[0001] 本发明涉及重金属废水处理技术领域，尤其涉及一种基于芬顿原理的重金属废水处理系统及装置。

[0002] 重金属废水是一种难降解的电子工业废水，而芬顿反应因为其具有的强氧化性和降解COD长链结构的效果，常用于对重金属废水的预处理中。现有技术多采用反应池、调碱池和沉淀池，通过在反应池中加入双氧水和硫酸亚铁，进行氧化处理，之后通过回调PH值，再进入沉淀池中沉淀，上清液作为预处理出水。在针对废水处理的实际应用中，该设置存在以下问题：双氧水和二价铁离子的催化利用率低，并且未进行重复使用；双氧水、二价铁离子和废水之间反应不完全，存在成本过高的问题。基于以上芬顿装置存在的缺陷，急需一种能够解决上述问题的重金属废水处理系统及装置。

[0003] 中国专利CN109678240B公开了基于芬顿反应的印染污水处理系统，包括管道混合器、芬顿反应塔；该专利系统的混合液经改变流向后，能更好地起到混合作用，提高芬顿反应效率；混合液循环回流结构可大大提高芬顿氧化反应效率，也提高了药剂的重复利用率，使芬顿药剂得到充分利用，大大降低了药剂成本；印染废水中的COD大大降低。本发明还公开了一种基于芬顿反应的印染污水处理系统的方法，包括混合、反应及循环、PH调节、絮凝沉淀步骤；该专利方法处理印染废水效果显著，能将COD显著降低，处理效率高。但是该专利的缺陷在于：通过导流圆台与隔板组成的分隔结构将双氧水和硫酸亚铁组成的混合液进行分流，从而提高芬顿反应效率，实际混合效率提高不大，仅是通过分流的方式使得药物进入混合液中，依然未解决双氧水、二价铁离子和废水之间反应不完全，并且剩余药液未重复利用的问题。而本发明的导流件通过在废水流动路径中形成涡流，并且通过速度梯度加强混合效果，其混合效果强，提高了芬顿反应的效率，有利于芬顿装置长期、有效地运行。

[0004] 此外，一方面由于对本领域技术人员的理解存在差异；另一方面由于发明人做出本发明时研究了大量文献和专利，但篇幅所限并未详细罗列所有的细节与内容，然而这绝非本发明不具备这些现有技术的特征，相反本发明已经具备现有技术的所有特征，而且申请人保留在背景技术中增加相关现有技术之权利。

[0029] 下面结合附图进行详细说明。

[0030] 实施例1

[0031] 本申请涉及一种基于芬顿原理的重金属废水处理系统，至少包括对重金属废水进行芬顿反应的芬顿反应单元1，芬顿反应单元1包括反应部102。其中，反应部102设有用于将反应部102中流体进行回流内循环的回流管路104、回流口105和用于将反应部102中流体进行导流的导流件106，导流件106环绕回流管路104设置并且将反应部102内的流体进行导流以使得流体在反应部102中发生充分反应。本发明设置的导流件106将重金属废水在进行药物反应过程中，通过不断分流和汇流，产生围绕回流管路104的多个涡流，涡流搅拌使得药物和废水在其中充分混合均匀并进行反应。而且反应部102内混合物的PH值调节在3左右，涡流的搅拌作用使得废水中的碳酸快速分解，降低回调PH值的加碱量。导流件106的作用方式属于被动作用，无需通过额外的辅助装置提供能量支撑，能够在废水流动的过程中，达到被动调节的效果。现有技术采用搅拌桨去使得废水和药物发生充分反应，但是需要增设辅助设备，增加了系统的负荷。搅拌桨的使用还存在使用寿命降低，易受到废水污染，难以清理的问题。

[0032] 根据一种优选的实施方式，导流件106将反应部102内的流体导流为至少两条支流，以使得在至少两条支流进行导流和汇流过程中，形成用于加快反应的多个涡流。如图2和图3所示，导流件106可设为水滴型和弯钩型。优选为弯钩型。其中，弯钩的内弧部分朝向下方，从而将废水流在内弧处进行阻挡，并且被阻挡的废水流反向，与正向废水流对冲而形成涡流，使得药物与废水在其中进行充分反应。部分导流件106与反应部102的腔壁间隙连接，使得废水流通过该间隙继续上升，在抵达下一个与反应部102贴合连接的导流件106时，废水流被限制了流动方向，并在内弧处被导流为反向，从而形成涡流。废水流的流动路径被相邻两个连接方式不同的导流件106分隔为了两条，其中第一条流动路径为未受到导流件106阻挡的竖向上路径，第二条流动路径为从导流件106与反应部102的腔壁间隙流向下一导流件106，并被内弧将废水进行压力分区，通过压差变化产生推力，从而反向(竖向下或斜向下)与第一条流动路径对冲。导流件106还能够设为水滴型。其中，水滴尖端朝向下方。水滴型的导流件106更加着重于废水的分流和汇流形成涡流。通过尖端减小对废水的阻碍，与反应部102的腔壁的贴近过程，加快了废水的流动速度。废水通过间隙后，在下一导流件106导流作用下，形成流速快的支流，以对竖向的主流进行对冲，形成更强力的涡流，从而加快反应。弯钩型导流件适用于有机物、重金属离子相对较小的废水处理，通过多个小涡流，使其与药物反应。水滴型导流件适用于有机物、重金属离子相对较大的废水处理，通过大涡流更强劲的对冲力，使其反应更加彻底。

[0033] 根据一种优选的实施方式，回流管路104沿反应部102的竖向轴线延伸设置，回流口105将反应部102内的流体通过泵提升至回流管路104并且流体通过回流管路104的位于反应部102竖向底部的出口进行回流内循环，以使得流体进行二次反应。在对废水处理的期间，回流口105置于反应部102中，通过泵提升至回流管路104形成内循环。该设置方式使得反应部102中未反应完全的双氧水和/或二价铁离子随回流口105，通过回流管路104进入反应部102的底部，从而参加与废水的二次反应，增加了药物利用率，使得可以投入少量药物，达到废水处理的目的，减少了药物的使用。本发明的内循环设置，可提高药物的重复使用率，降低成本，更加经济，具有较高实用性。

[0034] 根据一种优选的实施方式，芬顿反应单元1还包括入水口101和出水口103，入水口101位于反应部102竖向下底部，出水口103位于反应部102竖向上部，入水口101将来水送入反应部102底部，并且随着流量累计从上端的出水口103流出。其中，在来水流量累积的过程中，来水经过导流件106的竖向下端进行导流，将来水分为至少两条支流并且于导流件106的竖向上端进行汇流以使得至少两条支流对向形成涡流，将来水和反应部102中反应药液混合反应。优选地，导流件106还将废水的流速降低，使其更长时间滞留于反应部102中，使得反应充分进行。

[0035] 根据一种优选的实施方式，若干个导流件106环绕回流管路104设置。其中，若干个导流件106在竖向上间隔排布，将竖向底端的第一个导流件106记为D1，之后依次间隔的若干个导流件106分别从下往上记为D2至D2n，若干个导流件106存在以下关系：若干个导流件106为偶数，D1、D3、D5、…、D2n‑1与反应部102的腔壁间隙连接，D2、D4、D6、…、D2n与反应部
102的腔壁贴合连接，以使得相邻的一个间隙连接的导流件106和一个贴合连接的导流件
106组成导流通道实现至少两条支流的对向流动。之所以将若干个导流件106的数量定为偶数，是因为偶数个导流件106能够两两配合形成用于将废水形成涡流的通道，并且防止在出水口103将废水流动路径破坏，导致的难以从中流出的问题。多个导流件106将废水的流速降低，使其更长时间滞留于反应部102中，这使得反应的充分进行，但是同样导致废水的处理效率变慢，过多废水被减速堆积在反应部102中。对此，本发明针对导流件106的排布密度进行进一步设计。优选地，若干个导流件106排布于反应部102的竖向下部。反应部102的竖向下部用于废水与药物的初步反应，该过程由于药物浓度的充足，涡流进行搅拌使得废水和药物的反应能够达到最大的反应效果。而反应部102的竖向上部，药物浓度降低，即使再进行导流和汇流，其对反应效果的提升也较小，反而阻碍了废水的流动。优选地，若干个导流件106排布于反应部102整体长度的二分之一或以下，从而在使得药物与废水充分反应的同时，不会对废水流动造成过多阻碍，影响废水的处理效率。优选地，反应部102可设为圆柱形或矩形。若干个导流件106在同一水平面布置时，其周向密度设为四个及以下，从而进一步防止对废水的阻碍作用，同时兼顾涡流的搅拌。

[0036] 若干个导流件106设置的目的还在于：通过导流件106流体力学特性设置，使得废水在流动方向上存在速度梯度，通过导流件106间歇式阻碍废水流动，产生在废水流动方向上的速度剪切，进一步强化了废水和药物的混合作用。优选地，导流件106还能进行间隔式的反向设置。具体地，导流件106的形状为水滴型和弯钩型，其中，水滴型设置为尖端竖向下，从而形成对废水的导流，弯钩型设置为内弧部分朝向下，从而形成涡流。对此，将其作为正向设置，在相邻两个正向设置的导流件106的下两个导流件设为反向导流件，即位于正向设置导流件106的上方设置反向导流件。反向导流件与正向导流件106在竖向方向上镜像对称，并且同样由相邻两个导流件组成。反向导流件的作用在于：通过压缩废水的流动路径，同样将废水分流为一个支流和一个主流，但是支流和主流方向相同，从而在减小流动路径，增大废水所受压力的作用下，使得主流与支流汇流，补充由正向设置导流件106阻碍消减的动能。间隔设置正向和反向的导流件使得废水流动的速度梯度变大，并且在流动方向上的速度剪切变大，再次加强了废水和药物的充分混合。

[0037] 根据一种优选的实施方式，泵通过回流口105将经过反应药液混合反应的流体提升至缓冲腔107，缓冲腔107内设有重力阀108，在缓冲腔107内积蓄的流体达到重力阀108设置的导通阈值时，部分流体从重力阀108流入回流管路104形成间隙式回流，并且沿回流管路104进入反应部102竖向下底部，以使得流体进行回流内循环。回流内循环将部分废水用作二次反应，并且设置有缓冲腔107和重力阀108，使得部分废水在其中进行缓冲，防止过多废水进入反应部102后，未进行充分反应就从出水口103中流出，同时也防止了设置的导流件106减速堆积废水，减小废水处理效率的问题。回流内循环还利用了药物的跟随性，通过废水带动反应部102竖向上部的未反应完全的药物至缓冲腔107中，并通过回流管路104送至反应部102底端，实现药物再利用。

[0038] 根据一种优选的实施方式，出水口103连接至中和池，通过在中和池中投加液碱以将来水中和至中性；中和池出水自流至脱气池中，通过鼓风搅拌，降低脱气池内气压，以将来水中的气泡脱除；脱气池出水自流至混凝反应池中，在混凝反应池中投加絮凝剂PAM并进行充分反应，使来水中铁泥絮凝；混凝反应后的废水自流至终沉池，将终沉池中的铁泥沉淀，上清液排出。芬顿反应是在酸性条件下双氧水与二价铁离子的混合，产生强氧化能力的羟基自由基，并引发更多的其他活性氧，以实现对有机物的降解，其氧化过程为链式反应。其中以OH产生为链的开始，而其他活性氧和反应中间体构成了链的节点，各活性氧被消耗，反应链终止。

[0039] 根据一种优选的实施方式，芬顿反应单元1用于高有机物、高金属浓度的重金属废水处理，其中，重金属废水处理系统还包括：预处理单元2、减量化单元3和回用单元4。其中，预处理单元2包括第一处理单元和第二处理单元，阳极废水流送入第一处理单元中的第一物化沉淀池中，蚀刻褪镀废水流送入第二处理单元的芬顿反应单元1进行处理，和在第二物化沉淀池中进行物化沉淀。减量化单元3包括第三物化沉淀池、高密池、A/O模块、活性炭模块和中/高压反渗透模块。第一物化沉淀池、第二物化沉淀池和第三物化沉淀池结构相同，由快混池、慢混池和沉淀池组成。高密池为高密澄清池，用于多级混合和絮凝反应，通过调整机械搅拌强度，达到很好的絮凝效果。A/O模块包括缺氧段和好氧段，通过缺氧段异养菌将污水中的淀粉、纤维、碳水化合物等悬浮污染物和可溶性有机物水解为有机酸，使大分子有机物分解为小分子有机物，不溶性的有机物转化成可溶性有机物。再通过好氧段自养菌的硝化作用和缺氧段异养菌的反硝化作用，实现污水无害化处理。活性炭模块通过活性炭固体外表具有多孔性的特色，吸附去掉污水或废水中的有机物及有毒物质，使之到达净化目的。中/高压反渗透模块将经过上述部件进行处理后的水进行膜分离脱盐处理。其中，中压反渗透模块将来水处理为第一产水和第一浓水，第一浓水送至高压反渗透模块得到第二产水和第二浓水。回用单元4包括产水回用模块和结晶模块401。产水回用模块包括一级RO装置402、二级RO装置403和超纯水装置404。第二浓水排至结晶模块401，通过结晶模块401三效强制循环混流蒸发工艺，处理为能够进行固废处理的杂盐。在蒸发过程中，会产生不凝气，通过冷凝管降温后排入A/O模块处理。第一产水和第二产水送至一级RO装置402并得到第三产水和第三浓水，第三产水进入二级RO装置403，第三浓水回流至高压反渗透模块。二级RO装置出水分为第四产水和第四浓水，第四浓水回流至高压反渗透模块，第四产水送至超纯水装置404。超纯水装置404将电渗析技术和离子交换技术相融合，通过阴、阳离子交换膜对阴、阳离子的选择性透过作用与离子交换树脂对离子的交换作用，在直流电场的作用下实现离子的定向迁移，从而完成水的深度除盐。超纯水装置404出水作为产品水回用。

[0040] 本发明还涉及一种基于芬顿原理的重金属废水处理装置，至少包括对重金属废水进行芬顿反应的芬顿反应单元1，其特征在于，芬顿反应单元1包括反应部102。其中，反应部102设有用于将反应部102中流体进行回流内循环的回流管路104、回流口105和用于将反应部102中流体进行导流的导流件106，导流件106环绕回流管路104设置并且将反应部102内的流体进行导流以使得流体在反应部102中发生充分反应。

[0041] 根据一种优选的实施方式，导流件106将反应部102内的流体导流为至少两条支流，以使得在至少两条支流进行导流和汇流过程中，形成用于加快反应的多个涡流。

[0042] 在全文中，“优选地”所引导的特征仅为一种可选方式，不应理解为必须设置，故此申请人保留随时放弃或删除相关优选特征之权利。

[0043] 需要注意的是，上述具体实施例是示例性的，本领域技术人员可以在本发明公开内容的启发下想出各种解决方案，而这些解决方案也都属于本发明的公开范围并落入本发明的保护范围之内。本领域技术人员应该明白，本发明说明书及其附图均为说明性而并非构成对权利要求的限制。本发明的保护范围由权利要求及其等同物限定。