采用多元煤铁碳的废水处理装置和方法
【专利摘要】本发明涉及一种采用多元煤铁碳的废水处理装置及废水处理方法，该废水处理装置包括底座、反应器、进水管以及出水管。该废水处理装置及其废水处理方法，通过设计具有多级反应室的反应器，反应器内的多元煤铁碳填料的平均颗粒大小依次减小，从而有机废水可以被层层过滤，并且在反应室内与多元煤铁碳填料发生微电解反应，随着多元煤铁碳填料的颗粒大小的减小，比表面结逐渐增大，可以处理多种不同浓度的有机废水，特别是高浓度有机废水，在底层经初步过滤和微电解，再流入高层进行深度过滤和微电解，具有持续高效、不板结的优点，在大幅度去除有机污染物的同时，提高了有机废水的可生化性，为后续的生物处理奠定了良好的基础。
【专利说明】采用多元煤铁碳的废水处理装置和方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及有机废水处理领域，尤其是涉及一种采用多元煤铁碳的废水处理装置和方法。
【背景技术】
[0002]有机废水，特别是高盐、高色、高浓度的有机废水处理，一直是国内众多环保工作者及管理部门关注的难题。随着我国化学工业的快速发展，各种新型的化工产品被应用到各行各业，特别是医药、化工、电镀、印染等重污染工业中，在提高产品质量、品质的同时也带了日益严重的环境污染问题，主要表现在:有机废水中有机污染物浓度高、结构稳定、生化性差，常规工艺难以实现达标排放，且处理成本高，给企业节能减排带来极大的压力。
【发明内容】
[0003]基于此，有必要提供一种有机废水处理效果较好且成本较低的采用元煤铁碳的废水处理装置和方法。
[0004]一种采用多元煤铁碳的废水处理装置，用于净化有机废水，该废水处理装置包括:
[0005]底座；
[0006]反应器，设在所述底座上，包括多级依次连通的反应室，所述反应室内填充有多元煤铁碳填料，且沿着有机废水的流向，所述反应室内的多元煤铁碳填料的平均颗粒大小依次减小；
[0007]进水管，穿入所述底座内，所述进水管设有多个与所述反应室连通的进水孔；以及
[0008]出水管，设在所述反应器的上方且与最后一级的所述反应室连通。
[0009]在其中一个实施例中，所述反应室内设有用于盛装所述多元煤铁碳填料的塑料填料篮，所述塑料填料篮可拆卸式固定在所述反应室内且所述塑料填料篮的篮底为多孔结构。
[0010]在其中一个实施例中，所述反应器包括两级反应室，分别为第一反应室和第二反应室，所述第一反应室置于所述底座上，所述第二反应室置于所述第一反应室上，且所述进水孔的开口朝向上方。
[0011]在其中一个实施例中，所述第一反应室内的多元煤铁碳填料的平均颗粒大小为30-40mm，填充密度为60-80% ;所述第二反应室内的多元煤铁碳填料的平均颗粒大小为
10-20，填充密度为50-70%。
[0012]在其中一个实施例中，所述多元煤铁碳填料为铁、碳和金属催化元素构成的多孔合金结构，其中，各成分的质量百分比比为:铁:68-85%、碳:10-30%、金属催化元素:1% -5%。
[0013]在其中一个实施例中，所述废水处理装置还包括前置pH调节装置，所述前置pH调节装置位于所述进水管之前用于在将有机废水通入所述进水管之前调节有机废水的pH值。
[0014]在其中一个实施例中，所述废水处理装置还包括设在所述底座上的用于检测通入所述进水管的有机废水PH值的pH监测装置。
[0015]在其中一个实施例中，所述废水处理装置还包括设在所述底座内的通气管，所述通气管的气孔朝向与所述进水孔的开口的朝向相反。
[0016]在其中一个实施例中，所述废水处理装置还包括设在所述底座上并穿入所述底座内的倒吸排空管，所述倒吸排空管开设有多个开口向下的排空孔，用于排空所述反应器内沉降的固体物质。
[0017]一种废水处理方法，使用上述任一实施例所述的废水处理装置，该废水处理方法包括如下步骤:
[0018]将所述有机废水的pH值调节至2.5?3 ;
[0019]将所述有机废水通入所述废水处理装置内，并从所述进水孔进入所述多级反应室的反应器内进行物理过滤和微电解处理；
[0020]从所述出水管排出经净化处理的有机废水。
[0021]上述废水处理装置及其废水处理方法，通过设计具有多级反应室的反应器，反应器内的多元煤铁碳填料的平均颗粒大小依次减小，从而有机废水可以被层层过滤，并且在反应室内与多元煤铁碳填料发生微电解反应，随着多元煤铁碳填料的颗粒大小的减小，比表面结逐渐增大，可以处理多种不同浓度的有机废水，特别是高浓度有机废水，在底层经初步过滤和微电解，再流入高层进行深度过滤和微电解，具有持续高效、不板结的优点，在大幅度去除有机污染物的同时，提高了有机废水的可生化性，为后续的生物处理奠定了良好的基础。
【专利附图】
【附图说明】
[0022]图1为一实施方式的采用多元煤铁碳填料的废水处理装置的结构示意图；
[0023]图2为图1中第一塑料填料篮的结构示意图；
[0024]图3为图1中第二塑料填料篮的结构示意图；
[0025]图4为一实施方式的废水处理方法的流程示意图。
【具体实施方式】
[0026]为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。
[0027]如图1所示，一实施方式的采用多元煤铁碳的废水处理装置10主要用于净化有机废水，如医药、化工、电镀或印染等重污染工业废水等。该废水处理装置10包括前置pH调节装置100、底座200、进水管300、pH监测装置400、通气管500、倒吸排空管600、反应室700及出水管800。
[0028]前置pH调节装置100设在进水管300之前,用于调节有机废水的pH。前置pH调节装置100包括有pH检测装置、加酸装置或加碱装置(图未示)等。pH检测装置实时检测有机废水的PH值，加酸装置或加碱装置根据PH检测结果进行加酸或加碱，并将有机废水的pH值调节至2.5?3之间。
[0029]底座200内部开设空腔，可用于缓存有机废水。
[0030]进水管300设在底座200上并深入至底座200的内部空腔内。在底座200的外部，进水管300上设有进水控制阀310。在底座200的内部，进水管300上开设有多个均匀分布的进水孔320。进水孔320的开口朝上设置。从进水孔320通入的有机废水或清洁用自来水可先缓存在底座200的内部空腔中再进入反应室700。
[0031 ] pH监测装置400设在底座200上，并深入至底座200的内部空腔内，用于实时监测通入的有机废水的酸碱度，根据PH值判断反应条件是否符合要求，并可再次对pH值进行调
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[0032]通气管500设在底座200上，并深入至底座200内。通气管500在底座200之外的部分设有气阀510。在底座200的内部，通气管500的气孔开口朝向与进水孔320的开口朝向相反，且均匀分布。通气管500用于向底座200内通入空气，一方面可以起到搅拌和疏导作用，另一方面，通入空气，为后续微电解反应提供氧气环境。
[0033]倒吸排空管600设在底座300上，并深入至底座200内。倒吸排空管600在底座200之外的部分设有排空阀610。在底座200的内部，倒吸排空管600与抽吸装置相连，其开设有多个开口向下的排空孔620，用于定期排除废水中沉降的固体物质。
[0034]反应器700与进水孔320连通。反应器700内填充有多元煤铁碳填料，用于过滤并微电解有机废水。在本实施方式中，反应器700有两层，分别为第一反应室710和第二反应室720。第一反应室710置于底座200上并与进水孔320连通。第二反应室720层叠在第一反应室710上，并与第一反应室710连通。废水可依次经由进水管300、第一反应室710进入第二反应室720。
[0035]第一反应室710和第二反应室720分别填充了平均颗粒大小不同的多元煤铁碳填料。第一反应室710内的多元煤铁碳填料的平均颗粒大小大于第二反应室720内的多元煤铁碳填料的平均颗粒大小，也即第一反应室710与第二反应室720构成了多级反应器。第一反应室710内的多元煤铁碳填料颗粒粗，如平均颗粒大小在30-40_范围内，从而填充密度稀疏，如密度为60-80%，有利于过滤较大的固体杂质，并与有机废水进行初步微电解反应。第二反应室720内的多元煤铁碳填料颗粒细，如平均颗粒大小在10-20_范围内，从而填充密度细密，如密度为50-70%，有利于过滤较小的固体杂质，并与有机废水进行深度微电解反应。通过设置多级反应室的反应器，可以处理多种不同浓度、不同程度污染的有机废水，特别是高浓度有机废水，在底层经初步过滤和微电解，再流入高层进行深度过滤和微电解，具有持续闻效、不板结的优点，在大幅度去除有机污染物的同时，提闻了有机废水的可生化性，为后续的生物处理奠定了良好的基础。
[0036]进一步，在本实施方式中，多元煤铁碳填料是盛装在第一塑料填料篮712和第二塑料填料篮722内的。其中所述塑料可以如聚乙烯(PE)等抗腐蚀性较好的塑料材质。如图2和图3所示，第一塑料填料篮712和第二塑料填料篮722均可拆卸固定在反应室内且层叠设置，其中第一塑料填料篮712用于盛装平均颗粒大小较大的多元煤铁碳填料，第二塑料填料篮722用于盛装平均颗粒大小较小的多元煤铁碳填料。第一塑料填料篮712与第二塑料填料篮722的篮底均为多孔结构，其中，第一塑料填料篮712篮底的孔径大于第二塑料填料篮722的篮底孔径。此外，第一塑料填料篮712与第二塑料填料篮722内设有用于加强结构稳定性的加强筋以及用于供起重设备吊起的起重孔或挂耳结构等。通过设置在反应室内的可拆卸式塑料填料篮结构，可以方便进行添加和调整填料。
[0037]上述多元煤铁碳填料为在惰性气体氛围中，将铁、碳和金属催化元素按照成分质量Fe =68-85%, C:10_30%、金属催化元素:1 % _5 %的比例混合后，用不同大小的模具在1050°C下烧结5-8小时后得到各种大小多孔合金结构多元煤铁碳填料。其中，金属催化元素可以但不限于钼、钯、铑、银及钌中的至少一种金属。该多元煤铁碳填料集氧化、还原、电沉积、絮凝、吸附、架桥、卷扫及共沉淀等多种功能于一体。难降解的有机废水在微电解过程上主要发生电化学的氧化、还原、充放电对絮体的电附集和对反应的催化作用、以及电化学产物的凝聚、新生态絮体的吸附和床层的网捕、过滤等作用的综合效应。该多元煤铁碳填料在通入空气的有机废水中阳极铁腐蚀较快，大量的Fe2+进入废水中，不但有效克服了阳极钝化，而且产生具有较高活性的新生态Fe2+和[H]，能与废水中许多组分发生氧化还原反应，破坏废水中有色物质发色基团或助色基团结构，甚至断链，使废水中高分子毒性有机污染物转化成小分子或易于生物降解物质；同时曝气反应中消耗氢离子，使废水的PH值升高，为后续絮凝反应创造了良好的条件，节省药剂成本。
[0038]可理解，在其他实施方式中，该反应器700也可以设有3个、4个或以上数量的反应室，各反应室之间可以层叠设置，也可以并列放置，只要将有机废水依次通过各反应室，并从各反应室的底部向上部流动即可；相应的，沿着有机废水的流向，反应室内的多元煤铁碳填料的平均颗粒大小依次减小。进一步，可理解，在其他实施方式中，该废水处理装置10可以不含有PH监测装置400、通气管500及倒吸排空管600中的至少一种构件。
[0039]出水管800设在第二反应室的上方，用于将处理后的有机废水或清洁用的自来水等排出。在本实施方式中，第二反应室的上方设有一空腔，出水管800与该空腔连通，且在反应室的外部，出水管800上设有出水控制阀810。
[0040]此外，本实施方式还提供了一种废水处理方法，其通过使用上述废水处理装置对有机废水进行净化处理。如图4所示，该废水处理方法包括如下步骤:
[0041]步骤S910:将有机废水的pH调节至2.5?3。
[0042]步骤S920:将有机废水通入废水处理装置内，并从进水孔进入多级反应室的反应器内进行物理过滤和微电解处理。
[0043]步骤S930:从出水管排出经净化处理的有机废水。
[0044]具体在本实施方式中，有机废水的处理流程如下:
[0045]原有机废水通过前置pH调节装置100将pH调至2.5-3,然后通过进水管300进入底座200的内部，进水管300的进水布水系统将废水均匀导入，平缓进入反应室700，通过设置在底座200上的pH监测装置400连续监控废水反应条件是否符合；同时开启通气管500，进行缓慢的通气，简单搅拌废水，导流废水往上流，利用空气中氧气将反应后的亚铁氧化；废水平缓流过盛装有多元煤铁碳填料的多级反应室，先通过粗多元煤铁碳填料，初步拦截大悬浮物，然后流过细多元煤铁碳填料，实现简单的过滤效果，同时废水流过多元煤铁碳系统时不断进行缓慢反应，将大分子有机物降解为微小有机物，以去除一大部分有机物。有机废水在装置内停留1.5-2小时后，达到预定处理效果，最后从第二反应室720上方的排水管800流出。当该废水处理装置10运行一段时间后，可以打开排空阀610，排走处理过程中沉积在底座200底部的污泥等杂质。
[0046]反冲洗操作:先停止工作，打开通气管500，调大通气量，对多元煤铁碳填料进行充分的冲洗，静止几分钟后，打开排空阀610排空。放空后，关闭排空阀610，从出水管800注入自来水，重复上述步骤清洗一次。
[0047]添加或更换填料:当该废水处理装置10处理出水出现异常或使用较长时间后，可以调整多元煤铁碳填料或更换多元煤铁碳填料。先将排空阀610打开放空，然后把第二塑料填料篮722垂直往上吊出，再把第一塑料填料篮712垂直往上吊出，根据需要情况补充或调整填料。然后先把第一塑料填料篮712垂直放下，再把第二塑料填料篮722垂直放下，即完成添加或更换填料。
[0048]上述废水处理装置10及其废水处理方法，通过设计具有多级反应室的反应器700，反应器700内的多元煤铁碳填料的平均颗粒大小依次减小，从而有机废水可以被层层过滤，并且在反应室内与多元煤铁碳填料发生微电解反应，随着多元煤铁碳填料的颗粒大小的减小，比表面结逐渐增大，可以处理多种不同浓度的有机废水，特别是高浓度有机废水，在底层经初步过滤和微电解，再流入高层进行深度过滤和微电解，具有持续高效、不板结的优点，在大幅度去除有机污染物的同时，提高了有机废水的可生化性，为后续的生物处理奠定了良好的基础。
[0049]该废水处理装置10集电化学反应、氧化、还原、电絮凝、共沉淀等多功能于一体，具有广谱性强、适用范围广、处理效果好、不用电、成本低、操作性强、填料可更换、无堵塞与板结等优点，是目前可工程化应用于难降解毒性有机废水的主体技术，在脱色、降毒、开环断链、去除COD和提高废水可生化性(B/C)等方面得到大量应用。
[0050]以下为具体实施例部分
[0051]以下实施例采用的多元煤铁碳填料的成分及质量百分比为Fe:80%, C:28%、金属催化元素:2%。
[0052]实施例1、养猪场废水
[0053]第一反应室710内的多元煤铁碳填料颗粒粗,平均颗粒大小在30_40mm范围内，填充密度为60 %，有利于过滤较大的固体杂质，并与有机废水进行初步微电解反应。第二反应室720内的多元煤铁碳填料颗粒细，平均颗粒大小在10-20mm范围内，填充密度为80%。
[0054]处理前原水样COD:10163.05mg/L ;使用传统的普通微电解方法处理出水COD:5790.43mg/L ;使用本发明的多元煤铁碳的废水处理装置出水COD:3884.27mg/L。
[0055]实施例2、变性淀粉废水
[0056]第一反应室710内的多元煤铁碳填料颗粒粗,平均颗粒大小在30-40mm范围内，填充密度为65 %，有利于过滤较大的固体杂质，并与有机废水进行初步微电解反应。第二反应室720内的多元煤铁碳填料颗粒细，平均颗粒大小在10-20mm范围内，填充密度为80%。
[0057]处理前原水样COD:12000.45 mg/L,使用传统的普通微电解方法处理出水COD:5875.21 mg/L，使用本发明的多元煤铁碳的废水处理装置出水COD:4184.42mg/L。
[0058]由上述两个实施例可以看出，通过使用本发明的采用多元煤铁碳的废水处理装置经多级处理后，废水的COD值明显降低，且相对传统的采用常规铁碳材料进行单级处理，处理后的废水COD也明显降低，从而说明，本发明的采用多元煤铁碳的废水处理装置废水净化效果好。
[0059]以上两个实施例只用于说明采用本发明多元煤铁碳的废水处理装置处理废水的效果，可理解，在其他实施例中，针对不同的废水情况，可以合理设计第一反应室710和第二反应室720内的多元煤铁碳填料的成分及尺寸等数据，以达到更好的处理有机废水的目的。
[0060]以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
【权利要求】
1.一种采用多元煤铁碳的废水处理装置，用于净化有机废水，其特征在于，该废水处理装置包括: 底座； 反应器，设在所述底座上，包括多级依次连通的反应室，所述反应室内填充有多元煤铁碳填料，且沿着有机废水的流向，所述反应室内的多元煤铁碳填料的平均颗粒大小依次减小; 进水管，穿入所述底座内，所述进水管设有多个与所述反应室连通的进水孔；以及 出水管，设在所述反应器的上方且与最后一级的所述反应室连通。
2.如权利要求1所述的废水处理装置，其特征在于，所述反应室内设有用于盛装所述多元煤铁碳填料的塑料填料篮，所述塑料填料篮可拆卸式固定在所述反应室内且所述塑料填料篮的篮底为多孔结构。
3.如权利要求1或2所述的废水处理装置，其特征在于，所述反应器包括两级反应室，分别为第一反应室和第二反应室，所述第一反应室置于所述底座上，所述第二反应室置于所述第一反应室上，且所述进水孔的开口朝向上方。
4.如权利要求1所述的废水处理装置，其特征在于，所述第一反应室内的多元煤铁碳填料的平均颗粒大小为30-40_，填充密度为60-80% ;所述第二反应室内的多元煤铁碳填料的平均颗粒大小为10-20mm，填充密度为50-70%。
5.如权利要求1或4所述的废水处理装置，其特征在于，所述多元煤铁碳填料为铁、碳和金属催化元素构成的多孔合金结构，其中，各成分的质量百分比为:铁:68-85%、碳:10-30%、金属催化元素:1% -5%。
6.如权利要求1所述的废水处理装置，其特征在于，还包括前置PH调节装置，所述前置PH调节装置位于所述进水管之前用于在将有机废水通入所述进水管之前调节有机废水的pH值。
7.如权利要求1所述的废水处理装置，其特征在于，还包括设在所述底座上的用于实时检测通入所述进水管的有机废水pH值的pH监测装置。
8.如权利要求1所述的废水处理装置，其特征在于，还包括设在所述底座内的通气管，所述通气管的气孔朝向与所述进水孔的开口的朝向相反。
9.如权利要求1所述的废水处理装置，其特征在于，还包括设在所述底座上并穿入所述底座内的倒吸排空管，所述倒吸排空管开设有多个开口向下的排空孔，用于排空所述反应器内沉降的固体物质。
10.一种废水处理方法，其特征在于，使用如权利要求1?9中任一项所述的废水处理装置，该废水处理方法包括如下步骤: 将所述有机废水的PH值调节至2.5?3 ; 将所述有机废水通入所述废水处理装置内，并从所述进水孔进入所述反应器进行物理过滤和微电解处理； 从所述出水管排出经初步净化处理的有机废水。
【文档编号】C02F1/461GK104229947SQ201410445543
【公开日】2014年12月24日 申请日期:2014年9月3日 优先权日:2014年9月3日
【发明者】毛淦民, 朱钟霞, 阳健, 吕义有, 袁飞, 张连福 申请人:广州绿日环保科技有限公司