[发明专利]一种上流式循环床高级氧化反应装置及其工艺方法

说明书

本发明提供了一种上流式循环床高级氧化反应装置及其工艺方法，本发明通过反应装置和工艺方法相结合，将待修复有机废水体系pH值用酸调节为酸性，并向水体中加入Hsubgt;2/subgt;Osubgt;2/subgt;，然后将有机废水从装置本体底部进水管进水，由下而上流过催化剂固定床，并在进水的同时通过进气管通入氢气，通过氢气的还原和搅动，进行有机废水修复；在修复反应完成后，废水经过三相分离器完成气、水、固三相分离，部分水和多余的氢气回流进装置，逸出催化剂固定床的催化剂被三相分离器截留。本发明的装置设备紧凑，易于操作，投药量小，危险性小，环保，可显著减少后续铁泥的产生及处置。

技术领域

本发明涉及水污染控制技术领域，具体涉及一种上流式循环床高级氧化反应装置及其工艺方法。

背景技术

改革开放以来，我国社会经济的飞速发展，大量工业有机废水和废弃物无序排入水中，超出了水体自净能力，严重污染了水环境。由于工业废水中的有机污染成分复杂，且具有一定的生物毒性，无法通过常规的水处理工艺有效去除。人、畜通过饮水摄入体内后，会被显著影响内分泌系统，并被累积于体内，难以快速代谢，久之会引起生物体的癌变、畸变和基因突变。随着人们对自身健康的日益重视，亟待一种可以高效去除有机污染的水处理工艺，以保障水体环境的安全。

高级氧化AOPs (Advanced Oxidation Processes) 技术是近20年来兴起的水处理新技术，实际上就是一种人工强化产生强氧化性的活性氧簇（Reactive OxygenSpecies，ROS）粒子（典型如羟基自由基，·OH），并利用其无选择地降解去除水中的有机物，使它们快速被矿化降解为CO2和水的工艺。该工艺反应快，无二次污染，理论上适用于所有有机废水的处理。

在众多AOPs技术中，Fenton技术因操作过程简单、反应物易得、环境友好等优点，目前已广泛应用于有机废水的处理中。现有的Fenton反应操作是在酸性条件下向有机废水池中持续投加Fe2+物质和双氧水，使废水中连续产生·OH，用于有机物的降解。Fenton反应实质是H₂O₂在Fe(Ⅱ)活化下分解成·OH的过程。·OH的一个未成对电子有配对倾向，通过电子转移、亲电加成、抽氢等途径，可无选择地与有机物反应。此过程中，Fe(Ⅱ)被转化为Fe(Ⅲ)，该反应速率常数为63 M^-1·S^-1（式1），而Fe(Ⅲ)与H₂O₂产生Fe(Ⅱ)的反应速率常数仅为0.002 M^-1·S^-1（式2）。随着反应进行，整个反应体系内Fe(Ⅱ)逐步被消耗，而Fe(Ⅲ)浓度却是逐步升高的；体系内·OH也会消耗Fe(Ⅱ)产生Fe(Ⅲ)，反应速率常数为3.2×10⁸ M^-1·S^-1（式3）；随着反应进行，体系内pH迅速增加，OH-会消耗Fe(Ⅱ)、Fe(Ⅲ)产生铁的氧化物和氢氧化物沉淀。对于H₂O₂，其存在主要目的在于提供过氧键、被分解产生·OH。但·OH也会与H₂O₂反应产生HO₂·（式4），进一步参与复杂的反应（式5，式6）。可知式6的反应速率高于式2和式5的反应速率。综合式1-式6可知，Fenton反应体系内，Fe(Ⅲ)产生速率远高于Fe(Ⅱ)还原生成的速率。仅靠体系内Fe(Ⅱ)/ Fe(Ⅲ)间的自循环，无法维持所需Fe(Ⅱ)浓度。故须持续向反应体系内投加Fe(Ⅱ)和H₂O₂，以使·OH持续产生而维持宏观上降解有机物的过程。但这么做，一则加大了工艺操作、运行费用，同时也会产生大量铁泥固废，给后续固废处置带来极大不便。

Fe^Ⅱ+ H₂O₂→Fe^Ⅲ+ ·OH+OH^- （k=63 M^-1·S^-1）       （式1）