CN103030244A

CN103030244A - 一种工业废水组合预处理方法

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Publication number: CN103030244A
Application number: CN2013100184725A
Authority: CN
Inventors: 刘学来
Original assignee: ORIENT (SH) ENVIRONMENT PROTECHTION ENGINEERING AND TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: ORIENT (SH) ENVIRONMENT PROTECHTION ENGINEERING AND TECHNOLOGY Co Ltd
Priority date: 2013-01-18
Filing date: 2013-01-18
Publication date: 2013-04-10
Anticipated expiration: 2033-01-18
Also published as: CN103030244B

Abstract

本发明公开一种工业废水组合预处理方法，包括以下步骤：1）在窄脉冲高压电源作用下在臭氧发生管产生臭氧；2）废水和所述产生的臭氧进行文丘里混合；3）混合后的臭氧混合水和所述产生的臭氧再经过溶气混合泵进行第二次混合；4）经过第二次混合得到的臭氧混合水到超声波发生器里进行超声波处理5)经过超声波处理的废水再进入光解反应器进行光解反应；6）光解反应后再进行臭氧催化和电氧化反应。本发明可有效去除水中的有害物质，是一种高效、经济的废水处理方法。

Description

一种工业废水组合预处理方法

技术领域

本发明所属环保领域，更具体地说，是一种工业生产中尤其是化工制药行业的高浓度废水的预处理或深度处理方法。

背景技术

在我国，有机化工废水的产生量逐年增加，仅1995年我国工业废水(不包括乡镇企业)排放量就为223亿吨，含COD770万吨、重金属1823吨、砷1132吨、氰化物2504吨、挥发酚6366吨、石油类64341吨、其中仅123亿吨废水达标排放标准[1]，其余部分，尤其是高浓度难降解有机废水对环境造成了严重的污染，高浓度难降解有机废水主要分布在化工、冶金、炼焦、染料、农药等行业。对此类工业废水尚未有有效的治理对策。采用物理化学方法处理该废水，成本很高，每吨水处理费用达到数十元，其原因是这些废水的COD高，不能直接采用常规生化法处理；或者是因为含生物不能降解的某些化合物，如多环芳烃、致癌物苯并芘和氨氮(NH3-N)等，高昂的处理费用使得大量高浓度难降解有机废水得不到有效处理而排放，所以研究高浓度难降解有机废水的治理，完善其治理技术，是十分迫切的任务。

工业废水的预处理技术处理的目的就是去除或降解有机物有害基团，提高其生物处理性，同时降低废水COD浓度，为进一步生化处理创造条件。因为在高浓度难降解有机工业废水中必须采取有效的预处理措施去除或部分去除这些物质，以满足生物处理的工艺要求。

目前，通常采用的预处理技术有：

一、物理方法：包括：离子体技术过滤法、重力沉淀法和气浮法、吸附法、磁分离法、声波技术、非平衡等。

二、化学方法：包括：光催化氧化技术、电化学氧化技术、超临界法、臭氧氧化技术、辐照法等。

三、高级催化氧化技术：指将光、电、声、化学、生物与微波等相关学科的先进技术如：臭氧、紫外光、超声波、氧化剂应用于有机污染物或还原性无机污染物的氧化降解，并使之稳定化的技术。由于其高效性(对污染物有较高的降解效率)、普适性(对大多数难降解有机污染物或还原性无机物均有效)以及氧化降解的彻底性(可使绝大多数污染物完全矿化而稳定)，因此被称为“高级”氧化技术。

由于工业污水中的成分非常复杂、变化大、浓度及毒性高，如采用传统单一的预处理技术通常很难达到预期的目的，而且处理成本大，不经济。

发明内容

为了解决现有技术存在的上述问题，本发明提出一种工业废水组合预处理方法，该处理方法是一种高效清洁的废水处理方法，可有效去除水中的有毒、有害物质，且处理成本小。

本发明可通过以下技术方案予以解决：

一种工业废水组合预处理方法，包括以下步骤：

1）在窄脉冲高压电源作用下在臭氧发生管产生臭氧；

2）废水和所述产生的臭氧进行文丘里混合；

3）混合后的臭氧混合水和所述产生的臭氧再经过溶气混合泵进行第二次混合；

4）经过第二次混合得到的臭氧混合水到超声波发生器里进行超声波处理；

5）经过超声波处理的废水进入光解反应器进行光解反应；

6）光解反应后再进行臭氧催化和电氧化反应。

本发明所述超声波发生器为聚焦型；

所述臭氧催化过程中使用催化剂，且该催化剂为金属或金属氧化物；

所述臭氧催化和电氧化反应在一催化器里进行；

所述催化器的两侧设有电极。

由于采用以上技术方案，本发明的一种工业废水组合预处理方法具有以下有益效果：

1、适用性广：不受废水水质的限制，应用范围广，可用于各类含有机物工业废水的处理，特别适用于组分复杂、浓度变化大、一般常规方法难以处理的废水；

2、处理效果优异：既包括有机物被羟基自由基氧化分解的过程，又存在有吸附、絮凝沉淀与气浮等多种物理化学过程，可使废水得到比较彻底的处理，处理效率高，时间短，氧化反应瞬间完成，将有机物大分子氧化降解成小分子，再进一步分解为二氧化碳和水，污泥和浮渣量少，无二次污染，是一种清洁的水处理方法；

3、占地面积少，设备简单，操作管理方便，操作一般是在常温常压下进行。

4、投资省，运转费用较低，采用的电极与电能的消耗都很低；填料具有价格低、耐水力冲刷、自然耗损率低的特点。

本发明的方法已成功运用于制药、印染、制漆、电镀、皮革、垃圾渗漏液等废水的治理，在实际应用时，可根据不同的废水进行不同的配置，并组成一体化预处理装置，处理程序及操作简单，适用性强，运行成本低，效果好，是目前理想的高浓度工业废水预处理方法。

附图说明

图1是本发明的实施步骤图；

图2是本发明进行超声波处理示意图；

图3是本发明臭氧催化及电氧化反应示意图。

图中：1聚焦型超声波发生器，2聚焦换能头，3废水处理腔，4进水口，5出水口，6催化器，7催化剂，8电极，9电解电源，10臭氧混合水进口，11曝气气源

具体实施方式

下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明：

如图1所示，一种工业废水组合预处理方法，包括以下步骤：

1）在窄脉冲高压电源作用下在臭氧发生管产生臭氧；

2）废水和所述产生的臭氧进行文丘里混合；

5）经过超声波处理的废水进入光解反应器进行光解反应；

6）光解反应后再进行臭氧催化和电氧化反应。

本发明超声波发生器为聚焦型超声波发生器1；臭氧催化的过程中使用了催化剂7，且该催化剂7为金属或金属氧化物；臭氧催化和电氧化反应在一催化器6里进行；催化器6的两侧设有电极8。

结合图2所示，第二次混合得到的臭氧混合水从废水处理腔3的一端的进水口4进入废水处理腔3中，从废水处理腔3的另一端出水口出去，在上述出水口的旁边设有一聚焦型超声波发生器1，产生超声波作用于废水处理腔3内的臭氧混合水。该聚焦型超声波发生器1还包括一聚焦换能头2。

结合图3所示，臭氧混合水由催化器6的臭氧混合水进口10进入，在催化器6内使用了催化剂7，同时从催化器6上对应于设置有臭氧混合水进口10的另一侧设有曝气气源11，电极8在电解电源9的作用下开始电氧化反应。

本发明组合高级氧化技术和催化技术、电化学技术相结合的工艺。利用了先进的技术和工艺使得各种处理技术能很好地相融合，互相促进而达到最佳的处理效果。

组合高级氧化技术采用了臭氧+聚焦超声波+光解相结合工艺，克服了传统臭氧工艺的臭氧利用率低的缺点。废水和臭氧经混合装置充分混合后，臭氧气泡的直径最小只能达到几十微米，在水中的停留时间最大只有几十秒钟，臭氧的利用率及和水中有机物的反应时间较短，处理效果差。而采用本发明中专有的“聚焦超声波设备”借助于特殊的超声空化效应及其产生的物化作用来强化臭氧的分解，能使水中的臭氧气泡进行瞬间充分粉碎。使得臭氧气泡的直径最小达到几十纳米，臭氧和水的接触面积扩大数千倍甚至数万倍。而且，臭氧在水中的停留时间可达数十分钟，大大提高了水中有机物的氧化时间和效果。超声波对O3氧化能力的强化作用不只是两者的简单相加,而是质的飞跃。同时超声可把有毒有机物降解为比原来有机物毒性小甚至无毒的小分子，降解速度快，不会造成二次污染。

经过后续的光解处理，当臭氧被紫外光光照时，首先产生游离氧O·，O·与水反应生成·OH。UV辐射除了可诱发·OH产生外，还能产生其他激态物质和自由基，加速链反应，而这些激态物质和自由基在单一的臭氧氧化过程中是不会产生的。在中性或碱性溶液中，O₃/UV过程产生较少的过氧化氢和较多的自由基·OH。有紫外光照射时反应速率比无紫外光照射时提高了3-5倍多。

科学及实践证明单纯用臭氧的氧化能力无法很好地去除废水的有机物质，一方面要解决臭氧的充分利用，另一方面臭氧需经过催化来提高其去除率。本发明中，通过特殊混合方法使臭氧和废水充分融合，并通过装载金属氧化物和活性炭、氧化硅等载体的反应床进行催化氧化反应，不但延长臭氧在废水的氧化时间，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。

本发明可根据不同的工业废水的状态进行适当的调整配置或催化剂的配方，基本可满足不多数工业废水的预处理，COD的去除率一般都在80%以上。而且，为生化处理带来了很大的便利和可能，是一格通用性很好的方法。

臭氧和废水的融合，其臭氧气泡的直径最小只能达到几十微米，在水中的停留时间最大只有几十秒钟，臭氧的利用率及和水中有机物的反应时间较短，处理效果差，需经过超声波粉碎。传统的低功率密度的超声波应用到废水处理工艺中很难达到在线应用的效果，因传统应用于清洗行业中低功率密度的超声波无法在短时间内对废水中的臭氧微汽包进行粉碎，本发明采用了功率聚焦型超声波发生器1在线应用于废水处理中并取得了很好效果，可以在瞬间对废水中的臭氧气泡进行粉碎，并大幅度提高臭氧的氧化能力。而采用本发明中专有的“聚焦超声波设备”借助于特殊的超声空化效应及其产生的物化作用来强化臭氧的分解，能使水中的臭氧气泡进行瞬间充分粉碎。使得臭氧气泡的直径最小达到几十纳米，臭氧和水的接触面积扩大数千倍甚至数万倍。而且，臭氧在水中的停留时间可达数十分钟，大大提高了水中有机物的氧化时间和效果。超声波对O3氧化能力的强化作用不只是两者的简单相加,而是质的飞跃，如图2所示。

催化臭氧化技术是近年发展起来的一种新型的在常温常压下将那些难以用臭氧单独氧化或降解的有机物氧化的方法，同其他高级氧化技术(如O₃/H₂O₂、UV/O₃、UV/H₂O₂、UV/H₂O₂/O₃、TiO₂/UV和CWAO等)一样，也是利用反应过程中产生的大量强氧化性自由基(羟基自由基)来氧化分解水中的有机物从而达到水质净化。羟基自由基非常活泼，与大多数有机物反应时速率常数通常为106～109M^-1·s^-1。催化臭氧化对水中有机物去除率较单独吸附和单独臭氧化之和还要高很多，而且消耗的臭氧量也大为减少。臭氧催化技术的主要关键是催化剂及载体的选择，需根据不同的废水成份及PH制选择不同的催化剂配方。一些贵金属是较理想的选择对象，但大都成本太高。本发明中选择了一般低成本的金属及金属氧化物作为催化剂，选用活性炭、氧化硅等作为载体，效果也很理想。

在臭氧催化氧化的同时，在催化剂反应床增加反应电极，以催化剂一起形成三维氧化反应床。催化剂粒子在电场中形成无数个电极粒子，大幅度促进臭氧的氧化反应。在反应过程中产生了羟基自由基，羟基自由基是使有机物键断裂的主要原因。羟基自由基对有机物的氧化作用具有广谱性，与有机物的反应速度常数在108～109摩尔/秒之间。·OH自由基的电子亲和能为569.3千焦，容易攻击高电子云密度的有机分子部位，形成易进一步氧化的中间产物。因此，去除废水中各种不同类型的有机污染物，羟基自由基显然是极佳的氧化剂。羟基自由基能量极高，且极不稳定，它能极快地与有机物反应，破坏其化学键，是极强的氧化剂，常将有机物矿化为二氧化碳和水。臭氧催化及电氧化催化器如图3所示。

但是，上述的具体实施方式只是示例性的，是为了更好的使本领域技术人员能够理解本专利，不能理解为是对本专利包括范围的限制；只要是根据本专利所揭示精神的所作的任何等同变更或修饰，均落入本专利包括的范围。

Claims

1.一种工业废水组合预处理方法，其特征在于包括以下步骤：

1）在窄脉冲高压电源作用下在臭氧发生管产生臭氧；

2）废水和所述产生的臭氧进行文丘里混合；

5）经过超声波处理的废水进入光解反应器进行光解反应；

6）光解反应后再进行臭氧催化和电氧化反应。

2.根据权利要求1所述的一种工业废水组合预处理方法，其特征在于：

所述超声波发生器为聚焦型。

3.根据权利要求1或2所述的一种工业废水组合预处理方法，其特征在于：所述臭氧催化过程中使用催化剂，且该催化剂为金属或金属氧化物。

4.根据权利要求3所述的一种工业废水组合预处理方法，其特征在于：

所述臭氧催化和电氧化反应在一催化器里进行。

5.根据权利要求4所述一种工业废水组合预处理方法，其特征在于：所述催化器的两侧设有电极。