一种强化铁碳微电解-催化臭氧化法处理二硝基甲苯废水的装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种强化铁碳微电解

【技术实现步骤摘要】
一种强化铁碳微电解
‑
催化臭氧化法处理二硝基甲苯废水的装置及方法


[0001]本专利技术属于二硝基甲苯废水处理的
，具体公开了一种强化铁碳微电解
‑
催化臭氧化法处理二硝基甲苯废水的装置及方法。

技术介绍

[0002]铁碳微电解技术是以废铁屑以及活性炭颗粒作为反应器的填料，利用铁、碳氧化还原电位的差异，使两者在反应器中构成无数的微小原电池，还原降解废水中的有机污染物。反应式如下：阳极：Fe
‑
2e
‑
→
Fe
2+
ꢀꢀꢀ
E(Fe/Fe
2+
)=0.44V
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
（式1）阴极：2H
+
+2e
‑
→
2[H]ꢀ→
H2ꢀꢀꢀ
E(H
+
/ H2)=0.00V (酸性)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
（式2）曝气条件下阴极反应：O
2 + 4H
+ + 4e
–
ꢀ→ꢀ
2H2O
ꢀꢀꢀ
E (O
2 / H2O) = +1.23V（酸性）
ꢀꢀꢀ
（式3）O
2 + 2H
+ + 2e
–
→ꢀ
2H2O2ꢀꢀꢀꢀꢀ
E (O
2 / H2O
2 ) = +0.68V（酸性）
ꢀꢀ
（式4）O
2 + 2H2O + 4e
–
→ꢀ
4OH
–
ꢀꢀꢀ
E(O
2 /OH
–
)= +0.40V（中性弱碱性）（式5）反应中，铁作为阳极失去电子，并转移至碳表面，被其表面的H
+
捕获产生的新生态[H]。[H]是一种活性较强的还原剂，可有效还原有机污染物上的硝基基团、偶氮键等，从而破坏难降解的有机分子的稳定结构，使其易于降解。二硝基甲苯之所以难氧化降解，是因为其苯环上的硝基具有强吸电子作用而使苯环钝化。铁碳微电解法则可有效将二硝基甲苯上的硝基还原为胺基，活化苯环，使其易于降解。因此铁碳微电解技术常被用于硝基苯类废水的预处理。然而铁碳微电解床长期运行后，铁碳表面易被生成的铁氧化物所覆盖，同时电解产生的二价铁的混凝作用易形成稳定的絮凝物并逐渐沉积在填料表面，造成填料钝化失活，电解反应受阻，致使铁碳微电解床难以长期连续运行。
[0003]超重力技术是一种新型的化工过程强化技术，通过填料床的高速旋转产生超重力场，对于二硝基甲苯废水，在超重力环境下的多孔介质或孔道中流动，巨大的剪切力将液体剪切为极薄的液膜和微小的液雾、液滴，增大了相比表面积，加速了相界面更新速率和两相接触频次，使得单位时间内有更大的液体量与铁碳填料接触，保持了有机物在填料表面的高浓度，加强传质推动力；对于铁碳材料，作为填料装填在转子中，在高速旋转的超重力场中，铁碳填料由原来的静止状态变为快速运动状态，受离心力作用，液体在填料表面瞬间即逝，但又瞬息再现，反复交替，表面急速更新，可有效避免填料表面铁氧化物的附着，从而避免铁碳填料失活。
[0004]因为臭氧存在水溶性差、传质速率慢的缺点，所以导致臭氧在处理废水时利用率低，超重力
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臭氧高级氧化技术是一种新兴的废水处理技术，利用旋转填料床所高速旋转的填料转子所营造的超重力环境，使得液体克服表面张力的作用，以极快的速度和极小的尺
寸在旋转填料床中运动，转子中的填料增加了液体的湍动，强化臭氧从气相转移至液相的传质过程，有效地提高了液相中臭氧浓度和氧化效率。臭氧化法的氧化机制为直接氧化和间接氧化，前者利用臭氧直接氧化降解有机分子，对作用对象具有选择性，且，而后者则利用臭氧在废水中的自分解反应产生
·
OH并氧化降解废水中的污染物，反应较快且对作用对象无选择性。因此，提高臭氧在溶液中生成
·
OH的能力同样可提高臭氧化的效率。显然超重力技术仅仅加快了臭氧向液相的传质速率，但并未加快臭氧在溶液中生成
·
OH的反应速率。
[0005]均相催化臭氧化法是在溶液中加入金属离子催化剂，催化臭氧分解，加速
·
OH的生成速率，从而提高臭氧化降解有机废水效率。常用的催化剂为Fe
2+
，为自由基链式反应的引发剂，加速臭氧生成
·
OH的速率。然而臭氧溶解于液相的传质过程，受液膜控制，传质缓慢，催化剂的加入并不能加速臭氧的传质过程，因此催化剂对臭氧化降解废水的效率，尤其是降解高浓度有机废水，提高幅度有限。
[0006]中国专利CN112573728A 公布了一种一体化铁碳
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芬顿耦合催化氧化反应器及废水处理方法，利用套筒式的内塔、外塔结构使铁碳微电解反应器和芬顿催化氧化反应器实现一体化，同时又能使铁碳微电解反应以及芬顿催化氧化反应能够独立进行，解决了溶液搅拌混合的难题，同时避免曝气搅拌导致的催化剂消耗的问题，有利于提高芬顿反应效率。但该方法及装置并未解决铁碳微电解时存在的铁碳填料钝化板结的问题。

技术实现思路

[0007]本专利技术提供一种强化铁碳微电解
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催化臭氧化法处理二硝基甲苯废水的装置及方法，以改善现有技术中铁碳微电解床长期运行后，填料钝化失活，电解反应受阻，铁碳微电解效率减小以及臭氧化能力有限、利用率低的问题。
[0008]为实现上述目的，本专利技术提供一种强化铁碳微电解
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催化臭氧化法处理二硝基甲苯废水的装置，包括铁碳微电解床，铁碳微电解床设置有进气口、出气口、进液口和出液口，铁碳微电解床中转动设置有圆环状的转子；转子由外向内依次设置有转子外壳、金属隔离网和金属剪切环；金属隔离网由布设有通孔的金属网环绕而成；金属剪切环由金属丝缠绕而成，金属丝之间存在缝隙；转子外壳和金属隔离网之间以及金属隔离网和金属剪切环之间装载有铁碳球。
[0009]进一步地，金属隔离网由布设有菱形孔的金属网环绕而成，转子由电机驱动。
[0010]进一步地，铁碳微电解床的进气口与风机相连，进液口通过液泵Ⅰ与二硝基甲苯废水储液槽相连，出液口与二氨基甲苯废水储液槽相连；装置还包括错流旋转填料床，错流旋转填料床设置有进气口、出气口、进液口和出液口，进气口与臭氧发生器的出气口相连，进液口通过液泵Ⅱ与二氨基甲苯废水储液槽相连，出液口与二氨基甲苯废水储液槽相连；臭氧发生器的进气口与氧气瓶相连。
[0011]进一步地，铁碳微电解床的出液口通过三通分别与二氨基甲苯废水储液槽和二硝基甲苯废水储液槽相连。
[0012]进一步地，铁碳微电解床的进气口和风机之间设置有气体流量计Ⅰ，进液口和液泵Ⅰ之间设置有液体流量计Ⅰ；错流旋转填料床的进气口和臭氧发生器之间设置有气体流量计Ⅱ，出气口与尾气吸收装置相连，进液口与液泵Ⅱ之间设置有液体流量计Ⅱ。
[0013]进一步地，错本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种强化铁碳微电解
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催化臭氧化法处理二硝基甲苯废水的装置，包括铁碳微电解床，铁碳微电解床设置有进气口、出气口、进液口和出液口，其特征在于，铁碳微电解床中转动设置有圆环状的转子；所述转子由外向内依次设置有转子外壳、金属隔离网和金属剪切环；所述金属隔离网由布设有通孔的金属网环绕而成；所述金属剪切环由金属丝缠绕而成，金属丝之间存在缝隙；所述转子外壳和金属隔离网之间以及金属隔离网和金属剪切环之间装载有铁碳球。2.根据权利要求1所述的强化铁碳微电解
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催化臭氧化法处理二硝基甲苯废水的装置，其特征在于，金属隔离网由布设有菱形孔的金属网环绕而成，转子由电机驱动。3.根据权利要求1或2所述的强化铁碳微电解
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催化臭氧化法处理二硝基甲苯废水的装置，其特征在于，铁碳微电解床的进气口与风机相连，进液口通过液泵Ⅰ与二硝基甲苯废水储液槽相连，出液口与二氨基甲苯废水储液槽相连；所述装置还包括错流旋转填料床，错流旋转填料床设置有进气口、出气口、进液口和出液口，进气口与臭氧发生器的出气口相连，进液口通过液泵Ⅱ与二氨基甲苯废水储液槽相连，出液口与二氨基甲苯废水储液槽相连；所述臭氧发生器的进气口与氧气瓶相连。4.根据权利要求3所述的强化铁碳微电解
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催化臭氧化法处理二硝基甲苯废水的装置，其特征在于，铁碳微电解床的出液口通过三通分别与二氨基甲苯废水储液槽和二硝基甲苯废水储液槽相连。5.根据权利要求4所述的强化铁碳微电解
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催化臭氧化法处理二硝基甲苯废水的装置，其特征在于，铁碳微电解床的进气口和风机之间设置有气体流量计Ⅰ，进液口和液泵Ⅰ之间设置有液体流量计Ⅰ；错流旋转填料床的进气口和臭氧发生器之间设置有气体流量计Ⅱ，出气口与...

【专利技术属性】
技术研发人员：焦纬洲，景佳鑫，刘有智，任高妙，祁贵生，袁志国，张巧玲，
申请(专利权)人：中北大学，
类型：发明
国别省市：