一種工業廢水組合預處理方法
2023-05-13 23:16:31
專利名稱：一種工業廢水組合預處理方法
技術領域：
本發明所屬環保領域，更具體地說，是一種工業生產中尤其是化工製藥行業的高濃度廢水的預處理或深度處理方法。
背景技術：
在我國，有機化工廢水的產生量逐年增加，僅1995年我國工業廢水(不包括鄉鎮企業)排放量就為223億噸，含C0D770萬噸、重金屬1823噸、砷1132噸、氰化物2504噸、揮發酚6366噸、石油類64341噸、其中僅123億噸廢水達標排放標準[I]，其餘部分，尤其是高濃度難降解有機廢水對環境造成了嚴重的汙染，高濃度難降解有機廢水主要分布在化工、冶金、煉焦、染料、農藥等行業。對此類工業廢水尚未有有效的治理對策。採用物理化學方法處理該廢水，成本很高，每噸水處理費用達到數十元，其原因是這些廢水的COD高，不能直接採用常規生化法處理；或者是因為含生物不能降解的某些化合物，如多環芳烴、致癌物苯並芘和氨氮(NH3-N)等，高昂的處理費用使得大量高濃度難降解有機廢水得不到有效處理而排放，所以研究高濃度難降解有機廢水的治理，完善其治理技術，是十分迫切的任務。工業廢水的預處理技術處理的目的就是去除或降解有機物有害基團，提高其生物處理性，同時降低廢水COD濃度，為進一步生化處理創造條件。因為在高濃度難降解有機工業廢水中必須採取 有效的預處理措施去除或部分去除這些物質，以滿足生物處理的工藝要求。目前，通常採用的預處理技術有一、物理方法包括離子體技術過濾法、重力沉澱法和氣浮法、吸附法、磁分離法、聲波技術、非平衡等。二、化學方法包括光催化氧化技術、電化學氧化技術、超臨界法、臭氧氧化技術、輻照法等。三、高級催化氧化技術指將光、電、聲、化學、生物與微波等相關學科的先進技術如臭氧、紫外光、超聲波、氧化劑應用於有機汙染物或還原性無機汙染物的氧化降解，並使之穩定化的技術。由於其高效性(對汙染物有較高的降解效率)、普適性(對大多數難降解有機汙染物或還原性無機物均有效)以及氧化降解的徹底性(可使絕大多數汙染物完全礦化而穩定)，因此被稱為「高級」氧化技術。由於工業汙水中的成分非常複雜、變化大、濃度及毒性高，如採用傳統單一的預處理技術通常很難達到預期的目的，而且處理成本大，不經濟。
發明內容
為了解決現有技術存在的上述問題，本發明提出一種工業廢水組合預處理方法，該處理方法是一種高效清潔的廢水處理方法，可有效去除水中的有毒、有害物質，且處理成本小。
本發明可通過以下技術方案予以解決一種工業廢水組合預處理方法，包括以下步驟I)在窄脈衝高壓電源作用下在臭氧發生管產生臭氧；2)廢水和所述產生的臭氧進行文丘裡混合；3)混合後的臭氧混合水和所述產生的臭氧再經過溶氣混合泵進行第二次混合；4)經過第二次混合得到的臭氧混合水到超聲波發生器裡進行超聲波處理；5)經過超聲波處理的廢水進入光解反應器進行光解反應；6)光解反應後再進行臭氧催化和電氧化反應。本發明所述超聲波發生器為聚焦型；所述臭氧催化過程中使用催化劑，且該催化劑為金屬或金屬氧化物；所述臭氧催化和電氧化反應在一催化器裡進行；所述催化器的兩側設有電極。由於採用以上 技術方案，本發明的一種工業廢水組合預處理方法具有以下有益效果1、適用性廣不受廢水水質的限制，應用範圍廣，可用於各類含有機物工業廢水的處理，特別適用於組分複雜、濃度變化大、一般常規方法難以處理的廢水；2、處理效果優異既包括有機物被羥基自由基氧化分解的過程，又存在有吸附、絮凝沉澱與氣浮等多種物理化學過程，可使廢水得到比較徹底的處理，處理效率高，時間短，氧化反應瞬間完成，將有機物大分子氧化降解成小分子，再進一步分解為二氧化碳和水，汙泥和浮渣量少，無二次汙染，是一種清潔的水處理方法；3、佔地面積少，設備簡單，操作管理方便，操作一般是在常溫常壓下進行。4、投資省，運轉費用較低，採用的電極與電能的消耗都很低；填料具有價格低、耐水力衝刷、自然耗損率低的特點。本發明的方法已成功運用於製藥、印染、制漆、電鍍、皮革、垃圾滲漏液等廢水的治理，在實際應用時，可根據不同的廢水進行不同的配置，並組成一體化預處理裝置，處理程序及操作簡單，適用性強，運行成本低，效果好，是目前理想的高濃度工業廢水預處理方法。
圖1是本發明的實施步驟圖；圖2是本發明進行超聲波處理示意圖；圖3是本發明臭氧催化及電氧化反應示意圖。圖中1聚焦型超聲波發生器，2聚焦換能頭，3廢水處理腔，4進水口，5出水口，6催化器，7催化劑，8電極，9電解電源，10臭氧混合水進口，11曝氣氣源
具體實施例方式下面結合具體實施方式
，進一步闡述本發明如圖1所示，一種工業廢水組合預處理方法，包括以下步驟I)在窄脈衝高壓電源作用下在臭氧發生管產生臭氧；2)廢水和所述產生的臭氧進行文丘裡混合；
3)混合後的臭氧混合水和所述產生的臭氧再經過溶氣混合泵進行第二次混合；4)經過第二次混合得到的臭氧混合水到超聲波發生器裡進行超聲波處理；5)經過超聲波處理的廢水進入光解反應器進行光解反應；6)光解反應後再進行臭氧催化和電氧化反應。本發明超聲波發生器為聚焦型超聲波發生器I ;臭氧催化的過程中使用了催化劑7，且該催化劑7為金屬或金屬氧化物；臭氧催化和電氧化反應在一催化器6裡進行；催化器6的兩側設有電極8。結合圖2所示，第二次混合得到的臭氧混合水從廢水處理腔3的一端的進水口 4進入廢水處理腔3中，從廢水處理腔3的另一端出水口出去，在上述出水口的旁邊設有一聚焦型超聲波發生器1，產生超聲波作用於廢水處理腔3內的臭氧混合水。該聚焦型超聲波發生器I還包括一聚焦換能頭2。結合圖3所示，臭氧混合水由催化器6的臭氧混合水進口 10進入，在催化器6內使用了催化劑7，同時從催化器6上對應於設置有臭氧混合水進口 10的另一側設有曝氣氣源11，電極8在電解電源9的作用下開始電氧化反應。本發明組合高級氧化技術和催化技術、電化學技術相結合的工藝。利用了先進的技術和工藝使得各種處理技術能很好地相融合，互相促進而達到最佳的處理效果。組合高級氧化技術採用了臭氧+聚焦超聲波+光解相結合工藝，克服了傳統臭氧工藝的臭氧利用率低的缺點。廢水和臭氧經混合裝置充分混合後，臭氧氣泡的直徑最小只能達到幾十微米，在水中的停留時間最大只有幾十秒鐘，臭氧的利用率及和水中有機物的反應時間較短，處理效 果差。而採用本發明中專有的「聚焦超聲波設備」藉助於特殊的超聲空化效應及其產生的物化作用來強化臭氧的分解，能使水中的臭氧氣泡進行瞬間充分粉碎。使得臭氧氣泡的直徑最小達到幾十納米，臭氧和水的接觸面積擴大數千倍甚至數萬倍。而且，臭氧在水中的停留時間可達數十分鐘，大大提高了水中有機物的氧化時間和效果。超聲波對03氧化能力的強化作用不只是兩者的簡單相加，而是質的飛躍。同時超聲可把有毒有機物降解為比原來有機物毒性小甚至無毒的小分子，降解速度快，不會造成二次汙染。經過後續的光解處理，當臭氧被紫外光光照時，首先產生游離氧O ·，O ·與水反應生成· OH。UV輻射除了可誘發· OH產生外，還能產生其他激態物質和自由基，加速鏈反應，而這些激態物質和自由基在單一的臭氧氧化過程中是不會產生的。在中性或鹼性溶液中，03/UV過程產生較少的過氧化氫和較多的自由基· 0H。有紫外光照射時反應速率比無紫外光照射時提高了 3-5倍多。科學及實踐證明單純用臭氧的氧化能力無法很好地去除廢水的有機物質，一方面要解決臭氧的充分利用，另一方面臭氧需經過催化來提高其去除率。本發明中，通過特殊混合方法使臭氧和廢水充分融合，並通過裝載金屬氧化物和活性炭、氧化矽等載體的反應床進行催化氧化反應，不但延長臭氧在廢水的氧化時間，而且催化作用大幅度提高了臭氧的氧化能力一般在10倍以上。本發明可根據不同的工業廢水的狀態進行適當的調整配置或催化劑的配方，基本可滿足不多數工業廢水的預處理，COD的去除率一般都在80%以上。而且，為生化處理帶來了很大的便利和可能，是一格通用性很好的方法。臭氧和廢水的融合，其臭氧氣泡的直徑最小只能達到幾十微米，在水中的停留時間最大只有幾十秒鐘，臭氧的利用率及和水中有機物的反應時間較短，處理效果差，需經過超聲波粉碎。傳統的低功率密度的超聲波應用到廢水處理工藝中很難達到在線應用的效果，因傳統應用於清洗行業中低功率密度的超聲波無法在短時間內對廢水中的臭氧微汽包進行粉碎，本發明採用了功率聚焦型超聲波發生器I在線應用於廢水處理中並取得了很好效果，可以在瞬間對廢水中的臭氧氣泡進行粉碎，並大幅度提高臭氧的氧化能力。而採用本發明中專有的「聚焦超聲波設備」藉助於特殊的超聲空化效應及其產生的物化作用來強化臭氧的分解，能使水中的臭氧氣泡進行瞬間充分粉碎。使得臭氧氣泡的直徑最小達到幾十納米，臭氧和水的接觸面積擴大數千倍甚至數萬倍。而且，臭氧在水中的停留時間可達數十分鐘，大大提高了水中有機物的氧化時間和效果。超聲波對03氧化能力的強化作用不只是兩者的簡單相加，而是質的飛躍，如圖2所示。催化臭氧化技術是近年發展起來的一種新型的在常溫常壓下將那些難以用臭氧單獨氧化或降解的有機物氧化的方法，同其他高級氧化技術(如o3/h2o2、uv/o3、uv/h2o2、uv/H202/03、Ti02/UV和CWAO等)一樣，也是利用反應過程中產生的大量強氧化性自由基(羥基自由基)來氧化分解水中的有機物從而達到水質淨化。羥基自由基非常活潑，與大多數有機物反應時速率常數通常為106 109ΙΓ1 s'催化臭氧化對水中有機物去除率較單獨吸附和單獨臭氧化之和還要高很多，而且消耗的臭氧量也大為減少。臭氧催化技術的主要關鍵是催化劑及載體的選擇，需根據不同的廢水成份及PH制選擇不同的催化劑配方。一些貴金屬是較理想的選擇對象，但大都成本太高。本發明中選擇了一般低成本的金屬及金屬氧化物作為催化劑，選用活性炭、氧化矽等作為載體，效果也很理想。在臭氧催化氧化的同時，在催化劑反應床增加反應電極，以催化劑一起形成三維氧化反應床。催化劑粒子在電場中形成無數個電極粒子，大幅度促進臭氧的氧化反應。在反應過程中產生了羥基自由基，羥基自由基是使有機物鍵斷裂的主要原因。羥基自由基對有機物的氧化作用具有廣 譜性，與有機物的反應速度常數在108 109摩爾/秒之間。· OH自由基的電子親和能為569. 3千焦，容易攻擊高電子云密度的有機分子部位，形成易進一步氧化的中間產物。因此，去除廢水中各種不同類型的有機汙染物，羥基自由基顯然是極佳的氧化劑。羥基自由基能量極高，且極不穩定，它能極快地與有機物反應，破壞其化學鍵，是極強的氧化劑，常將有機物礦化為二氧化碳和水。臭氧催化及電氧化催化器如圖3所示。但是，上述的具體實施方式
只是示例性的，是為了更好的使本領域技術人員能夠理解本專利，不能理解為是對本專利包括範圍的限制；只要是根據本專利所揭示精神的所作的任何等同變更或修飾，均落入本專利包括的範圍。
權利要求
1.一種工業廢水組合預處理方法，其特徵在於包括以下步驟1)在窄脈衝高壓電源作用下在臭氧發生管產生臭氧；2)廢水和所述產生的臭氧進行文丘裡混合；3)混合後的臭氧混合水和所述產生的臭氧再經過溶氣混合泵進行第二次混合；4)經過第二次混合得到的臭氧混合水到超聲波發生器裡進行超聲波處理；5)經過超聲波處理的廢水進入光解反應器進行光解反應；6)光解反應後再進行臭氧催化和電氧化反應。
2.根據權利要求1所述的一種工業廢水組合預處理方法，其特徵在於所述超聲波發生器為聚焦型。
3.根據權利要求1或2所述的一種工業廢水組合預處理方法，其特徵在於所述臭氧催化過程中使用催化劑，且該催化劑為金屬或金屬氧化物。
4.根據權利要求3所述的一種工業廢水組合預處理方法，其特徵在於所述臭氧催化和電氧化反應在一催化器裡進行。
5.根據權利要求4所述一種工業廢水組合預處理方法，其特徵在於所述催化器的兩側設有電極。
全文摘要
本發明公開一種工業廢水組合預處理方法，包括以下步驟1)在窄脈衝高壓電源作用下在臭氧發生管產生臭氧；2)廢水和所述產生的臭氧進行文丘裡混合；3)混合後的臭氧混合水和所述產生的臭氧再經過溶氣混合泵進行第二次混合；4)經過第二次混合得到的臭氧混合水到超聲波發生器裡進行超聲波處理5)經過超聲波處理的廢水再進入光解反應器進行光解反應；6)光解反應後再進行臭氧催化和電氧化反應。本發明可有效去除水中的有害物質，是一種高效、經濟的廢水處理方法。
文檔編號C02F9/08GK103030244SQ20131001847
公開日2013年4月10日 申請日期2013年1月18日 優先權日2013年1月18日
發明者劉學來 申請人:上海潤態環保工程技術有限公司