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制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于廢水深度處理領(lǐng)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(shù)：
我國目前進入工業(yè)化發(fā)展中后期，重化工業(yè)化特征日益突出，資源能源消耗量大， 加之高投入、高排放、低循環(huán)、低效率的粗放型增長方式還沒有根本改變，污染物排放總量長期居高不下，環(huán)境污染與資源能源短缺已逐步成為嚴(yán)重制約工業(yè)經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展的瓶頸。一些重污染行業(yè)如鋼鐵、化工、制藥、塑料橡膠、染料、印染等產(chǎn)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(xué)物質(zhì)，多不能被微生物的酶系統(tǒng)識別，自然界缺乏有效降解這些有機物的微生物，而現(xiàn)有的廢水處理主體工藝大多是生化處理，這就導(dǎo)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，一旦進入生物圈后對生態(tài)系統(tǒng)和人類健康與生存構(gòu)成嚴(yán)重威脅。隨著國家和地方污水排放標(biāo)準(zhǔn)的日益嚴(yán)格和水資源匱乏帶來的水回用需求，開發(fā)高效低成本的深度處理技術(shù)顯得越發(fā)重要。高級氧化技術(shù)是近年來研究的熱點，由于高級氧化過程中可以產(chǎn)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污染物，因此被廣泛的研究和應(yīng)用于廢水深度處理。近年來研究較多的技術(shù)包括O3M2O2、芬頓試劑法(H2O2/ 狗2+)、光催化(o3/uv、TiO2AVUV)、非均相化學(xué)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(shù)。它是單純臭氧氧化、催化劑吸附、催化產(chǎn)生羥基自由基去除污染物三個過程的有機結(jié)合，對不同極性、不同反應(yīng)活性的污染物可以分別處理，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、無二次污染的優(yōu)點。目前，針對催化臭氧氧化技術(shù)，國內(nèi)外的研究者作了大量的研究，并取得了一定的進展。例如，申請?zhí)枮?2108845. 4的中國專利中，發(fā)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(dān)體的催化劑和一種常規(guī)臭氧反應(yīng)接觸器。申請?zhí)枮?2009101973M. 8的中國專利中，發(fā)明人提出一種增加了混凝預(yù)處理的臭氧氧化裝置，就其臭氧氧化反應(yīng)器本身為常規(guī)臭氧接觸器，其催化劑需要另外投加，且不可回收。申請?zhí)枮?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制備方法。不難看出，大多數(shù)的研究集中在催化劑的研發(fā)和優(yōu)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道甚少。由于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(chǎn)生的羥基自由基可同時和兩種有機物反應(yīng)，羥基自由基和難降解有機物的反應(yīng)機率被降低；而且由于臭氧分解產(chǎn)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(yīng)會造成臭氧利用率比較低。本發(fā)明提出了一種非均相催化臭氧氧化方法和裝置，即采用分段式臭氧氧化和催化氧化耦合的方法，在第一段反應(yīng)區(qū)采用臭氧氧化，將大部分可被臭氧氧化的有機物反應(yīng)去除，反應(yīng)產(chǎn)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(yīng)區(qū)(催化氧化區(qū))與催化產(chǎn)生的羥基自由基反應(yīng)，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并且可生化性提高。非均相催化劑具有較長的使用壽命，且固定于反應(yīng)器中不流失。采用本發(fā)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(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于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(jié)合的方法。本發(fā)明的另一目的在于提供一種實現(xiàn)該方法的高效廢水深度處理裝置。本發(fā)明的技術(shù)方案如下當(dāng)廢水中含有部分可被臭氧氧化的有機污染物和部分難被臭氧氧化的有機污染物時，采用兩段式臭氧氧化和催化臭氧氧化耦合模式，即反應(yīng)塔內(nèi)包括臭氧反應(yīng)區(qū)和催化反應(yīng)區(qū)，催化反應(yīng)區(qū)填充有高效催化劑，可將臭氧轉(zhuǎn)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(qū)(反應(yīng)區(qū)I)，第一段反應(yīng)區(qū)以臭氧氧化反應(yīng)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后形成的中間產(chǎn)物難被臭氧氧化，與未反應(yīng)的難降解有機物一同進入催化氧化區(qū)(反應(yīng)區(qū)II)進行催化臭氧氧化，在該反應(yīng)區(qū)被催化臭氧化產(chǎn)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，便于后續(xù)的生物處理。催化反應(yīng)區(qū)的下部為規(guī)整催化劑，比表面積小，除催化作用外還起到均勻布水和布?xì)獾淖饔?；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。由于本方法可以將廢水中的不同性質(zhì)的有機物分別處理，對癥下藥，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(fā)明還提供一種實現(xiàn)非均相催化臭氧氧化的裝置。該裝置包括主體反應(yīng)器、配套設(shè)備兩部分。配套設(shè)備包括氣液混合器、臭氧發(fā)生器、尾氣臭氧破壞器。主體反應(yīng)器的特征在于采用分區(qū)式結(jié)構(gòu)，既包括臭氧氧化區(qū)(反應(yīng)區(qū) I)和催化氧化區(qū)(反應(yīng)區(qū)II)兩個區(qū)域，兩個區(qū)域由折流板分開。反應(yīng)區(qū)I下部是布水板； 反應(yīng)區(qū)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(guī)整催化劑，上部是高效顆粒催化劑)。反應(yīng)區(qū)II中的催化劑設(shè)計成可隨意拆裝的模塊，其中下部的規(guī)整催化劑可起到催化同時均勻布水布?xì)獾淖饔?；上部的高效顆粒多孔催化劑填裝在多孔催化劑“規(guī)整籠”中實現(xiàn)模塊化功能，催化臭氧分解產(chǎn)生羥基自由基并富集有機物與之反應(yīng)的作用。該反應(yīng)器可根據(jù)不同廢水水質(zhì)實現(xiàn)除兩段式氧化和催化氧化耦合模式外還可實現(xiàn)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(dāng)廢水成分主要為可臭氧氧化的污染物或作對照實驗時，采用兩段式臭氧氧化，即不投加催化劑，整個反應(yīng)器均為臭氧反應(yīng)區(qū)，只投加臭氧進行廢水氧化。當(dāng)廢水成分主要為難臭氧氧化的污染物時采用兩段式臭氧催化氧化，即在反應(yīng)區(qū)I添加輔助催化劑使整個反應(yīng)器均為催化反應(yīng)區(qū)，廢水通過催化反應(yīng)進行凈化。反應(yīng)器可根據(jù)廢水水量、有機物構(gòu)成和濃度調(diào)整其各反應(yīng)區(qū)的催化劑模塊以滿足不同水質(zhì)水量的處理要求。


附圖1是本發(fā)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(yīng)器主體；2——臭氧發(fā)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(guī)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(jié)合附圖對本發(fā)明的原理、設(shè)備和工藝流程作進一步的說明。如圖所示，廢水和臭氧經(jīng)氣液混合器混合后進入主體反應(yīng)器，在反應(yīng)區(qū)I下部的布水板的作用下，均勻分布上向流進入反應(yīng)區(qū)I中發(fā)生臭氧氧化有機物的反應(yīng)；然后廢水進入兩塊折流板之間的導(dǎo)流區(qū)，然后在反應(yīng)區(qū)II下部的布水板的作用下均勻分布上向流進入反應(yīng)區(qū)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(guī)整催化劑區(qū)，在該區(qū)域內(nèi)氣水得到進一步的均布并且實現(xiàn)初步的催化臭氧氧化作用；之后氣水進入顆粒多孔催化劑區(qū)，在高效催化劑的作用下，臭氧產(chǎn)生羥基自由基并與催化劑富集的有機物發(fā)生反應(yīng)，使廢水中的有機物生成小分子物質(zhì)、二氧化碳和水。以下列舉實施例來說明本發(fā)明的效果，但本發(fā)明的權(quán)利要求范圍并非僅限于此。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(jīng)非均相催化臭氧氧化處理后，出水COD。，小于80mg/L，能耗約為IkW · h/m3。實施例2 金霉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(jīng)非均相催化臭氧氧化處理后，出水COD。，小于100mg/L，能耗約為 6. 5kff · h/m3。實施例3 農(nóng)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(jīng)非均相催化臭氧氧化處理后，出水C0D。，小于100mg/L，能耗約為1. 5kff · h/m3。
權(quán)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(yīng)器，氣液混合器，臭氧發(fā)生器，臭氧破壞器；
2.一種非均相催化臭氧氧化方法，其特征在于采用分段式臭氧氧化和催化氧化耦合的方法，在臭氧氧化區(qū)，可將大部分可被臭氧氧化的有機物反應(yīng)去除；反應(yīng)產(chǎn)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(qū)與催化產(chǎn)生的羥基自由基反應(yīng)，生成小分子有機物、二氧化碳和水；催化氧化區(qū)采用規(guī)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?xì)獾淖饔?，后者主要起對有機物和臭氧的富集和催化作用。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的催化臭氧氧化反應(yīng)器，其特征在于(1)反應(yīng)器包括兩段反應(yīng)區(qū)，分別用于進行臭氧氧化反應(yīng)和非均相催化氧化反應(yīng)；(2)兩個反應(yīng)區(qū)由兩個折流板分開；(3)兩反應(yīng)區(qū)下部均設(shè)置布水板，用于廢水的均勻分布；(4)催化氧化區(qū)設(shè)置鈦曝氣器，用于將臭氧均勻分布于反應(yīng)區(qū)內(nèi)；(5)催化氧化區(qū)的催化劑設(shè)計成可隨意拆裝的模塊，其中下部為規(guī)整催化劑，上部為高效顆粒多孔催化劑。(6)催化氧化區(qū)上部設(shè)置集水器，將出水均勻收集排出反應(yīng)器。
全文摘要
本發(fā)明提出了一種非均相催化臭氧氧化方法和裝置，即采用分段式臭氧氧化和催化氧化耦合的方法，在臭氧氧化區(qū)可將大部分可被臭氧氧化的有機物反應(yīng)去除；反應(yīng)產(chǎn)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(qū)與催化產(chǎn)生的羥基自由基反應(yīng)，生成小分子物質(zhì)、二氧化碳和水，使廢水中有機物大大減少并且可生化性提高；催化氧化區(qū)采用規(guī)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?xì)獾淖饔茫帜芨咝Т呋趸袡C物降解。采用本發(fā)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(shè)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(yōu)先權(quán)日2010年6月4日
發(fā)明者張懿, 曹宏斌, 李玉平, 邢林林 申請人:中國科學(xué)院過程工程研究所