采用多元煤铁碳的废水处理装置和方法.pdf

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1、(10)申请公布号 CN 104229947 A (43)申请公布日 2014.12.24 CN 104229947 A (21)申请号 201410445543.4 (22)申请日 2014.09.03 C02F 1/461(2006.01) (71)申请人 广州绿日环保科技有限公司 地址 510660 广东省广州市天河区宦溪西路 19 号 (72)发明人 毛淦民 朱钟霞 阳健 吕义有 袁飞 张连福 (74)专利代理机构 广州华进联合专利商标代理 有限公司 44224 代理人 郑彤 万志香 (54) 发明名称 采用多元煤铁碳的废水处理装置和方法 (57) 摘要 本发明涉及一种采用多元煤铁碳的。

2、废水处理 装置及废水处理方法， 该废水处理装置包括底座、 反应器、 进水管以及出水管。 该废水处理装置及其 废水处理方法， 通过设计具有多级反应室的反应 器， 反应器内的多元煤铁碳填料的平均颗粒大小 依次减小， 从而有机废水可以被层层过滤， 并且在 反应室内与多元煤铁碳填料发生微电解反应， 随 着多元煤铁碳填料的颗粒大小的减小， 比表面结 逐渐增大， 可以处理多种不同浓度的有机废水， 特 别是高浓度有机废水， 在底层经初步过滤和微电 解， 再流入高层进行深度过滤和微电解， 具有持续 高效、 不板结的优点， 在大幅度去除有机污染物的 同时， 提高了有机废水的可生化性， 为后续的生物 处理奠定了良。

3、好的基础。 (51)Int.Cl. 权利要求书 1 页 说明书 6 页 附图 3 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书1页 说明书6页 附图3页 (10)申请公布号 CN 104229947 A CN 104229947 A 1/1 页 2 1. 一种采用多元煤铁碳的废水处理装置， 用于净化有机废水， 其特征在于， 该废水处理 装置包括 ： 底座 ； 反应器， 设在所述底座上， 包括多级依次连通的反应室， 所述反应室内填充有多元煤铁 碳填料， 且沿着有机废水的流向， 所述反应室内的多元煤铁碳填料的平均颗粒大小依次减 小 ； 进水管， 穿入所述底座内， 所述。

4、进水管设有多个与所述反应室连通的进水孔 ； 以及 出水管， 设在所述反应器的上方且与最后一级的所述反应室连通。 2. 如权利要求 1 所述的废水处理装置， 其特征在于， 所述反应室内设有用于盛装所述 多元煤铁碳填料的塑料填料篮， 所述塑料填料篮可拆卸式固定在所述反应室内且所述塑料 填料篮的篮底为多孔结构。 3. 如权利要求 1 或 2 所述的废水处理装置， 其特征在于， 所述反应器包括两级反应室， 分别为第一反应室和第二反应室， 所述第一反应室置于所述底座上， 所述第二反应室置于 所述第一反应室上， 且所述进水孔的开口朝向上方。 4. 如权利要求 1 所述的废水处理装置， 其特征在于， 所述第。

5、一反应室内的多元煤铁碳 填料的平均颗粒大小为 30-40mm， 填充密度为 60-80 ； 所述第二反应室内的多元煤铁碳填 料的平均颗粒大小为 10-20mm， 填充密度为 50-70。 5. 如权利要求 1 或 4 所述的废水处理装置， 其特征在于， 所述多元煤铁碳填料为铁、 碳和金属催化元素构成的多孔合金结构， 其中， 各成分的质量百分比为 ： 铁 ： 68-85、 碳 ： 10-30、 金属催化元素 ： 1 -5。 6. 如权利要求 1 所述的废水处理装置， 其特征在于， 还包括前置 pH 调节装置， 所述前 置 pH 调节装置位于所述进水管之前用于在将有机废水通入所述进水管之前调节有机。

6、废水 的 pH 值。 7. 如权利要求 1 所述的废水处理装置， 其特征在于， 还包括设在所述底座上的用于实 时检测通入所述进水管的有机废水 pH 值的 pH 监测装置。 8. 如权利要求 1 所述的废水处理装置， 其特征在于， 还包括设在所述底座内的通气管， 所述通气管的气孔朝向与所述进水孔的开口的朝向相反。 9. 如权利要求 1 所述的废水处理装置， 其特征在于， 还包括设在所述底座上并穿入所 述底座内的倒吸排空管， 所述倒吸排空管开设有多个开口向下的排空孔， 用于排空所述反 应器内沉降的固体物质。 10. 一种废水处理方法， 其特征在于， 使用如权利要求 1 9 中任一项所述的废水处理 。

7、装置， 该废水处理方法包括如下步骤 ： 将所述有机废水的 pH 值调节至 2.5 3 ； 将所述有机废水通入所述废水处理装置内， 并从所述进水孔进入所述反应器进行物理 过滤和微电解处理 ； 从所述出水管排出经初步净化处理的有机废水。 权 利 要 求 书 CN 104229947 A 2 1/6 页 3 采用多元煤铁碳的废水处理装置和方法 技术领域 0001 本发明涉及有机废水处理领域， 尤其是涉及一种采用多元煤铁碳的废水处理装置 和方法。 背景技术 0002 有机废水， 特别是高盐、 高色、 高浓度的有机废水处理， 一直是国内众多环保工作 者及管理部门关注的难题。随着我国化学工业的快速发展， 。

8、各种新型的化工产品被应用到 各行各业， 特别是医药、 化工、 电镀、 印染等重污染工业中， 在提高产品质量、 品质的同时也 带了日益严重的环境污染问题， 主要表现在 ： 有机废水中有机污染物浓度高、 结构稳定、 生 化性差， 常规工艺难以实现达标排放， 且处理成本高， 给企业节能减排带来极大的压力。 发明内容 0003 基于此， 有必要提供一种有机废水处理效果较好且成本较低的采用元煤铁碳的废 水处理装置和方法。 0004 一种采用多元煤铁碳的废水处理装置， 用于净化有机废水， 该废水处理装置包 括 ： 0005 底座 ； 0006 反应器， 设在所述底座上， 包括多级依次连通的反应室， 所述反。

9、应室内填充有多元 煤铁碳填料， 且沿着有机废水的流向， 所述反应室内的多元煤铁碳填料的平均颗粒大小依 次减小 ； 0007 进水管， 穿入所述底座内， 所述进水管设有多个与所述反应室连通的进水孔 ； 以及 0008 出水管， 设在所述反应器的上方且与最后一级的所述反应室连通。 0009 在其中一个实施例中， 所述反应室内设有用于盛装所述多元煤铁碳填料的塑料填 料篮， 所述塑料填料篮可拆卸式固定在所述反应室内且所述塑料填料篮的篮底为多孔结 构。 0010 在其中一个实施例中， 所述反应器包括两级反应室， 分别为第一反应室和第二反 应室， 所述第一反应室置于所述底座上， 所述第二反应室置于所述第一。

10、反应室上， 且所述进 水孔的开口朝向上方。 0011 在其中一个实施例中， 所述第一反应室内的多元煤铁碳填料的平均颗粒大小为 30-40mm， 填充密度为 60-80 ； 所述第二反应室内的多元煤铁碳填料的平均颗粒大小为 10-20， 填充密度为 50-70。 0012 在其中一个实施例中， 所述多元煤铁碳填料为铁、 碳和金属催化元素构成的多 孔合金结构， 其中， 各成分的质量百分比比为 ： 铁 ： 68-85、 碳 ： 10-30、 金属催化元素 ： 1 -5。 0013 在其中一个实施例中， 所述废水处理装置还包括前置 pH 调节装置， 所述前置 pH 调节装置位于所述进水管之前用于在将有。

11、机废水通入所述进水管之前调节有机废水的 pH 说 明 书 CN 104229947 A 3 2/6 页 4 值。 0014 在其中一个实施例中， 所述废水处理装置还包括设在所述底座上的用于检测通入 所述进水管的有机废水 pH 值的 pH 监测装置。 0015 在其中一个实施例中， 所述废水处理装置还包括设在所述底座内的通气管， 所述 通气管的气孔朝向与所述进水孔的开口的朝向相反。 0016 在其中一个实施例中， 所述废水处理装置还包括设在所述底座上并穿入所述底座 内的倒吸排空管， 所述倒吸排空管开设有多个开口向下的排空孔， 用于排空所述反应器内 沉降的固体物质。 0017 一种废水处理方法， 。

12、使用上述任一实施例所述的废水处理装置， 该废水处理方法 包括如下步骤 ： 0018 将所述有机废水的 pH 值调节至 2.5 3 ； 0019 将所述有机废水通入所述废水处理装置内， 并从所述进水孔进入所述多级反应室 的反应器内进行物理过滤和微电解处理 ； 0020 从所述出水管排出经净化处理的有机废水。 0021 上述废水处理装置及其废水处理方法， 通过设计具有多级反应室的反应器， 反应 器内的多元煤铁碳填料的平均颗粒大小依次减小， 从而有机废水可以被层层过滤， 并且在 反应室内与多元煤铁碳填料发生微电解反应， 随着多元煤铁碳填料的颗粒大小的减小， 比 表面结逐渐增大， 可以处理多种不同浓度。

13、的有机废水， 特别是高浓度有机废水， 在底层经初 步过滤和微电解， 再流入高层进行深度过滤和微电解， 具有持续高效、 不板结的优点， 在大 幅度去除有机污染物的同时， 提高了有机废水的可生化性， 为后续的生物处理奠定了良好 的基础。 附图说明 0022 图 1 为一实施方式的采用多元煤铁碳填料的废水处理装置的结构示意图 ； 0023 图 2 为图 1 中第一塑料填料篮的结构示意图 ； 0024 图 3 为图 1 中第二塑料填料篮的结构示意图 ； 0025 图 4 为一实施方式的废水处理方法的流程示意图。 具体实施方式 0026 为了便于理解本发明， 下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。。

14、附图中 给出了本发明的较佳实施例。 但是， 本发明可以以许多不同的形式来实现， 并不限于本文所 描述的实施例。相反地， 提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻 全面。 0027 如图1所示， 一实施方式的采用多元煤铁碳的废水处理装置10主要用于净化有机 废水， 如医药、 化工、 电镀或印染等重污染工业废水等。 该废水处理装置10包括前置pH调节 装置 100、 底座 200、 进水管 300、 pH 监测装置 400、 通气管 500、 倒吸排空管 600、 反应室 700 及出水管 800。 0028 前置 pH 调节装置 100 设在进水管 300 之前， 用于调节有机废。

15、水的 pH。前置 pH 调 节装置 100 包括有 pH 检测装置、 加酸装置或加碱装置 ( 图未示 ) 等。pH 检测装置实时检测 说 明 书 CN 104229947 A 4 3/6 页 5 有机废水的pH值， 加酸装置或加碱装置根据pH检测结果进行加酸或加碱， 并将有机废水的 pH 值调节至 2.5 3 之间。 0029 底座 200 内部开设空腔， 可用于缓存有机废水。 0030 进水管 300 设在底座 200 上并深入至底座 200 的内部空腔内。在底座 200 的外 部， 进水管 300 上设有进水控制阀 310。在底座 200 的内部， 进水管 300 上开设有多个均匀 分布的。

16、进水孔 320。进水孔 320 的开口朝上设置。从进水孔 320 通入的有机废水或清洁用 自来水可先缓存在底座 200 的内部空腔中再进入反应室 700。 0031 pH监测装置400设在底座200上， 并深入至底座200的内部空腔内， 用于实时监测 通入的有机废水的酸碱度， 根据pH值判断反应条件是否符合要求， 并可再次对pH值进行调 整。 0032 通气管 500 设在底座 200 上， 并深入至底座 200 内。通气管 500 在底座 200 之外 的部分设有气阀 510。在底座 200 的内部， 通气管 500 的气孔开口朝向与进水孔 320 的开口 朝向相反， 且均匀分布。通气管 5。

17、00 用于向底座 200 内通入空气， 一方面可以起到搅拌和疏 导作用， 另一方面， 通入空气， 为后续微电解反应提供氧气环境。 0033 倒吸排空管 600 设在底座 300 上， 并深入至底座 200 内。倒吸排空管 600 在底座 200 之外的部分设有排空阀 610。在底座 200 的内部， 倒吸排空管 600 与抽吸装置相连， 其 开设有多个开口向下的排空孔 620， 用于定期排除废水中沉降的固体物质。 0034 反应器700与进水孔320连通。 反应器700内填充有多元煤铁碳填料， 用于过滤并 微电解有机废水。在本实施方式中， 反应器 700 有两层， 分别为第一反应室 710 和。

18、第二反应 室 720。第一反应室 710 置于底座 200 上并与进水孔 320 连通。第二反应室 720 层叠在第 一反应室 710 上， 并与第一反应室 710 连通。废水可依次经由进水管 300、 第一反应室 710 进入第二反应室 720。 0035 第一反应室710和第二反应室720分别填充了平均颗粒大小不同的多元煤铁碳填 料。第一反应室 710 内的多元煤铁碳填料的平均颗粒大小大于第二反应室 720 内的多元煤 铁碳填料的平均颗粒大小， 也即第一反应室710与第二反应室720构成了多级反应器。 第一 反应室710内的多元煤铁碳填料颗粒粗， 如平均颗粒大小在30-40mm范围内， 从。

19、而填充密度 稀疏， 如密度为 60-80， 有利于过滤较大的固体杂质， 并与有机废水进行初步微电解反应。 第二反应室720内的多元煤铁碳填料颗粒细， 如平均颗粒大小在10-20mm范围内， 从而填充 密度细密， 如密度为 50-70， 有利于过滤较小的固体杂质， 并与有机废水进行深度微电解 反应。通过设置多级反应室的反应器， 可以处理多种不同浓度、 不同程度污染的有机废水， 特别是高浓度有机废水， 在底层经初步过滤和微电解， 再流入高层进行深度过滤和微电解， 具有持续高效、 不板结的优点， 在大幅度去除有机污染物的同时， 提高了有机废水的可生化 性， 为后续的生物处理奠定了良好的基础。 003。

20、6 进一步， 在本实施方式中， 多元煤铁碳填料是盛装在第一塑料填料篮 712 和第二 塑料填料篮 722 内的。其中所述塑料可以如聚乙烯 (PE) 等抗腐蚀性较好的塑料材质。如 图 2 和图 3 所示， 第一塑料填料篮 712 和第二塑料填料篮 722 均可拆卸固定在反应室内且 层叠设置， 其中第一塑料填料篮 712 用于盛装平均颗粒大小较大的多元煤铁碳填料， 第二 塑料填料篮 722 用于盛装平均颗粒大小较小的多元煤铁碳填料。第一塑料填料篮 712 与第 二塑料填料篮722的篮底均为多孔结构， 其中， 第一塑料填料篮712篮底的孔径大于第二塑 说 明 书 CN 104229947 A 5 4。

21、/6 页 6 料填料篮 722 的篮底孔径。此外， 第一塑料填料篮 712 与第二塑料填料篮 722 内设有用于 加强结构稳定性的加强筋以及用于供起重设备吊起的起重孔或挂耳结构等。 通过设置在反 应室内的可拆卸式塑料填料篮结构， 可以方便进行添加和调整填料。 0037 上述多元煤铁碳填料为在惰性气体氛围中， 将铁、 碳和金属催化元素按照成分质 量 Fe ： 68-85、 C ： 10-30、 金属催化元素 ： 1 -5的比例混合后， 用不同大小的模具在 1050下烧结 5-8 小时后得到各种大小多孔合金结构多元煤铁碳填料。其中， 金属催化元 素可以但不限于铂、 钯、 铑、 银及钌中的至少一种金。

22、属。该多元煤铁碳填料集氧化、 还原、 电 沉积、 絮凝、 吸附、 架桥、 卷扫及共沉淀等多种功能于一体。难降解的有机废水在微电解过 程上主要发生电化学的氧化、 还原、 充放电对絮体的电附集和对反应的催化作用、 以及电化 学产物的凝聚、 新生态絮体的吸附和床层的网捕、 过滤等作用的综合效应。该多元煤铁碳 填料在通入空气的有机废水中阳极铁腐蚀较快， 大量的 Fe2+进入废水中， 不但有效克服了 阳极钝化， 而且产生具有较高活性的新生态 Fe2+和 H， 能与废水中许多组分发生氧化还原 反应， 破坏废水中有色物质发色基团或助色基团结构， 甚至断链， 使废水中高分子毒性有机 污染物转化成小分子或易于生。

23、物降解物质 ； 同时曝气反应中消耗氢离子， 使废水的 pH 值升 高， 为后续絮凝反应创造了良好的条件， 节省药剂成本。 0038 可理解， 在其他实施方式中， 该反应器700也可以设有3个、 4个或以上数量的反应 室， 各反应室之间可以层叠设置， 也可以并列放置， 只要将有机废水依次通过各反应室， 并 从各反应室的底部向上部流动即可 ； 相应的， 沿着有机废水的流向， 反应室内的多元煤铁碳 填料的平均颗粒大小依次减小。进一步， 可理解， 在其他实施方式中， 该废水处理装置 10 可 以不含有 pH 监测装置 400、 通气管 500 及倒吸排空管 600 中的至少一种构件。 0039 出水管。

24、 800 设在第二反应室的上方， 用于将处理后的有机废水或清洁用的自来水 等排出。在本实施方式中， 第二反应室的上方设有一空腔， 出水管 800 与该空腔连通， 且在 反应室的外部， 出水管 800 上设有出水控制阀 810。 0040 此外， 本实施方式还提供了一种废水处理方法， 其通过使用上述废水处理装置对 有机废水进行净化处理。如图 4 所示， 该废水处理方法包括如下步骤 ： 0041 步骤 S910 ： 将有机废水的 pH 调节至 2.5 3。 0042 步骤 S920 ： 将有机废水通入废水处理装置内， 并从进水孔进入多级反应室的反应 器内进行物理过滤和微电解处理。 0043 步骤 。

25、S930 ： 从出水管排出经净化处理的有机废水。 0044 具体在本实施方式中， 有机废水的处理流程如下 ： 0045 原有机废水通过前置 pH 调节装置 100 将 pH 调至 2.5-3， 然后通过进水管 300 进 入底座 200 的内部， 进水管 300 的进水布水系统将废水均匀导入， 平缓进入反应室 700， 通 过设置在底座200上的pH监测装置400连续监控废水反应条件是否符合 ； 同时开启通气管 500， 进行缓慢的通气， 简单搅拌废水， 导流废水往上流， 利用空气中氧气将反应后的亚铁氧 化 ； 废水平缓流过盛装有多元煤铁碳填料的多级反应室， 先通过粗多元煤铁碳填料， 初步拦 。

26、截大悬浮物， 然后流过细多元煤铁碳填料， 实现简单的过滤效果， 同时废水流过多元煤铁碳 系统时不断进行缓慢反应， 将大分子有机物降解为微小有机物， 以去除一大部分有机物。 有 机废水在装置内停留1.5-2小时后， 达到预定处理效果， 最后从第二反应室720上方的排水 管800流出。 当该废水处理装置10运行一段时间后， 可以打开排空阀610， 排走处理过程中 说 明 书 CN 104229947 A 6 5/6 页 7 沉积在底座 200 底部的污泥等杂质。 0046 反冲洗操作 ： 先停止工作， 打开通气管 500， 调大通气量， 对多元煤铁碳填料进行 充分的冲洗， 静止几分钟后， 打开排空。

27、阀 610 排空。放空后， 关闭排空阀 610， 从出水管 800 注入自来水， 重复上述步骤清洗一次。 0047 添加或更换填料 ： 当该废水处理装置 10 处理出水出现异常或使用较长时间后， 可 以调整多元煤铁碳填料或更换多元煤铁碳填料。先将排空阀 610 打开放空， 然后把第二塑 料填料篮722垂直往上吊出， 再把第一塑料填料篮712垂直往上吊出， 根据需要情况补充或 调整填料。然后先把第一塑料填料篮 712 垂直放下， 再把第二塑料填料篮 722 垂直放下， 即 完成添加或更换填料。 0048 上述废水处理装置 10 及其废水处理方法， 通过设计具有多级反应室的反应器 700， 反应器。

28、 700 内的多元煤铁碳填料的平均颗粒大小依次减小， 从而有机废水可以被层层 过滤， 并且在反应室内与多元煤铁碳填料发生微电解反应， 随着多元煤铁碳填料的颗粒大 小的减小， 比表面结逐渐增大， 可以处理多种不同浓度的有机废水， 特别是高浓度有机废 水， 在底层经初步过滤和微电解， 再流入高层进行深度过滤和微电解， 具有持续高效、 不板 结的优点， 在大幅度去除有机污染物的同时， 提高了有机废水的可生化性， 为后续的生物处 理奠定了良好的基础。 0049 该废水处理装置 10 集电化学反应、 氧化、 还原、 电絮凝、 共沉淀等多功能于一体， 具有广谱性强、 适用范围广、 处理效果好、 不用电、 。

29、成本低、 操作性强、 填料可更换、 无堵塞与 板结等优点， 是目前可工程化应用于难降解毒性有机废水的主体技术， 在脱色、 降毒、 开环 断链、 去除 COD 和提高废水可生化性 (B/C) 等方面得到大量应用。 0050 以下为具体实施例部分 0051 以下实施例采用的多元煤铁碳填料的成分及质量百分比为 Fe ： 80、 C ： 28、 金 属催化元素 ： 2。 0052 实施例 1、 养猪场废水 0053 第一反应室710内的多元煤铁碳填料颗粒粗， 平均颗粒大小在30-40mm范围内， 填 充密度为60， 有利于过滤较大的固体杂质， 并与有机废水进行初步微电解反应。 第二反应 室 720 内。

30、的多元煤铁碳填料颗粒细， 平均颗粒大小在 10-20mm 范围内， 填充密度为 80。 0054 处理前原水样 COD ： 10163.05mg/L ； 使用传统的普通微电解方法处理出水 COD ： 5790.43mg/L ； 使用本发明的多元煤铁碳的废水处理装置出水 COD ： 3884.27mg/L。 0055 实施例 2、 变性淀粉废水 0056 第一反应室710内的多元煤铁碳填料颗粒粗， 平均颗粒大小在30-40mm范围内， 填 充密度为65， 有利于过滤较大的固体杂质， 并与有机废水进行初步微电解反应。 第二反应 室 720 内的多元煤铁碳填料颗粒细， 平均颗粒大小在 10-20mm。

31、 范围内， 填充密度为 80。 0057 处理前原水样 COD ： 12000.45 mg/L， 使用传统的普通微电解方法处理出水 COD ： 5875.21 mg/L， 使用本发明的多元煤铁碳的废水处理装置出水 COD ： 4184.42mg/L。 0058 由上述两个实施例可以看出， 通过使用本发明的采用多元煤铁碳的废水处理装置 经多级处理后， 废水的 COD 值明显降低， 且相对传统的采用常规铁碳材料进行单级处理， 处 理后的废水 COD 也明显降低， 从而说明， 本发明的采用多元煤铁碳的废水处理装置废水净 化效果好。 说 明 书 CN 104229947 A 7 6/6 页 8 005。

32、9 以上两个实施例只用于说明采用本发明多元煤铁碳的废水处理装置处理废水的 效果， 可理解， 在其他实施例中， 针对不同的废水情况， 可以合理设计第一反应室 710 和第 二反应室 720 内的多元煤铁碳填料的成分及尺寸等数据， 以达到更好的处理有机废水的目 的。 0060 以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式， 其描述较为具体和详细， 但并 不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是， 对于本领域的普通技术人员 来说， 在不脱离本发明构思的前提下， 还可以做出若干变形和改进， 这些都属于本发明的保 护范围。因此， 本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。 说 明 书 CN 104229947 A 8 1/3 页 9 图 1 说 明 书 附 图 CN 104229947 A 9 2/3 页 10 图 2 图 3 说 明 书 附 图 CN 104229947 A 10 3/3 页 11 图 4 说 明 书 附 图 CN 104229947 A 11 。