一种芬顿流化床快速结晶控制系统及方法与流程

本发明涉及一种芬顿流化床快速结晶控制系统及方法，属于系统控制。

背景技术：

1、高级氧化是有机废水尤其是难降解工业有机废水常用的处理技术，作为高级氧化技术的先驱，芬顿是一种均相化学氧化水处理技术，其反应条件易得，不需要高温高压，具有设备简单、反应迅速的优点。目前，芬顿已被广泛应用于如石油工业、纺织行业、造纸行业、木材加工行业、酿酒行业、 垃圾渗滤液等工业废水的处理。传统意义上被认可的芬顿链式反应机制：芬顿试剂fe2+和h2o2反应生成的•oh，利用强氧化性的羟基自由基氧化分解有机污染物，其中相关反应式及其反应速率常数如下：

2、fe2++h2o2→fe3++oh-+•oh；k1=40~80（l·mol-1·s-1）  （1）

3、fe3++h2o2→fe2++•o2h+h+；k2=0.001~0.02（l·mol-1·s-1） （2）

4、在芬顿反应中，fe3+返回fe2+是限速步骤，该反应的速率常数k2远低于fe2+向fe3+的转化速率k1，这会造成体系中fe3+积累，链式反应传递难以实现，最终导致有机物降解率下降。虽然可以通过增加fe2+和h2o2的投加量，从而提高羟基自由基生成浓度来提高有机物降解率，但芬顿试剂的用量和产泥量会大大增加，同时，反应中fe2+和h2o2都可作为羟基自由基清除剂而消耗•oh并产生活性较低的ho2•，也会导致h2o2无效分解，从而降低芬顿试剂利用率，增大了废水处理成本。

5、芬顿流化床体系属于类芬顿氧化法中被广泛应用的一种反应体系，是将传统芬顿法和流化床结晶器相结合的工艺。常规流化床结晶器为柱状反应器，一般底部进水，反应器内填充晶种材料，通过内循环使晶种材料膨胀流化，晶种担体在与溶液充分接触过程中发生异相结晶，达到去除废水中目标物质的效果。结晶法相比传统沉淀法，得到的结晶产物含水率低，有利于后续污泥处理。

6、芬顿流化床相较于传统芬顿，对有机物去除率和芬顿试剂的利用率都具有明显优势，但由于铁结晶过程易受到干扰，如反应ph、铁离子浓度、水力条件、有机中间产物、络合干扰离子等，使得反应器结晶调试时间很长，往往需要3-6个月甚至更长，结晶过程中铁盐加药量的调整没有依据，只能人工判断和操作，运行过程耗费大量的人力物力，结晶效率低且不利于芬顿有机物氧化反应的稳定运行，实际成功应用案例较少。

7、如何降低流化床的限速影响，减少芬顿试剂量和提高试剂利用率，如何智能化控制流化床结晶过程和处理水质，易操控、成本低、结晶快的芬顿流化床应用方法是工业难降解有机废水处理行业亟需解决的一个问题。

技术实现思路

1、发明目的：为了解决结晶过程中铁盐加药量的调整没有依据，芬顿试剂量利用率低下的问题，本发明提供一种芬顿流化床快速结晶控制系统及方法。

2、技术方案：为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

3、一种芬顿流化床快速结晶控制方法，包括以下步骤：

4、步骤1，采集芬顿流化床结晶过程中原水流量、晶体颗粒粒径及其启动时间。

5、步骤2，根据测得晶体颗粒粒径和启动时间建立排晶周期模型，进而得到排晶周期。

6、步骤3，根据排晶周期和原水流量建立回流量模型，通过回流量模型得到过氧化氢加药回流量和硫酸亚铁加药回流量。

7、步骤4，设定硫酸亚铁投加量与化学需氧量比。根据硫酸亚铁投加量与化学需氧量比、晶体颗粒粒径建立硫酸亚铁投加量模型，得到硫酸亚铁投加量。

8、步骤5，根据步骤3获得的过氧化氢加药回流量对芬顿流化床原水进行过氧化氢回流加药。根据步骤3获得的硫酸亚铁加药回流量对芬顿流化床原水进行硫酸亚铁回流加药。根据步骤4获得的硫酸亚铁投加量对芬顿流化床回流水进行硫酸亚铁投加。

9、优选的：所述排晶周期模型为：

10、；

11、其中，表示排晶周期，表示晶体颗粒粒径，表示启动时间。

12、优选的：所述回流量模型为：

13、；

14、；

15、其中，表示过氧化氢加药回流量，表示原水流量，表示硫酸亚铁加药回流量。

16、优选的：所述硫酸亚铁投加量模型：

17、；

18、其中，表示硫酸亚铁投加量，表示化学需氧量，表示设定硫酸亚铁投加量与化学需氧量比，表示晶体颗粒粒径。

19、优选的：所述晶体颗粒粒径通过定期取样测得。

20、优选的：在每个排晶周期到来之前s关停原水泵、回流泵和出水阀。排晶结束后s打开原水泵、回流泵和出水阀。

21、优选的：的范围为50-70s，的范围为15-20s。

22、一种芬顿流化床快速结晶控制系统，包括输入单元、流量计、计时器、排晶周期单元、回流量单元、硫酸亚铁投加量单元、控制单元，其中：

23、所述输入单元用于输入晶体颗粒粒径和设定硫酸亚铁投加量与化学需氧量比。

24、所述流量计用于计量原水管中的原水流量。

25、所述计时器用于对系统启动结晶进行计时，得到启动时间。

26、所述排晶周期单元用于根据测得晶体颗粒粒径和启动时间通过排晶周期模型得到排晶周期。

27、所述回流量单元用于根据排晶周期和原水流量通过回流量模型得到过氧化氢加药回流量和硫酸亚铁加药回流量。

28、所述硫酸亚铁投加量单元用于根据硫酸亚铁投加量与化学需氧量比、晶体颗粒粒径通过硫酸亚铁投加量模型得到硫酸亚铁投加量。

29、所述控制单元根据获得的过氧化氢加药回流量对芬顿流化床原水进行过氧化氢回流加药。根据获得的硫酸亚铁加药回流量对芬顿流化床原水进行硫酸亚铁回流加药。根据获得的硫酸亚铁投加量对芬顿流化床回流水进行硫酸亚铁投加。

30、本发明相比现有技术，具有以下有益效果：

31、本发明通过测得晶体颗粒粒径和启动时间得到排晶周期，通过排晶周期原水流量得到过氧化氢加药回流量和硫酸亚铁加药回流量，通过硫酸亚铁投加量与化学需氧量比、晶体颗粒粒径得到硫酸亚铁投加量，然后再对芬顿流化床进行控制，使得氧化氢加药回流量、硫酸亚铁加药回流量、硫酸亚铁投加量在结晶过程中的加药量更精确，其不仅维护了晶体正常成长代谢系统，而且有利于晶体快速稳定增长，同时提高了芬顿试剂量利用率。

1.一种芬顿流化床快速结晶控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述芬顿流化床快速结晶控制方法，其特征在于：所述排晶周期模型为：

3.根据权利要求2所述芬顿流化床快速结晶控制方法，其特征在于：所述回流量模型为：

4.根据权利要求3所述芬顿流化床快速结晶控制方法，其特征在于：所述硫酸亚铁投加量模型：

5.根据权利要求4所述芬顿流化床快速结晶控制方法，其特征在于：所述晶体颗粒粒径通过定期取样测得。

6.根据权利要求5所述芬顿流化床快速结晶控制方法，其特征在于：在每个排晶周期到来之前s关停原水泵、回流泵和出水阀；排晶结束后s打开原水泵、回流泵和出水阀。

7.根据权利要求6所述芬顿流化床快速结晶控制方法，其特征在于：的范围为50-70s，的范围为15-20s。

8.一种芬顿流化床快速结晶控制系统，其特征在于：包括输入单元、流量计、计时器、排晶周期单元、回流量单元、硫酸亚铁投加量单元、控制单元，其中：

9.根据权利要求8所述芬顿流化床快速结晶控制系统，其特征在于：所述回流量模型为：

10.根据权利要求9所述芬顿流化床快速结晶控制系统，其特征在于：所述硫酸亚铁投加量模型：