CN104817215A

CN104817215A - 一种废水臭氧光催化深度处理工艺及处理设备

Info

Publication number: CN104817215A
Application number: CN201510172292.1A
Authority: CN
Inventors: 汪宏梅; 王汝南
Original assignee: Nanjing Mai Get Wen Environmental Protection Technology Co Ltd
Current assignee: Nanjing Mai Get Wen Environmental Protection Technology Co Ltd
Priority date: 2015-04-13
Filing date: 2015-04-13
Publication date: 2015-08-05

Abstract

本发明公开了一种废水臭氧光催化深度处理工艺及处理设备，涉及有机废水处理技术领域。该处理工艺首先通过混合器将经过前置过滤后的废水与臭氧/氧气气体混合物混合，然后进入光催化反应器，之后进入浸没式超滤膜过滤器实现光催化剂和达标废水的分离，分离出的光催化剂与新的废水混合，进行新一轮处理。本发明解决了以往的废水臭氧光催化深度处理工艺及处理设备的膜表面污染严重，催化剂利用率低的问题。

Description

一种废水臭氧光催化深度处理工艺及处理设备

技术领域

本发明涉及有机废水处理技术领域，尤其涉及一种废水臭氧光催化深度处理工艺及处理设备。

背景技术

随着工业的发展，难降解的有机废水日益增多，这些有机废水若不经过处理，会对环境造成巨大的危害。

目前，深度氧化技术通过反应产生极具氧化性的羟基自由基(·OH)，将废水中的有机物分解转化为二氧化碳和水等无害物质。该技术具有反应时间短、反应过程易于控制等特点。

由于通常采用单一的氧化处理工艺往往还不能取得理想的效果，因此在研究和应用中，常常将多种氧化工艺联合起来，以产生更多的羟基自由基(·OH)，以提高系统对难降解的有机废水的氧化降解能力。

国内外围绕臭氧催化氧化技术进行了大量的研究，但由于臭氧不能进一步降解高稳定性有机物，因而人们将臭氧与其他工艺相结合弥补臭氧氧化的不足。研究表明，光催化技术对有机物具有广泛的适用性，可取得良好的处理效果。采用光催化可降解绝大多数的有机污染物和无机污染物，处理效率高，能耗少，易操作，对于一些难以生物处理的废水，采用光催化技术进行前处理后，其可生化性得到提高。

近年来，光催化与臭氧氧化耦合应用成为一种更有效的处理技术。臭氧氧化和光催化耦合应用时，一方面不仅使得反应体系迅速生成氧化性更强的羟基自由基(·OH)，短时间内即具有更强的协同氧化能力，降低了处理成本；另一方面不产生二次污染等问题。相同投加剂量条件下，其处理能力较单独光催化或单独臭氧氧化时显著增强，且可减少副产物的生成。

但现有非均相光催化反应器在实际应用过程中，面临催化剂的分离与回收问题。由于纳米级催化剂的浓度较高，在反应过程中易团聚，导致催化剂表面活性位点的流失，进而影响光催化效率。现有光催化工艺主要采用陶瓷膜分离技术回收催化剂，但由于陶瓷膜投资及操作成本较高，而且对纳米级催化剂的分离通量较低，膜污染现象严重。

发明内容

本发明的目的在于提出一种废水臭氧光催化深度处理工艺及处理设备，能有效减轻膜表面污染，有效解决光催化剂的流失和回收问题，工艺简单，处理效果好，成本低。

为了实现本发明的目的，本发明第一方面提供了一种废水臭氧光催化深度处理工艺，包括以下步骤：

A、废水经过前置过滤器过滤；

B、过滤后的废水与浸没式超滤膜过滤器中的催化剂悬浮液混合；

C、混合后的废水通过混合器，并向所述混合器中加入臭氧/氧气气体混合物；

D、离开混合器的废水进入光催化反应器中；

E、离开光催化反应器的废水进入浸没式超滤膜过滤器中，透过浸没式超滤膜组件的水为达标废水，将未透过浸没式超滤膜组件的含有催化剂的浓水排出并与经上述步骤A处理后的废水混合后，返回到上述步骤B。

进一步，所述步骤E的离开光催化反应器的废水在浸没式超滤膜过滤器中停留时间为1-2h。

进一步，所述步骤E中浸没式超滤膜过滤器的液位高于所述浸没式超滤膜组件0.5-2m。

进一步，所述废水的流速为2-5m/s。

为实现本发明的目的，本发明第二方面提供了一种废水臭氧光催化深度处理设备，该设备按照废水的流向依次包括以下部件：

前置过滤器，用于过滤废水中的杂质；

混合器，用于将含催化剂的废水与臭氧/氧气气体混合物混合；

光催化反应器，用于对离开混合器的废水进行光催化反应；

浸没式超滤膜过滤器，其内设有至少一个浸没式超滤膜组件，且其至少具有进水口、达标废水出口、浓水出口；

在所述前置过滤器与混合器之间设有第一液体输送泵，所述第一液体输送泵的进液端与所述浸没式超滤膜过滤器的浓水出口和前置过滤器的出口相连，所述第一液体输送泵的出液端与所述混合器的入口相连，用于实现催化剂的循环使用。

进一步，还包括第二液体输送泵，所述第二液体输送泵与所述浸没式超滤膜过滤器的达标废水出口相连。

进一步，所述浸没式超滤膜过滤器还包括微孔曝气管，用于对浸没式超滤膜组件分离出的光催化剂进行分散。

进一步，所述浸没式超滤膜组件为中空纤维膜，其过滤精度为10-20nm，其材质为聚偏氟乙烯。

进一步，所述浸没式超滤膜过滤器为密闭容器，其顶部设有臭氧尾气破坏器。

进一步，所述光催化反应器中具有光催化剂。

本发明的有益效果有：

(1)、本发明通过采用浸没式超滤膜过滤器取代以往的陶瓷膜过滤器，有效减轻了膜表面污染，有效解决光催化剂的流失和回收问题，尤其对于使用高浓度纳米级催化剂的工艺，能保证在较低能耗的条件下，维持较高的膜通量。

(2)、本发明提出的废水臭氧光催化深度处理工艺通过采用催化剂的循环使用，更节约资源和成本。

(3)、本发明提出的工艺、设备都简单，成本低。

附图说明

图1是本发明实施例提供的一种废水臭氧光催化深度处理设备的结构示意图。

图中，1、前置过滤器；2、浸没式超滤膜过滤器；3、混合器；4、光催化反应器；5、浸没式超滤膜组件；6、进水口；7、达标废水出口；8、浓水出口；9、第一液体输送泵；10、第二液体输送泵；11、微孔曝气管；12、臭氧尾气破坏器；13、臭氧入口；14、空气入口。

具体实施方式

下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。

如图1所示，一种废水臭氧光催化深度处理设备，按照废水的流向依次包括前置过滤器1、混合器3、光催化反应器4、浸没式超滤膜过滤器2，浸没式超滤膜过滤器2内设有至少一个浸没式超滤膜组件5，且其至少具有进水口6、达标废水出口7、浓水出口8，在前置过滤器1与混合器3之间设有第一液体输送泵9，第一液体输送泵9的进液端与浸没式超滤膜过滤器2的浓水出口8和前置过滤器1的出口相连，第一液体输送泵9的出液端与混合器3的入口相连，用于实现催化剂的循环使用。

本实施例中，处理设备还包括第二液体输送泵10，第二液体输送泵10与浸没式超滤膜过滤器2的达标废水出口7相连，浸没式超滤膜过滤器2还包括微孔曝气管11，其设有空气入口14，用于对浸没式超滤膜组件5分离出的光催化剂进行分散。

前置过滤器1采用外压式微滤器或砂滤器，去除废水中的杂质。

浸没式超滤膜组件5为中空纤维膜，其材质为聚偏氟乙烯，使浸没式超滤膜组件5具有优良的耐化学腐蚀性、耐氧化性以及耐冲击性能。

浸没式超滤膜过滤器2为采用304不锈钢、316L不锈钢或钛制造的密闭容器，其顶部设有臭氧尾气破坏器12，臭氧尾气破坏器12有效防止臭氧尾气进入空气中。

第一输送泵9和第二输送泵10采用真空泵或抽吸泵均可。

光催化反应器4中设置有光催化剂。

本实施例提出的废水臭氧光催化深度处理设备的工作过程为：

首次通入废水时，废水经过前置过滤器1过滤处理后经过第一液体输送泵9进入混合器3中，臭氧/氧气气体混合物通过臭氧入口13进入混合器3中，从混合器3中出来的废水进入光催化反应器4中与催化器溶液进行光催化反应，经过光催化反应后的废水从进水口6进入浸没式超滤膜过滤器2，由于第二液体输送泵10的作用，废水透过浸没式超滤膜组件5，分离出光催化剂和达标废水，光催化剂通过位于浸没式超滤膜过滤器2下部的微孔曝气管11分散后从浓水出口8流出，再通过第一液体输送泵9的作用与新的废水混合循环。

实施例1：

采用上述废水臭氧光催化深度处理设备处理的电站废水，其水质分析如表1所示，本实施例中，废水的流速为2m/s，离开光催化反应器4的废水在浸没式超滤膜过滤器2中停留时间为1h，浸没式超滤膜过滤器2的液位高于所述浸没式超滤膜组件5为0.5m，浸没式超滤膜组件5采用过滤精度为10nm的中空纤维膜，表2给出了对本实施例的电站废水分别采用O3氧化，UV催化和UV/O3催化进行处理的结果。

表1 电站废水水质分析

水质指标	分析结果
		pH	6-8
电导率	760-1210μs/cm
		TOC	70.2-85.3mg/L
COD	210-250mg/L

表2 电站废水处理结果

从表2可以看出，O₃氧化、UV催化和UV/O₃催化对废水COD的去除率分别为31％、34％、60％，而当超滤膜技术、臭氧氧化技术与紫外光催化技术耦合应用时，对废水COD的去除率达到74％，与常规处理工艺相比，对废水中COD的去除率至少增加50％。

实施例2：

采用上述废水臭氧光催化深度处理设备处理的炼焦煤气废水，其水质分析如表3所示，本实施例中，废水的流速为3.5m/s，离开光催化反应器4的废水在浸没式超滤膜过滤器2中停留时间为1.5h，浸没式超滤膜过滤器2的液位高于所述浸没式超滤膜组件5为1m，浸没式超滤膜组件5采用过滤精度为15nm的中空纤维膜，表4给出了对本实施例的炼焦煤气废水分别采用O₃氧化，UV催化和UV/O₃催化进行处理的结果。

表3 炼焦煤气废水水质分析

水质指标	分析结果
		pH	9-12
电导率	1200-1500μs/cm
		TOC	75.2-95mg/L
COD	230-280mg/L

表4 炼焦煤气废水处理结果

从表4可以看出，O₃氧化、UV催化和UV/O₃催化对废水COD的去除率分别为32％、37％、55％，而当超滤膜技术、臭氧氧化技术与紫外光催化技术耦合应用时，对废水COD的去除率达到77％，废水中COD的去除率是常规处理工艺的2倍。

实施例3：

采用上述废水臭氧光催化深度处理设备处理的制革废水，其水质分析如表5所示，本实施例中，废水的流速为5m/s，离开光催化反应器4的废水在浸没式超滤膜过滤器2中停留时间为2h，浸没式超滤膜过滤器2的液位高于所述浸没式超滤膜组件5为2m，浸没式超滤膜组件5采用过滤精度为20nm的中空纤维膜，表6给出了对本实施例的制革废水分别采用O₃氧化，UV催化和UV/O₃催化进行处理的结果。

表5 制革废水水质分析

水质指标	分析结果
		pH	8-12
电导率	1300-1650μs/cm
		TOC	90.2-115.2mg/L
COD	290-330mg/L

表6 制革废水处理结果

从表6可以看出，O₃氧化、UV催化和UV/O₃催化对废水COD的去除率分别为19％、22％、48％，而当超滤膜技术、臭氧氧化技术与紫外光催化技术耦合应用时，对废水COD的去除率达到68％，与常规处理工艺相比，对废水中COD的去除率至少增加70％。

本发明通过将超滤膜技术、臭氧氧化与紫外光催化技术耦合应用，实现深度氧化技术与超滤膜分离技术的协同作用。

与常规处理工艺相比，臭氧与光催化技术联合使用的协同效果显著高于臭氧氧化或光催化单独使用的效果，对废水中COD的去除率提高到了77％，与常规处理工艺相比，对废水中COD的去除率至少增加50％以上。并且，该设备通过采用浸没式超滤膜过滤器和使光催化剂循环的回路，不但能够有效解决臭氧光催化技术中光催化剂的流失和回收的难题，还使光催化剂的利用率高于60％，与现有设备相比，工艺简单、处理成本低。

显然，本发明的上述实施例仅仅是为了清楚说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims

1.一种废水臭氧光催化深度处理工艺，其特征在于，包括以下步骤：

A、废水经过前置过滤器(1)过滤；

B、过滤后的废水与浸没式超滤膜过滤器(2)中的催化剂悬浮液混合；

C、混合后的废水通过混合器(3)，并向所述混合器(3)中加入臭氧/氧气气体混合物；

D、离开混合器(3)的废水进入光催化反应器(4)中；

E、离开光催化反应器(4)的废水进入浸没式超滤膜过滤器(2)中，透过浸没式超滤膜组件(5)的水为达标废水，将未透过浸没式超滤膜组件(5)的含有催化剂的浓水排出并与经上述步骤A处理后的废水混合后，返回到上述步骤B。

2.如权利要求1所述的一种废水臭氧光催化深度处理工艺，其特征在于，所述步骤E的离开光催化反应器(4)的废水在浸没式超滤膜过滤器(2)中停留时间为1-2h。

3.如权利要求1所述的一种废水臭氧光催化深度处理工艺，其特征在于，所述步骤E中浸没式超滤膜过滤器(2)的液位高于所述浸没式超滤膜组件(5)0.5-2m。

4.如权利要求1所述的一种废水臭氧光催化深度处理工艺，其特征在于，所述废水的流速为2-5m/s。

5.一种废水臭氧光催化深度处理设备，其特征在于，该设备按照废水的流向依次包括：

前置过滤器(1)，用于过滤废水中的杂质；

混合器(3)，用于将含催化剂的废水与臭氧/氧气气体混合物混合；

光催化反应器(4)，用于对离开混合器的废水进行光催化反应；

浸没式超滤膜过滤器(2)，其内设有至少一个浸没式超滤膜组件(5)，且其至少具有进水口(6)、达标废水出口(7)、浓水出口(8)；

在所述前置过滤器(1)与混合器(3)之间设有第一液体输送泵(9)，所述第一液体输送泵(9)的进液端与所述浸没式超滤膜过滤器(2)的浓水出口(8)和前置过滤器(1)的出口相连，所述第一液体输送泵(9)的出液端与所述混合器(3)的入口相连，用于实现催化剂的循环使用。

6.如权利要求5所述的一种废水臭氧光催化深度处理设备，其特征在于，还包括第二液体输送泵(10)，所述第二液体输送泵(10)与所述浸没式超滤膜过滤器(2)的达标废水出口(7)相连。

7.如权利要求5所述的一种废水臭氧光催化深度处理设备，其特征在于，所述浸没式超滤膜过滤器(2)还包括微孔曝气管(11)，用于对浸没式超滤膜组件(5)分离出的光催化剂进行分散。

8.如权利要求5所述的一种废水臭氧光催化深度处理设备，其特征在于，所述浸没式超滤膜组件(5)为中空纤维膜，其过滤精度为10-20nm，其材质为聚偏氟乙烯。

9.如权利要求5所述的一种废水臭氧光催化深度处理设备，其特征在于，所述浸没式超滤膜过滤器(2)为密闭容器，其顶部设有臭氧尾气破坏器(12)。

10.如权利要求5所述的一种废水臭氧光催化深度处理设备，其特征在于，所述光催化反应器(4)中具有光催化剂。