一种光催化芬顿流化床的制作方法

本发明涉及污水处理技术领域，具体涉及一种光催化芬顿流化床。

背景技术：

目前在污水处理技术中，特别是一些工业污水处理中，常常遇到一些难生化难降解的污水，目前处理这些污水的常用方法有高级氧化法、微电解法、蒸馏法等，综合考虑运行费用及投资成本等方面的因素，目前以高级氧化法应用较为普遍。高级氧化法包括臭氧氧化、芬顿试剂氧化、双氧水氧化等，而尤以芬顿试剂氧化法采用最多。

芬顿试剂氧化法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，但是对于悬浮物比较高的污水，比如造纸厂污水、印染厂污水，羟基自由基会攻击悬浮物，致使反应试剂投加量大大增加，甚至致使反应失效。

芬顿氧化技术目前比较常见的有光芬顿、电芬顿和芬顿流化床，芬顿流化床以其运行成本底，设备简单受到工业上的广泛应用，但是由于其在运行中仍有铁泥产生，导致后处理成本增加；而光芬顿虽然使铁泥产量大大减少，但是其处理效率低；电芬顿处理设备投资成本和运行成本很高，实际应用较少。为此，设计一种新型芬顿流化床，在提高处理效率的同时，减少铁泥的产生，具有重要意义。

技术实现要素：

本发明实施例的目的在于提供一种光催化芬顿流化床，该芬顿流化床装置具有污水处理效率高、铁泥产量少的优点。

为实现上述目的，本发明实施例提供了一种光催化芬顿流化床，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，所述流化床罐体内设置有输入污水的布水器，所述流化床罐体底部设置有气浮装置，所述流化床罐体侧面设置有射入污水内部的光反应系统，所述分相射流加药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，所述光反应系统向流化床罐体内污水射入波长400nm以下的紫外光。

作为上述技术方案的改进，所述光反应系统包括紫外光发生电极和紫外光照射管，所述流化床罐体侧面设置有与紫外光照射管对应的罐体玻璃窗口。

作为上述技术方案的改进，所述紫外光照射管射入流化床罐体内光线的入射方向与流化床罐体中轴线之间的夹角为θ，θ的角度范围为：0°＜θ＜90°，所述流化床罐体内壁除罐体玻璃窗口以外的区域设置有反射面。

作为上述技术方案的改进，所述气浮装置上设置有多个向流化床罐体底部曝气的曝气口。

作为上述技术方案的改进，所述布水器上设置有多个指向曝气口的布水喷嘴。

作为上述技术方案的改进，所述分相射流加药器上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和硫酸亚铁流道。

作为上述技术方案的改进，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；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，回流堰板内的污水通过双氧水加药回流管回流至双氧水回流进液泵内；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，所述回流堰板内的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，所述流化床罐体内部上侧设置有挡板，所述挡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)针对悬浮物较高的污水特别设计的光催化芬顿流化床，在流化床罐体上设置的光反应系统，使紫外光射入流化床罐体内，在紫外光的催化作用下降低芬顿试剂中亚铁离子的用量，保持了双氧水较高的利用率，在进行cod降解的同时，使铁泥大大减少；同时针对光反应系统设计了相应的填料担体，有利于提高光催化效率；

(2)布水器和分相射流加药器的射流搅拌方式，使整个流化床罐体内药剂混合效率大大提升，可以实现了多流体间的迅速混合，填料担体流化效率高，流化床罐体内流化区无死角，反应充分迅速，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，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)流化床罐体底部的气浮设备可有效去除污水中的悬浮物，将污水中固体悬浮物提升到水面，降低污水的浊度，使羟基自由基有效攻击cod，减少药剂的投入量，确保设备有效运行；

(4)布水器一方面提高了布水均匀率，另一方面可以不断冲刷曝气口，避免曝气口因铁泥、悬浮物、絮凝中间产物、填料等物质造成堵塞；同时布水器的布水喷嘴在喷射过程中，可以打碎曝气口产生气泡，使气泡达到微纳尺寸，气浮效果更佳；

(5)该光催化芬顿流化床安装使用方便，混合效果好，污水处理效率高，在整个搅拌过程中无死角，反应充分迅速，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为本发明实施例中一种光催化芬顿流化床的结构示意图。

图中：1-流化床罐体，2-分相射流加药器，3-光反应系统，4-布水器，5-气浮装置，6-挡板，7-双氧水加药装置，8-硫酸亚铁加药装置，9-加料观察口，10-出水堰板，11-反射面，12-罐体玻璃窗口，13-排气阀，14-出水管，15-回流堰板，21-双氧水流道，22-硫酸亚铁流道，23-混合加药射流臂，24-双氧水回流进液泵，25-硫酸亚铁回流进液泵，26-双氧水加药回流管，27-硫酸亚铁加药回流管，31-紫外光发生电极，32-紫外光照射管，33-光反应系统支架，41-布水器流道，42-布水喷嘴，43-污水进液泵，51-气浮盘，52-曝气口，53-气浮泵，54-进气管道，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。

如图1所示，本实施例提供了一种光催化芬顿流化床，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内设置有输入污水的布水器4，流化床罐体1底部设置有气浮装置5，流化床罐体1侧面设置有射入污水内部的光反应系统3，分相射流加药器2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。

布水器4上设置有多个布水喷嘴42，布水器4还包括污水进液泵43、布水器流道41，其中布水喷嘴42设置在布水器流道41上，布水喷嘴42的数目有多个。污水进液泵43对污水增压后通过布水器流道41将污水输入到流化床罐体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。

光反应系统3包括紫外光发生电极31和紫外光照射管32，紫外光照射管32通过光反应系统支架33固定在流化床罐体1外侧，流化床罐体1侧面设置有与紫外光照射管32对应的罐体玻璃窗口12，紫外光照射管32发出的波长400nm以下的紫外光通过罐体玻璃窗口12射入到流化床罐体1内部的污水中。紫外光照射管32中的光源为氙灯或卤钨灯，紫外光照射管32射入流化床罐体1内光线的入射方向与流化床罐体1中轴线之间的夹角为θ，θ的角度范围为：0°＜θ＜90°，紫外光照射管32射入流化床罐体1内光线的入射方向呈一定角度的倾斜，保证紫外光能够通过反射面11照射到流化床罐体1内。流化床罐体1内壁除罐体玻璃窗口12以外的区域设置有反射面11，反射面11可以直接对流化床罐体1的内壁进行抛光，也可以是在流化床罐体1内壁上安装类似的反射面11的结构。紫外光照射管32射入的光线在反射面11的反射下在流化床罐体1与污水充分接触，在紫外光照射下芬顿反应产生的污泥量大大减少。光反应系统3可以降低fe²⁺用量，减少了fe²⁺的二次污染，同时也保持了双氧水较高的利用率，在ph＝3左右，三价铁主要以fe(oh)²⁺粒子形式存在，三价铁的羟基络离子可以与紫外光反应生成经基自由基和亚铁离子，前者可直接氧化有机物，后者又可作为催化剂重新参与反应

fe(oh)²⁺→fe²⁺+ho·

fe³⁺可以与羧酸根离子形成络合物，并在光照下产生fe²⁺，其反应方程式如下：

fe(roo)²⁺→fe²⁺+r·+co2

自由基r·与o2进一步反应降解，fe²⁺则参加新一轮的fenton反应，羧酸根离子是有机物降解过程中主要中间产物，可以认为光催化作用在有机物降解过程中起主要作用。

流化床罐体1底部设置有气浮装置5，气浮装置5上设置有多个向流化床罐体1底部曝气的曝气口52，气浮装置5还包括气浮盘51、气浮泵53、进气管道54，气浮装置5位于流化床罐体1底部，可产生大量微纳尺寸的气泡，气浮盘51可以将污水中固体悬浮物提升到水面，降低污水的浊度，使羟基自由基有效攻击cod，减少药剂的投入量，确保设备有效运行。气体通过进气管道54进入，通过气浮盘51上的曝气口52向流化床罐体1底部鼓气。布水器4位于气浮装置5上侧，布水器4上的布水喷嘴42指向曝气口52，布水喷嘴42的作用有两个，第一，布水喷嘴42可以产生高速射流，以较大的射流速度作用于流化床罐体1底部的填料，提高芬顿试剂与填料担体的混合效果，从而进行高效芬顿化学反应，通过布水喷嘴42的喷射可以对流化床罐体1底部起到扰流作用，使填料不能在罐底沉积，有助于流化；第二，通过布水喷嘴42的喷射对曝气口52进行冲刷，防止曝气口52因铁泥、絮凝物堵塞。布水喷嘴42的布设方向与流化床罐体1的轴向中心线呈一定的倾斜角度，使流化床罐体1内形成数个纵向环流流场，大大提高流化床罐体1的搅拌强度，提高了污水的处理能力。

进一步的，分相射流加药器2上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23，分相射流加药器2上设置有与混合加药射流臂23连通的双氧水流道21和硫酸亚铁流道22，双氧水流道21输送的双氧水和硫酸亚铁流道22输送的亚铁离子在混合加药射流臂23的位置混合，混合加药射流臂23可以喷射出混合后的亚铁离子和双氧水，使其不断填料担体产生流化作用，而后通过流场作用不断搅拌以使流化床罐体1内液体混合得更加均匀。

上述方案中，双氧水与亚铁离子可以在分相射流加药器2的混合加药射流臂23内迅速混合成芬顿试剂，并产生羟基自由基，然后混合好的药剂迅速投加到芬顿流化床的流化床罐体1内部，与填料担体接触后，使反应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。同时双氧水与亚铁离子可以通过不同的分相射流加药器2的混合加药射流臂23喷出，双氧水与亚铁离子在流化床罐体1内相遇后，再产生羟基自由基，此时分相射流加药器2的数目为多个。

进一步的，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26和双氧水回流进液泵24；硫酸亚铁流道22与硫酸亚铁药剂调配池83管路连接，硫酸亚铁流道22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27和硫酸亚铁回流进液泵25。

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26、双氧水回流进液泵24和双氧水流道21进入到混合加药射流臂23。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27、硫酸亚铁回流进液泵25和硫酸亚铁流道22进入到混合加药射流臂23内，硫酸亚铁与双氧水预先混合后，再进入到流化床罐体1内。

上述方案中，流化床罐体1内部上侧设置有回流堰板15，双氧水加药回流管26上远离双氧水回流进液泵24的一端伸入流化床罐体1内部的回流堰板15一侧，回流堰板15内的污水通过双氧水加药回流管26回流至双氧水回流进液泵24内；硫酸亚铁加药回流管27上远离硫酸亚铁回流进液泵25的一端伸入流化床罐体1内部的回流堰板15一侧，回流堰板15内的污水通过硫酸亚铁加药回流管27回流至硫酸亚铁回流进液泵25内。通过将双氧水加药回流管26和硫酸亚铁加药回流管27的一端延伸到回流堰板15一侧，可以将回流堰板15处的污水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。

流化床罐体1内部上侧设置有挡板6，挡板6上侧设置有出水堰板10，流化床罐体1外侧设置有伸至出水堰板10一侧的出水管14，流化床罐体1顶部设置有排气阀13，流化床罐体1侧面设置有加料观察口9，通过加料观察口9可以向流化床罐体1内加入填料，同时可以通过加料观察口9对流化床罐体1内的反应进行观察。挡板6一方面可以抑制流化床罐体1液面气泡的产生，另一方面挡板6可以对进入到回流堰板15跟出水堰板10内的液体进行过滤，对填料进行拦截，避免填料从出水管14排出造成填料损失。

上述方案中流化床罐体1内填料担体可以采用包含有tio2的材质制成，例如可以采用石英砂15份～20份，二氧化钛粉末1份～1.5份，钛酸酯偶联剂1份～4份，苯胺甲醛树脂、聚α-甲基苯乙烯树脂组成的复合树脂6份～10份，硅胶1份～3份，经过熔融、成型后得到的填料担体，其中二氧化钛粉末的成分为tio2，可以作为光催化剂，在使用硅胶作为非均相催化剂支撑骨架时，能够解决因溶液不透光性造成非均相photo-fenton体系(光催化辅助芬顿氧化体系)氧化能力的降低这一难题，石英砂的主要成分是sio2，不妨碍溶液中光传递效率，从而在整体上提高反应中的光催化能力。

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。