CN102491566A - 一种多相催化氧化污水处理方法 - Google Patents

一种多相催化氧化污水处理方法 Download PDF

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Abstract

一种多相催化氧化污水处理方法，属于环保技术领域，包括如下步骤：(1)污水流经水力空化装置，发生水力空化效应，使污水处于空化状态；(2)使臭氧与污水接触；(3)使臭氧、污水与固相催化剂TiO2和γAL2O3接触。该多相催化氧化处理污水的方法将水力空化过程中臭氧产生的羟基自由基和臭氧在TiO2和γAL2O3的催化作用下产生的羟基自由基共同作用于污水，进行处理，显著提高了有机物氧化降解效率。

Description

一种多相催化氧化污水处理方法
技术领域
本发明属于环保技术领域，涉及一种污水处理方法，尤其涉及一种多相催化氧化污水处理方法。
背景技术
有机物污废水来源相当广泛，有机物污废水能够引发一系列水体污染、威胁人体健康等问题，特别是高浓度难降解的有机物污废水对环境有巨大的危害。目前有机废水的处理方法主要是生物法、物化法或者生物法与物化法的结合，但在生物处理法中，有机物的降解并不彻底，而且并不适用于可生化性差的有机废水；物化法则存在应用范围小或者处理成本高等不足，组合工艺则存在操作和管理复杂且费用高等不足。
水力空化为一种物化处理新技术。当流体高速流过限流区域时压力骤减达到蒸汽压甚至负值时，会在该区域形成真空，溶解在流体中的流体会释放出来，同时流体汽化而产生大量空化泡。当空化泡随流体进一步流动、周边压力增大时，空化泡体积急剧缩小直至溃灭，在溃灭过程中产生极高的压强和温度，而这些条件足已使有机物在空化泡内发生化学键断裂、水相燃烧、高温分解、自由基反应。臭氧在水力空化效应所产生的高温高压条件下会分解成更多比自身氧化性更强的羟基自由基，可以协同用于污水处理过程中。例如，一种名为“水力空化与臭氧耦合处理污水的方法”、申请号为：200810139592.X的中国发明专利公开了一种处理污水的方法，其利用水力空化和其与臭氧的耦合作用来实现污水中有机物的氧化降解。同时臭氧与各种催化剂结合处理污水也是一种已有的污水处理技术。金属氧化物TiO2化学稳定性好，难溶于酸和碱，作为催化剂具有很好的优点，臭氧在TiO2和γAL2O3的催化作用下，可进一步加速生成羟基自由基，进一步提高它对水中有机物的氧化效率和污水的生化性。例如名称为“通过催化臭氧处理矿化水中有机污染物的方法”，专利号为99807379.2的中国发明专利介绍了臭氧与催化剂结合处理污水的方法。上述两种方法均利用臭氧产生羟基自由基，实现污水中有机物的氧化降解，但上述两种方法中的任意一种都是单一作用，其羟基自由基产生率较低、有机物去除率依然较低、成本较高。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明要解决的技术问题是提供一种有机物去除效率高、处理效果好、处理水量大、成本低的多相催化氧化污水处理方法。
为了解决上述技术问题，本发明提供的技术方案是：
一种多相催化氧化处理污水的方法，包括如下步骤：
(1)污水流经水力空化装置，发生水力空化效应，使污水处于空化状态；
(2)使臭氧与空化状态下的污水接触；
(3)使臭氧、空化状态下的污水与固相催化剂TiO2和γAL2O3接触。
优选的，将经过上述步骤(1)(2)(3)的污水回流再处理。
所述步骤(1)中的水力空化装置包括上段(2)、中段(7)和下段(12)，所述上段(2)与所述中段(7)固定连接，所述中段(7)与所述下段(12)固定连接，其中，所述上段(2)是一个管状柱体，上段(2)包括等直径进水段(1)、圆锥腔道(3)、等直径空化段(5)；所述中段(7)是一个管状柱体，中段(7)包括涡流腔(6)、圆锥腔道(8)、等直径空化段(11)和臭氧进气管(4)；所述下段(12)是一个管状柱体，下段(12)包括涡流腔(9)、圆锥腔道(10)、等直径出水段(13)，所述水力空化装置其污水流经的内腔设置固相催化剂TiO2和γAL2O3。
所述臭氧进气管(4)设置在中段(7)的涡流腔(6)中。
所述上段(2)均匀设置多个圆锥腔道(3)；所述中段(7)均匀设置多个圆锥腔道(8)。
为了便于安装和拆卸，所述上段与所述中段、所述中段与所述下段均采用法兰盘固定连接。
所述水力空化装置的上段(2)、中段(7)和下段(12)其材料是固相催化剂TiO2和AL2O3按照20-25％和75-80％的比例混合在1100℃条件下烧结而成的。
臭氧在水力空化效应所产生的高温高压条件下能够产生比自身氧化性更强的羟基自由基，而且臭氧在污水中以微小气泡存在，微小气泡的存在能够增加水力空化效应，产生更多的羟基自由基。臭氧在TiO2和γAL2O3的催化作用下，可进一步加速生成羟基自由基，进一步提高它对水中有机物的氧化效率和污水的生化性。该多相催化氧化处理污水的方法将上述两过程中产生的羟基自由基共同作用于污水进行处理，显著提高了有机物氧化降解效率。该污水处理方法对设备要求低，生产效率高，降低了污水处理成本。
附图说明
图1是实现本发明多相催化氧化污水处理方法的设备；
图2是水力空化装置的结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明进行详细说明。
一种多相催化氧化处理污水的方法，包括如下步骤：
(1)污水流经水力空化装置，发生水力空化效应，使污水处于空化状态；
(2)使臭氧与空化状态下的污水接触；
(3)使臭氧、空化状态下的污水与固相催化剂TiO2和γAL2O3接触。
为了实现上述方法，可采用如图1所示污水处理设备，包括臭氧发生装置101、回流水泵102、压力表103、流量计104、水力空化装置105、流量计106、压力表107、立式罐108、反应罐109，其中所述水力空化装置105设置臭氧进气管4，所述的臭氧发生装置101通过臭氧进气管4与所述水力空化装置105连接。
如图2所示，水力空化装置包括上段2、中段7和下段12，上段2与中段7以及中段7与下段12均采用法兰盘固定连接，上段2是一个管状柱体，上段2包括等直径进水段1、三个圆锥腔道3、等直径空化段5；中段7是一个管状柱体，中段7包括涡流腔6、三个圆锥腔道8、等直径空化段11和臭氧进气管4，臭氧进气管4设置在中段7的涡流腔6中。下段12是一个管状柱体，下段12包括涡流腔9、圆锥腔道10、等直径出水段13。
水力空化装置的上段2、中段7和下段12其材料是固相催化剂TiO2和AL2O3按照20-25％和75-80％的比例混合在1100℃条件下烧结而成的。
上述水力空化装置的污废水处理过程为；污废水从等直径进水段1进水，流经圆锥腔道3时，过水断面减少、流速增加、水压变大，当污废水流经等直径空化段5进入涡流腔6时，由于过水断面的瞬间增加，水压急剧下降并在涡流腔6形成负压和涡流，使水和溶解于污废水中的气体产生空化泡，利用涡流腔6内的负压可将臭氧通过臭氧进气管4吸入到涡流腔6内，同时涡流作用将臭氧与污废水的空化泡均匀混合。当上述臭氧与污废水的空化泡混合液进入中段的圆锥腔道8时，由于圆锥腔道8壁的阻挡作用，水压急剧增加，造成空化泡体积的瞬间减小并发生溃灭，空化泡在溃灭过程中所产生极高的压强和温度会使污废水中的有机物在空化泡内发生化学键断裂、水相燃烧、高温分解或自由基反应，同时臭氧在空化效应下会产生更多比自身氧化性更强的羟基自由基，从而进一步去除污废水中的有机物。将经上述反应后的混合液再一次经圆锥腔道8、等直径空化段11和涡流腔9产生第二次空化效应，强化对污废水中有机物的去除效果。
与此同时，由于水力空化装置的上段2、中段7和下段12其材料是固相催化剂TiO2和γAL2O3按照20-25％和75-80％的比例混合在1100℃条件下烧结而成的，臭氧在TiO2和γAL2O3的催化作用下，进一步加速生成羟基自由基，从而进一步强化对污废水中有机物的去除效果。
当然，也可设置多个上段和多个中段多腔道单元，重复上述污水处理的过程。
如图1所示污水处理设备通过回流水泵102、水力空化装置105、固相催化剂TiO2和AL2O3催化臭氧、立体罐108内水的回流再空化处理实现的。其处理污、废水的过程为：污水由罐体中部进入立式罐108并与立式罐108内的污、废水进行混合，混合后的污、废水由回流水泵102抽至水力空化装置105，利用水力空化装置105的第一次空化产生的负压将臭氧发生器101产生的臭氧抽至水力空化装置105内的涡流腔6内并与污水进行混合，经水力空化装置105的第二次空化后再排进立式罐108内，以此形成循环，提高有机物去除率；立式罐108上段设一出水管，出水进反应罐109，使污水的有机物在反应罐109中与空化作用产生的H2O2继续进行反应，进一步确保出水水质。其中，通过安装在回流水泵102和水力空化装置105管路段上的压力表107和流量表106来判断进水的流速和压力是否满足空化所需的最小条件；通过读取压力表103和流量计104的数值来反映臭氧的流量和压力值，并以此来控制臭氧发生器101的产气量。
为了满足处理水量和出水水质的要求，可设置多组水力空化装置105和回流水泵102。
在相同的实验条件下，取质量浓度分别为10.3mg/L、14.21mg/L、18.1mg/L的臭氧和质量浓度为10mg/L的难降解物质苯酚来进行多组实验模拟，循环时间或停留时间均为1小时，利用孔径与本发明等直径空化段5直径相同的多孔孔板耦合臭氧对苯酚的去除率分别为53.4％、64.5％、71.2％，臭氧在固相催化剂TiO2和γAL2O3的催化作用下，对苯酚的去除率为47.4％、55.7％、61.2％，而利用本发明对苯酚的去除率分别为67.2％、78.9％、91.7％，从以上数据可看出本发明可明显提高有机物的去除率。从以上数据可看出在相同的处理时间和臭氧的质量浓度下，本发明可明显提高有机物的去除率，可节约27％的处理成本。
以某生产溴系阻燃剂废水处理为实例：
废水水质情况：原水pH6～7；有刺鼻异味，COD为2348mg/L；BOD/COD为0.11，为难生物降解废水。经多空孔板耦合臭氧处理后的出水BOD/COD可达0.37、臭氧在固相催化剂TiO2的催化作用下处理后的出水BOD/COD可达0.29，而经本方法处理后的出水BOD/COD可达0.48为易生物降解污水，提高了污水的可生化性。

Claims (7)

1.一种多相催化氧化处理污水的方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)污水流经水力空化装置，发生水力空化效应，使污水处于空化状态；
(2)使臭氧与空化状态下的污水接触；
(3)使臭氧、空化状态下的污水与固相催化剂TiO2和γAL2O3接触。
2.根据权利要求1所述的多相催化氧化处理污水的方法，其特征在于，将经过所述步骤(1)(2)(3)的污水回流再处理。
3.根据权利要求1或2所述的多相催化氧化处理污水的方法，其特征在于，所述步骤(1)中的水力空化装置包括上段(2)、中段(7)和下段(12)，所述上段(2)与所述中段(7)固定连接，所述中段(7)与所述下段(12)固定连接，其中，所述上段(2)是一个管状柱体，上段(2)包括等直径进水段(1)、圆锥腔道(3)、等直径空化段(5)；所述中段(7)是一个管状柱体，中段(7)包括涡流腔(6)、圆锥腔道(8)、等直径空化段(11)和臭氧进气管(4)；所述下段(12)是一个管状柱体，下段(12)包括涡流腔(9)、圆锥腔道(10)、等直径出水段(13)，所述水力空化装置其污水流经的内腔设置固相催化剂TiO2和AL2O3。
4.根据权利要求3所述的多相催化氧化处理污水的方法，其特征在于，所述臭氧进气管(4)设置在中段(7)的涡流腔(6)中。
5.根据权利要求3所述的多相催化氧化处理污水的方法，其特征在于，所述上段(2)均匀设置多个圆锥腔道(3)；所述中段(7)均匀设置多个圆锥腔道(8)。
6.根据权利要求3所述的多相催化氧化处理污水的方法，其特征在于，所述上段(2)与所述中段(7)、所述中段(7)与所述下段(12)均采用法兰盘固定连接。
7.根据权利要求3所述的多相催化氧化处理污水的方法，其特征在于，所述水力空化装置的上段(2)、中段(7)和下段(12)其材料是固相催化剂TiO2和γAL2O3按照20-25％和75-80％的比例混合在1100℃条件下烧结而成的。 
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