公布日：2022.02.08

申请日：2021.11.23

分类号：C02F1/72(2006.01)I;C02F101/30(2006.01)N

摘要

本发明涉及水处理技术领域，具体涉及一种芬顿流化床及其在难降解废水处理中的应用，芬顿流化床包括流化床筒体，流化床筒体内依次设置有水流调整区、Fe流化床区、Cu流化床区、缓存区和溢流区，Fe流化床区内填充石英砂；Cu流化床区内填充Cu改性活性炭；应用包括如下步骤：(1)将废水经过进水管泵入芬顿流化床；(2)双氧水和硫酸亚铁分别经过双氧水管和硫酸亚铁管进入芬顿流化床，与废水混合反应；(3)废水、双氧水和硫酸亚铁经过水流调整区、Fe流化床区、Cu流化床区、缓存区和溢出区后从出水管排出。本发明使用Fe、Cu双组分催化剂，能够有效提高过氧化氢与催化剂的利用率，提升污水处理效果。

权利要求书

1.一种芬顿流化床，其特征在于，包括流化床筒体，所述流化床筒体内由下至上依次设置有水流调整区、Fe流化床区、Cu流化床区、缓存区和溢流区，其中所述Fe流化床区内填充石英砂，填充量占流化床筒体体积的10％～12％；所述Cu流化床区内填充Cu改性活性炭，填充量占流化床筒体体积的3％～4％。

2.如权利要求1所述的芬顿流化床，其特征在于，所述Cu改性活性炭通过如下方法制备：(1)将Cu(NO3)2•3H2O溶于水中，形成金属盐溶液；(2)50℃条件下，将金属盐溶液与活性炭颗粒通过摇床混合24h，得到固体颗粒；(3)将固体颗粒放入烘箱中，升温至60℃，烘30min去除大量水分，再升温120℃继续烘干60min，然后于马弗炉中600℃下焙烧60min，得到Cu改性活性炭。

3.如权利要求1所述的芬顿流化床，其特征在于，所述Cu改性活性炭中，Cu元素含量为20wt％。

4.如权利要求1所述的芬顿流化床，其特征在于，所述石英砂的密度和粒径均高于Cu改性活性炭的密度和粒径。

5.如权利要求1所述的芬顿流化床，其特征在于，所述流化床筒体设有进水管、出水管、排气管、排空管、硫酸亚铁管、双氧水管，所述进水管设于流化床筒体底部与水流调整区之间，所述出水管设于溢流区底部，所述排气管设于流化床筒体顶部，所述排空管设于流化床筒体底部，所述硫酸亚铁管和双氧水管设于流化床筒体底部与水流调整区之间。

6.如权利要求1所述的芬顿流化床，其特征在于，还包括循环管路，所述循环管路包括循环泵前管、循环泵后管和循环泵，所述循环泵前管一端与缓存区连通、另一端与循环泵连通，所述循环泵后管一端与循环泵连通、另一端与流化床筒体底部连通。

7.如权利要求1所述的芬顿流化床，其特征在于，所述流化床筒体的底部为锥形底结构。

8.如权利要求1所述的芬顿流化床，其特征在于，所述水流调整区包括下层惰性填料、中层惰性填料和上层惰性填料，其中下层惰性填料的粒径为12～15mm，填充量占流化床筒体体积的3％～4％；中间层惰性填料粒径为8～10mm，填充量占流化床筒体体积的3％～4％；上层惰性填料粒径为3-6mm，填充量占流化床筒体体积的2％～3％。

9.一种如权利要求1～8任一所述的芬顿流化床在难降解废水处理中的应用，其特征在于，包括如下步骤：(1)将废水经过进水管泵入芬顿流化床；(2)双氧水和硫酸亚铁分别经过双氧水管和硫酸亚铁管进入芬顿流化床，与废水混合反应；(3)废水、双氧水和硫酸亚铁经过水流调整区、Fe流化床区、Cu流化床区、缓存区和溢出区后从出水管排出。

10.如权利要求9所述的应用，其特征在于，调节进入芬顿流化床的废水的pH值为3-6；控制废水在流化床中的停留时间为15～20min；控制废水在Fe流化床区、Cu流化床区的上升流速为15～20m/h。

发明内容

针对现有芬顿流化床及其处理工艺中催化剂颗粒易造成循环泵或出水口的堵塞、催化效率低的技术问题，本发明提供一种芬顿流化床及其在难降解废水处理中的应用，本发明的芬顿流化床使用Fe、Cu双组分催化剂，能够有效提高过氧化氢与催化剂的利用率，提升污水处理效果，有效降低污水处理成本；且所采用的石英砂及Cu改性活性炭配合，可以有效避免回流系统或出水口的堵塞，具有结构简化易维护，操作简单的优点。

第一方面，本发明提供一种芬顿流化床，包括流化床筒体，所述流化床筒体内由下至上依次设置有水流调整区、Fe流化床区、Cu流化床区、缓存区和溢流区，其中所述Fe流化床区内填充石英砂，填充量占流化床筒体体积的10％～12％；所述Cu流化床区内填充Cu改性活性炭，填充量占流化床筒体体积的3％～4％。

进一步的，所述Cu改性活性炭通过如下方法制备：

(1)将Cu(NO3)2•3H2O溶于水中，形成金属盐溶液；

(2)50℃条件下，将金属盐溶液与活性炭颗粒通过摇床混合24h，得到固体颗粒；

(3)将固体颗粒放入烘箱中，升温至60℃，烘30min去除大量水分，再升温120℃继续烘干60min，然后于马弗炉中600℃下焙烧60min，得到Cu改性活性炭。

进一步的，所述Cu改性活性炭中，Cu元素含量为20wt％。

进一步的，所述石英砂的密度和粒径均高于Cu改性活性炭的密度和粒径，因此两个流化床区之间有较好的分层效果，具体的，所述石英砂的粒径为1.0～1.5mm，所述活性炭颗粒的粒径为0.5～1.0mm。

进一步的，所述流化床筒体设有进水管、出水管、排气管、排空管、硫酸亚铁管、双氧水管，所述进水管设于流化床筒体底部与水流调整区之间，所述出水管设于溢流区底部，所述排气管设于流化床筒体顶部，所述排空管设于流化床筒体底部，所述硫酸亚铁管和双氧水管设于流化床筒体底部与水流调整区之间。将进水管、硫酸亚铁管、双氧水管设置在流化床筒体底部，有利于布水均匀和药剂充分混合；将排气管设置在流化床筒体顶部，便于芬顿流化床产生的气体排出；将排空管设置在流化床筒体底部，方便技术人员定时清除芬顿流化床底部沉淀的固体废物，避免悬浮物质在底部积累形成堵塞。

进一步的，所述缓存区可以缓存因上升水流冲击而上浮的催化剂，可有效避免催化剂流失。

进一步的，还包括循环管路，所述循环管路包括循环泵前管、循环泵后管和循环泵，所述循环泵前管一端与缓存区连通、另一端与循环泵连通，所述循环泵后管一端与循环泵连通、另一端与流化床筒体底部连通。

进一步的，所述进水管、出水管、排气管、排空管、硫酸亚铁管、双氧水管、循环泵前管、循环泵后管均为316L材质，且所述进水管、出水管、排气管、排空管、硫酸亚铁管、双氧水管、循环泵前管、循环泵后管上均设有阀门。

进一步的，所述流化床筒体的底部为锥形底结构。

进一步的，所述水流调整区为惰性填料，如鹅卵石、陶瓷颗粒等。

进一步的，所述水流调整区包括下层惰性填料、中层惰性填料和上层惰性填料，其中下层惰性填料的粒径为12～15mm，填充量占流化床筒体体积的3％～4％；中间层惰性填料粒径为8～10mm，填充量占流化床筒体体积的3％～4％；上层惰性填料粒径为3-6mm，填充量占流化床筒体体积的2％～3％。通过不同粒径的惰性填料分布，一方面可使进水水流均匀分布，避免形成短流；另一方面还可以避免催化剂填料泄露进入管道中。

第二方面，本发明提供一种上述芬顿流化床在难降解废水处理中的应用，包括如下步骤：

(1)将废水经过进水管泵入芬顿流化床；

(2)双氧水和硫酸亚铁分别经过双氧水管和硫酸亚铁管进入芬顿流化床，与废水混合反应；

(3)废水、双氧水和硫酸亚铁经过水流调整区、Fe流化床区、Cu流化床区、缓存区和溢出区后从出水管排出。

进一步的，调节进入芬顿流化床的废水的pH值为3-6；

调节进入芬顿流化床的废水流量，控制废水在流化床中的停留时间为15～20min；

调节经循环管路回流至流化床筒体底部的废水的流量，控制废水在Fe流化床区、Cu流化床区的上升流速为15～20m/h，较大的上升流速使得双氧水和硫酸亚铁药剂的使用效率最大化。

本发明的有益效果在于：

本发明将石英砂作为Fe流化床区填料，Cu改性活性炭作为Cu流化床区催化填料，一方面，芬顿反应过程中产生的三价铁大部分会以结晶或沉淀披覆在石英砂表面，利用污水的酸性与单质Fe发生反应产生二价铁，二价铁和双氧水反应，催化生成羟基自由基，利用羟基自由基的强氧化能力，去除废水中的难降解有机物，同时利用单质Cu的催化作用加速二价铁的生成，进一步促进催化效率的提高；另一方面活性炭在上层流化过程中依据自身的摩擦，可有效避免反应系统中铁晶的自然形成，避免造成回流系统或出水口的堵塞。

本发明可以提高药剂的利用率、充分利用填料表面的异相催化作用，减少亚铁的投加量、减少大量铁泥的产生，对各种难降解废水都有良好的处理效果。

（发明人：张玉生;姚俊;谢海涛;江玉强;邹丽;孟繁芹）