有機廢水的礦化降解方法和設備的製作方法

2023-07-07 15:05:51

專利名稱：有機廢水的礦化降解方法和設備的製作方法
技術領域：
本發明涉及用於廢水處理的催化劑和使用該催化劑的廢水處理設備，光輔 助催化礦化降解有機汙染物。
背景技術：
有機廢水汙染環境，影響人類和其他生物的生存，也阻礙經濟發展；控制 汙染物排放是經濟可持續發展的保障。有機廢水己經給我們的生存環境帶來嚴 重的危害，尤其是含有芳香族硝基化合物和酚類化合物的廢水毒性高、難,、 殘留時間長，對自然界的危害深；因此，歐美已經停止生產TNT。廢水處理方法 通常有生物處理法、燃燒處理和電氧化法等。生物處理法包括好氧處理法和厭 氧處理法，或者是兩者結合處理法。通常使用活性淤泥提供微生物，生物處理 法能夠處理一些有機廢水；但是，不能夠處理高濃度的有機廢水，也不能夠處 理含有硝基化合物和含有具有一定毒性化合物的廢水。另外，微生物處理法需 要合適於生物生存的溫度，對於我國南方地區，夏天的溫度較高，冬季的溫度 較低，微生物處理的效果不理想；對於我國大部分北方地區，冬季和春季的溫 度較低，微生物幾乎不能存活，無法處理廢水；如果給被處理的廢水加熱，這 樣無疑增加了處理廢水的費用。此外，微生物處理廢水產生淤泥，定期清除淤 泥給大量處理有機廢水帶來不便。通常情況下，有機廢水的成分複雜，不但含 有不同種類的有機物，可能含有對微生物有毒的化合物，而且，可能還含有較 高濃度的無機鹽；這些因素都不利於用生物法降解有機廢水。
燃燒處理廢水的方法，通常使用重油作為燃料。但是，近年來石油價格成 倍地上漲，使得本來費用就很高的燃燒處理廢水的方法處理廢水的成本飆升， 企業無法接受。而且，含氮的有機廢水燃燒時生成氮氧化物廢氣，造成二次汙 染。
近年來，研究報導了電極氧化法、高溫高壓氧化法、膜滲透法和超臨界氧 化法等。目前，這些方法都存在一些局限性，尤其是不適合大規模處理工業廢 水。
有機廢水處理之後再排放，或者處理之後循環使用，是社會發展持續的保證，是人類社會生存的保證。通常情況下，有機廢水的成分複雜，不但含有不 同種類的有機物，而且，可能還含有較高濃度的無機鹽，使得廢水的處理非常 困難，甚至，有些方法是無效的。
JP-A-4994157提出一種用氧化銅或者氧化鎳為催化劑的氧化方法處理廢 水。JP-A-4944556提出一種用鈀和鉑等負載於活性碳、矽膠、氧化鋁等載體上， 催化氧化有機廢水。這些方法處理廢水的效率不高，而且催化劑的耐用性差， 在實用方面具有較大的局限性。的專利CN101045204A提出了一種高溫高壓的溼 式氧化處理有機廢水的方法， 一些金屬或者其化合物用作催化劑，在高溫高壓 下使廢水中的有機物降解，高溫高壓的溼式氧化法的顯著缺點在於高溫高壓帶 來的處理廢水的費用較高，也不容易擴大廢水處理量，這兩個缺點使得該技術 不實用。CN1994546A提出催化劑負載於大孔矽膠、活性氧化鋁或者人造沸石上， 使用三相循環流化床光催化降解有機廢水方法。催化劑的製備較為複雜，在實 用方面具有較大的局限性。專利200610007233提出電化學氧化處理法，首先用 電化學處理裝置濾除廢水中的固體物和無機鹽，再在高溫高壓下電極氧化廢水 中的有機物。該方法處理廢水的過程複雜，成本高，效率低，設備也不易放大， 廢水處理量受到限制。專利CN1528513A和CN1508073A提出固定床光催化反應 裝置，該技術存在著廢水的處理效率不高和難於大量處理廢水的問題。
有機廢水汙染環境，影響人類和其他生物的生存，也阻礙經濟發展；控制 汙染物排放是經濟可持續發展的保障。國務院已經批轉了《"十一五"主要汙染物 總量減排考核辦法》。因此解決有害的廢水、廢碴、廢氣處理問題已經成為國家 迫在眉睫的任務之一。

發明內容
本發明的目的是為了保護生存環境和化學工業的可持續性發展，提出一種 處理有機廢水的方法和處理設備，該方法是用催化劑和光來礦化降解有機廢水。 本發明的目的是通過下述技術方案實現的。 本發明的一種礦化降解有機廢水的方法，包括 ①選用處理有機廢水的催化劑
包括鈀、銠、氮、猛、鈷、銅、鉀、銀、鑭、鐵、鎳、鉤、釕、鈉、鈦、 鈰、鋨、金、氯、溴、鉑、氧、鉍等單質和它們的氧化物、過氧化物、超氧化物、無機化合物、有機化合物和配合物等；還包括臭氧、雙氧水、氧氣、超氧 化鈉、過氧化鈉、過氧化鈣、超氧化鈣；無機化合物包括滷化物、硝酸鹽、硫 酸鹽、亞硝酸鹽碳酸鹽、氫氧化物和磷酸鹽等；有機化合物和配合物包括甲酸 鹽、乙酸鹽草酸鹽;催化劑可以單獨使用或者組合使用；催化劑用量為0. 01 g -60 Kg/噸；組合使用催化劑的比例可視處理廢水的種類而定；兩組分組合使用用量 為1:1-1:10000。
②將催化劑和廢水通過水處理設備頂部進水管加入到水處理設備的容器 內；打開光源和氣泵的開關，即開始光照催化處理有機廢水； 一段時間後，被 處理廢水的COD值達到可排放的要求，關閉光源和氣泵，打開出水管閥門；處 理後的水經由出水管排出設備；完成廢水處理過程。
作為活性成分，上述催化劑可以單獨使用也可以幾種物質混和使用；優選 含有氯、氧、猛、鈷、鈦、鈰、鉀、銀、鑭、釕、氮、鋨、鉑、鈀、銠、鉍的 單質及其化合物，使用單一組分或者是多組分合用；作為化合物，優選滷化物、 硝酸鹽、氧化物、氫氧化物、硫酸鹽、碳酸鹽、臭氧、雙氧水、氧氣、超氧化 鈉、過氧化鈉、過氧化轉、超氧化鈣、過氧化物和超氧化物等無機化合物；甲 酸鹽、乙酸鹽、草酸鹽。
本發明的一種礦化降解有機廢水的方法所使用的設備，包括容器、進水管、 出水管、閥門、紫外燈、石英管內、曝氣器和氣泵。頂部可以帶有上蓋，也可 以是敞開的，如果頂部帶有上蓋，出氣管與上蓋相連；由進水管加入廢水和催 化劑；底部有出水管和閥門，出水管與容器底部相連；氣泵經由管道與曝氣器 相連，閥門和出水管相連；腔內縱向裝有石英管，石英管的兩端固定在廢水處 理設備的內部，紫外燈管放入石英管內。
氣泵鼓入曝氣器的氣體可以是空氣、氧氣、臭氧和氯氣等。
該設備的主體可以是各種形狀，大小不受限制；頂部是帶有上蓋或是敞開 的；材料可以是塑料、水泥、鋼鐵、陶瓷、搪瓷、樹脂和玻璃鋼。
所用紫外燈的功率為1-10000W;波長為100-800 nm。
所述的石英管可以是完全封閉的，也可以是一端開口的。
有益效桌
與現有的廢水處理方法和技術相比，本發明處理廢水的設備和工藝簡單， 成本低，易於操作，維護成本和運行成本低，經過一次處理，就可以有效地把有機汙染物分解為水和二氧化碳，把廢水的COD值降低到可以排放的範圍，從 而達到保護環境目的。
使用該方法處理有機廢水不產生淤泥，不產生二次汙染物。該礦化降解有 機廢水技術幾乎可以處理各種有機廢水，工藝性能穩定，處理單元少。經過該 工藝技術處理後的有機廢水，不需要附加其他處理設施，即可使COD降低到國 家排放標準。


圖l為光催化水處理設備示意圖1中，1-紫外燈電源線；2-氣管；3-石英管上部固定支架；4-水處理設 備容器；5-石英管和紫外燈；6-石英管下部固定支架；7-出水管閥門；8-出水 管；9-曝氣器；10-氣泵；11-進氣管；12-氣泡；i3-水管閥門；14-水管。
具體實施例方式
下面結合附圖和實施例對本發明作進一步說明。 實施例
本發明使用的催化劑能夠提高廢水的降解效率，促進有機物的分解。尤其 是能夠使難降解的芳香族化合物和炮和烷烴分解，比如硝基苯，滷代苯等芳香 族化合物。催化劑的成分至少包含猛、鈷、銅、鐵、鎳、鈰、鎢、釕、鋨、氯、 溴、金、鉑、氧、鈦、銀、鑭、鈀、銠、鉍、鈉、鈣、鉀等單質和它們的化合 物。比如，它們的氧化物、過氧化物、超氧化物、無機化合物、有機化合物和 配合物等；氧氣、臭氧、雙氧水、過氧化鈉、超氧化鈉、過氧化鈣、超氧化鈣。 無機化合物包括滷化物、硝酸鹽、硫酸鹽、亞硝酸鹽碳酸鹽、氫氧化物磷酸鹽 等；有機化合物和配合物包括甲酸鹽、乙酸鹽草酸鹽等。催化劑可以單獨使用 或者組合使用。
作為活性成分，上述催化劑可以單獨使用也可以幾種物質混和使用。優選 含有氧、猛、鈷、鈦、鑭、銀、鈰、釕、氮、鋨、鉑、鈀、銠、鉍的單質及其 化合物，單一組分或者是多組分。作為化合物，優選滷化物、硝酸鹽、氧化物、 氫氧化物、硫酸鹽、碳酸鹽、過氧化物和超氧化物等無機化合物。甲酸鹽、乙 酸鹽、草酸鹽等有機化合物。例如，使用猛作為活性成分，可以用二氧化錳，高錳酸鉀、氯化猛、硝酸 猛、乙酸猛、草酸猛、甲酸猛、碳酸猛等。
用鈀作為催化劑，可以使用的有氧化鈀、鈀黑、硝酸鈀、氯化鈀、二氯二 氨鈀、四氯化鈀、氫氧化鈀、四乙酸鈀、二硝基二氨鈀、二乙酸鈀和碳酸鈀等。
圖l為光催化水處理設備示意圖，該設備包括紫外燈l;排氣管2;石英管 上部固定支架3;敞開的水處理設備容器4;開口石英管和紫外燈5;石英管下 部固定支架6;出水管閥門7;出水管8;曝氣器9;氣泵10;氣管ll;水管 閥門13和水管14。排氣管2與廢水處理容器頂部相通；紫外燈放入石英管5內，
而且固定在上下固定支架3和6上；氣泵10把氣體通過氣管11鼓入曝氣器9， 從而使被處理廢水混合均勻；被處理水通過處理設備底部排水管8和閥7排出 處理設備。催化劑和廢水通過水處理設備頂部進水管14加入水處理設備的容器 內。本發明所用催化劑和圖1所示廢水處理設備聯合使用處理有機廢水。
實施例1
本實施例處理的廢水為含有二硝基甲苯的水溶液，二硝基甲苯的含量為30 mg/L。選用納米級的鉑1.5克與10 mL的過氧化氫，處理廢水量為2升。首先 通過進水管14把廢水加入到處理設備中，再通過進水管14把催化劑加入廢水 中；啟動氣泵10，打開光源使石英管和紫外燈5發光；廢水中的有機物開始被 降解，廢氣由頂部的管子排出。每隔一定時間，例如每20分鐘取一次水樣，用 高效液相色譜儀測定二硝基甲苯的含量。COD達標後，處理後的水由底部的排 水管8和閥門7排出。處理後二硝基甲苯的含量為2.1mg/L。結果表明，該催化 體系可以有效地降解二硝基甲苯，使水中二硝基甲苯的含量低於國家規定的排 放標準(5mg/L)。
實施例2
本實施例處理的廢水為與實施例1相同的含有二硝基甲苯的水溶液，二硝 基甲苯的含量為30mg/L。選用納米級的銀1.5克與10mL的過氧化氫，處理廢 水量為2升。處理方法與實施例l相同。
處理後二硝基甲苯的含量為1.4mg/L。結果表明，該催化體系可以有效地降 解二哮基甲苯，使水中二硝基甲苯的含量低於國家規定的排放標準。本實施例處理的廢水為與實施例1相同的含有二硝基甲苯的水溶液，二硝
基甲苯的含量為30mg/L。選用納米級的銀1.5克與臭氧組合作為催化劑，處理 廢水量為2升。處理方法與實施例l相同。
處理後二硝基甲苯的含量為3.6mg/L。結果表明，該催化體系可以有效地降 解二硝基甲苯，水中二硝基甲苯的含量低於國家規定的排放標準。
實施例4
本實施例處理的廢水為二硝基苯類化合物的生產廢水，其COD值為2500 mg/L，廢水中硝基化合物的含量為620 mg/L;本發明使用納米級的猛氧化物用 作催化劑與過氧化氫組合使用。處理方法與實施例l相同。處理水量為20升； 催化劑用量為1.0克，過氧化氫用量15mL。處理後，廢水轉化為無色透明的清 水，COD值為87mg/L,硝基化合物的含量降為0.7 mg/L,低於國家規定的排 放標準(COD值小於100mg/L,硝基化合物的含量低於5mg/L)。
實施例5
本實施例處理得廢水為實施例4所述的二硝基苯類化合物生產綜合工業廢 水，選用其中納米銀作為催化劑，處理水量為20升；催化劑用量為5.0克，過 氧化氫用量10mL。處理方法與實施例1相同。廢處理後，廢水轉化為無色透明 的清水，COD值和硝基化合物的含量分別降為68和0.4mg/L，低於國家規定的 排放標準。
實施例6
本實施例處理的廢水與實施例4所述的二硝基苯類化合物的生產綜合工業 廢水，圖l所示的廢水處理設備，處理水量為20升。使用本發明所列的催化劑， 比如，含有猛、鑽、銅、鐵、鎳、鈰、鎢、釕、鋨、氮、金、鉑、鈦、鈀、銠、 鉍、鑭、銀、執、鈣、鉀等單質和它們的化合物。優選含有猛、鈷、鈦、氧、 鈰、釕、鑭、銀、鋨、鉑、鈀、銠、鉍的單質及其化合物。作為化合物，優選 滷化物，硝酸鹽，氧化物，氫氧化物、硫酸鹽、碳酸鹽、過氧化物、超氧化物、甲酸鹽、乙酸鹽、草酸鹽等化合物的納米級催化劑。
選用其中銀的氧化物納米材料作為催化劑，催化劑用暈為8.0克，過氧化氫 用量10mL。其他與實施例1相同。處理後，廢水轉化為無色透明的清水，COD 值和硝基化合物的含量分別降為81和0，4mg/L。低於國家規定的排放標準。
實施例7
本實施例處理的廢水與實施例4所述的二硝基苯類化合物的生產綜合工業 廢水；圖l所示的廢水處理設備，處理水量為20升。選用其中鉑的氧化物納米 材料作為催化劑，催化劑用量為6.0克，過氧化氫用量10mL。其他處理方式與 實施例1相同。
處理後，廢水轉化為無色透明的清水，COD值和硝基化合物的含量分別降 為58和0.3mg/L，低於國家規定的排放標準。
本實施例處理的廢水為實施例4所述的二硝基苯類化合物的生產綜合工業 廢水；使用圖1所示的廢水處理設備，處理水量為20升。選用鐵的氧化物納米 材料作為催化劑與過氧化氫組合使用。催化劑用量為10.0克，過氧化氫用量20 mL。其他處理方式與實施例1相同。
處理後，廢水轉化為無色透明的清水，COD值和硝基化合物的含量分別降 為77和0.6mg/L，低於國家規定的排放標準。
本實施例處理的廢水為實施例4所述的二硝基苯類化合物的生產綜合工業 廢水；使ffl圖l所示的廢水處理設備，處理水量為20升。選用鈦的氧化物納米 材料作為催化劑與過氧化氫組合使用。催化劑用量為10.0克，過氧化氫用量20 mL。其他處理方式與實施例1相同。
處理後，廢水轉化為無色透明的清水，COD值和硝基化合物的含量分別降 為79和0.8 mg/L，低於國家規定的排放標準。實施例10
本實施例處理的廢水為三硝基苯類化合物的生產廢水。圖1所示的廢水處
理設備，原水為深紅色，COD約為20000 mg/L。鐵的氧化物納米材料作為催化 劑與過氧化氫組合使用。催化劑用量為10.0克，過氧化氫用量20 mL。其他處 理方式與實施例1相同。礦化處理之後，生產廢水轉化為無色透明的清水，COD 降為94 mg/L，低於國家規定的排放標準。
權利要求
1、一種礦化降解有機廢水的方法，其特徵在於①處理有機廢水的催化劑包括鈀、銠、氮、猛、鈷、銅、鉀、銀、鑭、鐵、鎳、鎢、釕、鈉、鈦、鈰、鋨、金、氯、溴、鉑、氧、鉍等單質和它們的氧化物、過氧化物、超氧化物、無機化合物、有機化合物和配合物等；還包括臭氧、雙氧水、氧氣、超氧化鈉、過氧化鈉、過氧化鈣、超氧化鈣；無機化合物包括滷化物、硝酸鹽、硫酸鹽、亞硝酸鹽碳酸鹽、氫氧化物和磷酸鹽等；有機化合物和配合物包括甲酸鹽、乙酸鹽草酸鹽；催化劑可以單獨使用或者組合使用；催化劑用量為0.01g-100Kg/噸；組合使用催化劑的比例可視處理廢水的種類而定；兩組分組合使用用量為1∶1-1∶10000。②處理有機廢水的設備和方法將催化劑和廢水通過水處理設備頂部進水管加入到水處理設備的容器內；打開光源和氣泵的開關，即開始光照催化處理有機廢水；一段時間後，被處理廢水的COD值達到可排放的要求，關閉光源和氣泵，打開出水管閥門；處理後的水經由出水管排出設備；完成廢水處理過程。
2、 如權利要求1說所述的一種礦化降解有機廢水的方法，其特徵在於作 為活性成分，上述催化劑可以單獨使用也可以幾種物質混和使用；優選含有氯、 氧、猛、鈷、鈦、鈰、鉀、銀、鑭、釕、氮、鋨、鉑、鈀、銠、鉍的單質及其 化合物，使用單一組分或者是多組分合用；作為化合物，優選滷化物、硝酸鹽、 氧化物、氫氧化物、硫酸鹽、碳酸鹽、臭氧、雙氧水、氧氣、超氧化鈉、過氧 化鈉、過氧化鈣、超氧化鈣、過氧化物和超氧化物等無機化合物；甲酸鹽、乙 酸鹽、草酸鹽。
3、 一種礦化降解有機廢水的方法所使用的設備，包括容器、進水管、出水 管、閥門、紫外燈、石英管、曝氣器和氣泵，其特徵在於頂部可以帶有上蓋， 也可以是敞開的，如果頂部帶有上蓋，進水管與上蓋相連，由進水管加入廢水 和催化劑；出氣管與上蓋相連；底部有出水管和閥門，出水管與容器底部相連； 氣泵經由管道與曝氣器相連；出水管與容器底部相連，閥門和出水管相連；腔 內縱向裝有石英管，石英管的兩端固定在廢水處理設備的內部，紫外燈管放入 石英管內。
4、 根據權利要求3所述的一種礦化降解有機廢水的方法所使用的設備，其特徵在於石英管和紫外燈的數量不受限制。
5、 根據權利要求3所述的一種礦化降解有機廢水的方法所使用的設備，其 特徵在於所用紫外燈的功率為1-10000W;波長為100-800 nm。
6、 根據權利要求3所述的一種礦化降解有機廢水的方法所使用的設備，其 特徵在於石英管可以是完全封閉的，也可以是一端開口的。
7、 根據權利要求3所述的一種礦化降解有機廢水的方法所使用的設備，其 特徵在於氣泵鼓入曝氣器的氣體可以是空氣、氧氣、臭氧和氯氣。
8、 根據權利要求3所述的一種礦化降解有機廢水的方法所使用的設備，其特徵在於該設備中的曝氣器的形狀、大小和數量不受限制。
9、 根據權利要求3所述的一種礦化降解有機廢水的方法所使用的設備，其 特徵在於該設備的主體可以是各種形狀，體積大小不受限制；頂部帶有上蓋 或是敞開的。
全文摘要
本發明涉及一種礦化降解有機廢水的方法和設備，屬於化工與環境領域。本發明包括催化劑和使用這種催化劑的廢水處理設備。處理廢水的催化劑包括鈀、銠、猛、鈷、銅、鉀、銀、鑭、鐵、鎳、鎢、釕、鈦、鈰、鈉、鋨、金、鉑、鈣、氧、鉍等單質和它們的氧化物、過氧化物、超氧化物、滷化物、硝酸鹽、硫酸鹽、亞硝酸鹽、碳酸鹽、氫氧化物和磷酸鹽等；還包括臭氧、雙氧水、氧氣、超氧化鈉、過氧化鈉、過氧化鈣、超氧化鈣。催化劑可以單獨使用或者組合使用。催化劑用量為0.01g-100Kg/噸。廢水處理設備主要包括容器、進水管、出水管、閥門、紫外燈、石英管、曝氣器和氣泵。將催化劑和廢水通過水處理設備頂部進水管加入到水處理設備的容器內；通過光照催化處理有機廢水。使用該方法處理有機廢水不產生淤泥，不產生二次汙染物。設備簡單，易於操作。
文檔編號C02F1/68GK101654297SQ200810147089
公開日2010年2月24日 申請日期2008年8月18日 優先權日2008年8月18日
發明者武欽佩 申請人:武欽佩