一種非均相催化臭氧氧化廢水深度處理的方法和裝置的製作方法

2023-05-08 01:12:41

專利名稱：一種非均相催化臭氧氧化廢水深度處理的方法和裝置的製作方法
技術領域：
本發明屬於廢水深度處理領域，具體的說涉及一種催化臭氧氧化廢水深度處理的方法和裝置。
背景技術：
我國目前進入工業化發展中後期，重化工業化特徵日益突出，資源能源消耗量大， 加之高投入、高排放、低循環、低效率的粗放型增長方式還沒有根本改變，汙染物排放總量長期居高不下，環境汙染與資源能源短缺已逐步成為嚴重製約工業經濟可持續發展的瓶頸。一些重汙染行業如鋼鐵、化工、製藥、塑料橡膠、染料、印染等產生了大量難降解有機物廢水，這些廢水中的人工合成有機物為外源性化學物質，多不能被微生物的酶系統識別，自然界缺乏有效降解這些有機物的微生物，而現有的廢水處理主體工藝大多是生化處理，這就導致難降解有毒有害有機物不能被有效去除，而且這些有機物常具有致癌、致畸、 致突變作用，一旦進入生物圈後對生態系統和人類健康與生存構成嚴重威脅。隨著國家和地方汙水排放標準的日益嚴格和水資源匱乏帶來的水回用需求，開發高效低成本的深度處理技術顯得越發重要。高級氧化技術是近年來研究的熱點，由於高級氧化過程中可以產生具有高氧化活性的羥基自由基，可以非選擇性的去除各種難降解有機物汙染物，因此被廣泛的研究和應用於廢水深度處理。近年來研究較多的技術包括O3M2O2、芬頓試劑法(H2O2/ 狗2+)、光催化(o3/uv、TiO2AVUV)、非均相化學催化(以金屬及其氧化物、活性炭、天然礦物等為催化劑，臭氧、過氧化氫、二氧化氯等為氧化劑)、微波氧化、超聲氧化等。其中非均相催化臭氧氧化是廢水深度處理的一個有前景處理技術。它是單純臭氧氧化、催化劑吸附、催化產生羥基自由基去除汙染物三個過程的有機結合，對不同極性、不同反應活性的汙染物可以分別處理，克服了單純臭氧氧化選擇性強、羥基自由基氧化成本高的缺點，具有處理成本低、效果好、無二次汙染的優點。目前，針對催化臭氧氧化技術，國內外的研究者作了大量的研究，並取得了一定的進展。例如，申請號為02108845. 4的中國專利中，發明人提到了一種臭氧催化氧化水處理方法，其中涉及了一種以活性炭為擔體的催化劑和一種常規臭氧反應接觸器。申請號為 2009101973M. 8的中國專利中，發明人提出一種增加了混凝預處理的臭氧氧化裝置，就其臭氧氧化反應器本身為常規臭氧接觸器，其催化劑需要另外投加，且不可回收。申請號為 200710032553. 5的中國專利中涉及一種臭氧催化氧化的陶粒催化劑的製備方法。不難看出，大多數的研究集中在催化劑的研發和優化工藝，而針對催化臭氧氧化過程臭氧高效利用方法和裝置研究報導甚少。由於廢水中一般含有可直接被臭氧氧化的有機物和不易直接被臭氧氧化的難降解有機物，如果單獨靠催化臭氧氧化方法，催化產生的羥基自由基可同時和兩種有機物反應，羥基自由基和難降解有機物的反應機率被降低；而且由於臭氧分解產生羥基自由基的比例一般是2 1，因此大量羥基自由基與可被臭氧單獨氧化的有機物反應會造成臭氧利用率比較低。本發明提出了一種非均相催化臭氧氧化方法和裝置，即採用分段式臭氧氧化和催化氧化耦合的方法，在第一段反應區採用臭氧氧化，將大部分可被臭氧氧化的有機物反應去除，反應產生的難被臭氧氧化的有機物及廢水中原有的難降解有機物在第二反應區(催化氧化區)與催化產生的羥基自由基反應，生成小分子有機物、二氧化碳和水，使廢水中有機物大大減少並且可生化性提高。非均相催化劑具有較長的使用壽命，且固定於反應器中不流失。採用本發明的方法和裝置不僅可以使廢水中的難降解有機物得到去除，而且使臭氧利用效率提高，是一種高效低成本的深度處理方法。

發明內容
本發明的目的在於提供一種廢水深度處理的方法。具體的說涉及到一種分段式臭氧氧化和非均相催化臭氧氧化相結合的方法。本發明的另一目的在於提供一種實現該方法的高效廢水深度處理裝置。本發明的技術方案如下當廢水中含有部分可被臭氧氧化的有機汙染物和部分難被臭氧氧化的有機汙染物時，採用兩段式臭氧氧化和催化臭氧氧化耦合模式，即反應塔內包括臭氧反應區和催化反應區，催化反應區填充有高效催化劑，可將臭氧轉化成氧化能力更高的羥基自由基。待處理廢水和臭氧在氣液混合器(溶氣泵或射流器)的作用下充分混合，氣液混合物進入臭氧氧化區(反應區I)，第一段反應區以臭氧氧化反應為主，主要針對易被臭氧氧化的有機物， 該類有機物被臭氧氧化後形成的中間產物難被臭氧氧化，與未反應的難降解有機物一同進入催化氧化區(反應區II)進行催化臭氧氧化，在該反應區被催化臭氧化產生的羥基自由基進一步氧化成小分子有機酸、二氧化碳和水，可生化性提高，便於後續的生物處理。催化反應區的下部為規整催化劑，比表面積小，除催化作用外還起到均勻布水和布氣的作用；上部為高效顆粒多孔催化劑，比表面積大，主要起對有機物和臭氧的富集和催化作用。由於本方法可以將廢水中的不同性質的有機物分別處理，對症下藥，不僅可以使廢水中的難降解有機物得到去除，廢水可生化性提高，而且使臭氧利用效率提高，是一種高效低成本的深度處理方法。本發明還提供一種實現非均相催化臭氧氧化的裝置。該裝置包括主體反應器、配套設備兩部分。配套設備包括氣液混合器、臭氧發生器、尾氣臭氧破壞器。主體反應器的特徵在於採用分區式結構，既包括臭氧氧化區(反應區 I)和催化氧化區(反應區II)兩個區域，兩個區域由折流板分開。反應區I下部是布水板； 反應區II下部裝有布水板、鈦曝氣器，上部有集水器，中部填裝有兩種催化劑(下部是規整催化劑，上部是高效顆粒催化劑)。反應區II中的催化劑設計成可隨意拆裝的模塊，其中下部的規整催化劑可起到催化同時均勻布水布氣的作用；上部的高效顆粒多孔催化劑填裝在多孔催化劑「規整籠」中實現模塊化功能，催化臭氧分解產生羥基自由基並富集有機物與之反應的作用。該反應器可根據不同廢水水質實現除兩段式氧化和催化氧化耦合模式外還可實現兩段式臭氧氧化、兩段式催化氧化模式。以臭氧催化氧化為例，當廢水成分主要為可臭氧氧化的汙染物或作對照實驗時，採用兩段式臭氧氧化，即不投加催化劑，整個反應器均為臭氧反應區，只投加臭氧進行廢水氧化。當廢水成分主要為難臭氧氧化的汙染物時採用兩段式臭氧催化氧化，即在反應區I添加輔助催化劑使整個反應器均為催化反應區，廢水通過催化反應進行淨化。反應器可根據廢水水量、有機物構成和濃度調整其各反應區的催化劑模塊以滿足不同水質水量的處理要求。


附圖1是本發明所述非均相催化臭氧氧化裝置的正面剖視圖。圖中1—反應器主體；2——臭氧發生器；3——氣液混合器；4——臭氧破壞器；5——布水板；6——鈦曝氣器；7——規整催化劑；8——顆粒催化劑模塊；9——集水器；10——輔助催化劑模塊； 11——折流板。附圖2是該裝置的A-A剖視圖
具體實施例方式下面結合附圖對本發明的原理、設備和工藝流程作進一步的說明。如圖所示，廢水和臭氧經氣液混合器混合後進入主體反應器，在反應區I下部的布水板的作用下，均勻分布上向流進入反應區I中發生臭氧氧化有機物的反應；然後廢水進入兩塊折流板之間的導流區，然後在反應區II下部的布水板的作用下均勻分布上向流進入反應區II，布水板上部的鈦曝氣器將臭氧均勻的分布到水中；廢水和臭氧向上進入規整催化劑區，在該區域內氣水得到進一步的均布並且實現初步的催化臭氧氧化作用；之後氣水進入顆粒多孔催化劑區，在高效催化劑的作用下，臭氧產生羥基自由基並與催化劑富集的有機物發生反應，使廢水中的有機物生成小分子物質、二氧化碳和水。以下列舉實施例來說明本發明的效果，但本發明的權利要求範圍並非僅限於此。實施例1 焦化廢水生化出水深度處理小試，處理量為ML/d，原水CODra為100 150mg/L。經非均相催化臭氧氧化處理後，出水COD。，小於80mg/L，能耗約為IkW · h/m3。實施例2 金黴素廢水生化出水深度處理小試，處理量為ML/d，原水COD。，為 500 800mg/L。經非均相催化臭氧氧化處理後，出水COD。，小於100mg/L，能耗約為 6. 5kff · h/m3。實施例3 農藥廢水生化出水深度處理小試，處理量為ML/d，原水COD。,為200 300mg/L。經非均相催化臭氧氧化處理後，出水C0D。，小於100mg/L，能耗約為1. 5kff · h/m3。
權利要求
1.一種非均相催化臭氧氧化裝置，包括催化臭氧氧化反應器，氣液混合器，臭氧發生器，臭氧破壞器；
2.一種非均相催化臭氧氧化方法，其特徵在於採用分段式臭氧氧化和催化氧化耦合的方法，在臭氧氧化區，可將大部分可被臭氧氧化的有機物反應去除；反應產生的難被臭氧氧化的有機物及廢水中原有的難降解有機物在催化氧化區與催化產生的羥基自由基反應，生成小分子有機物、二氧化碳和水；催化氧化區採用規整催化劑和顆粒多孔催化劑，前者除催化作用外還起到均勻布水和布氣的作用，後者主要起對有機物和臭氧的富集和催化作用。
3.根據權利要求1所述的催化臭氧氧化反應器，其特徵在於(1)反應器包括兩段反應區，分別用於進行臭氧氧化反應和非均相催化氧化反應；(2)兩個反應區由兩個折流板分開；(3)兩反應區下部均設置布水板，用於廢水的均勻分布；(4)催化氧化區設置鈦曝氣器，用於將臭氧均勻分布於反應區內；(5)催化氧化區的催化劑設計成可隨意拆裝的模塊，其中下部為規整催化劑，上部為高效顆粒多孔催化劑。(6)催化氧化區上部設置集水器，將出水均勻收集排出反應器。
全文摘要
本發明提出了一種非均相催化臭氧氧化方法和裝置，即採用分段式臭氧氧化和催化氧化耦合的方法，在臭氧氧化區可將大部分可被臭氧氧化的有機物反應去除；反應產生的難被臭氧氧化的有機物及廢水中原有的難降解有機物在第催化氧化區與催化產生的羥基自由基反應，生成小分子物質、二氧化碳和水，使廢水中有機物大大減少並且可生化性提高；催化氧化區採用規整催化劑和顆粒多孔催化劑兩種催化劑，即起到均勻布水布氣的作用，又能高效催化氧化有機物降解。採用本發明的方法和裝置不僅可以使廢水中的難降解有機物得到去除，而且使臭氧利用效率提高；設備簡單，操作方便，是一種高效低成本的廢水深度處理方法。
文檔編號C02F1/78GK102267756SQ201010191750
公開日2011年12月7日 申請日期2010年6月4日 優先權日2010年6月4日
發明者張懿, 曹宏斌, 李玉平, 邢林林 申請人:中國科學院過程工程研究所