一種煤焦油廢水的三級串聯式光催化處理工藝的製作方法
2023-04-28 22:37:56 3
一種煤焦油廢水的三級串聯式光催化處理工藝的製作方法
【專利摘要】本發明採用厭氧好氧處理、預處理、光催化、臭氧氧化等一系列工藝對煤焦油廢水進行處理。該發明不但工藝和設備製造簡單，並且出水水質可達GB8978-1996《汙水綜合排放標準》中的一級排放標準。本發明效率高，成本低，操作方便，綠色環保無二次汙染，適合用於煤焦油的廢水的處理。
【專利說明】一種煤焦油廢水的三級串聯式光催化處理工藝
【技術領域】
[0001]本發明涉及煤焦油汙水處理工藝。
【背景技術】
[0002]煤焦油廢水分類上屬於焦化廢水，但其汙染物含量不同於常規焦爐廢水。煤焦油廢水焦油含量很高，難降解的有機物質(如酚類)含量較高，成分更為複雜。除了含有氨氮、氰化物、硫氰化物等物質外，還含有高濃度的酚類、萘、苯胺、吡啶、吲哚、喹啉等有機物質，其能夠大量釋放出來具有強致癌性的多環有機物，並且含有氮硫氧的雜環的有機化合物，具有毒性大色度大的特點，是一種處理起來較困難的廢水。此類廢水的有機物含量在20000-60000mg/L 左右，氨氮含量大約 2000_5000mg/L。
[0003]煤焦油廢水的危害主要有:一，廢水中含有高濃度的難降解及有毒有害的物質，消耗水中的溶解氧。二，氨氮使水體氣味惡臭水質下降，極易導致水體的富營養化；氨氮對硝化菌的活性起到嚴重的抑制作用，在好氧情況下，氨氮極易變為致癌性亞硝酸鹽。三，含有危害生物的劇毒致癌物，如氰化物及硫氰化物等。四，色度高，嚴重影響入射光線的量，對水生植物的光合作用和水生動物的生存帶來嚴重危害。五，含有的表面活性劑將水體與空氣隔絕，隔絕水體的表面復氧，造成水體自淨能力的降低。六，內含的酚類物質是極強的神經性毒物並具有局部腐蝕性，對任何生物個體都能造成毒害作用。
[0004]鑑於煤焦油廢水氨氮和C0D濃度高，國內外幾乎沒有類似的處理經驗可借鑑。由於煤焦油廢水的性質與高濃度難生物降解廢水有相似之處，可以選用國內外針對高濃度難生物降解廢水的處理方法進行研究對比。
[0005]廢水處理方法主要有物化法、生物法以及生化法三大類。
[0006]物化處理方法以混凝沉澱技術和活性炭吸附技術為主。物化處理方法投資成本較低，出水水質比較穩定，受外界條件影響較小，但運行成本較高(醜明和竇吉平2001)。
[0007]生化法具有對C0D及氨氮去除率高、工藝成熟、運行費用低等優點，因而被廣泛應用於生活汙水和工業廢水的處理，但是對於煤焦油廢水這種高有機物濃度、高毒性的難生物降解廢水來說，單純使用生化法的處理效果並不能實現廢水的達標排放。
[0008]目前，國內外處理此類廢水一般採用物化結合生化的方法進行處理。通過物化預處理降低廢水毒性，提高其可生化性，然後用生物法進行後續處理(滕仕峰2005)。但是此方法運行成本高，且易造成二次汙染。
[0009]郝志明、鄭偉等(2010)採用生化-吸附-混凝-過濾工藝處理該類廢水，經該工藝處理後，使高汙染濃度廢水達到循環冷卻補充水的水質標準，充分體現了廢水再生利用的原則。但此方法也易造成二次汙染。
[0010]總之，煤焦油廢水現有處理工藝普遍存在工藝流程長、佔地面積大，操作複雜，抗衝擊能力差，投資及處理成本高，處理效果不穩定，出水C0D、色度、氨氮等指標很難達標等問題。
[0011]我們所採用的主要是利用光催化等方法對煤焦油廢水進行處理，光催化原理是一些半導體材料(如Ti02)在可見光或紫外線的照射下階帶電子會被激發到導帶，從而產生具有很強反應活性的電子(e)空穴(h+)對，這些電子空穴對遷移到半導體表面後，在光催化作用下產生羥基(.0H)和超氧化物離子，在不使用任何化學藥物的情況下將水中的有機物、細菌、病毒以及其它致病體和完全氧化成二氧化碳、水和無機小分子，達到了淨化、消毒和降解汙染物的目的。
[0012]我們通過三級串聯式光催化處理工藝對煤焦油廢水進行處理，此工藝在處理的煤焦油廢水時，加入以植物皮、膜或者光敏活性物為模板製備的介孔二氧化鈦光催化劑作為預處理劑，此材料可高效、低成本的吸附煤焦油廢水中的有機廢棄物分子以及無機有害離子，從而達到降解汙染物的目的。
[0013]鑑於煤焦油廢水中含有大分子物質或者難降解的大分子物質，需要進行預熱處理，將廢水加熱到50—100 °C,目的是為光催化反應中介孔二氧化鈦光催化劑(如Ti02)的階帶電子被激發到導帶提供一定的能量，從而產生具有很強反應活性的羥基(.0H)和超氧化物離子，以便使光催化反應達到非常有效的結果。處理煤焦油廢水首先通過厭氧好氧池、最後通過三級串聯式光催化設備處理，使煤焦油廢水裡的大分子物質通過三級串聯式光催化設備生成小分子進而以氣體形式排出。即可達GB8978-1996《汙水綜合排放標準》中的一級排放標準。本發明技術不但成本低，工藝流程及操作簡單，而且無需過多複雜的化學處理方法，便於實現工業化。
【發明內容】
[0014]本發明的目的是提供一種高效、低投資、操作方便的的煤焦油廢水處理工藝，且不對環境造成二次汙染。研究的水樣取自雲南省某化工廠，經處理後出水水質達標。本發明中涉及到三項已申請的專利:王家強，光催化真空氣液固三相高效分離工藝處理高鹽分高濃度有機廢水發明專利(申請號:201010039195.2)，以植物皮、膜為模板製備介孔二氧化鈦光催化劑的方法(已授權:ZL200710065939.6)和以光敏活性物為模板的介孔晶體二氧化鈦的製備方法，發明專利(已授權:ZL200710065747.5)。
[0015]本發明相比【背景技術】中的處理法，有如下優點:
1、成本低，工藝流程及操作簡單，無需過多複雜的化學處理方法，便於實現工業化。
[0016]2、經過該工藝處理後，出水水質可達GB8978-1996《汙水綜合排放標準》中的一級排放標準。
[0017]本發明的技術方案是第一步，厭氧好氧處理；第二步，採用三級串聯式光催化工藝對廢水進行處理，其中的三級分別為一級預處理、二級光催化處理及三級深度處理。
[0018]厭氧好氧處理即在池中投加活性汙泥，好氧處理加入曝氣裝置。
[0019]一級預處理中的預處理劑可為介孔二氧化鈦光催化材料、氧化劑或絮凝劑，其與廢水質量比為1:50—1:1000，並將廢水加熱到50-100°C。
[0020]二級光催化處理為在光催化裝置內部塗上一層以植物皮、膜或光敏活性物為模版的介孔晶體二氧化鈦並且接入一個40-1000W紫外光源。
[0021]三級深度處理中加入的氧化劑為03或新生的二氧化錳、Fenton試劑、C102，達標排放的水從此排出。工藝流程見說明書附圖圖1。
[0022]現詳細說明本發明技術方案: 第一步厭氧好氧處理
首先，將煤焦油廢水引入厭氧池，在池中投加活性汙泥，反應15天後，將其引入好氧池，在池中投加活性汙泥，加入曝氣裝置，反應15天。利用活性汙泥中的微生物以有機物為食料迅速生長增殖，消耗有機物使廢水得以淨化。
[0023]第二步採用三級串聯式光催化工藝對廢水進行處理
1、一級預處理
將煤焦油廢水引入預處理池，通過池中格柵之後可去除較大顆粒的懸浮物，其目的是為了防止之後的工藝設備發生堵塞。然後加入介孔二氧化鈦光催化劑或者絮凝劑，攪拌溶解即可。介孔材料與經典的微孔分子篩相比，介孔材料具有以下優點:
1)具有規則的孔道結構；
2)孔徑分布窄，且孔徑可在1.5-10 nm之間調節；
3)經過優化合成條件或處理後，具有很好的熱穩定性和水熱穩定性。
[0024]4)具有較高的比表面積(1000-1500 m2/g)
5)顆粒具有規則外形，且在納米尺度內保持高度的孔道有序性。
[0025]由於有序的結構極為獨特的優越性，可用作功能材料、吸附劑、催化劑及其載體，不僅彌補了微孔沸石分子篩的不足，還可以利用有序介孔作為納米粒子的「微反應器」。因此在化學工業、能源與環境、生物技術、吸附分離、催化及光、電、磁等眾多領域有廣闊的發展前景。此材料可高效、低成本的吸附煤焦油廢水中的有機廢棄物分子以及無機有害離子，從而達到降解汙染物的目的。然後進行預熱處理，將廢水加熱到50—100 °C,目的是為光催化反應做好準備工作，加熱的目的是將廢水中的大分子有機物轉化成小分子物質或者氣體的形式；同時使細菌、病毒等失去活性，以便使光催化達到非常有效的結果。
[0026]2、二級光催化處理
光催化原理簡單地說，就是一些半導體材料(如Ti02)在可見光或紫外線的照射下階帶電子會被激發到導帶，從而產生具有很強反應活性的電子(e)空穴(h+)對，這些電子空穴對遷移到半導體表面後，在光催化作用下產生羥基(.0Η)和超氧化物離子，在不使用任何化學藥物的情況下將水中的有機物、細菌、病毒以及其它致病體和完全氧化成二氧化碳、水和無機小分子，達到了淨化、消毒和降解汙染物的目的。在這些半導體催化劑中，Ti02化學性質穩定、難溶、無毒、成本低、催化效率高，對於難降解有機物非常有效。鑑於廢水中化合物極為穩定的特點，我們提高光催化反應溫度至微溫條件下發生光催化反應，之後生成的C02等以氣體的形式連續排出，從而降解水中有機物和C0D。總之，煤焦油廢水在二級光催化處理後能夠達到很好的脫色及降解效果。
[0027]3、三級深度處理
將經光催化處理後的廢水引入深度處理器，加入03、新生的二氧化錳或Fenton試劑、C102，反應後出水的有機物含量較低。出水水質可達GB8978-1996《汙水綜合排放標準》中的一級排放標準。
[0028]【專利附圖】
【附圖說明】:
圖1為深度處理工藝流程圖。
具體實施例
[0029]實施例1:
將COD約為25000mg/L、NH3-N約為2000 mg/L、pH值為8-9的煤焦油廢水通過池中格柵之後可去除較大顆粒的懸浮物，送入厭氧好氧池，之後將煤焦油廢水送入預處理池，去除較大顆粒懸浮物後將加入Ig介孔催化材料a，之後經過預熱器，再連續送入光催化反應器，進行連續反應，送入深度處理裝置並通入03，經排出的水，最後汙水的COD為70mg/L、NH3-N為5mg/L、pH值為7.5、色度小於50，達到GB8978-1996《汙水綜合排放標準》中的一級排放標準。
[0030]實施例2:
將COD約為25000mg/L、NH3-N約為2000 mg/L、pH值為8-9的煤焦油廢水通過池中格柵之後可去除較大顆粒的懸浮物，送入厭氧好氧池，之後將煤焦油廢水送入預處理池，去除較大顆粒懸浮物後將其加入Ig介孔催化材料b，之後經過預熱器，再連續送入光催化反應器，進行連續反應，送入深度處理裝置並加入新生的二氧化錳，經排出的水，最後出水的COD為90mg/L、NH3-N為7mg/L、pH值為?.5、色度小於50，達到GB8978-1996《汙水綜合排放標準》中的一級排放標準。
[0031]實施例3:
將COD約為25000mg/L、NH3-N約為2000 mg/L、pH值為8-9的煤焦油廢水通過池中格柵之後可去除較大顆粒的懸浮物，送入厭氧好氧池，之後將煤焦油廢水送入預處理池，去除較大顆粒懸浮物後將其加入Ig介孔催化材料C，之後經過預熱器，再連續送入光催化反應器，進行連續反應，送入三級ClO2處理裝置，經排出的水，最後出水的COD為72mg/L、NH3-N為8mg/L、pH值為7.5、色度小於50，達到GB8978-1996《汙水綜合排放標準》中的一級排放標準。
[0032]實施例4:
將COD約為25000mg/L、NH3-N約為2000 mg/L、pH值為8_9的煤焦油廢水通過池中格柵之後可去除較大顆粒的懸浮物，送入厭氧好氧池，之後將煤焦油廢水送入預處理池，去除較大顆粒懸浮物後將其加入2.0g介孔催化材料d後，再加0.5g鋁鹽和鐵鹽混合絮凝沉降，之後經過預熱器，再連續送入光催化反應器，進行連續反應，送入深度處理裝置並加入Fenton試劑，經排出的水，最後出水的COD為83mg/ UNH3-N為9mg/ L、pH值為7.5、色度小於50，達到GB8978-1996《汙水綜合排放標準》中的一級排放標準。
【權利要求】
1.一種煤焦油廢水的處理工藝，其特徵在於處理步驟如下:第一步，厭氧好氧處理；第二步，採用三級串聯式光催化工藝對廢水進行處理，其中的三級分別為一級預處理、二級光催化處理及三級深度處理。
2.如權利要求1所述的煤焦油廢水的處理工藝，其特徵在於所述的厭氧好氧處理即在池中投加活性汙泥，好氧處理階段加入曝氣裝置。
3.如權利要求1所述的煤焦油廢水的處理工藝，其特徵在於所述的一級預處理中的預處理劑可為以植物皮、膜或光敏活性物為模版介孔催化材料、氧化劑、絮凝劑，其與廢水的質量比為1:50 — 1: 1000，並將廢水加熱到50-100°C。
4.如權利要求1所述的煤焦油廢水的處理工藝，其特徵在所述的二級光催化處理為在光催化裝置內部塗上一層以介孔分子篩，並且接入一個40-1000W紫外光源。
5.如權利要求1所述的煤焦油廢水的處理工藝，其特徵在於所述的三級深度處理中加入的氧化劑為O3、新生的二氧化錳、Fenton試劑、ClO2的其中一種，達標排放的水從此排出的其中一種。
【文檔編號】C02F9/14GK104445839SQ201410838951
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2014年12月30日 優先權日:2014年12月30日
【發明者】王家強, 趙奐, 段德良 申請人:雲南大學