一種處理有機毒物廢水的強化氧化工藝及裝置的製作方法

2023-12-05 02:38:16 1

專利名稱：一種處理有機毒物廢水的強化氧化工藝及裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種廢水的處理工藝及裝置，尤其涉及一種能同時處理多種有機 毒物廢水的強化氧化工藝及裝置，用於催化氧化工業難降解有機毒物。
技術背景隨著我國經濟的迅猛發展，環境問題也日益凸現，尤其是溶解性、高濃度、 高毒性、多組分、難降解複雜有機毒物的排放對環境影響尤為顯著，會對周圍環 境和人群產生突發性和持久性的影響。目前，我國化工廠的難降解有機毒物常用 的處理技術主要包括吸附、萃取、混凝沉澱、化學沉澱、膜分離、化學氧化法和 化學還原法等，後續處理多為生物法。但普通處理方法普遍存在處理效率低，時 間長，不能有效降解特徵汙染物，預處理出水不能達到後續生物處理的要求，導 致微生物的死亡，致使處理效率低下，不能達標排放等缺陷。所以尋找能處理溶 解性，高毒性，多組分、高濃度的複雜有機毒物體系的快速、高效處理技術是亟 需解決的關鍵問題。處理有機毒物的反應裝置，普遍存在反應時間長，效果差，不能保證長時間 穩定運行。如普通吸附用固定床，不能滿足高濃度有機廢水高強度的處理要求， 如果濃度太高，很容易出現穿透現象，造成出水水質不穩定。微電解不僅反應效 率低，反應時間長，對入水pH要求高，並且經過一定時間的反應後，易出現填 料板結、出現溝流等缺點，導致效果下降。光催化氧化對入水的要求比較苛刻， 必須要低濃度、低濁度，並且反應時間較長， 一般都要2h以上。溼式氧化雖然 氧化效果較好，但是反應時間長，對設備要求太高，需要高溫高壓。序批式-膜 生物反應器不能處理高濃度、高毒性有機廢水，易出現微生物死亡的現象，不能 處理此類廢水。所以，處理能力強，無選擇性，水力停留時間短，處理效果好， 且操作簡單， 一次性投資小的水處理工藝及裝置是未來水處理技術的發展方向。發明內容本發明所要解決的技術問題是為了改進現有技術反應時間長、效果差、運 行不穩定、對設備要求高等缺點，而提供一種能夠快速、高效處理多組分有機毒 物並存的水處理工藝，本專利的另一目的還提供了上述水處理工藝的裝置，該裝
置結構緊湊、操作簡便。本發明所採用的技術方案是 一種水處理裝置，其特徵在於該裝置由能量發生器l、反應腔2、尾氣收集裝置3和入流泵4、 5、 6組成，反應腔2中內置反 應柱7，反應柱7上下有隔膜8，柱內裝填催化劑C，催化劑C由反應柱3上部 的催化劑投加口 9加入，空氣、含有機毒物的廢水和氧化劑三種物質分別由入流 泵4、 5、 6進入布水器10，由布水器10混合均勻後進入反應柱7，處理後的出 水由尾氣收集裝置3的管道上的支流口 11排出，尾氣進入尾氣收集裝置3，由 廢氣出口 12排出。其中所述的裝置中，能量源l為外置式，由管道將能量引入反應腔，能量源 的功率連續可調，為0.8—40kW;反應腔2的材質為不鏽鋼或內襯不鏽鋼的腔 體，反應柱7材質為聚四氟乙烯或陶瓷材料，數量優選為2—20根，反應柱的管 徑為2—60cm，柱長為20—200cm;隔膜8為不鏽鋼絲網，優選為1一10層。本發明還提供了採用上述裝置的處理含有機毒物廢水的強化氧化工藝，包括 如下步驟A. 先將催化劑由催化劑加入口9加入反應柱7中；B. 然後開啟入流泵4、 5、 6，將含機毒物的廢水、空氣、氧化劑泵入布水 器IO,經過混合後進入反應柱7;C. 將催化劑入口9封閉，打開能量源，調節功率，進行反應；視催化劑的 消耗量，每隔一定時間將催化劑加入口9開啟，補充催化劑，補充過程中反應可 以繼續進行；D. 有機毒物廢水由入流泵不斷進入反應柱，調節流量，保證入流流體在反 應柱中有一定的水力停留時間，然後經不斷泵入的流體的作用使處理後的廢水從 出口 11排出。其中所述的催化劑由金屬、金屬氧化物或活性炭中的一種或多種組成，催化 劑的加入量與反應柱體積比為1:(1一10)，根據反應過程中催化劑的消耗量，對 催化劑進行補充，補充量和補充時間根據反應時間和反應功率而定， 一般補充量 為原始投加總量的1%—30%，補充時間為持續反應中每隔l一8h，由催化劑加 入口9加入；其中活性炭優選為顆粒活性炭，粒徑為2—5mm，金屬或金屬氧化 物為機械加工廠中加工時剩下的廢鐵屑、廢銅屑或廢鋁屑，粒徑為0.5—3mm; 其中泵4提供的氣體為空氣，流量為0.1—10L/min，氣體使填料呈流化或半流化
狀態，氧化劑為二氧化氯或亞氯酸鈉，投加量為溶解性有機毒物流體質量的0.1% 一5%，其中亞氯酸鈉為粉末，二氧化氯濃度為2000—5000ppm;所述的能量源 由電能提供能源，功率為0.8 —40kW，此時催化劑被外加能量源激活，與氧化 劑、空氣協同，對有機毒物進行降解，使其由大分子物質分解成小分子物質直至 完全礦化，含有機毒物廢水的進水流量每分鐘為反應柱體積的1/20—1/2,保證 入流流體在反應柱中水力停留時間為2—20min，連續操作，廢氣經過收集後從 廢氣出口12排放，收集液為氫氧化鈉或廢鹼液，質量濃度為1%—30%。 有益效果本發明採用的能同時處理多種有機毒物的強化氧化工藝及裝置與普通催化 氧化技術及裝置相比，具有如下優點-1、 強化氧化技術具有成本低，投資省，適用範圍廣等優點。2、 反應時間短、反應效率高所採用的能量源能使多種極性有機物產生高速旋 轉並發生碰撞，加劇分子活性，降低反應活化能和分子的化學鍵強度，外加能量 源與填料的協同作用能夠大幅提高多種化學反應的速率，可將反應時間縮短到原需時間的1/10~1/1000，在溫和條件下即能快速進行多種化學反應，反應時間短， 速度快；反應過程中會產生羥基自由基等活性基團，能有效降解多種特徵汙染物，反應徹底，無二次汙染，能耗低。3、 水力負荷高，抗衝擊力強水力負荷高，通過調節水力停留時間和能量強度，可以調節反應器的處理效果。4、 對入流流體水質要求低；對入流流體水質要求低，不需要較高透明度和一定酸度、鹽分適用範圍廣，大部分水質條件下均能達到較好效果。5、 填料不易板結由於在使用過程中，流體由下而上進入反應柱，催化劑呈流 化態或半流化態，減少了普通固定床催化氧化中容易出現的填料板結的現象，延 長了催化劑使用壽命。6、 協同作用由於二氧化氯和亞氯酸鈉也是強氧化劑，氧化效果顯著，但是單 一使用仍需要較長氧化時間，利用外加能量、催化劑、空氣三者和它的結合，有 顯著的協同效應，縮短了反應時間，提高了處理效率。7、 特徵汙染物降解效率高、出水可生化性高對含苯環的有毒有機物，如硝基 苯，有很強的去除效果，能有效降解其毒性，為後續可生化性提供了可能。8、 反應器結構緊湊反應體系均在催化反應腔中。.9、操作簡單通過控制流量和能量大小，即能控制反應的效果總之，本發明是一種具有結構簡單和處理多組分有機毒物的水處理裝置，同 時克服固定床催化氧化過程中容易結塊、板結、效率不高的問題。


圖1為一種同時處理多種有機毒物的強化氧化工藝及裝置，其中1—能量 發生器，2—反應柱，3—尾氣收集裝置，4、 5、 6—泵，7—反應柱，8—隔膜，9 一催化劑入口， 10—布水器，U—廢水出口， 12—廢氣出口， A—入流廢水，B 一處理後出水，C一催化劑，D—廢氣，E—鹼液具體實施方式
本發明提供一種快速、高效處理多組分有機毒物的裝置。 下面結合實施實例及附圖對本發明提供的裝置及工藝作進一步說明。 實施例1水處理裝置由能量發生器1、反應腔2、尾氣收集裝置3和入流泵4、 5、 6 組成，反應柱7內置於反應腔2中，反應柱7上下有隔膜8，柱內裝填催化劑C， 催化劑C由反應柱3上部的催化劑投加口 9加入，反應柱下方入口 4、 5、 6分 別用於入流空氣、有機毒物和氧化劑，經布水器10進入反應柱7，處理後的出 水由尾氣收集裝置3管道上的支流口 11排出，尾氣進入尾氣收集裝置3，廢氣 由廢氣出口12排出。能量源l為外置式，能量源的功率連續可調，由管道將能 量引入反應腔，反應腔2的內襯為不鏽鋼的腔體，反應柱7材質為聚四氟乙烯， 數量為18根，柱徑為5cm，柱長為180cm，隔膜4為不鏽鋼絲網，數量為2層。實施例2水處理裝置由能量發生器1、反應腔2、尾氣收集裝置3和入流泵4、 5、 6 組成，反應柱7內置於反應腔2中，反應柱7上下有隔膜8，柱內裝填催化劑C， 催化劑C由反應柱3上部的催化劑投加口 9加入，反應柱下方入口 4、 5、 6分 別用於入流空氣、有機毒物和氧化劑，經布水器10進入反應柱7，處理後的出 水由尾氣收集裝置3管道上的支流口 11排出，尾氣進入尾氣收集裝置3，廢氣 由廢氣出口12排出。能量源l為外置式，能量源的功率連續可調，由管道將能 量引入反應腔，反應腔2的材質為不鏽鋼，反應柱7材質為陶瓷，數量為4根， 柱徑為30cm，隔膜4為不鏽鋼絲網，數量為8層。由催化劑加入口 9加入粒徑為5mm的活性炭和粒徑為3mm的廢銅屑，兩
者質量配比為l:l，總加入量為反應腔體積的1/3，加入後將入口9封閉。由入流 泵4、 5、 6分別加入空氣、含有機毒物的廢水A和二氧化氯，其中有機毒物廢 水A為硝基苯濃度為400ppm的工廠廢水，空氣流量為5L/min，氧化劑二氧化 氯濃度為2000ppm，投加量為溶解性有機毒物流體質量的0.5%，經過布水器混 合均勻後，進入反應柱，打開外加能源，保持功率為10kW，保證水力停留時間 為5min，廢水由泵6不斷進入反應柱，處理後出水B由出水口 11排出，廢氣由 尾氣收集裝置3收集，裝置裡放置廢鹼液C，濃度為30%。持續上述過程，裝置 運行4h效果穩定，硝基苯去除率達到98%以上，其中反應2h的時候補充原始催 化劑加入量的2%的催化劑，連續操作直至將需要處理的工業廢水全部處理。 實施例3水處理裝置由能量發生器1、反應腔2、尾氣收集裝置3和入流泵4、 5、 6 組成，反應柱7內置於反應腔2中，反應柱7上下有隔膜8，柱內裝填催化劑C， 催化劑C由反應柱3上部的催化劑投加口 9加入，反應柱下方入口 4、 5、 6分 別用於入流空氣、有機毒物和氧化劑，經布水器10進入反應柱7，處理後的出 水由尾氣收集裝置3管道上的支流口 11排出，尾氣進入尾氣收集裝置3，廢氣 由廢氣出口12排出。能量源l為外置式，能量源的功率連續可調，由管道將能 量引入反應腔，反應腔2的材質為不鏽鋼，反應柱7材質為聚四氟乙烯數量為1 根，柱徑為50mm，柱長為60cm，隔膜4為不鏽鋼絲網，數量為5層。由催化劑加入口 9加入粒徑為2mm的活性炭，總加入量為反應腔體積的 4/5，加入後將入口9封閉。由入流泵4、 5、 6分別加入空氣、含有機毒物的廢 水A和亞氯酸鈉，其中有機毒物廢水A為硝基苯濃度為350ppm、苯氨濃度為 800ppm的工廠混合廢水，空氣流量為2L/min，亞氯酸鈉投加量為流體質量的1%， 經過布水器混合均勻後，進入反應柱，打開外加能源，保持功率為lkW，保證 水力停留時間為15min，廢水由泵6不斷進入反應柱，處理後出水B由出水口 11排出，廢氣由尾氣收集裝置3收集，裝置裡放置廢鹼液C，濃度為10%。持 續上述過程，裝置運行8h效果穩定，硝基苯去除率達到96%以上，苯氨去除率 達到85%以上，其中反應4h時，補充一次催化劑，補充量為原始加入量的"％， 連續操作直至將需要處理的工業廢水全部處理。
權利要求
1.一種處理含有機毒物廢水的強化氧化工藝裝置，其特徵在於該裝置由能量發生器(1)、反應腔(2)、尾氣收集裝置(3)、布水器(10)和入流泵(4)、(5)、(6)組成，反應腔(2)中內置反應柱(7)，反應柱(7)上下有隔膜(8)，柱內裝填催化劑C，催化劑C由反應柱(3)上部的催化劑投加口(9)加入，空氣、含有機毒物的廢水和氧化劑三種物質分別由入流泵(4)、(5)、(6)進入布水器(10)，由布水器(10)混合均勻後進入反應柱(7)，處理後的出水由尾氣收集裝置(3)的管道上的支流口(11)排出，尾氣進入尾氣收集裝置(3)，由廢氣出口(12)排出。
2. 根據權利要求1所述的裝置，其特徵在於能量源(1)為外置式，由管道將能 量引入反應腔(2)，能量源的功率連續可調。
3. 根據權利要求1所述的裝置，其特徵在於反應腔(2)的材質為不鏽鋼或內襯 不鏽鋼的腔體；反應柱(7)材質為聚四氟乙烯或陶瓷材料，數量為2—20 根，柱徑為2—60cm，反應柱柱長為20—200cm;隔膜(8)為不鏽鋼絲網， 數量為1一10層。
4. 一種如權利要求1所述裝置的處理有機毒物廢水的強化氧化工藝，包括如下步驟A. 先將催化劑由催化劑加入口 (9)加入反應柱(7)中；B. 然後開啟入流泵(4)、 (5)、 (6)，將含機毒物的廢水、空氣、氧化劑泵 入布水器(10)，經過混合後進入反應柱(7);C. 將催化劑入口 (9)封閉，打開能量源，調節功率，進行反應；視催化 劑的消耗量，每隔一定時間將催化劑加入口 (9)開啟，補充催化劑C，補 充過程中反應可以繼續進行；D. 有機毒物廢水由入流泵不斷進入反應柱，調節流量，保證入流流體在反 應柱中有一定的水力停留時間，然後經不斷泵入的流體的作用使處理後的 廢水從出口 (11)排出。
5. 根據權利要求4所述的工藝，其特徵在於所述的催化劑為金屬、金屬氧化物 或活性炭中的一種或多種組成；氧化劑為二氧化氯或亞氯酸鈉，二氧化氯濃 度為2000—5000ppm。
6. 根據權利要求5所述的工藝，其特徵在於所述的活性碳為顆粒活性炭，粒徑為2—5mm，金屬或金屬氧化物為機械加工廠中加工時剩下的廢鐵屑、廢銅 屑或廢鋁屑，粒徑為0.5—3mm。
7. 根據權利要求4所述的工藝，其特徵在於催化劑的補充量和補充時間根據反 應時間和反應功率而定，補充量為原始投加總量的1%—30%，補充時間為持 續反應中每隔l一8h補充一次。
8. 根據權利要求4所述的工藝，其特徵在於能量源由電能提供能源，功率為0.8—40kW。
9. 根據權利要求4所述的工藝，其特徵在於含機毒物的廢水每分鐘入流的體積為反應柱體積的1/20—1/2，入流流體在反應柱中水力停留時間為2— 20min;泵(4)鼓入的空氣流量為0.1—10L/min;所述氧化劑的加入量為 含機毒物的廢水質量的0.1%—5%;所述催化劑的加入量與反應柱體積比為 1:(卜10)。
10. 根據權利要求4所述的工藝，其特徵在於廢氣經過收集後從廢氣出口 (12) 排放，收集液為氫氧化鈉或廢鹼液，質量濃度為1%—30%。
全文摘要
本發明涉及一種處理含有機毒物廢水的強化氧化工藝，利用外加能量的激發作用，使催化劑、氧化劑、氧氣三者產生協同作用，產生強氧化性的臭氧和羥基自由基，使有機毒物得到降解，反應過程催化劑呈流化或半流化的狀態；本發明還提供上述處理工藝的裝置，由能量發生器、反應腔、尾氣收集裝置、布水器和入流泵組成。本發明工藝氧化性強，能夠迅速催化氧化多種有機毒物，裝置具有結構簡單、易操作等特點，能改進普通固定床氧化技術中易結塊、板結、效率不高和反應時間長等缺點，大大縮短了處理時間，提高了處理效率和處理能力。
文檔編號C02F1/72GK101148287SQ20071013111
公開日2008年3月26日 申請日期2007年8月31日 優先權日2007年8月31日
發明者徐炎華, 駿 朱, 浩 趙 申請人:南京工業大學