CN105645506B - 一种光芬顿催化氧化煤化工废水深度处理系统及其处理煤化工废水的方法 - Google Patents
一种光芬顿催化氧化煤化工废水深度处理系统及其处理煤化工废水的方法 Download PDFInfo
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Abstract
一种光芬顿催化氧化煤化工废水深度处理系统及其处理煤化工废水的方法，它涉及一种煤化工废水深度处理系统及其处理煤化工废水的方法。本发明要解决现有深度处理煤化工废水过程中存在成本高、效率低、污泥堆积严重和处理效果不好的问题。本发明的系统由进水系统、进药系统、光反应处理系统和循环水系统构成。本发明光源采用太阳光，在TiO2的催化作用下，除某些污染物可以直接分解外，铁的羟基络合物有较好的吸光性能，并吸收光解，产生更多的·OH，反应速度快。光照还可以加强Fe3+的还原，提高Fe2+的浓度，有利于H2O2的催化分解，从而提高污染物的去除效果，COD、氨氮去除率达90％以上，色度也有了很大去除。
Description
技术领域
本发明涉及工业废水深度处理领域，是一种适合煤化工废水深度处理的方法。
背景技术
近些年来，随着我国化工行业的迅速发展，大量的有机污染物通过各种途径进入水体，有一部分难以生物降解并很难去除，这无论对人类还是环境都造成严重威胁。煤化工企业排放废水是在煤加工过程中产生的，包括气化废水、液化废水和焦化废水，以高浓度煤气洗涤废水为主。该废水的水质复杂，含有大量酚类、多环芳香族化合物及杂环化合物和氰、油、氨氮等有毒、有害物质。
随着国家环境保护法逐步改善，常规煤化工处理过程的二级生化处理工艺出水水质并不能满足国家标准，其中CODcr一般在150-200mg/L、总酚浓度在80-120mg/L、氨氮在35-50mg/L，需要通过深度处理才能满足排放要求，传统深度处理方法如单纯的活性炭吸附速度慢，吸附容量小，再生难度大，另外，二沉池污泥处理费用高，其大量堆积不仅占用土地资源，同时也对大气、水体和土壤产生污染，因此寻求高效的污泥处理技术和废水深度处理技术非常必要。
高级氧化技术在处理高浓度、难降解、毒性大的废水方面有了很大的进展，操作简单迅速，无二次污染，而且由于该技术可以产生具有强烈氧化能力的·OH，处理效果更加高效。随着研究的深入，发现紫外光的照射可以促进芬顿反应产生更多的自由基，因此光-芬顿法可以用于对难降解污染物的去除。
发明专利(公开专利号：CN102992445A公开日期：2013.03.27)一种钢渣-草酸光芬顿处理有机污染物的方法，由于钢渣的成分复杂，钙、铁、硅、锰和少量铝、锰、磷等氧化物组成，可能对水体产生二次污染，其中草酸钙等会产生沉淀，处理起来较麻烦。
发明专利(公开专利号：CN104923276A公开日期：2015.09.23)一种石墨型氮化碳复合铁酸镍磁性光催化材料的制备方法、发明专利(公开专利号：CN104445508A公开日期：2015.03.25)铁酸锰或其碳附和材料双效光芬顿脱氮方法、发明专利(公开专利号：CN104190422A公开日期：2014.12.10)一种异相光芬顿催化剂及其用途、发明专利(公开专利号：CN102989461B公开日期：2015.04.15)磁性铁酸镍光催化材料的制备方法及应用等，其催化剂一般是考虑铁的氧化物固定在活性炭上，发明专利(公开专利号：CN102962063A公开日期：2013.03.13)普鲁土蓝光芬顿催化剂的制备及其讲解有机污染物的方法中，其催化剂是以分子筛、高岭土或者建筑垃圾为载体。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有深度处理煤化工废水过程中存在成本高、效率低、污泥堆积严重和处理效果不好的问题。
本发明的一种光芬顿催化氧化煤化工废水深度处理系统，它包括搅拌罐、搅拌器、提升泵、储液池、多个光反应管、光反射镜、进水管、闸阀一、闸阀二、闸阀三、闸阀四和水流分布器；
所述的，进水管一端与闸阀一连通，另一端与搅拌罐底部的进水口连通；
所述的水流分布器设置于搅拌罐底部；
所述的多个光反应管并列设置，多个光反应管的一端均与储液池的出液口连通，另一端均与搅拌罐入口连通；所述的光反射镜位于多个并列设置的光反应管下端；
所述的搅拌罐的出水口与提升泵的入水口连通，提升泵的出水口与闸阀二的入水口连通，闸阀二的出水口与闸阀三的入水口连通，闸阀三的出水口与多个光反应管的入水口连通，多个光反应管的出水口均与搅拌罐的入水口；
闸阀二的出水口与闸阀三的入水口分别与闸阀四的出水口连通，闸阀四的入水口与储液池的出水口连通。
本发明的一种光芬顿催化氧化煤化工废水深度处理系统处理煤化工废水的方法，它是按照以下步骤进行的：
一、首先开启闸阀一、向搅拌罐内通入煤化工废水二级生化工艺出水，同时向搅拌罐加入浓度为0.2～1.5g/L的Fe-Ti污泥活性炭；
二、通过水流分布器向搅拌罐内加入浓度为0.2～0.8g/L的H2O2，将搅拌器的搅拌速度控制在60r/min进行搅拌混合；
三、启动提升泵，打开闸阀二和闸阀三；将在搅拌罐搅拌均匀的混合液导入到多个光反应管内进行反应，控制混合溶液在每个光反应管内停留时间至25s；将反应后的反应液回流至搅拌罐内，完成一次反应过程；其中，一次反应过程时间为60s；
四、待步骤三的反应15min后，关闭闸阀二和闸阀三，取搅拌罐的反应液检测COD、TOC、氨氮含量和色度的指标；
五、若步骤四检测的COD、TOC、氨氮含量和色度指标符合国家一级A排放标准，则启动提升泵，打开闸阀二和闸阀四，将搅拌罐的反应液转移至储液池内，即完成一次处理煤化工废水过程。
本发明的原理是：
在光照条件下，在TiO2的催化作用下，除某些污染物直接分解外，铁的羟基络合物([Fe(OH)]2)具有较好的吸光性能，并吸收光解，产生更多的·OH，同时能加强Fe3+的还原，提高Fe2+的浓度，有利于H2O2的催化分解，从而提高污染物的去除效果。
本发明以煤化工废水生化出水COD数值、氨氮含量、TOC和色度为计量标准，H2O2投加量过高会使最初产生的·OH减少，若Fe2投量过高，反应从最开始就会非常迅速地产生大量的·OH，·OH同基质之间的反应生成水，致使一部分最初产生的·OH被消耗掉，所以应该严格的控制H2O2和Fe-Ti污泥活性炭投加比例，二者的比例关系对煤化工废水起到重要的作用。
与现有技术相比，本发明包含以下有益效果：
(1)、光源采用太阳光，在TiO2的催化作用下，除某些污染物可以直接分解外，铁的羟基络合物有较好的吸光性能，并吸收光解，产生更多的·OH，反应速度快。
(2)、光照还可以加强Fe3+的还原，提高Fe2+的浓度，有利于H2O2的催化分解，从而提高污染物的去除效果，COD、氨氮去除率达90％以上，色度也有了很大去除。
(3)、芬顿试剂所采用的Fe-Ti污泥活性炭，可以对色度有很大的去除效果，并且使得二沉池污泥得以回收利用。
附图说明
图1为本发明的系统示意图。
具体实施方式
具体实施方式一：结合图1说明本实施方式，本实施方式的一种光芬顿催化氧化煤化工废水深度处理系统，它包括搅拌罐1、搅拌器2、提升泵3、储液池4、多个光反应管5、光反射镜6、进水管7、闸阀一8、闸阀二9、闸阀三10、闸阀四11和水流分布器12；
所述的，进水管7一端与闸阀一8连通，另一端与搅拌罐1底部的进水口连通；
所述的水流分布器12设置于搅拌罐1底部；
所述的多个光反应管5并列设置，多个光反应管5的一端均与储液池4的出液口连通，另一端均与搅拌罐1入口连通；所述的光反射镜6位于多个并列设置的光反应管5下端；
所述的搅拌罐1的出水口与提升泵3的入水口连通，提升泵3的出水口与闸阀二9的入水口连通，闸阀二9的出水口与闸阀三10的入水口连通，闸阀三10的出水口与多个光反应管5的入水口连通，多个光反应管5的出水口均与搅拌罐1的入水口；
闸阀二9的出水口与闸阀三10的入水口分别与闸阀四11的出水口连通，闸阀四11的入水口与储液池4的出水口连通。
具体实施方式二：结合图1说明本实施方式，本实施方式与具体实施方式一不同点在于：所述的光反应管5为材质为附着有过渡金属离子的着色玻璃，所述的过渡金属为Co、Cr和Cu，其中，Co占过渡金属总摩尔百分比的0.1％～2％，Cr占过渡金属总摩尔百分比的0.1％～2％，Cu占过渡金属总摩尔百分比的0.1％～0.3％，其余为玻璃。其它组成和连接方式与具体实施方式一相同。
具体实施方式三：结合图1说明本实施方式，本实施方式与具体实施方式一不同点在于：搅拌罐1内设置有搅拌器2。其它组成和连接方式与具体实施方式一相同。
具体实施方式四：结合图1说明本实施方式，本实施方式与具体实施方式一不同点在于：所述的光反应管5的长度为50cm，内径为2cm，厚度为1cm，材质为PE管。其它组成和连接方式与具体实施方式一相同。
具体实施方式五：结合图1说明本实施方式，本实施方式与具体实施方式一不同点在于：所述的进水管7直径为6cm，材质为PE管。其它组成和连接方式与具体实施方式一相同。
具体实施方式六：结合图1说明本实施方式，本实施方式与具体实施方式一不同点在于：搅拌罐1的体积为1.5L，底面直径为12cm，高为12cm。其它组成和连接方式与具体实施方式一相同。
具体实施方式七：结合图1说明本实施方式，本实施方式与具体实施方式一不同点在于：所述的水流分布器12位于搅拌罐1底面2cm以上处，水流分布器12为多个水流分布器，并沿搅拌罐1的直径方向每两个水流分布器12之间的距离为2cm。其它组成和连接方式与具体实施方式一相同。
具体实施方式八：结合图1说明本实施方式，本实施方式与具体实施方式一不同点在于：所述的提升泵3的流量为1.5L/min，连接提升泵3两端的水管为PE管，管径为6cm。其它组成和连接方式与具体实施方式一相同。
具体实施方式九：本实施方式的一种光芬顿催化氧化煤化工废水深度处理系统处理煤化工废水的方法，它是按照以下步骤进行的：
一、首先开启进行闸阀8、向搅拌罐1内通入煤化工废水二级生化工艺出水，同时向搅拌罐1加入浓度为0.2～1.5g/L的Fe-Ti污泥活性炭；
二、通过水流分布器12向搅拌罐1内加入浓度为0.2～0.8g/L的H2O2，将搅拌器2的搅拌速度控制在60r/min进行搅拌混合；
三、启动提升泵3，打开闸阀9和闸阀10；将在搅拌罐1搅拌均匀的混合液导入到多个光反应管5内进行反应，控制混合溶液在每个光反应管5内停留时间至25s；将反应后的反应液回流至搅拌罐1内，完成一次反应过程；其中，一次反应过程时间为60s；
四、待步骤三的反应15min后，关闭闸阀9和闸阀10，取搅拌罐1的反应液检测COD、TOC、氨氮含量和色度的指标；
五、若步骤四检测的COD、TOC、氨氮含量和色度指标符合国家一级A排放标准，则启动提升泵3，打开闸阀9和闸阀11，将搅拌罐1的反应液转移至储液池4内，即完成一次处理煤化工废水过程。
具体实施方式十：结合图1说明本实施方式，本实施方式与具体实施方式一不同点在于：步骤二中在加入H2O2的同时通过稀H2SO4和NaOH调节溶液的pH值至3～5，然后再进行后续步骤操作。其它组成和连接方式与具体实施方式一相同。
本发明内容不仅限于上述各实施方式的内容，其中一个或几个具体实施方式的组合同样也可以实现发明的目的。
通过以下实施例验证本发明的有益效果：
实施例1
参照具体实施方式一的系统，进行以下煤化工废水深度处理过程：
a、首先开启进行闸阀8、向搅拌罐1内通入煤化工废水二级生化工艺出水，同时向搅拌罐1加入浓度为0.25g/L的Fe-Ti污泥活性炭；所述的煤化工废水二级生化工艺出水取自沉淀池表面上清液；
b、通过水流分布器12向搅拌罐1内中加入浓度为0.5g/L的H2O2，将搅拌器2的搅拌速度控制在60r/min的速度搅拌，使溶液混合充分，并调节pH值至3～5；
c、启动提升泵3，闸阀9和10，将在搅拌罐1搅拌均匀的混合液导入到多个光反应管5内进行反应，控制混合溶液在每个光反应管5内停留时间至25s；将反应后的反应液回流至搅拌罐1内，完成一次反应过程；一次循环整个反应时间为60s；
d、待步骤三的反应15min后，关闭闸阀9和10，，取搅拌罐1的反应液测量其COD、TOC、氨氮含量和色度；
e、启动提升泵3，打开闸阀9和闸阀11，将搅拌罐1的反应液转移至储液池4内，即完成一次处理煤化工废水过程。
本实施例处理煤化工生化工艺出水，其CODcr为150～200mg/L、总酚浓度为80～120mg/L、氨氮为35～50mg/L。
实施例2
参照具体实施方式一的系统，进行以下煤化工废水深度处理过程：
a、首先开启进行闸阀8、向搅拌罐1内通入煤化工废水二级生化工艺出水，同时向搅拌罐1加入浓度为0.5g/L的Fe-Ti污泥活性炭；所述的煤化工废水二级生化工艺出水取自沉淀池表面上清液；
b、通过水流分布器12向搅拌罐1内中加入浓度为0.5g/L的H2O2，将搅拌器2的搅拌速度控制在60r/min的速度搅拌，使溶液混合充分，并调节pH值至3～5；
c、启动提升泵3，闸阀9和10，将在搅拌罐1搅拌均匀的混合液导入到多个光反应管5内进行反应，控制混合溶液在每个光反应管5内停留时间至25s；将反应后的反应液回流至搅拌罐1内，完成一次反应过程；一次循环整个反应时间为60s；
d、待步骤三的反应15min后，关闭闸阀9和10，，取搅拌罐1的反应液测量其COD、TOC、氨氮含量和色度；
e、启动提升泵3，打开闸阀9和闸阀11，将搅拌罐1的反应液转移至储液池4内，即完成一次处理煤化工废水过程。
本实施例处理煤化工生化工艺出水，其CODcr为150～200mg/L、总酚浓度为80～120mg/L、氨氮为35～50mg/L。
实施例3
参照具体实施方式一的系统，进行以下煤化工废水深度处理过程：
a、首先开启进行闸阀8、向搅拌罐1内通入煤化工废水二级生化工艺出水，同时向搅拌罐1加入浓度为0.5g/L的Fe-Ti污泥活性炭；所述的煤化工废水二级生化工艺出水取自沉淀池表面上清液；
b、通过水流分布器12向搅拌罐1内中加入浓度为0.5g/L的H2O2，将搅拌器2的搅拌速度控制在60r/min的速度搅拌，使溶液混合充分，并调节pH值至3～5；
c、启动提升泵3，闸阀9和10，将在搅拌罐1搅拌均匀的混合液导入到多个光反应管5内进行反应，控制混合溶液在每个光反应管5内停留时间至25s；将反应后的反应液回流至搅拌罐1内，完成一次反应过程；一次循环整个反应时间为60s；
d、待步骤三的反应15min后，关闭闸阀9和10，，取搅拌罐1的反应液测量其COD、TOC、氨氮含量和色度；
e、启动提升泵3，打开闸阀9和闸阀11，将搅拌罐1的反应液转移至储液池4内，即完成一次处理煤化工废水过程。
本实施例处理煤化工生化工艺出水，其CODcr为150～200mg/L、总酚浓度为80～120mg/L、氨氮为35～50mg/L。
Claims (8)
1.一种光芬顿催化氧化煤化工废水深度处理系统，其特征在于它包括搅拌罐(1)、搅拌器(2)、提升泵(3)、储液池(4)、多个光反应管(5)、光反射镜(6)、进水管(7)、闸阀一(8)、闸阀二(9)、闸阀三(10)、闸阀四(11)和水流分布器(12)；
所述的进水管(7)一端与闸阀一(8)连通，另一端与搅拌罐(1)底部的进水口连通；
所述的水流分布器(12)设置于搅拌罐(1)底部；
所述的多个光反应管(5)并列设置，多个光反应管(5)的一端均与储液池(4)的出液口连通，另一端均与搅拌罐(1)入口连通；所述的光反射镜(6)位于多个并列设置的光反应管(5)下端；
所述的搅拌罐(1)的出水口与提升泵(3)的入水口连通，提升泵(3)的出水口与闸阀二(9)的入水口连通，闸阀二(9)的出水口与闸阀三(10)的入水口连通，闸阀三(10)的出水口与多个光反应管(5)的入水口连通，多个光反应管(5)的出水口均与搅拌罐(1)的入水口；
闸阀二(9)的出水口与闸阀三(10)的入水口分别与闸阀四(11)的出水口连通，闸阀四(11)的入水口与储液池(4)的出水口连通；所述的光反应管(5)为材质为附着有过渡金属离子的着色玻璃，所述的过渡金属为Co、Cr和Cu，其中，Co占过渡金属总摩尔百分比的0.1％～2％，Cr占过渡金属总摩尔百分比的0.1％～2％，Cu占过渡金属总摩尔百分比的0.1％～0.3％，其余为玻璃；
利用所述的光芬顿催化氧化煤化工废水深度处理系统处理煤化工废水的方法：
一、首先开启闸阀一(8)、向搅拌罐(1)内通入煤化工废水二级生化工艺出水，同时向搅拌罐(1)加入浓度为0.2～1.5g/L的Fe-Ti污泥活性炭；
二、通过水流分布器(12)向搅拌罐(1)内加入浓度为0.2～0.8g/L的H2O2，将搅拌器(2)的搅拌速度控制在60r/min进行搅拌混合；
三、启动提升泵(3)，打开闸阀二(9)和闸阀三(10)；将在搅拌罐(1)搅拌均匀的混合液导入到多个光反应管(5)内进行反应，控制混合溶液在每个光反应管(5)内停留时间至25s；将反应后的反应液回流至搅拌罐(1)内，完成一次反应过程；其中，一次反应过程时间为60s；
四、待步骤三的反应15min后，关闭闸阀二(9)和闸阀三(10)，取搅拌罐(1)的反应液检测COD、TOC、氨氮含量和色度的指标；
五、若步骤四检测的COD、TOC、氨氮含量和色度指标符合国家一级A排放标准，则启动提升泵(3)，打开闸阀二(9)和闸阀四(11)，将搅拌罐(1)的反应液转移至储液池(4)内，即完成一次处理煤化工废水过程。
2.根据权利要求1所述的一种光芬顿催化氧化煤化工废水深度处理系统，其特征在于搅拌罐(1)内设置有搅拌器(2)。
3.根据权利要求1所述的一种光芬顿催化氧化煤化工废水深度处理系统，其特征在于所述的光反应管(5)的长度为50cm，内径为2cm，厚度为1cm，材质为PE管。
4.根据权利要求1所述的一种光芬顿催化氧化煤化工废水深度处理系统，其特征在于所述的进水管(7)直径为6cm，材质为PE管。
5.根据权利要求1所述的一种光芬顿催化氧化煤化工废水深度处理系统，其特征在于搅拌罐(1)的体积为1.5L，底面直径为12cm，高为12cm。
6.根据权利要求1所述的一种光芬顿催化氧化煤化工废水深度处理系统，其特征在于所述的水流分布器(12)位于搅拌罐(1)底面2cm以上处，水流分布器(12)为多个水流分布器，并沿搅拌罐(1)的直径方向每两个水流分布器(12)之间的距离为2cm。
7.根据权利要求1所述的一种光芬顿催化氧化煤化工废水深度处理系统，其特征在于所述的提升泵(3)的流量为1.5L/min，连接提升泵(3)两端的水管为PE管，管径为6cm。
8.根据权利要求1所述的一种光芬顿催化氧化煤化工废水深度处理系统，其特征在于步骤二中在加入H2O2的同时通过稀H2SO4和NaOH调节溶液的pH值至3～5。
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