声-气耦合驱动类铁碳填充床活化过硫酸盐的设备及其处理废水的方法技术

本发明专利技术涉及环境科学与工程技术领域，具体涉及声

【技术实现步骤摘要】
声
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气耦合驱动类铁碳填充床活化过硫酸盐的设备及其处理废水的方法


[0001]本专利技术涉及环境科学与工程
，具体涉及声
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气耦合驱动类铁碳填充床活化过硫酸盐的设备及其处理废水的方法。

技术介绍

[0002]难降解有机废水的处理方法包括物理法、化学法和生物法。生物处理方法由于具有设备简单和运行费用低的优点而广泛应用于废水处理，但其设备占地面积大、处理周期长，特别是对一些难降解有机物，采用普通的生物法很难达到良好的处理效果，需驯化特殊菌种，处理较复杂。而传统的物理化学方法如絮凝和气提法等只是把污染物从液相转移到固相或气相，并没有完全消除有机污染物质，从而造成二次污染等问题。因此化学法是现有技术中难降解有机废水的主要处理方法。
[0003]化学法处理难降解有机废水中，基于硫酸根自由基的过硫酸盐活化技术是近年来发展起来的新型氧化技术，在环境领域的应用愈来愈广泛。现有技术中，对于过硫酸盐活化方面已经开展了丰富的研究，不少技术已经投入实际工程应用中，在实际废水处理中作为某一环节，如大幅降低出水化学需氧量值，提高后续可生化性，或破坏难生物降解大分子化合物(如存在于二级出水中；以药品及个人护理品及内分泌干扰素为代表)为易被生化或矿化的小分子化合物；在环境修复中，对有机物污染(如总石油烃、挥发性有机物和半挥发有机物)场地(包括土壤和地下水)的原、异位修复，同时对地下水中的轻质非水相液体也有一定的效果。但是，过硫酸盐在常温下反应速率较慢，对有机物的降解效果不明显，过硫酸盐催化/活化主要包括物理法和化学法，其中化学法包含非金属基、金属基、有机共价金属化合物、复合材料(如非金属
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金属)以及氧化剂等。其中金属基包括零价金属、(单、双、多)金属氧化物或化合物；物理手段如声、光、热和微波等。过硫酸盐在热、光、过渡金属离子等条件下可降解大部分有机物。但热、光、过渡金属离子活化过硫酸盐的方法系统复杂、操作条件苛刻、成本高，阻碍了过硫酸盐技术在有机废水处理中的应用。
[0004]超声一般以纵波形式在传递过程与介质相互作用，使其发生物理或化学变化，产生声效应，主要包括机械效应、热效应、空化效应以及其引发的次生效应。超声设备简单、操作方便、清洁、无二次污染属于环境友好型，但是超声在环境修复方面一直以来以“辅助”的形式存在，相比于光催化，声催化受关注较少，现有技术中对于系统阐述超声在催化活化氧化剂中的作用研究不足。尤其是加入中间媒介后，如何有效利用声催化对于中间媒介的物理化学作用，以便深度挖掘超声在环境催化中的潜在作用，将有利于推广声催化的应用。故亟需设计相应的反应体系与设备，从而发挥超声催化、氧化剂活化、催化剂催化的多方协同作用，以便有效、深度地处理废水。

技术实现思路

[0005]基于上述内容，本专利技术提供一种声
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气耦合驱动类铁碳填充床活化过硫酸盐的设
备及其处理废水的方法。
[0006]本专利技术的技术方案之一，一种声
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气耦合驱动类铁碳填充床活化过硫酸盐的设备，包括倒锥柱形反应器，设置在所述倒锥柱形反应器底部的通气单元，与所述倒锥柱形反应器底部一侧连通的管道混合器以及由所述倒锥柱形反应器顶部插入的超声振棒；
[0007]所述倒锥柱形反应器上部一侧设置有出水口，所述出水口下方设置有活动床体；
[0008]所述超声振棒连接有超声发生器，所述管道混合器设置有加药口和进水口；
[0009]所述超声振棒有效区插入活动床体中；
[0010]所述通气单元包括曝气头和产气器，其中所述曝气头设置在所述倒锥柱形反应器底部内侧，所述产气器设置在所述倒锥柱形反应器底部外侧。
[0011]所述产气器用于提供气源，气源为空气或者臭氧。
[0012]进一步地，所述曝气头的数量为1个以上，曝气头的设置使声
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气耦合驱动类铁碳填充床活化过硫酸盐的设备内形成气动搅拌，多个曝气头可组成曝气群，是气动搅拌的效果更佳。同时，设置多个曝气头可以通过不同的产气器提供不同的气源，提高体系氧化效果，增加并控制传质程度，增强废水处理效果。
[0013]进一步地，所述倒锥柱形反应器和所述通气单元通过下接法兰连通，所述超声振棒通过上接法兰固定在所述倒锥柱形反应器顶部，所述曝气头经过负载改性。
[0014]进一步地，所述负载改性为微纳米催化剂负载改性。
[0015]所述负载改性可以是水热负载纳米金属氧化物，以ZnO为例，利用经典的水热法：60mL去离子水中混合六亚甲基四胺0.5g、六水合醋酸锌1g和钛曝气头，曝气头头朝下，水热90℃下3h，干燥后，再450℃煅烧2h。
[0016]进一步地，为了灵活控制固定床大小，所述活动床体包括上垫圈、下垫圈以及设置在所述上垫圈和所述下垫圈之间的填料，所述上垫圈中心设有用于超声振棒插入的孔。
[0017]进一步地，所述活动床体通过所述上垫圈和所述下垫圈进行移动缩放，所述上垫圈和所述下垫圈为多孔结构，所述填料为铁碳颗粒填料，包括但不限于商品铁碳颗粒，也可是自制的改性铁碳类颗粒材料、海绵铁、废铁屑等。
[0018]本专利技术的技术方案之二，一种处理废水的方法，使用上述的声
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气耦合驱动类铁碳填充床活化过硫酸盐的设备进行废水处理。
[0019]进一步地，具体包括以下步骤：
[0020]废水通过进水口进入管道混合器(进水流速为20
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40mL/min泵入系统)，过硫酸盐通过加药口进入管道混合器，废水和过硫酸盐溶液在管道混合器混匀后进入倒锥柱形反应器，并逐步漫入活动床体中；打开产气器和超声发生器，通过曝气头向废水中鼓入气体，废水在活动床体中停留进行声催化/活化处理后由出水口排出。
[0021]进一步地，还包括向加药口投加药剂调节废水pH值至3
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6，所述废水中污染物浓度和过硫酸盐的质量比为5
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15mg:0.5g。
[0022]进一步地，通过曝气头向废水中鼓入的气体为空气或臭氧，通气量为0
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1L/min。
[0023]进一步地，所述废水在活动床体中停留时间为30
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60min。
[0024]进一步地，所述超声发生器的超声频率为20
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40kHz。
[0025]与现有技术相比，本专利技术的有益效果：
[0026]本专利技术通过在活动床体中插入超声振棒，超声自身具有空化效应、机械效应、热效
应等可用于处理废水，超声驱动铁碳活化过硫酸盐氧化剂，产生活性中间体可深度处理污染废水；在保持一定的水力停留时间下，铁碳自身存在铁碳微电解效应，可进一步耦合处理污染废水；超声产生的机械效应可以清除(T)铁碳颗粒填料在处理过程中的由于氧化剂钝化产生的氧化层，提供新鲜的铁碳与液相更好地界面接触。在倒锥柱形反应器内设置曝气头，提供气泡促进超声空化，同时也可耦合增强体系催化氧化的效果。
[0027]本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.声
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气耦合驱动类铁碳填充床活化过硫酸盐的设备，其特征在于，包括倒锥柱形反应器(1)，设置在所述倒锥柱形反应器(1)底部的通气单元(5)，与所述倒锥柱形反应器(1)底部一侧连通的管道混合器(9)以及由所述倒锥柱形反应器(1)顶部插入的超声振棒(14)；所述倒锥柱形反应器(1)上部一侧设置有出水口(12)，所述出水口(12)下方设置有活动床体(2)；所述超声振棒(14)连接有超声发生器(13)，所述管道混合器(9)设置有加药口(10)和进水口(11)；所述超声振棒(14)有效区插入活动床体(2)中；所述通气单元(5)包括曝气头(6)和产气器(7)，其中所述曝气头(6)设置在所述倒锥柱形反应器(1)底部内侧，所述产气器(7)设置在所述倒锥柱形反应器(1)底部外侧。2.根据权利要求1所述的声
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气耦合驱动类铁碳填充床活化过硫酸盐的设备，其特征在于，所述倒锥柱形反应器(1)和所述通气单元(5)通过下接法兰(8)连通，所述超声振棒(14)通过上接法兰固定在所述倒锥柱形反应器(1)顶部，所述曝气头经过负载改性。3.根据权利要求1所述的声
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气耦合驱动类铁碳填充床活化过硫酸盐的设备，其特征在于，所述活动床体(2)包括上垫圈(3)、下垫圈(4)以及设置在所述上垫圈(3)和所述下垫圈(4)之间的填料T，所述上垫圈(3)中心设有用于超声振棒(14)插入的孔。4.根据权利要求3所述的声
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气耦合驱动类铁碳填充床活化过硫酸盐的设备，其特征在于，所述活动床体(2)...

【专利技术属性】
技术研发人员：尤宏，徐祺辉，李之鹏，柳锋，李昊阳，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：