CN105347543A - 一种难降解钢铁废水的光催化-臭氧联用处理技术 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种难降解钢铁废水的光催化-臭氧联用处理技术，用于处理高COD浓度的难降解废水问题，先将钢铁废水通过光催化反应装置，调节蠕动泵流速，控制循环水进出水流速，对钢铁废水进行初步降解；待光催化反应结束后，将钢铁废水通过过滤器，去除光催化剂颗粒；将初步处理后的钢铁废水通过装有高效臭氧催化剂的臭氧催化塔中，调节流量和控制曝气时间，对其进行深度降解；反应结束后，最后将钢铁废水排出。本方法操作工艺简单，不仅可以用于钢铁工业废水的处理，还可用于其他工业废水以及受污染的自然水体的处理，具有较大的推广应用价值。

Description

一种难降解钢铁废水的光催化-臭氧联用处理技术
技术领域
本发明涉及一种难降解钢铁废水的光催化-臭氧联用处理技术，可以解决有机物含量高、COD浓度高等难降解水污染问题，用于污水处理领域。
背景技术
钢铁工业是国民经济的重要基础产业，是国家经济水平和综合国力的重要标志。我国是钢铁生产和消费大国，为了满足各行业对用钢的需求，冷轧带钢表面处理也逐步增加了冷轧板处理种类，例如酸洗板、热镀锌板、电镀锡板、彩涂板，而且随着深加工的要求，这每类钢板的表面处理工艺也越发复杂化，极易导致经处理后废水COD超标，对环境造成了极大的危害，严重影响着我们的经济和社会活动。随着我国钢铁工业的发展与近年来结构性调整和末端治理技术的应用，已经无法适应新形势下钢铁工业环境保护要求。为此，我国政府对企业排污也提出了更高的要求，除了化学需氧量（CODcr)外，还增加了多项指标控制，减少工业水污染排放更是其中的重中之重，这就要求企业积极推行工业废水深度处理和回用技术。
目前，国内外有关去除钢铁废水中有机污染物的方法也有不少，大部分企业是采用传统的处理技术，如生化降解、混凝沉淀、气浮、过滤等，但因钢铁工业废水的成分复杂，经传统工艺处理后的水不能有效去除其中的有机污染物，无法达到国家排放标准，限制了回用的范围。因此，针对企业排污水的水质状况，开发工艺简单、成本低廉的深度处理技术，可以更好地解决污水处理现存问题，从而拓展污水回用的深度与广度。姚建华（姚建华，魏宏斌，陈良才，章建科，陈辉洋.臭氧/生物活性炭工艺深度处理焦化废水中试[J].中国给水排水，2010,26（5）：109-111）等利用臭氧/生物活性炭联用技术对焦化废水进行处理，取得了良好的效果。吴高明（吴高明，胡智泉，王剑，刘汉杰，严刚.人工湿地技术深度处理冷轧乳化液废水的可行性分析[J].工业水处理，2009，29（7）：11-14）等人利用生物/生态联用处理技术对乳化液废水进行处理降解，可以有效提高废水中COD的去除率，出水水质稳定。王建兵公开了一种催化臭氧氧化-陶瓷膜过滤深度处理焦化废水的系统，通过催化臭氧氧化和陶瓷膜分离的联用实现了粉末催化剂在动态反应器中的应用，实现了焦化废水深度处理后的出水COD、色度和浊度达标等目的。上述这些方法相较于单一的处理方式可以有效提高废水中有机物的催化效率，提供了新型的水处理技术，但是在水处理的实际应用中，不可避免地存在运行成本高、COD去除率无法达到国家排放标准等问题，从而在实际应用中埋下隐患。为了克服这些问题，需要探求更为合适的处理技术，不断提高处理效率，优先利用自然界丰富的再生资源，降低染料废水的处理成本，进一步提高联用技术的处理效果。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种新型的光催化与臭氧催化氧化联用技术来处理难降解有机物污染废水，提高COD的去除效率，最大限度地降低能耗，节约材料成本和运行成本。
本发明在具有可见光催化活性的TiO2基半导体光催化剂和高效臭氧催化剂的共同作用下对钢铁废水进行处理，并且在光照1h，臭氧催化氧化处理30min后，钢铁废水的COD去除率达到70%以上。
一种难降解钢铁废水的光催化-臭氧联用处理技术，用于处理高COD浓度的难降解废水问题，其特征在于，包括以下步骤：
（1）先将钢铁废水通过光催化反应装置，调节蠕动泵流速，控制循环水进出水流速，对钢铁废水进行初步降解；
（2）待光催化反应结束后，将钢铁废水通过过滤器，去除光催化剂颗粒；
（3）将初步处理后的钢铁废水通过装有高效臭氧催化剂的臭氧催化塔中，调节流量和控制曝气时间，对其进行深度降解；
（4）反应结束后，最后将钢铁废水排出。
所述的光催化剂为高催化活性的TiO2基半导体材料，且光催化反应装置的蠕动泵流速控制在40-60rpm。
所述的高效臭氧催化剂是以Mn-Fe-Ce系、Mn-Co-Ce系等三元材料为主要成分的负载型臭氧催化剂；臭氧流量和曝气时间分别控制在3-6g/h和10-30min。
所述的光催化反应中的光源为太阳光，臭氧发生器是利用空气来制取臭氧的装置。
所述的光催化-臭氧联用技术是先利用光催化材料对废水进行光催化氧化过程，再通过臭氧催化剂进行臭氧催化氧化处理。
钢铁废水的处理是在常温常压下进行的，光催化物理吸附处理时间为30min-1h，臭氧曝气时间为10-30min。
本发明中所使用的光催化剂为高催化活性的TiO2基半导体材料，高效臭氧催化剂是以Mn-Fe-Ce系、Mn-Co-Ce系等三元材料为主要成分的负载型臭氧催化剂。
光催化剂性能评价在石英管中进行，向100mL钢铁废水中加入光催化剂，催化剂用量为1g/L，太阳光照射下催化降解1h后，测定钢铁废水催化前后的COD值；臭氧催化氧化的评价在臭氧催化塔中进行，将经光催化处理后的钢铁废水中投入负载型臭氧催化剂，经臭氧曝气30min后，测定最终出水的COD值，从而计算出最终的COD去除率。经光催化氧化与臭氧催化氧化联用技术处理后的钢铁废水的COD去除率达到70%以上。
本发明具有如下优点：
（1）本发明提出的光催化与臭氧联用技术来处理难降解钢铁废水，通过利用臭氧催化和光催化的协同作用来增强光催化技术的氧化能力，降低臭氧用量，提高废水的COD的去除率，最大限度地降低能耗，节约成本。
（2）本发明提出的光催化与臭氧联用技术在对难降解钢铁废水的COD去除率达到70%以上，具有良好的催化降解效果，解决了高浓度有机废水催化效率低，出水无法达到国家排放标准等难题。
（3）本发明的复合工艺，是先利用具有良好可见光催化活性的光催化材料对废水进行光催化氧化，直接利用太阳光进行降解，不仅提高了光能利用率，同时也有效地节约了成本，有效地提高了光催化效率；其次，再通过臭氧催化剂进行臭氧催化氧化处理，选择的三元负载型臭氧催化剂不仅使用寿命长，而且催化效率高，进一步解决了光催化剂失活以及降解效果不佳的问题。同时，利用光催化与臭氧联用时产生了更多的强氧化剂羟基自由基，使得与钢铁废水中的有机物降解更为彻底，且臭氧的利用率也得到提高，能有效缩短降解时间。
（3）本发明的光催化-臭氧催化氧化联用技术不仅可以用于钢铁工业废水的处理，还可用于其他工业废水以及受污染的自然水体的处理，具有较大的推广应用价值。
本发明利用光催化与臭氧催化的协同作用产生更多的强氧化剂羟基自由基，增强光催化技术的氧化能力，降低臭氧用量，使得与钢铁废水中的有机物降解更为彻底，提高废水的COD的去除率；同时，臭氧的利用率也得到提高，能有效缩短降解时间，最大限度地降低能耗，节约成本。在具有可见光催化活性的TiO2基半导体光催化剂和具有三元负载型臭氧催化剂的共同作用下对钢铁工业废水进行降解处理，光照1h，臭氧曝气处理30min后，废水的COD去除率达到70%以上。本方法操作工艺简单，不仅可以用于钢铁工业废水的处理，还可用于其他工业废水以及受污染的自然水体的处理，具有较大的推广应用价值。
具体实施方式
通过实施例，对本发明做进一步的说明。
实施例1：
首先，采用具有可见光催化活性的Bi2WO6/(C,N,B)-TiO2复合半导体材料作为光催化剂，对100mL某钢铁产的冷轧生化废水进行光催化氧化处理，调节蠕动泵流速至60rpm，对钢铁废水进行初步降解；反应结束后，过滤。然后，废水经装有负载型Mn-Fe-Ce三元臭氧催化剂催化塔中，调节流量和控制曝气时间为6g/h和10min，对其进行深度降解，最终测得钢铁废水的COD去除率达到62.1%。
实施例2：
首先，采用具有可见光催化活性的Bi2WO6/(C,N,B)-TiO2复合半导体材料作为光催化剂，对100mL某钢铁产的冷轧生化废水进行光催化氧化处理，调节蠕动泵流速至60rpm，对钢铁废水进行初步降解；反应结束后，过滤。然后，废水经装有负载型Mn-Co-Ce三元臭氧催化剂的催化塔中，调节流量和控制曝气时间为6g/h和30min，对其进行深度降解，最终测得钢铁废水的COD去除率达到72.9%。
实施例3：
首先，采用具有可见光催化活性的Bi2WO6/(C,N,B)-TiO2复合半导体材料作为光催化剂，对100mL某钢铁产的冷轧生化废水进行光催化氧化处理，调节蠕动泵流速至60rpm，对钢铁废水进行初步降解；反应结束后，过滤。然后，废水经装有负载型Mn-Co-Ce三元臭氧催化剂催化塔中，调节流量和控制曝气时间为3g/h和30min，对其进行深度降解，最终测得钢铁废水的COD去除率达到67.6%。
实施例4：
首先，采用具有可见光催化活性的(C,N,B)-TiO2半导体材料作为光催化剂，对100mL某钢铁产的冷轧生化废水进行光催化氧化处理，调节蠕动泵流速至60rpm，对钢铁废水进行初步降解；反应结束后，过滤。然后，废水经装有负载型Mn-Fe-Ce三元臭氧催化剂催化塔中，调节流量和控制曝气时间为6g/h和20min，对其进行深度降解，最终测得钢铁废水的COD去除率达到64.1%。

Claims (5)

1.一种难降解钢铁废水的光催化-臭氧联用处理技术，用于处理高COD浓度的难降解废水问题，其特征在于，包括以下步骤：
（1）先将钢铁废水通过光催化反应装置，调节蠕动泵流速，控制循环水进出水流速，对钢铁废水进行初步降解；
（2）待光催化反应结束后，将钢铁废水通过过滤器，去除光催化剂颗粒；
（3）将初步处理后的钢铁废水通过装有高效臭氧催化剂的臭氧催化塔中，调节流量和控制曝气时间，对其进行深度降解；
（4）反应结束后，最后将钢铁废水排出。
2.根据权利要求1所述一种难降解钢铁废水的光催化-臭氧联用处理技术，其特征在于，所述的光催化剂为高催化活性的TiO2基半导体材料，且光催化反应装置的蠕动泵流速控制在40-60rpm。
3.根据权利要求1所述一种难降解钢铁废水的光催化-臭氧联用处理技术，其特征在于，所述的高效臭氧催化剂是以Mn-Fe-Ce系、Mn-Co-Ce系等三元材料为主要成分的负载型臭氧催化剂；臭氧流量和曝气时间分别控制在3-6g/h和10-30min。
4.根据权利要求1所述一种难降解钢铁废水的光催化-臭氧联用处理技术，其特征在于，所述的光催化反应中的光源为太阳光，臭氧发生器是利用空气来制取臭氧的装置。
5.根据权利要求1所述一种难降解钢铁废水的光催化-臭氧联用处理技术，其特征在于，所述的光催化-臭氧联用技术是先利用光催化材料对废水进行光催化氧化过程，再通过臭氧催化剂进行臭氧催化氧化处理。
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