均，填料流化效果差，铁泥产量大，管路***容易堵塞的问题。

Description

一种基于射流布水器的芬顿流化床装置

技术领域

本发明涉及污水处理技术领域，具体涉及一种基于射流布水器的芬顿流化床装置。

背景技术

目前在污水处理技术中，二沉池出水由于不可生化的有机物含量比较高，须增设高级废水处理单元才能达到达标排放标准，至今已发展的高级废水处理技术包括臭氧氧化法、活性碳吸附法、薄膜分离法、湿式氧化法及流体化床Fenton氧化法等，而在所有的高级处理法中，Fenton 化学氧化法或其它改良型Fenton化学氧化法，具有投资成本低、对水质变化的忍受程度大、操作维护容易及操作成本低，其它方法则因初设成本或操作成本过高或根本无法达到要求而较难被业者接受。

芬顿反应器利用二价铁离子作为催化剂，催化双氧水产生氧化性超强的羟基自由基，能够无选择的氧化废水中大多数有机物，被用来处理许多难降解废水。流体化床-Fenton系利用流体化床的方式使Fenton法所产生之三价铁大部分以结晶或沉淀的方式包覆在流化床的担体表面，是一项结合了同相化学氧化(Fenton法)、异相化学氧化(H₂O₂/FeOOH)、流体化床结晶及FeOOH的还原溶解等功能的新技术。由于填料的存在，一方面减少了反应的铁泥产生量，另一方面为芬顿反应提供异相催化反应点位，提高催化剂利用效率。芬顿反应器内进行水处理时，通常希望原水、药剂与活性颗粒之间充分接触和混合，高效流化。

近年来，非均相Fenton技术成为Fenton技术中的研究热点。非均相催化剂具有的最显著优点是其可以方便地从溶液中分离出来以实现重新利用，从而避免了处理水过程中产生大量铁泥难以排放的问题。非均相催化剂凭借其自身优势已经引起普遍关注，关于非均相Fenton氧化技术的研究也进行的越来越多。

传统的芬顿反应器通常采用机械搅拌装置来实现原水(待处理污水)、药剂在反应器中的均匀分布。并通过布水***来实现反应器中活性颗粒的流化，从而实现原水、药剂、活性颗粒的充分接触，以提高原水处理效果。但在实际工程实践中，要提高装置的污水处理能力，需要采取增加反应器的直径，增加搅拌桨的直径及层数，以及增加外循环***的循环流量等方法。

虽然芬顿流化床大大减少铁泥产量，但是微量的铁泥很容易使布水装置堵塞，导致流化床内填料的流化率降低，在反应区出现短流、沟流、死区等现象；铁泥的存在也会导致一些类型的双氧水及硫酸亚铁的的加药配药装置的堵塞，最终导致加药量配比不符，铁泥量大大增加引起恶性循环，致使装置失效。同时，由于外循环***的存在，导致部分絮凝物在外循环过程中堵塞循环管路及布水结构，且随着外循环***循环流量的增加，***运行能耗也显著增加。为此，设计一种不易堵塞的芬顿流化床装置具有重要意义。

发明内容

本发明实施例的目的在于提供一种基于射流布水器的芬顿流化床装置，该芬顿流化床装置具有填料的流化效率高、布水均匀、管路***不易堵塞的优点。

为实现上述目的，本发明实施例提供了一种基于射流布水器的芬顿流化床装置，包括流化床罐体，所述流化床罐体内设置有分相射流加药器，所述流化床罐体内部还设置有输入污水的布水器，所述分相射流加药器和/或布水器输送芬顿试剂进入流化床罐体内与污水混合，所述芬顿试剂为双氧水和亚铁离子在混合前的单一组分或是两者混合成芬顿试剂后的混合组分。

作为上述技术方案的改进，所述分相射流加药器的数目有多个，各个分相射流加药器沿流化床罐体中轴线均匀分布。

作为上述技术方案的改进，所述分相射流加药器设置有至少一个指向流化床罐体内部的混合加药射流臂，所述分相射流加药器上设置有与混合加药射流臂连通的双氧水流道，所述双氧水流道与双氧水药剂调配池管路连接，所述双氧水流道与双氧水药剂调配池之间按照流体流动方向依次设置有双氧水加药计量泵、双氧水加药控制阀、双氧水加药装置、双氧水加药回流管和双氧水回流进液泵。

作为上述技术方案的改进，所述流化床罐体内部上侧设置有回流堰板，所述双氧水加药回流管上远离双氧水回流进液泵的一端伸入流化床罐体内部的回流堰板一侧，所述流化床罐体内污水通过双氧水加药回流管回流至双氧水回流进液泵内。

作为上述技术方案的改进，所述分相射流加药器上还设置有与混合加药射流臂连通的硫酸亚铁流道，所述硫酸亚铁流道与硫酸亚铁药剂调配池管路连接，所述硫酸亚铁流道与硫酸亚铁药剂调配池之间按照流体流动方向依次设置有硫酸亚铁加药计量泵、硫酸亚铁加药控制阀、硫酸亚铁加药装置、硫酸亚铁加药回流管和硫酸亚铁回流进液泵。

作为上述技术方案的改进，所述流化床罐体内部上侧设置有回流堰板，所述硫酸亚铁加药回流管上远离硫酸亚铁回流进液泵的一端伸入流化床罐体内部的回流堰板一侧，所述流化床罐体内污水通过硫酸亚铁加药回流管回流至硫酸亚铁回流进液泵内。

作为上述技术方案的改进，所述双氧水流道和硫酸亚铁流道分别与相同或相异的分相射流加药器上的混合加药射流臂连通。

作为上述技术方案的改进，所述布水器上管路连接有硫酸亚铁药剂调配池，所述硫酸亚铁药剂调配池与布水器之间按照流体流动方向依次设置有硫酸亚铁加药计量泵、硫酸亚铁加药控制阀和硫酸亚铁加药装置。

作为上述技术方案的改进，所述布水器上设置有至少一个布水喷嘴，所述布水喷嘴轴向中心线与水平面之间的夹角为θ，θ的角度范围为： 30°≤θ≤150°。

作为上述技术方案的改进，所述流化床罐体内部上侧设置有筛板，所述筛板上侧设置有出水堰板，所述流化床罐体外侧设置有伸至出水堰板一侧的出水管。

上述芬顿流化床装置具有以下优点：

(1)以布水器和分相射流加药器的流体喷射为动力，混合搅拌污水、药剂、填料，在流化床罐体内形成数个纵向环流流场，大大提高了反应池的搅拌强度，提高了填料的流化效果，装置的处理能力和处理效率提升，解决传统芬顿流化反应器存在的布水不均，填料流化效果差，铁泥产量大，管路***容易堵塞的问题；

(2)在分相射流加药器中，增压后的硫酸亚铁溶液和双氧水溶液高速进入到混合加药射流臂内，混合加药射流臂可以采用文丘里管结构制成，根据文丘里管的工作原理，在硫酸亚铁高速射流束周围迅速形成负的静压区，从而产生吸附作用，此时，双氧水液体吸入到混合腔中，硫酸亚铁高速流体将双氧水液体打成微小分子团，进而使双氧水微小分子团与硫酸亚铁高速流体充分混合，瞬间产生羟基自由基从喷嘴喷出，其射流束再度对流化床罐体中的液体进行搅拌，形成罐内紊流，实现了羟基自由基与污水的快速反应；

(3)布水器设置在流化床罐体的内部下方，可以产生高速射流，能够以较大的射流速度作用于流化床罐体底部，将沉积到底部的填料激起，与分相射流加药器配合进行药剂注入操作，提高了流化床罐体内芬顿试剂组分与填料担体的混合，充分发挥填料担体的作用，进行高效芬顿化学反应；

(4)分相射流加药器位于流化床罐体的中心，可向下分别喷出低速双氧水与硫酸亚铁或是两者混合好的芬顿试剂流体，使其不断填料担体产生流化作用，通过流场作用不断搅拌以使搅拌罐内液体混合得更加均匀，产生的羟基自由基迅速有效攻击COD，使COD降解效率大大提升；

(5)该芬顿流化床装置安装使用方便，混合效果好，在整个搅拌过程中无死角，节约能耗，均质化程度高，整体管路布局合理，机械故障隐患少，使用寿命长，维护方便，节约了生产成本，市场前景广阔。

附图说明

图1为本发明实施例一中一种基于射流布水器的芬顿流化床装置的***示意图。

图2为本发明实施例二中一种基于射流布水器的芬顿流化床装置的***示意图。

图3为本发明实施例三中一种基于射流布水器的芬顿流化床装置的***示意图。

图中：1-流化床罐体，2-分相射流加药器，2a-第一分相射流加药器， 2b-第二分相射流加药器，3-布水器，4-筛板，6-采样口，7-双氧水加药装置，8-硫酸亚铁加药装置，9-回流堰板，10-出水堰板，11-出水管，12- 人孔，13-排污阀，14-排污管，21-双氧水流道，22-混合加药射流臂，23- 硫酸亚铁流道，24-双氧水加药回流管，25-硫酸亚铁加药回流管，26-双氧水回流进液泵，27-硫酸亚铁回流进液泵，31-布水喷嘴，32-布水器流道，5-污水进液泵，71-双氧水加药控制阀，72-双氧水加药计量泵，73- 双氧水药剂调配池，81-硫酸亚铁加药控制阀，82-硫酸亚铁加药计量泵， 83-硫酸亚铁药剂调配池。

具体实施方式

以下通过具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。

须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“内”、“外”、“上”、“下”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。

在下述实施例的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“连接”等术语应做广义理解，例如，“连接”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

实施例一

如图1所示，本实施例提供了一种基于射流布水器的芬顿流化床装置，包括流化床罐体1，流化床罐体1内设置有分相射流加药器2，流化床罐体1内部还设置有输入污水的布水器3，分相射流加药器2和/或布水器3输送芬顿试剂进入流化床罐体1内与污水混合，芬顿试剂为双氧水和亚铁离子在混合前的单一组分或是两者混合成芬顿试剂后的混合组分。

流化床罐体1底部设置有布水器3，布水器3上均匀分布有多个布水喷嘴31，所述布水喷嘴31轴向中心线与水平面之间的夹角为θ，θ的角度范围为：30°≤θ≤150°。布水器3设置在流化床罐体1的内部下方，通过布水喷嘴31可以产生高速射流，能够以较大的射流速度作用于流化床罐体1底部沉降的物质，搅拌起来的污水和填料等物质进入到分相射流加药器2的位置，分相射流加药器2设置有至少一个指向流化床罐体1 内部的混合加药射流臂22，经过混合加药射流臂22喷射出来的芬顿试剂的药剂组分与污水、填料和担体等混合，从而进行高效芬顿化学反应。混合加药射流臂22内药剂组分的喷射方向为斜下方，喷射出来的药剂组分可以不断与填料、担体产生流化作用，通过流化作用使不断搅拌以使流化床罐体1内液体混合得更加均匀。

布水器3还包括布水器流道32，布水喷嘴31均匀设置在布水器流道 32上，布水器流道32一端设置有污水进液泵5，通过污水进液泵5增压后将污水通过布水器流道32输入到流化床罐体1内。

芬顿试剂的主要组分为双氧水(过氧化氢)和亚铁离子组成的具有强氧化性的体系，其中双氧水和亚铁离子可以分别单独加入流化床罐体1 内，也可以在分相射流加药器2内进行预混合后再加入到流化床罐体1。本实施例以双氧水和亚铁离子在分相射流加药器2内预混合后再加入到流化床罐体1中为例进行详细介绍。

分相射流加药器2上设置有与混合加药射流臂22连通的双氧水流道 21，双氧水流道21与双氧水药剂调配池73管路连接，双氧水流道21与双氧水药剂调配池73按照流体流动方向依次设置有双氧水加药计量泵 72、双氧水加药控制阀71、双氧水加药装置7、双氧水加药回流管24和双氧水回流进液泵26。首先在双氧水药剂调配池73内进行双氧水的配置，然后通过双氧水加药计量泵72进行药剂加入量的精确控制，通过双氧水加药控制阀71和双氧水加药装置7进行双氧水的加入操作，双氧水通过双氧水加药回流管24、双氧水回流进液泵26和双氧水流道21进入到混合加药射流臂22。

分相射流加药器2上还设置有与混合加药射流臂22连通的硫酸亚铁流道23，硫酸亚铁流道23与硫酸亚铁药剂调配池83管路连接，硫酸亚铁流道23与硫酸亚铁药剂调配池83之间按照流体流动方向依次设置有硫酸亚铁加药计量泵82、硫酸亚铁加药控制阀81、硫酸亚铁加药装置8、硫酸亚铁加药回流管25和硫酸亚铁回流进液泵27。首先在硫酸亚铁药剂调配池83内进行硫酸亚铁的配置，然后通过硫酸亚铁加药计量泵82进行药剂加入量的精确控制，通过硫酸亚铁加药控制阀81和硫酸亚铁加药装置8进行硫酸亚铁的加入操作，硫酸亚铁通过硫酸亚铁加药回流管25、硫酸亚铁回流进液泵27和硫酸亚铁流道23进入到混合加药射流臂22内，与双氧水进行混合后，瞬间进入到流化床罐体1内。

上述方案中，流化床罐体1内部上侧设置有回流堰板9，双氧水加药回流管24上远离双氧水回流进液泵26的一端伸入流化床罐体1内部的回流堰板9一侧，流化床罐体1内污水通过双氧水加药回流管24回流至双氧水回流进液泵26内；硫酸亚铁加药回流管25上远离硫酸亚铁回流进液泵27的一端伸入流化床罐体1内部的回流堰板9一侧，流化床罐体 1内污水通过硫酸亚铁加药回流管25回流至硫酸亚铁回流进液泵27内。通过将双氧水加药回流管24和硫酸亚铁加药回流管25的一端延伸到回流堰板9一侧，可以将流化床罐体1上侧流体通过分相射流加药器2循环到流化床罐体1下方，提高流化床罐体1内各区域流化效果的均匀性。

分相射流加药器2上的混合加药射流臂22可以有多个，每个混合加药射流臂22的流体喷出方向有所区别，提高流化床罐体1内各区域流化效果的均匀性。

流化床罐体1内部上侧设置有筛板4，筛板4上侧设置有出水堰板 10，回流堰板9跟出水堰板10均位于筛板4上方，流化床罐体1外侧设置有伸至出水堰板10一侧的出水管11，筛板4的作用是抑制流化床罐体 1液面气泡的产生，同时筛板4可以对进入到回流堰板9跟出水堰板10 内的液体进行过滤，对填料进行拦截，避免填料损失。

流化床罐体1底部具有排污阀13和排污管14，流化床罐体1底部靠近排污管14的位置呈锥形结构，能够方便罐体内絮凝物沉降。流化床罐体1侧面设置有人孔12，通过人孔12可以向流化床罐体1内加入填料和担体，填料主体材料为活性炭，活性炭因其具有较大的比表面积与吸附容量被作为支撑骨架材料，例如填料可以采用活性炭、氧化铁纳米颗粒以及粘结剂组成的颗粒，通过活性炭和氧化铁纳米颗粒形成原电池，产生微电解效果。包含有氧化铁纳米颗粒的填料具有磁性，有利于填料回收再利用。流化床罐体1侧面还设置有采样口6，通过采样口6可以观察流化床罐体1内的水质和填料填充率。

上述实施例通过布水器3和分相射流加药器2的搅拌加药方式来实现污水、药剂、填料的混合搅拌，整个芬顿流化床装置流化效率高，该装置的流化区无死角，填料可以随着众多纵向流场起到高效反应担体作用。在芬顿试剂各组分的加药量及其配比上可以精确控制，双氧水及硫酸亚铁均匀混合后，能够产生羟基自由基，为有效降解COD提供了理想环境。整体的芬顿流化床装置结构设计合理，流化床罐体1内流体处理不断流动的状态，布水器3及分相射流加药器2的粗孔口不易堵塞，因此不存在管路堵塞造成***动力不足的问题。节约能耗，流化床罐体1 内均质化程度高，机械故障隐患少，使用寿命长，方便后期维护，节约成本，大大减少装置占地面积。

实施例二

如图2所示，在实施例一的基础上，分相射流加药器2的数目有多个，各个分相射流加药器2沿流化床罐体1中轴线均匀分布，例如分相射流加药器2可以是上下间隔设置的第一分相射流加药器2a和第二分相射流加药器2b。此时双氧水流道21和硫酸亚铁流道23可以分别连接于第一分相射流加药器2a和第二分相射流加药器2b上，通过第一分相射流加药器2a和第二分相射流加药器2b分别对双氧水和硫酸亚铁进行加入。该实施例由于增加了分相射流加药器2的数目，因此能够提高提高流化床罐体1内不同深度的流体流动效果。

实施例三

如图3所示，分相射流加药器2可以仅负责芬顿试剂中一种组分的压力输送，由布水器3负责芬顿试剂中另一种组分的压力输送。比如可以通过分相射流加药器2输送双氧水，通过布水器3输送硫酸亚铁。具体的，布水器3上管路连接有硫酸亚铁药剂调配池83，硫酸亚铁药剂调配池83与布水器3之间按照流体流动方向依次设置有硫酸亚铁加药计量泵82、硫酸亚铁加药控制阀81和硫酸亚铁加药装置8。该实施例中布水器3可以在向流化床罐体1内输送污水的同时，向流化床罐体1内输入硫酸亚铁，流化床罐体1内的硫酸亚铁与双氧水混合后，能够产生羟基自由基，从而有效降解COD。

以上实施例中，芬顿试剂的注入方式可以是：

第一，将双氧水和亚铁离子(以上实施例中的硫酸亚铁)通过分相射流加药器2进行预混合成芬顿试剂后，通过分相射流加药器2注入到流化床罐体1内；

第二，将芬顿试剂的两种组分：双氧水和亚铁离子分别通过不同的分相射流加药器2注入到流化床罐体1内；

第三，将双氧水和亚铁离子分别通过布水器3和分相射流加药器2 进行输送，在两者注入到流化床罐体1内之后混合成芬顿试剂；

上述三种芬顿试剂的注入方式都充分利用了布水器3和分相射流加药器2在流体喷射为动力实现流化床罐体1内的搅拌，实现污水、药剂、填料以及其他罐内组分的搅拌,可在反应池内形成数个纵向环流流场，大大提高了流化床罐体1的搅拌强度，提高了装置整体的处理能力。通过内循环实现反应池的搅拌、混匀及罐体内各组分的流化,不再需要复杂的外循环***及布水装置，从根本上解决了传统芬顿流化反应器存在的布水不均,容易堵塞等问题。

虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施例对本发明作了较为详尽的描述，但在本发明实施例的基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。

Claims (10)

1.一种基于射流布水器的芬顿流化床装置，其特征在于，包括流化床罐体(1)，所述流化床罐体(1)内设置有分相射流加药器(2)，所述流化床罐体(1)内部还设置有输入污水的布水器(3)，所述分相射流加药器(2)和/或布水器(3)输送芬顿试剂进入流化床罐体(1)内与污水混合，所述芬顿试剂为双氧水和亚铁离子混合前的单一组分或是两者混合成芬顿试剂后的混合组分。

2.如权利要求1所述的一种基于射流布水器的芬顿流化床装置，其特征在于，所述分相射流加药器(2)的数目有多个，各个分相射流加药器(2)沿流化床罐体(1)中轴线均匀分布。

3.如权利要求2所述的一种基于射流布水器的芬顿流化床装置，其特征在于，所述分相射流加药器(2)设置有至少一个指向流化床罐体(1)内部的混合加药射流臂(22)，所述分相射流加药器(2)上设置有与混合加药射流臂(22)连通的双氧水流道(21)，所述双氧水流道(21)与双氧水药剂调配池(73)管路连接，所述双氧水流道(21)与双氧水药剂调配池(73)按照流体流动方向依次设置有双氧水加药计量泵(72)、双氧水加药控制阀(71)、双氧水加药装置(7)、双氧水加药回流管(24)和双氧水回流进液泵(26)。

4.如权利要求3所述的一种基于射流布水器的芬顿流化床装置，其特征在于，所述流化床罐体(1)内部上侧设置有回流堰板(9)，所述双氧水加药回流管(24)上远离双氧水回流进液泵(26)的一端伸入流化床罐体(1)内部的回流堰板(9)一侧，所述流化床罐体(1)内污水通过双氧水加药回流管(24)回流至双氧水回流进液泵(26)内。

5.如权利要求3所述的一种基于射流布水器的芬顿流化床装置，其特征在于，所述分相射流加药器(2)上还设置有与混合加药射流臂(22)连通的硫酸亚铁流道(23)，所述硫酸亚铁流道(23)与硫酸亚铁药剂调配池(83)管路连接，所述硫酸亚铁流道(23)与硫酸亚铁药剂调配池(83)之间按照流体流动方向依次设置有硫酸亚铁加药计量泵(82)、硫酸亚铁加药控制阀(81)、硫酸亚铁加药装置(8)、硫酸亚铁加药回流管(25)和硫酸亚铁回流进液泵(27)。

6.如权利要求5所述的一种基于射流布水器的芬顿流化床装置，其特征在于，所述流化床罐体(1)内部上侧设置有回流堰板(9)，所述硫酸亚铁加药回流管(25)上远离硫酸亚铁回流进液泵(27)的一端伸入流化床罐体(1)内部的回流堰板(9)一侧，所述流化床罐体(1)内污水通过硫酸亚铁加药回流管(25)回流至硫酸亚铁回流进液泵(27)内。

7.如权利要求5所述的一种基于射流布水器的芬顿流化床装置，其特征在于，所述双氧水流道(21)和硫酸亚铁流道(23)分别与相同或相异的分相射流加药器(2)上的混合加药射流臂(22)连通。

8.如权利要求3所述的一种基于射流布水器的芬顿流化床装置，其特征在于，所述布水器(3)上管路连接有硫酸亚铁药剂调配池(83)，所述硫酸亚铁药剂调配池(83)与布水器(3)之间按照流体流动方向依次设置有硫酸亚铁加药计量泵(82)、硫酸亚铁加药控制阀(81)和硫酸亚铁加药装置(8)。

9.如权利要求1所述的一种基于射流布水器的芬顿流化床装置，其特征在于，所述布水器(3)上设置有至少一个布水喷嘴(31)，所述布水喷嘴(31)轴向中心线与水平面之间的夹角为θ，θ的角度范围为：30°≤θ≤150°。

10.如权利要求1所述的一种基于射流布水器的芬顿流化床装置，其特征在于，所述流化床罐体(1)内部上侧设置有筛板(4)，所述筛板(4)上侧设置有出水堰板(10)，所述流化床罐体(1)外侧设置有伸至出水堰板(10)一侧的出水管(11)。