一种水力空化耦合Fenton法处理废水的装置的制作方法

本实用新型属于废水高级氧化处理领域，主要涉及一种水力空化耦合催化氧化法处理废水的装置。

背景技术：

Fenton高级氧化技术具有氧化性强、反应效率高、副产物少、运行稳定、操控简单等优点，是处理高浓度有机废水的常用方法，但是仍存在有运行费用高、氧化剂H₂O₂利用效率低、氧化剂与催化剂无法实现动态调整等问题。近年来，人们不断的对Fenton技术进行改造和研究，创造出了很多以Fenton氧化技术为基础的类Fenton氧化法。

中国专利号：201010107539.9“一种处理生化难降解有机废水的工艺方法”公开了一种超声波空化协同Fenton试剂处理有机废水的方法，但超声空化存在设备复杂、能量利用率低、难以实现工业化操作的缺点。水力空化技术是一种新型的水处理方法，利用液体通过收缩装置时的压力变化，产生大量空化气泡，空话气泡破裂的瞬间会形成微射流、冲击波释放出巨大的能量。这种局部的高能量作用下液体会裂解为O·、OH·等具有强氧化性能的活性自由基，可以有效降解复杂的有机物，且具有不产生二次污染，反应条件容易控制、设备简单的优点。将Fenton氧化技术与水力空化技术联合处理高浓度有机废水，可以实现二者的优势互补，提高催化氧化氧化效率。

技术实现要素：

根据现有技术的不足，即Fenton反应运行成本高、反应时间长，会产生大量污泥等问题，本实用新型的目的是提供一种水力空化-Fenton联合处理废水的装置，通过电解池预处理、水力空化和Fenton氧化的联合作用，实现难降解有机废水的处理，出水可达二级排放标准。

为解决上述技术问题，本实用新型提供了一种水力空化耦合Fenton法处理废水的装置，包括预处理系统、电化学废水处理系统、水力空化-Fenton耦合装置、沉淀池和自控系统；进水管一端连接进水泵，另一端与一级管道混合器相连，所述一级管道混合器内设有加酸管，一级管道混合器下游设有在线pH计，所述一级管道混合器与电化学废水处理系统进水管相接，所述电化学废水处理系统出水管连接有二级管道混合器，所述二级管道混合器入口处设有H₂O₂加药管，出口通过加压泵与水力空化-Fenton耦合装置连接，所述水力空化-Fenton耦合装置出口通过盘管与三级管道混合器相连，所述三级管道混合器入口处设有加碱管，出口处设有在线pH计，出口与沉淀池相接。

为了进一步准确调节废水的pH值，所述预处理系统包括进水管、一级管道混合器、加酸管、在线pH计Ⅰ，进水管与管道混合器相连，在管道混合器内设有加酸管，加酸管嘴方向与水流方向相反，管道混合器出口安装有pH计Ⅰ，加酸管和pH计Ⅰ均由自控系统控制，通过自控系统实时调节加酸量使进水pH达到设定值。

所述电化学废水处理系统包括可溶性铁阳电极、钛阴极、电解管、电解电源和电解管壳体；所述电化学废水处理系统由多个电解管组成，所述电解管壳体为圆柱状，上方安装有圆台形集气罩，集气罩末端连接有尾气处理装置。在电极氧化作用下对废水进行降解的同时产生大量Fe²⁺，电解过程中通过调节电流密度控制可溶性铁极板Fe²⁺生成量。

所述电化学废水处理系统阳极采用可溶性铁电极，所述阳极为圆柱状置于电解管中心，阳极底端与电解管底部连接处设有螺口，可以进行替换；所述电化学废水处理系统阴极采用环形钛极板，置于电解管内壁。

所述水力空化-Fenton耦合装置包括二级管道混合器、加压泵、多孔板水力空化器和盘管；电化学废水处理系统的电解管出口与所述二级管道混合器入口相连，所述的二级管道混合器靠近进水口处设有H₂O₂加药管，H₂O₂加药管与加压泵连接，自控系统通过控制加压泵流量定量投加H₂O₂。

所述水力空化器的多孔板由法兰固定在管道上，所述多孔板开孔率在0.05～0.09，厚度为5～8mm。所述加压泵扬程40～60m，所述多孔板水力空化器下游压强为120～150kpa。在水力空化作用下加剧催化氧化反应，可以使Fe²⁺与H₂O₂充分混合，提高催化氧化反应效率，水力空化作用下产生的局部高温、高压、冲击波极端物理条件能有效降解废水中的有机物；

所述盘管出口处与所述三级管道混合器入口相连，靠近混合器入口处设有加碱管，加碱管嘴方向与水流方向相反，管道混合器出口安装有pH计Ⅱ，加碱管和pH计Ⅱ均由自控系统控制，通过自控系统实时调节加碱量使进水pH达到设定值。

本实用新型的有益效果为：

(1)高浓度有机废水首先在电解池内进行处理，在电化学氧化以及电解产生的OH·等强氧化剂的作用下可将难降解的大分子有机物被氧化为小分子物质；

(2)电解池阳极采用可溶性铁极板，可以通过调节电流密度较为精确的实时控制反应器内Fe²⁺的浓度，使催化氧化反应中的Fe²⁺与H₂O₂一直处于最佳反应比例，在达到最佳处理效果的同时减少污泥产生量；

(3)采用水力空化器联合Fenton反应处理废水，可大大提高Fenton反应效率，缩短反应时间，减少反应所需药剂量，产生的污泥量也会随之减少；

(4)本实用新型废水处理过程均在管道内进行，采用管道混合器可使氧化剂与废水充分混合，设备占地面积小，且可根据地势、处理水量灵活布置反应器。

附图说明

图1是本实用新型一种水力空化耦合Fenton法处理废水的装置结构示意图。

图中所示：1-进水泵，2-加酸管，3-储药箱Ⅰ，4-流量计Ⅰ，5-一级管道混合器，6-在线pH计Ⅰ，7-加碱管，8-集气管，9-电解管，10-尾气处理装置，11-储药箱Ⅱ，12-流量计Ⅱ，13-H₂O₂加药管，14-二级管道混合器Ⅱ；15-加压泵，16-多孔板水力空化器，17-盘管，18-储药箱Ⅲ，19-流量计Ⅲ，20-三级管道混合器，21-在线pH计Ⅱ，22-沉淀池，23-出水管

图2是本实用新型电化学废水处理系统结构示意图。

图中所示：24-集气罩，25-可溶性铁阳电极，26-进水口，27-电解管壳体，28-环形钛极板，29-阴极接线端，30-出水口，31-电源负极，32-螺口，33-电源正极

图3是本实用新型多孔板水力空化发生器结构示意图。

34-进水口，35-多孔板，36-出水口，37-法兰

图4为本实用新型自控系统示意图。

38-直流电源，39-自动控制终端

具体实施方式

本实用新型的一种水力空化耦合Fenton法处理废水的装置，包括预处理系统、电化学废水处理系统、水力空化-Fenton耦合装置、沉淀池和自控系统；进水管一端连接进水泵1，另一端与一级管道混合器5相连，所述一级管道混合器5内设有加酸管2，一级管道混合器5下游设有在线pH计Ⅰ6，所述一级管道混合器5与电化学废水处理系统进水管相接，所述电化学废水处理系统出水管连接有二级管道混合器14，所述二级管道混合器14入口处设有H₂O₂加药管13，出口通过加压泵15与水力空化-Fenton耦合装置连接，所述水力空化-Fenton耦合装置出口通过盘管17与三级管道混合器20相连，所述三级管道混合器20入口处设有加碱管7，出口处设有在线pH计Ⅱ21，出口与沉淀池22相接。

预处理系统中的一级管道混合器内设有加酸管2，加酸管嘴方向与水流方向相反，一级管道混合器出口安装有pH计Ⅰ，加酸管2和pH计均由自控系统控制，通过自控系统实时调节加酸量使进水pH达到设定值。

电化学废水处理系统包括可溶性铁阳电极25、钛阴极28，电解电源和电解管壳体27；所述电化学废水处理系统由多个电解管9组成，所述电解管壳体27为圆柱状，上方安装有圆台形集气罩24，集气罩24的末端连接有尾气处理装置10。其中，电化学废水处理系统的阳极为圆柱状，且置于电解管9中心，阳极底端与电解管9底部连接处设有螺口32，可以进行替换；电化学废水处理系统阴极采用环形钛极板，置于电解管9的内壁。

水力空化-Fenton耦合装置包括二级管道混合器14、加压泵15、多孔板水力空化器16和盘管17；电化学废水处理系统的电解管9出口与二级管道混合器14入口相连，二级管道混合器14靠近进水口处设有H₂O₂加药管13，H₂O₂加药管13与加压泵15连接，自控系统通过控制加压泵流量定量投加H₂O₂。其中，水力空化器的多孔板由法兰37固定在管道上，多孔板开孔率在0.05～0.09，厚度为5～8mm。加压泵扬程40～60m，盘管17的进水口与水力空化器的出水口36相连，多孔板水力空化器下游压强为120～150kpa。盘管17的出口处与三级管道混合器20入口相连，靠近混合器入口处设有加碱管7，加碱管嘴方向与水流方向相反，三级管管道混合器出口安装有pH计，加碱管7和pH计均由自控系统控制，通过自控系统实时调节加碱量使进水pH达到设定值。

经过生化处理的的医药废水，COD为800mg/L，由进水泵1送入一级管道混合器5，加药泵3启动，在一级管道混合器5内酸与废水迅速混合，pH计6测定探头处pH，发送给自控系统39，调节加药泵流量，使废水pH达到3～4后在电解管9内进行电化学处理，本实施例电流密度为50～80A/m²，流量为3.6m³/h，所述电化学废水处理系统的阳极为可溶性铁电极，电极氧化作用下对废水进行降解的同时产生大量Fe²⁺，电解过程中通过调节电流密度控制可溶性铁极板产生的Fe²⁺摩尔浓度为1.25mol/L左右，相应的30％双氧水投加流量为1ml/s。

Fe²⁺的废水与H₂O₂在二级管道混合器13内混合均匀，由加压泵15送入多孔板水力空化反应器16，进水压力为0.5Mpa，孔前流速为4m/s，在水力空化作用下加剧催化氧化反应，可以使Fe²⁺与H₂O₂充分混合，提高催化氧化反应效率，水力空化作用下产生的局部高温、高压、冲击波极端物理条件能有效降解废水中的有机物。

水力空化器出水进入盘管17继续进行Fenton反应，调节出书阀，使盘管17内压力保持在120kpa，在高压下，H₂O₂的氧化效果可以得到加强。盘管17的出水进入三级管道混合器20，调节pH至8～9后送入沉淀池22，在沉淀池内进行混凝沉淀后排出上清液。

本实施例的废水从开始进入反应区内，到反应结束，在本反应器内停留时间为10min，出水COD含量为80mg/L左右，COD去除率达90％。

上述具体实施方式用来解释说明本实用新型，而不是对本实用新型进行限制，在本实用新型的精神和权利要求的保护范围内，对本实用新型做出的任何修改和改变，都落入本实用新型的保护范围。