本发明涉及一种废水处理装置及其运行方法，具体涉及一种零价铁粉与紫外灯协同处理含铬污水的还原塔及其运行方法。
背景技术：
：随着电镀行业的不断发展，产生大量的含铬清洗水和含铬废液。铬（vi）被公认为危害环境最严重的公害之一，现行的《电镀污染物排放标准》（gb21900-2008）中，铬（vi）的排放浓度限值不超过0.1mg/l。由于铬（iii）的毒性远低于铬（vi），且在水中易沉淀去除，目前工业上处理含铬废水采用化学还原法。常用还原剂包括焦亚硫酸钠、硫酸亚铁，前者处理简单、反应迅速、污泥量少，但处理成本高，且在污水中引入大量钠离子和硫酸根，导致污水的电导率大量升高，增加后续制造回用水的难度和成本；后者处理药剂成本低，混凝沉淀效果好，但产生大量含铁污泥，增加综合成本。目前含铬废水还出现新型还原处理技术，如零价铁屑除铬和光催化协同有机物还原法。零价铁屑除铬利用单质铁在酸性环境下产生与铬（vi）发生氧化-还原反应的铁（ii），处理后铬（vi）含量低于排放限值，混凝沉淀后污水的电导率大大下降，但随着反应时间的进行，零价铁屑表面的活性点减小，反应寿命缩短；光催化协同有机物还原法利用紫外光照射光催化剂，形成电子-空穴对，通过投加短链有机物消耗空穴，剩下的电子可把铬（vi）还原为铬（iii），但此过程反应时间长，光催化剂易流失，短链有机物易造成二次污染。技术实现要素：基于以上现有技术的不足，本发明的目的是提供了一种可提高反应效率，降低经处理后污水电导率，且减少污泥产量的通过零价铁粉与紫外灯协同处理含铬污水的还原塔及其运行方法。本发明是这样来实现上述目的的：本发明零价铁粉与紫外灯协同处理含铬污水的还原塔，包括塔体、进水泵、循环水泵、循环布水器、紫外灯装置、蜂窝斜管过滤器、回流区、出水区；所述回流区包括回流堰板和回流口，所述出水区包括出水堰板和高位出水口，所述回流区与所述出水区位于塔体内腔两侧，所述回流口通过回流管道与循环水泵连通，所述高位出水口与排水管道连通；所述进水泵与进水管道连通，所述进水管道的出口接入所述回流区；所述塔体内腔由下至上依次设有所述循环布水器、所述紫外灯装置、所述蜂窝斜管过滤器，所述循环布水器与所述循环水泵的出口连通，所述循环布水器为旋流上升布水器；所述塔体底部设置零价铁粉，所述零价铁粉覆盖循环布水器，所述零价铁粉的平均粒径为1～100微米；所述塔体设有低位出水口，所述低位出水口位于所述紫外灯装置与所述零价铁粉之间，与所述排水管道连通；所述塔体设有高位采样口和低位采样口，所述高位采样口位于所述高位出水口和所述蜂窝斜管过滤器之间，所述低位采样口位于所述蜂窝斜管过滤器的和所述紫外灯装置之间；所述塔体的顶部还设有在线ph装置和在线orp装置，所述在线ph装置位于所述回流区，所述在线orp装置位于回流堰板与出水堰板之间。进一步地，所述紫外灯装置为3～6个单元，每个单元由至少一支紫外灯组成，每支紫外灯的波长为200～500nm，强度为300～1000μw/cm2。进一步地，所述蜂窝斜管过滤器为pp材质，管径为ф25～ф50。进一步地，所述塔体的主体为圆柱形结构，塔体的上部为倒锥形结构，倒锥形结构的圆锥角为40～70°，倒锥形结构的上部连接圆柱形管，圆柱形管的内径d1为塔体主体内径d2的2～3倍。进一步地，所述回流堰板与塔体内壁的距离为d1，所述出水堰板与塔体内壁的距离为d2，d1与d2的比值为1.5:1～3.0:1。进一步，所述零价铁粉的装填体积为所述塔体体积的5～30%。本发明还提供了一种针对所述零价铁粉与紫外灯协同处理含铬污水的还原塔的运行方法，包括以下步骤：s1、在塔体内腔投置适量的零价铁粉，开启进水泵、循环水泵、紫外灯装置；s2、含铬污水通过进水泵和进水管道进入塔体顶部的回流区，从回流口流出，通过回流管道和循环水泵进入塔体底部进行多级氧化-还原反应；s3、调整循环水泵进水流量，使零价铁粉呈现流化态，上升的污水经过紫外灯装置和蜂窝斜管过滤器后，当污水水位高于回流堰板、低于出水堰板时，关闭进水泵，污水在塔体进行内循环；s4、当在线orp装置测量出塔体顶部的污水的orp值降至250～350mv时，关闭循环水泵，待零价铁粉沉降至塔体底部，且当低位出水口的水样不含零价铁粉后，完全打开低位出水口，塔体内处理后的污水从排水管道排出；s5、塔体内污水液面低于低位出水口时，重新开启进水泵，开启下一次的污水处理，以实现间歇式运行。本发明还提供了另一种针对所述零价铁粉与紫外灯协同处理含铬污水的还原塔的运行方法，包括以下步骤：s1、在塔体内腔投置适量的零价铁粉，开启进水泵、循环水泵、紫外灯装置；s2、含铬污水通过进水泵和进水管道，进入塔体顶部的回流区，从回流口流出，通过回流管道和循环水泵进入塔体底部进行多级氧化-还原反应；s3、调整循环水泵进水流量，使零价铁粉呈现流化态，上升的污水经过紫外灯装置和蜂窝斜管过滤器后，部分污水通过回流堰板，与未处理含铬污水共同从回流口流出，通过循环水泵返回塔体进行内循环，部分污水通过出水堰板，从高位出水口和排水管道排出，以实现连续式运行。进一步地，所述循环水泵的进水流量大小取决于高位采样口收集的污水中不含有零价铁粉，低位采样口收集的污水中含有零价铁粉。进一步地，进水泵进水流量和循环水泵进水流量分别为q1、q2，q1和q2之间的比值为1:4～1:12。进一步地，当在线ph装置的数值超过3.0时，通过加药管道加酸，维持塔体内污水ph值低于3.0。本发明的有益效果在于：其一、选择平均粒径1～100微米范围内的零价铁粉，使零价铁粉在塔体内充分分散并悬浮于待处理污水中，加强固液两相间传质，提高废水处理效率；同时平均粒径在1～100微米范围内的零价铁粉，其活性为普通铁粉的数倍或数百倍，表现出更强的还原性，更长的使用寿命；其二、循环布水器选择旋流上升布水器，回流口出水经过旋流上升布水器后，出水自下至上呈旋流上升，使水流充分混合，增加反应效率；其三、零价铁电位e0（fe2 /fe）=-0.44v，电负性大，可以还原氧化性较强的化合物；其四、设置紫外灯照射，促使生成的fe（iii）得到光致电子还原为fe（ii），从而还原塔内包括多组氧化-还原反应：（1）fe0（s） 2h →fe2 （aq） h2（g）；（2）cr2o72- 6fe2 14h →2cr3 6fe3 7h2o；（3）fe3 hv→fe2 因此，体系内由于紫外灯照射产生更多的fe（ii）与铬（vi）进行氧化-还原反应，减少零价铁粉的溶解，进一步减少出水中铁离子的含量，从而减少后续沉淀反应的污泥产量，减少污水电导率；其五、设置高位采样口、低位采样口、蜂窝斜管过滤器和倒锥型结构，通过随时监测高位采样口和低位采样口的零价铁粉指标来相应调整循环水泵的进水流量，从而保证零价铁粉的悬浮高度。同时，倒锥型结构加大了其容积，使经过蜂窝斜管过滤器的污水有足够的二次沉淀时间和空间，从而尽量避免零价铁粉进入塔体顶部的回流区和出水区，减少对循环水泵的损坏和零价铁粉的流失。附图说明下面结合附图和实施例对本发明进一步说明：图1是本发明一实施例中的一种协同处理含铬污水还原塔的结构示意图；图2是本发明一实施例中的的循环布水器结构示意图；图3是本发明一实施例中的一组紫外灯装置结构示意图。图中，1塔体、2循环布水器、3零价铁粉、4紫外灯装置、5蜂窝斜管过滤器、6回流区、7出水区、8回流堰板、9回流口、10出水堰板、11高位出水口、12低位出水口、13高位采样口、14低位采样口、15排水管道、16进水泵、17进水管道、18加药管道、19在线ph装置、20在线orp装置、21回流管道、22循环水泵。具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明，便于清楚地了解本发明，但它们不对本发明构成限定。如图1所示，本发明零价铁粉与紫外灯协同处理含铬污水的还原塔，包括塔体1、进水泵16、循环水泵22、循环布水器2、紫外灯装置4、蜂窝斜管过滤器5、回流区6、出水区7；回流区6包括回流堰板8和回流口9，出水区7包括出水堰板10和高位出水口11,回流区6与出水区7位于塔体1的内腔的两侧，回流口9通过回流管道21与循环水泵22连通，高位出水口11与排水管道15连通；进水泵16与进水管道17连通，进水管道17的出口接入回流区6；塔体1内腔由下至上依次设有循环布水器2、紫外灯装置4、蜂窝斜管过滤器5,循环布水器2与循环水泵22的出水口连通；塔体1的底部设置有零价铁粉3，所述零价铁粉3覆盖循环布水器2；塔体1设有低位出水口12，低位出水口位于紫外灯装置4与零价铁粉3之间，并与排水管道15连通；塔体1设有高位采样口13和低位采样口14，高位采样口13位于高位出水口11和蜂窝斜管过滤器5之间，低位采样口14位于蜂窝斜管过滤器5和紫外灯装置4之间；所述塔体1的顶部还设有在线ph装置19和在线orp装置20，所述在线ph装置19位于所述回流区6，用于在线测量含铬污水与回流水混合后ph值，所述在线orp装置20位于回流堰板8与出水堰板10之间，所述在线orp装置用于在线测量塔体1顶部污水的orp值。如图2所示，本发明中的循环布水器2为旋流上升布水器，水流方向为由下至上呈旋流上升。回流口9的出水经过旋流上升布水器后，出水自下至上呈旋流上升，使水流与零价铁粉充分混合，增加反应效率；如图3所示，本发明的塔体1内腔设有3～6组紫外灯装置4，每组紫外灯装置4由至少一支紫外灯组成，每支紫外灯的波长为200～500nm,每支紫外灯其发出的紫外光的强度为300～1000μw/cm2。其中蜂窝斜管过滤器5为pp材质，管径为ф25～ф50。其中塔体1的主体为圆柱形结构，塔体1上部为倒锥形结构，该倒锥形结构的圆锥角为40～70°，倒锥形结构的上部连接圆柱形管，圆柱形管的内径d1为塔体1主体内径d2的2～3倍。其中回流堰板8与塔体1内壁的距离为d1，出水堰板10与塔体1内壁的距离为d2，d1与d2的比值为1.5：1～3.0：1。这样能允许更多处理的污水在有限时间内进行多次循环，提高处理效率。其中所述零价铁粉3的平均粒径为1～100微米，所述零价铁粉3其在塔体1内的装填体积为塔体1体积的5～30%。在实际应用中，回流堰板8的下端与出水堰板10的下端在同一水平线，使回流堰板8和出水堰板10的定位加工更方便实现。回流堰板8的高度h1比出水堰板10的高度h2低40cm～80cm。回流口9与高位出水口11在同一水平高度。高位采样口13可设置在倒锥形结构上，这样在经过蜂窝斜管过滤器5后，使零价铁粉的悬浮高度达到最大化。未经处理的含铬污水通过进水泵16及进水管道17进入回流区6，与部分污水混合后，返回塔体1底部进行多级氧化-还原反应；可以理解地，由于塔体1顶部的污水的ph值较高，而未处理的含铬污水其ph值较低，通过使两者在回流区6混合后，可以降低回流口9所流出的水的ph值，由此提高塔体1内部fe（ii）还原铬（vi）的反应效率。参考图1，本发明一实施例中的针对上述协同处理处理含铬污水的还原塔的运行方法一，通过应用该运行方法一，可以使还原塔间歇式运行，具体地，包括以下步骤：s1、在塔体1内腔投置适量的零价铁粉3，开启进水泵16、循环水泵22和紫外灯装置4；s2、含铬污水通过进水泵16和进水管道17进入塔体1顶部的回流区6，从回流口9处流出，通过回流管道21和循环水泵22进入塔体1底部进行多级氧化-还原反应；s3、调整循环水泵22进水量，使零价铁粉3呈现流化态，上升的污水经过紫外灯装置4和蜂窝斜管过滤器5后，当污水水位高于回流堰板8、低于出水堰板10时，关闭进水泵16，污水在塔体1进行内循环；s4、当在线orp装置测量出塔体1顶部的污水的orp值降至250～350mv时，关闭循环水泵22，待零价铁粉3沉降至塔体1底部，且当低位出水口12的水样不含零价铁粉3后，完全打开低位出水口12，塔体1内处理后的污水从排水管道15排出；s5、待塔体1内污水液面低于低位出水口12时，则重新开启进水泵16，以开启下一次的污水处理。参考图1，本发明一实施例中一种针对上述协同处理含铬污水的还原塔的运行方法二，通过应用该运行方法二，可以使还原塔实现连续式运行，具体包括以下步骤：s1、在塔体1内腔投置适量的零价铁粉3，开启进水泵16、循环水泵22、紫外灯装置4；s2、含铬污水通过进水泵16和进水管道17进入塔体1顶部的回流区6，从回流口9处流出，通过回流管道21和循环水泵22进入塔体1的底部进行多级氧化-还原反应；s3、调整循环水泵22的进水流量，使零价铁粉3呈现流化态，上升的污水经过紫外灯装置4和蜂窝斜管过滤器5后，部分污水通过回流堰板8，与未处理的含铬污水共同从回流口9流出，通过循环水泵22返回塔体1进行内循环，部分污水通过出水堰板10，从高位出水口11和排水管道15排出。在所述运行方法一、运行方法二中，所述循环水泵22的进水流量大小取决于高位采样口13所收集的污水中不含有零价铁粉3,以及低位采样口14所收集的污水中含有零价铁粉3。在所述运行方法一、运行方法二中，所述进水泵16的进水流量为q1，所述循环水泵22的进水流量为q2，所述q1、q2的单位均为m3/h，且q1和q2之间的比值为1:4～1:12。在所述运行方法一、所述运行方法二中，位于所述塔体1顶部的在线ph装置19还对塔体1的污水的ph值进行监测，当检测到塔体1内的污水的ph值超过3.0时，则通过加药管道18向塔体1内的污水加入硫酸，维持塔体内的污水ph值低于3.0。应用实施例1：以电镀园区收集的含铬污水为处理对象，含铬污水的水质指标为ph值为1.7，铬（vi）为650mg/l，电导率为10.1ms/cm。选取的零价铁粉平均粒径为40微米，装填体积为塔体体积的10%。塔体设有3组紫外灯装置，每组20支紫外灯，每支紫外灯的波长为254nm,强度为500μw/cm2；蜂窝斜管过滤器为pp材质，管径为ф25；倒锥形结构的倒锥角为60°，连接圆柱形管的内径d1为塔体主体内径d2的2.5倍。采用间歇运行方式，进水泵进水流量为1m3/h，循环水泵的进水流量为6m3/h，当orp装置的数值降至300mv时，打开低位出水口排水。通过零价铁粉与紫外灯协同处理的还原塔，最终出水铬（vi）含量低于0.1mg/l，ph值为3.0，电导率2.6ms/cm。应用实施例2：以电镀园区收集的含铬污水为处理对象，含铬污水的水质指标为ph值为1.6，铬（vi）为800mg/l，选取平均粒径为25微米的零价铁粉，并使零价铁粉的装填体积为塔体体积的20%。塔体设有5组紫外灯装置，每组28支紫外灯，每支紫外灯的波长为254nm,强度为1000μw/cm2；蜂窝斜管过滤器为pp材质，管径为ф25；倒锥形结构的倒锥角为45°，连接圆柱形管的内径d1为塔体主体内径d2的2.5倍。采用连续运行方式，进水泵进水流量为1m3/h，循环水泵的进水流量为4.5m3/h。通过零价铁粉与紫外灯协同处理的还原塔，最终出水铬（vi）含量为5.0mg/l，ph值为2.8，电导率2.2ms/cm。本发明的方法，与现有的方法相比，能够有效降低处理后污水的电导率，并减少氧化-还原过程汇总对铁的损耗（铁的损耗可以从出水区的污水的电导率进行判断）。指标焦亚 混凝沉淀零价铁屑 混凝沉淀本发明的还原塔 混凝沉淀铬（vi）（mg/l）<0.1<0.1<0.1电导率（ms/cm）7.24.22.9ph7.57.87.7以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本
技术领域：
的普通技术人人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的包含范围。当前第1页1 2 3
技术特征：1.一种零价铁粉与紫外灯协同处理含铬污水的还原塔，其特征在于：包括塔体、进水泵、循环水泵、循环布水器、紫外灯装置、蜂窝斜管过滤器、回流区、出水区；
所述回流区包括回流堰板和回流口，所述出水区包括出水堰板和高位出水口，所述回流区与所述出水区位于塔体内腔两侧，所述回流口通过回流管道与循环水泵连通，所述高位出水口与排水管道连通；
所述进水泵与进水管道连通，所述进水管道的出口接入所述回流区；
所述塔体内腔由下至上依次设有所述循环布水器、所述紫外灯装置、所述蜂窝斜管过滤器，所述循环布水器与所述循环水泵的出口连通，所述循环布水器为旋流上升布水器；
所述塔体底部设置零价铁粉，所述零价铁粉覆盖循环布水器，所述零价铁粉的平均粒径为1～100微米；
所述塔体设有低位出水口，所述低位出水口位于所述紫外灯装置与零价铁粉之间，与所述排水管道连通；
所述塔体设有高位采样口和低位采样口，所述高位采样口位于所述高位出水口和所述蜂窝斜管过滤器之间，所述低位采样口位于所述蜂窝斜管过滤器的和所述紫外灯装置之间；
所述塔体的顶部还设有在线ph装置和在线orp装置，所述在线ph装置位于所述回流区，所述在线orp装置位于回流堰板与出水堰板之间。
2.根据权利要求1所述零价铁粉与紫外灯协同处理含铬污水的还原塔，其特征在于：所述紫外灯装置为3～6个单元，每个单元由至少一支紫外灯组成，每支紫外灯的波长为200～500nm，强度为300～1000μw/cm2。
3.根据权利要求1所述零价铁粉与紫外灯协同处理含铬污水的还原塔，其特征在于：所述蜂窝斜管过滤器为pp材质，管径为ф25～ф50。
4.根据权利要求1所述零价铁粉与紫外灯协同处理含铬污水的还原塔，其特征在于：所述塔体的主体为圆柱形结构，塔体的上部为倒锥形结构，倒锥形结构的圆锥角为40～70°，倒锥形结构的上部连接圆柱形管，圆柱形管的内径d1为塔体主体内径d2的2～3倍。
5.根据权利要求1所述零价铁粉与紫外灯协同处理含铬污水的还原塔，其特征在于：所述回流堰板与塔体内壁的距离为d1，所述出水堰板与塔体内壁的距离为d2，d1与d2的比值为1.5:1～3.0:1。
6.根据权利要求1所述零价铁粉与紫外灯协同处理含铬污水的还原塔，其特征在于：所述零价铁粉的装填体积为所述塔体体积的5～30%。
7.根据权利要求1至6中任一权利要求所述的零价铁粉与紫外灯协同处理含铬污水的还原塔的运行方法，其特征在于，包括以下步骤：
s1、在塔体内腔投置适量的零价铁粉，开启进水泵、循环水泵、紫外灯装置；
s2、含铬污水通过进水泵和进水管道进入塔体顶部的回流区，从回流口流出，通过回流管道和循环水泵进入塔体底部进行多级氧化-还原反应；
s3、调整循环水泵进水流量，使零价铁粉呈现流化态，上升的污水经过紫外灯装置和蜂窝斜管过滤器后，当污水水位高于回流堰板、低于出水堰板时，关闭进水泵，污水在塔体进行内循环；
s4、当在线orp装置测量出塔体1顶部的污水的orp值降至250～350mv时，关闭循环水泵，待零价铁粉沉降至塔体底部，且当低位出水口的水样不含零价铁粉后，完全打开低位出水口，塔体内处理后的污水从排水管道排出；
s5、塔体内污水液面低于低位出水口时，重新开启进水泵，开启下一次的污水处理，以实现间歇式运行。
8.根据权利要求1至6中任一权利要求所述的零价铁粉与紫外灯协同处理含铬污水的还原塔的运行方法，其特征在于，包括以下步骤：
s1、在塔体内腔投置适量的零价铁粉，开启进水泵、循环水泵、紫外灯装置；
s2、含铬污水通过进水泵和进水管道，进入塔体顶部的回流区，从回流口流出，通过回流管道和循环水泵进入塔体底部进行多级氧化-还原反应；
s3、调整循环水泵进水流量，使零价铁粉呈现流化态，上升的污水经过紫外灯装置和蜂窝斜管过滤器后，部分污水通过回流堰板，与未处理含铬污水共同从回流口流出，通过循环水泵返回塔体进行内循环，部分污水通过出水堰板，从高位出水口和排水管道排出，以实现连续式运行。
9.根据权利要求7或8所述零价铁粉与紫外灯协同处理含铬污水的还原塔的运行方法，其特征在于：所述循环水泵的进水流量大小取决于高位采样口收集的污水中不含有零价铁粉，低位采样口收集的污水中含有零价铁粉。
10.根据权利要求7或8所述零价铁粉与紫外灯协同处理含铬污水的还原塔的运行方法，其特征在于：进水泵进水流量和循环水泵进水流量分别为q1、q2，q1和q2之间的比值为1:4～1:12。
11.根据权利要求7或8所述零价铁粉与紫外灯协同处理含铬污水的还原塔的运行方法，其特征在于：当在线ph装置的数值超过3.0时，通过加药管道加酸，维持塔体内污水ph值低于3.0。
技术总结本发明提供了一种零价铁粉与紫外灯协同处理含铬污水的还原塔及其运行方法，还原塔包括塔体、进水泵、循环水泵、循环布水器、紫外灯装置、蜂窝斜管过滤器、回流区、出水区，塔体内腔底部设有零价铁粉；塔体内腔由下至上分别设有循环布水器、紫外灯装置、蜂窝斜管过滤器；本发明的还原塔可间歇式运行或连续式运行，通过采用尺寸合适的零价铁粉和合适的布水方式，并使零价铁粉充分悬浮并分散于塔体的反应区域内，加强固液两相间传质，同时设置紫外灯装置，提升反应效率，减少零价铁粉的铁损耗、并减少后续污泥产量，降低产水电导率，有利于回用水制造。
技术研发人员：陈铭;王成刚;卢福伟;邝乃强;黎金盛
受保护的技术使用者：江门市崖门新财富环保工业有限公司
技术研发日：2020.03.14
技术公布日：2020.06.05
