高铁酸钾去除废水中硝基苯的预处理装置和方法.pdf

本发明涉及一种高铁酸钾去除废水中硝基苯的预处理装置和方法，采用本发明的装置将含硝基苯的废水通过管式混合器与高铁酸钾充分混合，然后经过混凝沉淀一体式装置，利用高铁酸钾氧化、混凝和吸附等协同作用对废水中的硝基苯进行降解，其中部分硝基苯被去除，剩余部分可以转化为一系列的脂肪烃，易于被后续的废水生物处理单元进一步彻底降解。本发明解决了常规硝基苯废水处理工艺中普遍存在的二次污染问题；在混凝区中加入网格状架板，以增加对废水的搅动程度，加强废水中物质的传质作用，缩短反应时间，提高反应效率；在混凝区与沉淀区之间增加过渡区，并增设网格状隔板，以提高沉淀效果。

1.  一种高铁酸钾去除废水中硝基苯的预处理装置，包括管式混合器(7)和混凝沉淀一体式装置(9)，所述的管式混合器(7)和混凝沉淀一体式装置(9)通过连接管道(8)连接，其特征在于：与所述的混凝沉淀一体式装置(9)的混凝反应区隔板相垂直且均匀布置有三块网格状架板，从上至下分别为第一网格状架板(10)、第二网格状架板(11)和第三网格状架板(12)，与沉淀池底部(35)相接的混凝反应区隔板下端为多孔隔板(34)，沉淀池底部(35)的中部为斜板沉淀区(36)，混凝沉淀一体式装置(9)的底部均匀平行放置14根排泥管。

2.  根据权利要求1所述的一种高铁酸钾去除废水中硝基苯的预处理装置，其特征在于：所述的网格状架板中单孔均匀布置，其中单孔为边长为10mm的正方形，单孔间距为10mm。

3.  根据权利要求1所述的一种高铁酸钾去除废水中硝基苯的预处理装置，其特征在于：所述的多孔隔板(34)中圆孔均匀布置，其中圆孔直径为20mm，圆孔圆心之间的距离为40mm。

4.  根据权利要求1所述的一种高铁酸钾去除废水中硝基苯的预处理方法，包括如下步骤：
(1)待处理废水在权利要求1所述的管式混合器中与高铁酸钾充分混合，管道内过水流速为0.8～1.0m/s；
(2)充分混合后的废水进入折板式混凝池进行反应，其中，高铁酸钾投加量与硝基苯的摩尔比为10∶1，如果废水中有其它有机物存在，则视不同的情况增加摩尔比，混凝反应时间为30min；
(3)反应后的废水进入沉淀池进行沉淀，沉淀后的出水进入常规生化系统；沉淀池上升流速为10～15mm/s。

高铁酸钾去除废水中硝基苯的预处理装置和方法
技术领域
本发明属废水处理技术领域，特别是涉及一种高铁酸钾去除废水中硝基苯的预处理装置和方法。
背景技术
硝基苯是工业上制备苯胺和苯胺衍生物的重要原料，被广泛用于橡胶、杀虫剂、染料以及药物的生产，由于其是一种剧毒有机物，因此被列为优先控制的环境污染物之一，在GB3838-2002中规定，地表水源硝基苯的排放上限为0.017mg/L。目前硝基苯废水处理所采用的方法主要是生物法和物化法。
生物法处理硝基苯废水，由于硝基苯属于难生物降解有机污染物，并且对微生物具有较高的毒性作用，采用常规的生物处理工艺并不能取得理想的处理效果，因此生物处理一般需要对菌源进行长期的筛选和驯化，通过分离得到能有效降解硝基苯的菌株，但是采用实验室筛选驯化菌种接种的方法，菌种培养费用巨大，在经济上并不可行。
物化法目前采用的主要包括吸附法、Fenton催化氧化技术等。
采用活性炭、膨润土、粉煤灰和炉渣等作为吸附剂对硝基苯废水进行处理，虽然活性炭对废水中的硝基苯的吸附效果较好，但成本过高，并且容易产生二次污染，而膨润土等吸附材料的吸附容量有限，对废水中的硝基苯吸附效果较差，不能够满足有效去除废水中的硝基苯的要求。
Fenton催化氧化技术虽然对硝基苯处理效果相对较好，但在运用中存在一定的局限性：
(1)H₂0₂的利用率较低，反应过程中需要消耗大量的酸来调节pH(最佳pH在3左右)，且排放时需要进行适当地中和处理。
(2)Fe²⁺用量较高时导致出水的颜色较深，Fe²⁺易流失，造成二次污染。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种解决现有硝基苯废水处理技术中生物驯化难度大、周期长、处理费用高、处理效果差等缺点的高铁酸钾去除废水中硝基苯的预处理装置和方法。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种高铁酸钾去除废水中硝基苯的预处理装置，包括管式混合器和混凝沉淀一体式装置，所述的管式混合器和混凝沉淀一体式装置通过连接管道连接，与所述混凝沉淀一体式装置的混凝反应区隔板相垂直且均匀布置有三块网格状架板，从上至下分别为第一网格状架板、第二网格状架板和第三网格状架板，与沉淀池底部相接的混凝反应区隔板下端为多孔隔板，沉淀池底部的中部为斜板沉淀区，混凝沉淀一体式装置的底部均匀平行放置14根排泥管。
所述的网格状架板中单孔均匀布置，其中单孔为边长为10mm的正方形，单孔间距为10mm。
所述的多孔隔板(34)中圆孔均匀布置，其中圆孔直径为20mm，圆孔圆心之间的距离为40mm。
一种高铁酸钾去除废水中硝基苯的预处理方法，包括如下步骤：
(1)待处理废水在权利要求1所述的管式混合器中与高铁酸钾充分混合，管道内过水流速为0.8～1.0m/s；
(2)充分混合后的废水进入拆板式混凝池进行反应；其中，高铁酸钾投加量与硝基苯的摩尔比为10∶1，如果废水中有其它有机物存在，则视不同的情况增加摩尔比，混凝反应时间为30min；
(3)反应后的废水进入沉淀池进行沉淀，沉淀后的出水进入常规生化系统；沉淀池上升流速为10～15mm/s。
本发明在混凝区中加入网格状架板，以增加废水的搅动程度，缩短反应时间，提高反应效率。为了提高沉淀效果，本发明在混凝区与沉淀区之间增加过渡区，并增设网格状隔板。
本发明采用自制的高铁酸钾对废水中难以生物降解的硝基苯进行处理，利用高铁酸钾的氧化、混凝和吸附等协同作用，使废水中部分硝基苯被直接去除，剩余部分可以转化为一系列的脂肪烃，易于被后续的废水生物处理单元进一步彻底降解。高铁酸钾是一种新型高效多功能水处理剂，不经能快速杀灭水中的细菌和病毒，而且可以去除水中的部分有机物、重金属离子和藻类等污染物。高铁酸钾的制备方法为次氯酸钾法，此法与传统湿式氧化法相比绕过了中间产物高铁酸钠而直接制得高铁酸钾。控制体系反应条件：温度在10℃左右，ClO^-初始浓度为137.3g/L，铁盐投加量为化学反应式计量的30％，反应时间为1小时，可得到纯度为96.4％的高铁酸钾晶体。本发明利用高铁酸钾的强氧化性，高铁酸根对苯环上的硝基基团中的氮原子发起攻击，通过形成酯键桥状中间物，伴随双电子转移，形成硝酸根、Fe(IV)和苯环正离子，苯环正离子被强氧化性的高铁酸根继续氧化，开环后生成一系列脂肪烃，再加上高铁酸钾的混凝和吸附作用，吸附硝基苯及其氧化产物，从而达到去除硝基苯的效果。
有益效果
(1)利用高铁酸钾的强氧化性，将难降解的硝基苯氧化为一系列的脂肪烃，从而提高后续工艺的生化处理效率，解决了其它工艺中普遍存在的二次污染问题。
(2)在混凝区中加入网格状架板，以增加废水的搅动程度，提高废水中物质的传质作用，缩短反应时间，提高反应效率。在混凝区与沉淀区之间增加过渡区，并增设网格状隔板，以提高沉淀效果。
附图说明
图1为本发明装置的结构示意图。
其中，1为进水管，2为提升泵，3为连接管道，4为进药管，5为计量泵，6为加药管，7为管式混合器，8为连接管道，9为混凝沉淀一体式装置，10、11、12为网格状架板，13、14、15、16、17、18为混凝反应区，19为过渡区，20、21、22、23、24、25、26、27、28、29、30、31、32、33为排泥管，34为多孔隔板，35为沉淀池底部，36斜板沉淀区，37为清水区，38为排水槽，39为排水管。
图2为孔状隔板结构示意图。
图3为网格状架板结构示意图。
图4为管式混合器结构示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
如图1所示，待处理含硝基苯废水经进水管1由提升泵2抽吸并打入管式混合器，在管式混合器中与经进药管4由计量泵5打入管式混合器中的高铁酸钾充分混合。流经连接管8，进入混凝反应区13，由上至下分别经过网格状架板10、架板11、架板12，然后进入混凝反应区14，由下至上分别经过网格状架板12、架板11、架板10，再进入混凝反应区15，由上至下分别经过网格状架板10、架板11、架板12，进而进入混凝反应区16，由下至上分别经过网格状架板12、架板11、架板10，再进入混凝反应区17，由上至下分别经过网格状架板10、架板11、架板12，最后进入混凝反应区18，由下至上分别经过网格状架板12、架板11、架板10，完成整个反应过程。充分反应的废水由上至下流经过渡区19，穿过网格状隔板34，进入沉淀池底部35，由下至上分别经过斜板沉淀区36和清水区37，然后进入排水槽38，最后经排水管39排出。混凝沉淀一体式装置9中产生的污泥通过排泥管排出。
为了有效地降解硝基苯，人工配制了硝基苯浓度为50mg/L的废水，利用本发明提出新工艺建立了一套生产装置，处理水量为0.3m³/h。
管式混合器的管内上升流速为0.8～1.0m/s，其高为1000mm，内径为10mm，外径为15mm，每隔25mm设置一道孔板。
混凝沉淀一体式装置下底长宽为1400mm*400mm，上底长宽为1200mm*400mm，高为1200mm，排水槽长宽高为200*400*200。其中混凝区尺寸为600mm*400mm*1200，沉淀区底部高度为400mm，斜板沉淀区高度为400mm，沉淀池清水区高度为400mm。混凝沉淀单元的运行参数为：混凝区停留时间为30min，沉淀池的上升流速为10～15mm/s。
工艺运行条件为：硝基苯的浓度为50mg/L，高铁酸钾投加量与硝基苯的摩尔比为10∶1，pH＝7～9，反应时间为30min。实验结果显示，硝基苯的去除率为90％～97.5％。通过紫外吸收光谱、红外光谱、色质联机及离子色谱对高铁酸钾降解硝基苯的产物进行了详尽分析，发现高铁酸钾能将稳定的硝基苯降解为一系列的脂肪烃，而脂肪烃易于被后续的废水生物处理进一步彻底降解为CO₂和H₂O。此新工艺非常适用于难降解硝基苯废水生物处理工艺的预处理。