公布日：2023.11.07
申請(qǐng)日：2023.09.12
分類號(hào)：C02F1/72(2023.01)I;C02F101/30(2006.01)N
摘要
本發(fā)明公開了一種基于MOFs活化PS的高級(jí)氧化膜反應(yīng)器及處理廢水方法，包括：反應(yīng)器主體，其內(nèi)部由下至上分別設(shè)有破漿混合區(qū)、導(dǎo)流區(qū)、多級(jí)反應(yīng)區(qū)和截留出水區(qū)，所述破漿混合區(qū)中心位置設(shè)有破漿混合裝置，所述導(dǎo)流區(qū)設(shè)有導(dǎo)流裝置，所述多級(jí)反應(yīng)區(qū)內(nèi)裝填MOFs材料并設(shè)置多級(jí)加藥環(huán)，所述截留出水區(qū)設(shè)置產(chǎn)水裝置；本發(fā)明中，利用MOFs活化PS，有效避免Fe2+過渡金屬活化存在的鐵泥產(chǎn)量大、二次污染、返色、催化劑利用率低、后續(xù)處理費(fèi)用高等問題，且與現(xiàn)有高級(jí)氧化技術(shù)相比，傳質(zhì)效率更高，實(shí)現(xiàn)上升流速提升和水力停留時(shí)間縮短，有效降低占地、基建成本、能耗。
權(quán)利要求書
1.一種基于MOFs活化PS的高級(jí)氧化膜反應(yīng)器，其特征在于,包括：反應(yīng)器主體（1），其內(nèi)部由下至上分別設(shè)有破漿混合區(qū)（2）、導(dǎo)流區(qū)（3）、多級(jí)反應(yīng)區(qū)（4）和截留出水區(qū)（5），所述破漿混合區(qū)（2）中心位置設(shè)有破漿混合裝置，所述導(dǎo)流區(qū)（3）設(shè)有導(dǎo)流裝置（15），所述多級(jí)反應(yīng)區(qū)（4）內(nèi)裝填MOFs材料并設(shè)置多級(jí)加藥環(huán)，用于在不同高度分層投加PS藥液，縮短PS藥液經(jīng)MOFs催化后產(chǎn)生的硫酸根自由基與污染物反應(yīng)的傳質(zhì)距離，所述截留出水區(qū)（5）設(shè)置有產(chǎn)水裝置，用于產(chǎn)出處理后的達(dá)標(biāo)水流；所述破漿混合裝置由一個(gè)或多個(gè)傘形結(jié)構(gòu)（16）構(gòu)成，所述傘形結(jié)構(gòu)（16）上部為錐形，其正下方固定設(shè)有射流管（17），所述射流管（17）底端分別與位于破漿混合區(qū)（2）用于輸送MOFs材料的循環(huán)出水口（8）以及用于輸送廢水的進(jìn)水口（6）一端連接，所述進(jìn)水口（6）另一端與進(jìn)水泵（7）和加藥泵（12）連接，所述循環(huán)出水口（8）另一端與循環(huán)泵（9）連接；所述射流管（17）的底端連接有浮動(dòng)管（18），所述浮動(dòng)管（18）活動(dòng)插設(shè)于套管（20）內(nèi)，且所述浮動(dòng)管（18）底端設(shè)有端板（19），所述端板（19）上開設(shè)有安裝電磁閥的導(dǎo)水孔，頂端與射流管（17）連通，所述套管（20）內(nèi)設(shè)有與端板（19）連接的彈性件（21），所述套管（20）通過回流管（22）與輸送廢水進(jìn)入的水管連通，且所述回流管（22）上設(shè)有單向閥；所述傘形結(jié)構(gòu)（16）中的錐角為120°-180°，錐形底面下緣流速為0.6-1.0m/s，錐形底面下緣兩側(cè)流速為0.1-0.3m/s，所述射流管（17）內(nèi)流速為10-15m/s。
2.如權(quán)利要求1所述的一種基于MOFs活化PS的氧化膜反應(yīng)器，其特征在于：所述射流管（17）包括依次連接的入口段、收縮段、喉道以及擴(kuò)散段，其中，所述擴(kuò)散段位于上部，入口段位于下部，其中，所述射流管（17）的入口段開設(shè)有側(cè)口。
3.如權(quán)利要求1所述的一種基于MOFs活化PS的氧化膜反應(yīng)器，其特征在于：所述高級(jí)氧化膜反應(yīng)器的高徑比為4-8，停留時(shí)間0.5-2h，循環(huán)比100%-200%。
4.如權(quán)利要求1所述的一種基于MOFs活化PS的氧化膜反應(yīng)器，其特征在于：所述多級(jí)加藥環(huán)的第一級(jí)加藥環(huán)位于多級(jí)反應(yīng)區(qū)（4）最底部，距離所述導(dǎo)流裝置（15）頂端0.3-0.5m，第二級(jí)及以上加藥環(huán)間距自下而上逐漸增大，間距0.5-2.0m，所述多級(jí)加藥環(huán)與多個(gè)加藥口一對(duì)一連接。
5.如權(quán)利要求1所述的一種基于MOFs活化PS的氧化膜反應(yīng)器，其特征在于：所述產(chǎn)水裝置由固定架、截留膜、集水管和振動(dòng)電機(jī)組成，其中，所述截留膜為中空纖維膜、平板膜中的一種，膜孔徑0.02-0.1μm。
6.如權(quán)利要求5所述的一種基于MOFs活化PS的氧化膜反應(yīng)器，其特征在于：所述集水管與出水口（13）連接，所述出水口（13）與出水泵（10）和反洗泵（11）連接，連接管道上分別安裝出水電動(dòng)閥和反洗電動(dòng)閥，所述出水口（13）下方設(shè)有循環(huán)取水口（14），所述循環(huán)取水口（14）位于所述多級(jí)反應(yīng)區(qū)（4），位置不低于最高加藥口，且與所述循環(huán)泵（9）連接。
7.如權(quán)利要求1-6任一項(xiàng)所述的一種基于MOFs活化PS的氧化膜反應(yīng)器用于處理廢水的方法，其特征在于：具體包括以下步驟，①廢水經(jīng)進(jìn)水泵（7）與加藥泵（12）投加的PS在進(jìn)水口（6）前端預(yù)混合，經(jīng)所述進(jìn)水口（6）進(jìn)入所述高級(jí)氧化膜反應(yīng)器內(nèi)部的破漿混合裝置處射流管內(nèi)，通過射流碰撞混合均勻；MOFs材料經(jīng)由循環(huán)泵（9）到達(dá)所述破漿混合裝置處，通過射流碰撞破壞由分散的MOFs材料遇水形成的淤漿包裹狀態(tài)，使其成為分散狀態(tài)；②廢水與PS的混合液以及分散的MOFs材料在所述破漿混合區(qū)（2）在傘形結(jié)構(gòu)（16）導(dǎo)流下進(jìn)行第一次混合反應(yīng)，通過控制錐形底面下緣流速0.6-1.0m/s；③廢水與PS的混合液以及分散的MOFs材料混合均勻后通過所述導(dǎo)流裝置（15）均勻上升，進(jìn)入多級(jí)反應(yīng)區(qū)（4）；通過設(shè)計(jì)錐形底面下緣兩側(cè)流速0.1-0.3m/s和導(dǎo)流裝置（15）底部距離錐形頂點(diǎn)0.3-0.8m，使混合液從錐形翻涌出來后流態(tài)趨穩(wěn)，形成均質(zhì)懸浮床；④在多級(jí)反應(yīng)區(qū)（4）內(nèi)設(shè)置多級(jí)加藥環(huán)，在高級(jí)氧化膜反應(yīng)不同高度分層投加PS藥液，有效縮短PS經(jīng)MOFs催化后產(chǎn)生的硫酸根自由基與污染物反應(yīng)的傳質(zhì)距離，且最大化控制硫酸根自由基在4s的半衰期內(nèi)產(chǎn)生有效反應(yīng)；⑤經(jīng)多級(jí)反應(yīng)后進(jìn)入截留出水區(qū)（5），水流經(jīng)出水泵（10）抽吸經(jīng)所述截留膜后達(dá)標(biāo)排放，MOFs被截留在多級(jí)反應(yīng)區(qū)（4）；⑥當(dāng)高級(jí)氧化膜反應(yīng)器運(yùn)行一段時(shí)間后所述截留膜需要反洗，通過控制單元關(guān)閉進(jìn)水泵（7）、加藥泵（12）、出水泵（10）和出水電動(dòng)閥，開啟反洗泵（11）和反洗電動(dòng)閥，對(duì)截留膜進(jìn)行反洗。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的主要目的在于提供一種基于MOFs活化PS的高級(jí)氧化膜反應(yīng)器及處理廢水方法，旨在解決現(xiàn)有的技術(shù)問題。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種基于MOFs活化PS的高級(jí)氧化膜反應(yīng)器，包括：
反應(yīng)器主體，其內(nèi)部由下至上分別設(shè)有破漿混合區(qū)、導(dǎo)流區(qū)、多級(jí)反應(yīng)區(qū)和截留出水區(qū)，所述破漿混合區(qū)中心位置設(shè)有破漿混合裝置，所述導(dǎo)流區(qū)設(shè)有導(dǎo)流裝置，所述多級(jí)反應(yīng)區(qū)內(nèi)裝填MOFs材料并設(shè)置多級(jí)加藥環(huán)，用于在不同高度分層投加PS藥液，縮短PS藥液經(jīng)MOFs催化后產(chǎn)生的硫酸根自由基與污染物反應(yīng)的傳質(zhì)距離，所述截留出水區(qū)設(shè)置有產(chǎn)水裝置，用于產(chǎn)出處理后的達(dá)標(biāo)水流。
進(jìn)一步地，所述破漿混合裝置由一個(gè)或多個(gè)傘形結(jié)構(gòu)構(gòu)成，所述傘形結(jié)構(gòu)上部為錐形，其正下方固定設(shè)有射流管，所述射流管底端分別與位于破漿混合區(qū)用于輸送MOFs材料的循環(huán)出水口以及用于輸送廢水的進(jìn)水口一端連接，所述進(jìn)水口另一端與進(jìn)水泵和加藥泵連接，所述循環(huán)出水口另一端與循環(huán)泵連接。
進(jìn)一步地，所述傘形結(jié)構(gòu)中的錐角為120°-180°，錐形底面下緣流速為0.6-1.0m/s，錐形底面下緣兩側(cè)流速為0.1-0.3m/s，所述射流管內(nèi)流速為10-15m/s。
進(jìn)一步地，所述射流管的底端連接有浮動(dòng)管，所述浮動(dòng)管活動(dòng)插設(shè)于套管內(nèi)，且所述浮動(dòng)管底端設(shè)有端板，所述端板上開設(shè)有安裝電磁閥的導(dǎo)水孔，頂端與射流管連通，所述套管內(nèi)設(shè)有與端板連接的彈性件，所述套管通過回流管與輸送廢水進(jìn)入的水管連通，且所述回流管上設(shè)有單向閥。
進(jìn)一步地，所述射流管包括依次連接的入口段、收縮段、喉道以及擴(kuò)散段，其中，所述擴(kuò)散段位于上部，入口段位于下部，其中，所述射流管的入口段開設(shè)有側(cè)口。
進(jìn)一步地，所述高級(jí)氧化膜反應(yīng)器的高徑比為4-8，停留時(shí)間0.5-2h，循環(huán)比100％--200％。
進(jìn)一步地，所述多級(jí)加藥環(huán)的第一級(jí)加藥環(huán)位于多級(jí)反應(yīng)區(qū)最底部，距離所述導(dǎo)流裝置頂端0.3-0.5m，第二級(jí)及以上加藥環(huán)間距自下而上逐漸增大，間距0.5-2.0m，所述多級(jí)加藥環(huán)與多個(gè)加藥口一對(duì)一連接。
進(jìn)一步地，所述產(chǎn)水裝置由固定架、截留膜、集水管和振動(dòng)電機(jī)組成，其中，所述截留膜為中空纖維膜、平板膜中的一種，膜孔徑0.02-O.1μm。
進(jìn)一步地，所述集水管與出水口連接，所述出水口與出水泵和反洗泵連接，連接管道上分別安裝出水電動(dòng)閥和反洗電動(dòng)閥，所述出水口下方設(shè)有循環(huán)取水口，所述循環(huán)取水口位于所述多級(jí)反應(yīng)區(qū)，位置不低于最高加藥口，且與所述循環(huán)泵連接。
一種基于MOFs活化PS的氧化膜反應(yīng)器用于處理廢水的方法，具體包括以下步驟，
①廢水經(jīng)進(jìn)水泵與加藥泵投加的PS在進(jìn)水口前端預(yù)混合，經(jīng)所述進(jìn)水口進(jìn)入所述高級(jí)氧化膜反應(yīng)器內(nèi)部的破漿混合裝置處射流管內(nèi)，通過射流碰撞混合均勻；MOFs材料經(jīng)由循環(huán)泵到達(dá)所述破漿混合裝置處，通過射流碰撞破壞由分散的MOFs材料遇水形成的淤漿包裹狀態(tài)，使其成為分散狀態(tài)；
②廢水與PS的混合液以及分散的MOFs材料在所述破漿混合區(qū)在傘形結(jié)構(gòu)導(dǎo)流下進(jìn)行第一次混合反應(yīng)，通過控制錐形底面下緣流速0.6-1.0m/s；
③廢水與PS的混合液以及分散的MOFs材料混合均勻后通過所述導(dǎo)流裝置均勻上升，進(jìn)入多級(jí)反應(yīng)區(qū)。通過設(shè)計(jì)錐形底面下緣兩側(cè)流速0.1-0.3m/s和導(dǎo)流裝置底部距離所述錐形頂點(diǎn)0.3-0.8m，使混合液從錐形翻涌出來后流態(tài)趨穩(wěn)，形成均質(zhì)懸浮床；
④在多級(jí)反應(yīng)區(qū)內(nèi)設(shè)置多級(jí)加藥環(huán)，在高級(jí)氧化膜反應(yīng)不同高度分層投加PS藥液，有效縮短PS經(jīng)MOFs催化后產(chǎn)生的硫酸根自由基與污染物反應(yīng)的傳質(zhì)距離，且最大化控制硫酸根自由基在4s的半衰期內(nèi)產(chǎn)生有效反應(yīng)；
⑤經(jīng)多級(jí)反應(yīng)后進(jìn)入截留出水區(qū)，水流經(jīng)出水泵抽吸經(jīng)所述截留膜后達(dá)標(biāo)排放，MOFs被截留在多級(jí)反應(yīng)區(qū)；
⑥當(dāng)高級(jí)氧化膜反應(yīng)器運(yùn)行一段時(shí)間后所述截留膜需要反洗，通過控制單元關(guān)閉進(jìn)水泵、加藥泵、出水泵和出水電動(dòng)閥，開啟反洗泵和反洗電動(dòng)閥，對(duì)截留膜進(jìn)行反洗。
本發(fā)明的有益效果體現(xiàn)在：
(1)本發(fā)明中，利用MOFs活化PS，有效避免Fe2+過渡金屬活化存在的鐵泥產(chǎn)量大、二次污染、返色、催化劑利用率低、后續(xù)處理費(fèi)用高等問題，且與現(xiàn)有高級(jí)氧化技術(shù)相比，傳質(zhì)效率更高，實(shí)現(xiàn)上升流速提升和水力停留時(shí)間縮短，有效降低占地、基建成本、能耗。
(2)本發(fā)明針對(duì)MOFs在廢水中呈現(xiàn)淤漿聚合狀態(tài)，分布不均，難以有效傳質(zhì)的難題，設(shè)計(jì)破漿混合裝置，通過大的水流沖擊力度破壞淤漿聚合狀態(tài)，使淤漿內(nèi)部的MOFs分散開來，進(jìn)一步通過水流流態(tài)，使其與廢水充分混合形成均質(zhì)懸浮床，具有催化劑利用率高、傳質(zhì)效率高、空間利用大，占地面積小等優(yōu)勢(shì)。
(3)本發(fā)明針對(duì)MOFs粒徑小，難以與廢水有效分離的問題，利用截留膜在有效出水的同時(shí)減少MOFs流失，提高出水水質(zhì)，MOFs重復(fù)利用率，減少催化劑成本。
(4)SO4-·半衰期4s左右，猝滅后消失強(qiáng)氧化性，本發(fā)明通過多級(jí)加藥環(huán)的分層加藥，可使高級(jí)氧化膜反應(yīng)器在徑向上一直有效產(chǎn)生新生自由基，保持反應(yīng)體系的高活性，使藥液的利用率更高，處理效率更高。
（發(fā)明人：盧珊珊;朱旭佳;彭發(fā)龍;徐燕星;翟睿智;何偉;吳玉玨;丁辛茹）
