一種複合催化氧化‑膜分離廢水處理集成裝置的製作方法

2023-05-15 17:34:11 2

本實用新型屬於廢水處理領域，具體涉及一種難降解廢水的處理方法及處理裝置。

背景技術：

隨著近代工業，尤其是煤化工、石油化工、精細化工、紡織印染、醫藥農藥、製漿造紙等產業的迅速發展，各種難降解有機廢水日益增多，這些廢水普遍具有汙染物濃度高、毒性大、可生化性差的特點，嚴重汙染水體環境、危害人體健康。這類工業廢水經過常規的物化、生化二級處理後，廢水中仍含大量有毒、生物難降解有機汙染物，需要進一步深度處理才能達標排放標準或回用要求。因此，開發工業廢水深度處理技術對節水減排和環境保護意義重大。

針對這類難降解廢水，國內外現有的處理技術包括強化生物降解、混凝、吸附、膜分離以及高級氧化技術等。生物法處理速度慢，需要較大處理空間，且對入水要求高，出水不夠穩定，且對於一些難降解有機物去除效率低；混凝法對親水性汙染物和小分子有機物去除效率低；吸附法對汙染物有一定的選擇性，且需要吸附劑再生，存在二次汙染問題；膜技術能夠有效去除水中大部分汙染物，但是濃水處理問題和膜汙染問題制約該技術在廢水處理方面的應用。

高級氧化技術利用產生的氧化能力很強的羥基自由基氧化水中汙染物，使其經過一系列中間過程，最終生成CO2和其它無機離子。高級氧化技術包括臭氧催化氧化、光催化氧化、Fenton氧化、電化學氧化、超聲空化、微波催化氧化以及超臨界氧化等。為解決單一高級氧化技術在技術和經濟性方面的局限性，複合氧化技術作為一種有效的廢水深度處理技術正受到越來越多的關注，尤其在生物難降解有毒、有害有機汙染物處理領域，在合理的投資和運行成本情況下，可有效保障出水達標，逐漸成為高級氧化技術的一種新趨勢。

技術實現要素：

針對現有技術的不足之處，本實用新型的目的是提供一種用於難降解廢水處理的複合催化氧化-膜分離的集成裝置，從而提高氧化劑利用效率、提高汙染物的降解效率、提高催化劑回收率以及緩解膜汙染，延長膜更換周期。

實現本實用新型目的的技術方案為：

一種複合催化氧化-膜分離廢水處理集成裝置，包括氣液混合器、複合催化氧化反應器、能量場發生裝置、陶瓷膜過濾器；

所述氣液混合器的液體出口連接所述複合催化氧化反應器，在所述複合催化氧化反應器上設置所述能量場發生裝置，所述複合催化氧化反應器的廢水出口連接所述陶瓷膜過濾器；

所述陶瓷膜過濾器設置有濃水出口和達標廢水出口，所述濃水出口連接有循環水箱，所述達標廢水出口通過反衝洗管路連接緩衝罐；所述緩衝罐連接有空壓機，所述緩衝罐設置有排氣管路，排氣管路上設置緩衝罐放氣閥。

其中，所述氣液混合器設置有廢水進口、混合氣體進口、雙氧水進口，所述廢水進口連接所述循環水箱；所述混合氣體進口連接臭氧發生器。

進一步地，所述循環水箱還連接有廢水進水管道和催化劑投加裝置。

其中，所述能量場發生裝置內集成有微波發生器和超聲波發生器。

其中，所述陶瓷膜過濾器的達標廢水出口還連接有出水箱，所述出水箱設置有出氣口，所述出氣口連接有尾氣處理裝置。出水箱在下部設有出水口，上部是封閉的，氣體收集統一處理後再排空。

其中，所述陶瓷膜過濾器內設置有管式陶瓷膜組件或板式陶瓷膜組件，陶瓷膜的孔徑為0.02～0.5μm。

採用本實用新型提出的裝置，應用於難降解廢水的複合催化氧化-膜分離的方法，包括以下步驟：

S1，將含有懸浮態催化劑的廢水、臭氧和氧氣的混合氣體、雙氧水共同通入氣液混合器中進行氣液混合，在廢水中形成大量的微氣泡、溶解氧和溶解臭氧；

S2，離開氣液混合器的廢水通入複合催化氧化反應器，同時通過能量場發生裝置向所述的複合催化氧化反應器輸入能量場；在催化劑和能量場共同作用下將溶解氧進一步轉化為臭氧，將溶解臭氧、雙氧水進一步轉化為羥基自由基，將廢水中難降解汙染物氧化去除；所述能量場發生裝置同時發生超聲波和微波；

S3，將離開複合催化氧化反應器的廢水通過陶瓷膜過濾器進行過濾處理，將透過陶瓷膜過濾器的含有氧氣和少量臭氧的出水進行氣液分離，出水達標排放，氣體經處理後排空，將未透過陶瓷膜過濾器的含有懸浮態催化劑的膜濃水排出並與待處理廢水混合後，作為含有懸浮態催化劑的廢水返回到步驟S1，以實現催化劑的循環使用。

其中，步驟S1中，所述催化劑為納米二氧化鈦、粉末活性炭、粉末γ-氧化鋁、粉末沸石分子篩中的一種或多種，每升廢水中添加催化劑0.2～2g。

其中，步驟S1中，廢水和混合氣體的流量比例為1：2～5。

其中，步驟S1中，進入氣液混合器的混合物中臭氧的質量體積比為2～40mg/L，雙氧水的質量體積比為20～100mg/L(雙氧水是按純物質計)。

其中，步驟S2中，相對於每小時10升廢水的流量，所述能量場發生裝置的功率為10～200W。

其中，步驟S3中，所述陶瓷膜過濾器中陶瓷膜的孔徑為0.02～0.5μm，過濾時的跨膜壓差為0.1～0.5MPa。

陶瓷膜過濾器每經過3～10分鐘用空氣進行反衝洗。

所述混凝時加入的絮凝劑可以為聚丙烯醯胺、聚合氯化鋁、聚合硫酸鋁，聚馬來酸酐、聚硫酸鋁鐵、聚合氯化鋁中的一種或多種。

本實用新型的有益效果在於：

(1)本實用新型提供的難降解廢水處理方法所採用的裝置中，包含一個氣液混合器，能夠產生微納米氣泡，有效提高廢水中臭氧和氧氣的表觀溶解度，有利於提高催化氧化效率。

(2)本實用新型提出一種能量場發生裝置，能夠產生超聲和微波，其中微波、超聲、催化劑、氧化劑在複合催化氧化反應器中發生協同效應，其中的微納米氧氣泡和微納米臭氧氣泡，在超聲能作用下能夠快速破裂，對汙染物產生強氧化分解作用，而微波能量場能夠降低催化劑表面吸附的汙染物的活化能，有利於提高氧化劑對汙染物的降解速率。複合催化氧化反應器能夠將廢水中汙染物例如各種有毒汙染物、有色物質、有臭汙染物徹底氧化成二氧化碳、無機鹽和水，還能夠將諸如病毒、細菌等微生物徹底殺滅，並將廢水中的可氧化的有毒無機物轉化為無毒物質，實現對廢水中的有毒有害物質的去除。

(3)本實用新型通過加入臭氧和/或雙氧水等氧化劑，可以分解陶瓷膜表面形成的有機汙染物，有效緩解膜汙染，延長膜更換周期。

(4)本實用新型通過能量場強化作用可將臭氧/氧氣混合氣體的的氧氣充分利用，並可以有效回收未被利用的氧氣進行臭氧製備工序，可以將臭氧發生器製備氧氣工序的電耗減低80％以上。

附圖說明

圖1為本實用新型的一種用於難降解廢水處理的複合催化氧化-膜分離集成裝置的結構示意圖；

圖中，

1-進水箱；2-循環水箱；3-氣液混合器；4-臭氧發生器；5-雙氧水儲罐；6-複合催化氧化反應器；7-能量場發生裝置；8-陶瓷膜過濾器；9-緩衝罐；10-空壓機；11-出水箱；12-尾氣處理裝置；13-進水泵；14-進水閥；15-進水流量計；16-催化劑添加口；17-循環水箱液位計；18-回水泵；19-回水閥；20-回水流量計；21-進氣閥；22-氣體流量計；23-加藥泵；24-加藥閥；25-加藥流量計；26-緩衝罐排氣閥；27-空壓機出氣閥；28-膜裝置出水閥；29-出水流量計；30-排水閥；31-出水箱液位計。

具體實施方式

以下以具體實施例來進一步說明本實用新型技術方案。本領域技術人員應當知曉，實施例僅用於說明本實用新型，不用於限制本實用新型的範圍。

實施例中，如無特別說明，所用技術手段為本領域常規的技術手段。

實施例1：

參見圖1，一種用於難降解廢水的複合催化氧化-膜分離處理裝置，包括氣液混合器3、複合催化氧化反應器6、能量場發生裝置7、陶瓷膜過濾器8；

氣液混合器3的液體出口連接複合催化氧化反應器6，能量場發生裝置7設置在所述複合催化氧化反應器上，所述複合催化氧化反應器6的廢水出口連接所述陶瓷膜過濾器6；能量場發生裝置7內集成有微波發生器和超聲波發生器。

所述陶瓷膜過濾器設置有濃水出口和達標廢水出口，所述濃水出口連接有循環水箱2，循環水箱內設置循環水箱液位計17；所述達標廢水出口通過反衝洗管路連接緩衝罐9和出水箱11；所述緩衝罐連接有空壓機10，空壓機連接管路上設置空壓機出氣閥27；所述緩衝罐設置有排氣管路，排氣管路上設置緩衝罐排氣閥26。達標廢水出口連接出水箱11的管路上設置膜裝置出水閥28和出水流量計29。

氣液混合器3設置有廢水進口、混合氣體進口、雙氧水進口，所述廢水進口連接所述循環水箱2，連接管路上設置回水泵18、回水閥19、回水流量計20；循環水箱2設置催化劑添加口16、還連接有廢水進水管道。本實施例中，廢水進水管道連接進水箱1，廢水進水管道上設置進水泵13、進水閥14和進水流量計15。

所述混合氣體進口連接臭氧發生器4，連接的氣路上設置有進氣閥21、氣體流量計22。

陶瓷膜過濾器8的達標廢水出口連接有出水箱11，內有出水箱液位計31，下部連接的出水管道上設置出水閥30；出水箱11設置有出氣口，所述出氣口連接有尾氣處理裝置12。出水箱在下部設有出水口，上部是封閉的，氣體收集統一處理後再排空。

採用上述複合催化氧化-膜分離集成裝置用於處理印染廢水生化出水，條件如下：進水流量為10L/h，CODCr＝121mg/L，pH＝7.2，催化劑為納米級TiO2，平均粒徑為25nm，催化劑添加量為1.5g/L廢水。能力場發生裝置輸出功率為150W(超聲的功率100W、微波的功率50W)，混合氣體流量為0.5L/min，進入氣液混合器的臭氧/氧氣氣體混合物中，臭氧濃度為23mg/L，雙氧水添加量為60mg/L(按雙氧水純物質計)。

陶瓷膜過濾器中選用管式陶瓷膜，陶瓷膜平均孔徑為0.5μm,跨膜壓差為0.2MPa,空氣反衝洗壓力為0.5MPa，反衝洗周期為5min，反衝洗時間為10s，排氣時間為5s。

應用本實施例的裝置處理印染廢水，膜通量大於800L/m3h，固體催化劑截留率>99.9％，連續運行10h，平均出水水質指標如下：CODCr＝35mg/L，pH＝8.1，色度<10倍，SS99.98％,將上述裝置處理後的出水進入曝氣生物濾池，停留時間為2h,連續處理20h，出水平均水質指標如下：CODCr＝29mg/L，pH＝8.1，色度<10倍，SS99.9％,將上述裝置處理後的出水進入生物活性炭處理，停留時間為2h,連續處理20h，出水平均水質指標如下：CODCr＝35mg/L，pH＝8.1，色度<10倍，SS<10mg/L，出水中CODCr、pH、SS和色度指標滿足《發酵酒精和白酒工業水汙染物排放標準》(GB 27631-2011)中表3直接排放限值要求。

以上的實施例僅僅是對本實用新型的具體實施方式進行描述，並非對本實用新型的範圍進行限定，本領域技術人員在現有技術的基礎上還可做多種修改和變化，在不脫離本實用新型設計精神的前提下，本領域普通工程技術人員對本實用新型的技術方案做出的各種變型和改進，均應落入本實用新型的權利要求書確定的保護範圍內。