CN103043774A - 一种催化湿式氧化处理高浓度cod废水的装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及环境保护有机废水处理技术领域，具体涉及一种催化湿式氧化处理高浓度COD废水的装置及方法，其特征在于，以过渡金属盐作为反应催化剂，在反应体系中采用气液混合器，实现氧化性气体的循环利用，反应在温度110～150℃和氧气分压0.25～1MPa下进行，反应时间1.5~2.5小时，氧气与污水在标准状态下体积比为（10～15）∶1，催化剂的投加量按过渡金属离子摩尔数与污水体积之比为0.006～0.06mol/L。所述过渡金属盐为硫酸铜、硫酸高铁、硫酸亚铁、硫酸锰或醋酸钴中的一种。与现有技术相比，本发明的优点是：反应条件温和，反应温度降低，气体分压下降，污水COD去除率可达到90%以上。

Description

一种催化湿式氧化处理高浓度COD废水的装置及方法
技术领域
本发明涉及环境保护有机废水处理技术领域，具体涉及一种催化湿式氧化处理高浓度COD废水的装置及方法。
背景技术
随着石油化工、造纸、印染、制药等工业大迅速发展，废水中难降解有机化合物种类日益繁多，使得这些废水呈现出污染物种类多、结构复杂、COD浓度高、毒性大、难生物降解成分多等特点，对人类健康和自然界的生态系统形成巨大威胁。因此，这类高浓度工业有机废水的净化处理问题已成为国内外环保领域中的难题之一，越来越受到人们的关注。按照党中央、国务院要求，“十二五”期间化学需氧量总量按指标削减是必须完成的约束性指标，必须千方百计确保完成。在这样一种社会历史环境下，开发一种新技术处理高浓度难降解有机废水具有十分重要的意义。
催化湿式氧化技术（Catalytic Wet Oxidation）对于许多高浓度、生物难降解的污染物有着很好的处理效果。该技术与其它传统化学氧化处理废水技术相比，具有效率高、无二次污染等突出的优点。但该技术存在的最大问题是：氧化反应条件要求苛刻，必须在高温（150-350℃）和高压（2-25Mpa）条件下进行，并且目前大多数的实验研究都采用高压反应釜作为反应器，通过机械搅拌桨或是磁力搅拌实现气液混合，很难真正实现气液充分混合，同时也导致在降低温度压力情况下无法达到较高的去除率，COD去除率仅能达到60%左右，这些都使得该项技术的应用和推广受到了极大地限制。因此，如何降低工艺要求，促使反应可以在温和条件下实现同时保证较高的处理效率显得尤为重要。
发明内容
本发明的目的在于提供一种催化湿式氧化处理高浓度COD废水的装置及方法，克服现有技术的不足，解决催化湿式氧化反应条件苛刻的问题，使反应得以在较温和工况条件下实现，同时进一步提高污染物处理效率。
为实现上述目的，本发明是通过以下技术方案实现的：
一种催化湿式氧化处理高浓度COD废水的装置，包括反应器、氧气源、减速阀和温控器，在反应器的一侧设有气液混合器，反应器的底部通过管路与磁力泵入口相连，磁力泵出口经管路与气液混合器的进水口相连，氧气源经管路与气液混合器的进气口相连，气液混合器的出口与反应器的循环口相连。
所述反应器顶端设有气体返回通道。
一种催化湿式氧化处理高浓度COD废水的方法，以过渡金属盐作为反应催化剂，在反应体系中采用气液混合器，实现氧化性气体的循环利用，反应在温度110～150℃和氧气分压0.25～1MPa下进行，反应时间1.5～2.5小时，氧气与污水在标准状态下体积比为（10～15）∶1，催化剂的投加量按过渡金属离子摩尔数与污水体积之比为0.006～0.06mol/L。
所述过渡金属盐为硫酸铜、硫酸高铁、硫酸亚铁、硫酸锰或醋酸钴中的一种。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：1）通过在反应体系内增加气液混合器，使得污水和氧化性气体得到充分混合，并且实现了气体的循环利用，同时使反应条件趋于温和，反应温度降低至110～150℃，气体分压下降至0.25～1MPa，污水COD去除率可达到90%以上。
2）能有效地对石油化工以及制药等行业排放的高浓度、难降解、有毒有害废水进行无害化处理，本发明对于早日实现催化湿式氧化处理废水的工业化具有非常重要的意义，具备良好的市场前景。
附图说明
图1是本发明废水处理装置实施例结构示意图。
图中：1-氧气源  2-减速阀  3-压力表  4-温控器  5-流量计  6-磁力泵  7-加热装置  8-气液混合器  9-反应器10-气体返回通道
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明：
如图1，是本发明一种催化湿式氧化处理高浓度COD废水的装置实施例结构示意图，包括反应器9、氧气源1、减速阀2和温控器4，在反应器9的一侧设有气液混合器8，反应器9的底部通过管路与磁力泵6入口相连，磁力泵6出口经管路与气液混合器8的进水口相连，氧气源1经管路与气液混合器8的进气口相连，气液混合器8的出口与反应器9的循环口相连。反应器9、磁力泵6入口管路及气液混合器8与反应器9的循环口之间的管路上分别设有加热装置7。
废水通过磁力泵6在反应体系中循环，氧气与废水通过气液混合器8充分混合，反应温度通过加热装置7和温控器4来保证，氧气分压由减速阀2及压力表3控制，反应器9顶端设有气体返回通道10，返回到气液混合器可以实现氧气的循环利用，氧气循环量由流量计5显示。
本发明一种催化湿式氧化处理高浓度COD废水的方法，以过渡金属盐作为反应催化剂，在反应体系中采用气液混合器，实现氧化性气体的循环利用，反应在温度110～150℃和氧气分压0.25～1MPa下进行，反应时间1.5～2.5小时，氧气与污水在标准状态下体积比为（10～15）∶1，催化剂的投加量按过渡金属离子摩尔数与污水体积之比为0.006～0.06mol/L。所述过渡金属盐为硫酸铜、硫酸高铁、硫酸亚铁、硫酸锰或醋酸钴中的一种。
实施例1
利用催化湿式氧化技术处理高浓度COD废水，废水COD值为17000mg/L，反应温度150℃，氧气分压为1Mpa，气液原料标准状态下体积比为15∶1的条件下，采用硫酸高铁作为催化剂，以Fe3+计算其催化剂投加量为0.006mol/L。
具体操作步骤是：1）将催化剂完全溶解于废水中后由反应器顶端加入，启动磁力泵使废水在反应装置中开始循环，然后通过减速阀控制，向反应体系中通入氧气，当整个体系内氧气分压为1Mpa时，停止通氧，启动加热装置以及温控器，保证体系内温度达到150℃，停止升温并且维持反应温度，同时开始计时正式反应1.5h；
2）采用COD快速测定仪（连华科技5B-3C型）对反应1.5h后的样品进行分析测定，结果表明，处理后出水COD为430 mg/L，其去除率可达到97.32%，处理后废水的BOD5/CODcr从0.19提高到0.91，从而表明经过本发明处理后的废水极其容易配合生化处理技术或者其他深度处理技术从而实现水资源的循环利用。
实施例2
利用催化湿式氧化技术处理高浓度COD废水试验中，废水COD值为17000mg/L，反应温度130℃，氧气分压0.5Mpa，气液原料标准状态下体积比为10∶1的条件下，采用硫酸铜作为催化剂，按Cu2+计算其催化剂投加量为0.06 mol /L。处理方法与实施例1相同， 结果表明，经过1.5h后出水COD为870 mg/L，去除率达到94.88%，并且其BOD5/CODcr从0.19提高到0.8。
实施例3
利用催化湿式氧化技术处理高浓度COD废水试验中，废水COD值为17000mg/L，反应温度110℃，氧气分压0.25Mpa，气液原料标准状态下体积比为12∶1的条件下，采用硫酸锰作为催化剂，以Mn2+计算其催化剂投加量为0.05 mol /L。处理方法与实施例1相同， 结果表明，经过2.5h后出水COD为978 mg/L，去除率达到93.57%，并且其BOD5/CODcr从0.19提高到0.74。
实施例4
利用催化湿式氧化技术处理高浓度COD废水试验中，废水COD值为17000mg/L，反应温度150℃，氧气分压1Mpa，气液原料标准状态下体积比为13∶1的条件下，采用硫酸亚铁作为催化剂，按Fe2+计算其催化剂投加量为0.02 mol /L。处理方法与实施例1相同， 结果表明，经过1.5h后出水COD为1068 mg/L，去除率达到93.49%，并且其BOD5/CODcr从0.19提高到0.7。
实施例5
利用催化湿式氧化技术处理高浓度COD废水试验中，废水COD值为17000mg/L，反应温度150℃，氧气分压1Mpa，气液原料标准状态下体积比为14∶1的条件下，采用醋酸钴作为催化剂，按Co2+计算其催化剂投加量为0.04 mol /L。处理方法与实施例1相同，结果表明，经过2h后出水COD为2000 mg/L，去除率达到90.39%，并且其BOD5/CODcr从0.19提高到0.67。

Claims (4)

1.一种催化湿式氧化处理高浓度COD废水的装置，包括反应器、氧气源、减速阀和温控器，其特征在于，在反应器的一侧设有气液混合器，反应器的底部通过管路与磁力泵入口相连，磁力泵出口经管路与气液混合器的进水口相连，氧气源经管路与气液混合器的进气口相连，气液混合器的出口与反应器的循环口相连。
2.根据权利要求1所述一种催化湿式氧化处理高浓度COD废水的装置，其特征在于，所述反应器顶端设有气体返回通道。
3.一种催化湿式氧化处理高浓度COD废水的方法，其特征在于，以过渡金属盐作为反应催化剂，在反应体系中采用气液混合器，实现氧化性气体的循环利用，反应在温度110～150℃和氧气分压0.25～1MPa下进行，反应时间1.5～2.5小时，氧气与污水在标准状态下体积比为（10～15）∶1，催化剂的投加量按过渡金属离子摩尔数与污水体积之比为0.006～0.06mol/L。
4.根据权利要求1所述一种催化湿式氧化处理高浓度COD废水的方法，其特征在于，所述过渡金属盐为硫酸铜、硫酸高铁、硫酸亚铁、硫酸锰或醋酸钴中的一种。
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