CN105936535A - 一种催化臭氧氧化的水处理方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提出了一种催化臭氧氧化的水处理方法及装置，通过向待处理废水中加入催化剂，然后废水进入臭氧反应塔，通过布水装置均匀喷淋，废水依次通过塔内各级塔板，最终到达塔底出水口进行出流。臭氧从塔底布气管进入反应塔，通过各级塔板的开孔或者钟罩与废水和催化剂进行接触、反应，待反应结束尾气从塔顶排除，排气管末端所设的尾气吸收装置对残余臭氧进行处理，处理后气体排入空气，处理过程即完成。本发明大大提高了臭氧净化有机废水和污水的反应速率，提高了臭氧的利用率。
Description
技术领域
本发明涉及臭氧接触反应处理污水和废水的技术领域，具体地涉及一种催化臭氧氧化的水处理方法及装置。
技术背景
近年来，随着工业的发展，在水处理及水污染的治理方面出现了新的问题。在许多情况下，工业废水必需经过预氧化或者三级深度处理才能满足水污染治理和废水回用的要求。臭氧作为有效的废水预氧化和深度处理手段之一，具有氧化能力强，反应速度快，使用方便，不产生二次污染等一系列优点而受到人们的重视。
臭氧是强氧化剂，它能氧化多种有机物和无机物，清除对臭氧的高度氧化活性很敏感的毒物，如酚类、苯环类、氰化物、硫化物、亚硝酸盐、铁、锰、有机氮化合物等。由于对各种有机物的作用范围较广，可以去除其他方法不易去除的COD和TOC。它有很强的氧化漂白作用，可以明显降低水的色度，处理后的水不产生臭和味，不增加可溶性固体，不产生二次污染。但臭氧处理时水溶液中存在传质阻力，且臭氧在水溶液中不很稳定。
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，目前常见的催化臭氧氧化技术如下：O3/H2O2、UV/O3、UV/H2O2/O3等。催化臭氧化技术是利用反应过程中产生大量的羟基自由基来氧化分解水中的有机物，从而达到水质净化的目的。催化臭氧氧化既提高了臭氧去除污染物的效率，也提高了臭氧的利用率。因此寻找并开发催化臭氧氧化的新型催化剂及其配套的高效反应装置是催化臭氧氧化领域重要的课题。
发明内容
本发明提供了一种催化臭氧氧化的水处理方法及装置，可以提高臭氧净化有机废水的反应速率，提高臭氧氧化效能，从而提高臭氧的利用率。
本发明采用以下技术方案：
一种催化臭氧氧化的水处理方法，包括以下步骤：先向待处理废水中加入催化剂，然后使含有催化剂的废水和臭氧在反应塔内接触并反应，最后得到净水，所述的催化剂为硫代硫酸铵、硫代硫酸钠、硫代硫酸钾、硫代硫酸铍、硫代硫酸镁、硫代硫酸钙、硫代硫酸锶、硫代硫酸钡、亚硫酸氨、亚硫酸锂、亚硫酸钠、亚硫酸钾、亚硫酸铷、亚硫酸铯、亚硫酸铍、亚硫酸镁、亚硫酸钙、亚硫酸锶、亚硫酸钡、亚硫酸氢氨、亚硫酸氢锂、亚硫酸氢钠、亚硫酸氢钾、亚硫酸氢铷、亚硫酸氢铯、亚硫酸氢铍、亚硫酸氢镁、亚硫酸氢钙、亚硫酸氢锶、亚硫酸氢钡、焦亚硫酸氨、焦亚硫酸锂、焦亚硫酸钠、焦亚硫酸钾、焦亚硫酸铷、焦亚硫酸铯、焦亚硫酸铍、焦亚硫酸镁、焦亚硫酸钙、焦亚硫酸锶、焦亚硫酸钡、焦亚硫酸、亚硫酸、二氧化硫中的任意一种或几种的混合物。
作为优选，含有催化剂的废水均匀分布在反应塔的塔板上。
作为优选，所述的催化剂的浓度为10 mg/L ~2 g/L，所述的臭氧的浓度为50 mg/L~5 g/L；所述的待处理废水中有机污染物的浓度为0.1 mg/L ~10 g/L。
作为优选，反应时间为0.01 min~5 min。所述的反应时间可以使催化剂分散于反应体系中，并使臭氧与废水充分接触。
优选地，整个反应体系适用的pH值范围为1~12，其中pH值为 2~6效果最好。
优选地，所述的待处理废水为难降解有机废水，特别是印染废水、煤化工废水、石化废水、制药废水、油漆废水、啤酒废水、酒精废水、生活污水中的任意一种。
一种催化臭氧氧化的水处理方法的装置，包括溶液池，投药箱，漏斗，进水阀，水射器，塔板，反应塔，堰，降液管，进气阀，出水阀，燃烧炉，反应塔内设有多层塔板，塔板的一侧连接在反应塔的内壁，另一侧上方设有堰、下方设有降液管；溶液池、投药箱、漏斗和水射器依次连接，进水阀和水射器连接，水射器和塔板上方的布水装置相连；进气阀设在反应塔下方，反应塔顶部和底部分别连接有燃烧炉和出水阀。
作为优选，所述塔板为开孔式或者钟罩式。
作为优选，塔板设有至少三层。
作为优选，所述降流管出口淹没在下一级塔板的液层中，形成水层。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
（1）本发明中的催化剂投加可以大大提高臭氧反应的速率，使处理过程更快更高效；
（2）本发明解决了单独臭氧接触氧化处理污废水效率不高的问题，提高了处理效能；
（3）本发明适用于多种有机废水处理，因此具有广泛的应用前景。
附图说明
图1为本发明的水处理装置的示意图。
图2为实施例1对难降解有机物的去除效果图。
图3为实施例2对难降解有机物的去除效果图。
其中：1、溶液池；2、投药箱；3、漏斗；4、进水阀；5、水射器；6、塔板；7、反应塔；8、堰；9、降液管；10、进气阀；11、出水阀；12、燃烧炉。
具体实施方式
下面通过具体实施例和附图对本发明作进一步详细说明。
如图1所示为本发明催化臭氧氧化的水处理装置示意图，该装置包括溶液池1，投药箱2，漏斗3，进水阀4，水射器5，塔板6，反应塔7，堰8，降液管9，进气阀10，出水阀11，燃烧炉12，反应塔7内的竖直方向上设有塔板6，塔板6设有至少两层，塔板6的一端连接在反应塔7的内壁，另一端上方设有堰8、下方设有降液管9；溶液池1、投药箱2、漏斗3和水射器5依次连接，进水阀4和水射器5连接，水射器5和塔板6上方的布水装置相连；进气阀10设在反应塔7下方，反应塔7底部和顶部分别连接有出水阀11和燃烧炉12。
所述堰使每级塔板上的水层维持一定深度；所述阀门分别控制进水、进气以及出水。所述塔板6为开孔式或者钟罩式。塔板6设有多层，图1中塔板6设有十一层。所述降流管9出口淹没在下一级塔板的液层中，形成水层。
一种利用上述水处理装置处理废水的方法，包括如下步骤：
（1）进水：进水通过泵加压为高压水流，经过进水阀进入到水射器内；
（2）催化剂混合：投药箱用于投加催化剂，溶液池的溶液和催化剂混合形成催化剂溶液，催化剂溶液通过水射器负压吸入后在喉管处与进水剧烈混合；
（3）催化臭氧氧化反应：混合有催化剂的废水通过布水装置均匀喷淋，依次通过各级塔板经过堰出流；臭氧经过进气阀进入反应塔内，进入各级塔板与催化剂溶液接触并反应；经臭氧和催化剂处理的水最终到达反应塔底部经出水阀出水；所述的废水在反应塔内停留时间为0.01 min~5 min，所述的停留时间可以使催化剂分散于反应体系中，并使臭氧与废水充分接触。
（4）尾气处理：反应结束后的尾气从塔顶排出进入燃烧炉，燃烧炉加热燃烧分解含有臭氧的尾气，处理后气体排入空气；
所述的催化剂为硫代硫酸铵、硫代硫酸钠、硫代硫酸钾、硫代硫酸铍、硫代硫酸镁、硫代硫酸钙、硫代硫酸锶、硫代硫酸钡、亚硫酸氨、亚硫酸锂、亚硫酸钠、亚硫酸钾、亚硫酸铷、亚硫酸铯、亚硫酸铍、亚硫酸镁、亚硫酸钙、亚硫酸锶、亚硫酸钡、亚硫酸氢氨、亚硫酸氢锂、亚硫酸氢钠、亚硫酸氢钾、亚硫酸氢铷、亚硫酸氢铯、亚硫酸氢铍、亚硫酸氢镁、亚硫酸氢钙、亚硫酸氢锶、亚硫酸氢钡、焦亚硫酸氨、焦亚硫酸锂、焦亚硫酸钠、焦亚硫酸钾、焦亚硫酸铷、焦亚硫酸铯、焦亚硫酸铍、焦亚硫酸镁、焦亚硫酸钙、焦亚硫酸锶、焦亚硫酸钡、焦亚硫酸、亚硫酸、二氧化硫中的任意一种或几种的混合物。
所述的催化剂的浓度为10 mg/L ~2 g/L；所述的臭氧的浓度为50 mg/L ~5 g/L；所述的待处理废水中有机污染物的浓度为0.1 mg/L ~10 g/L，整个反应体系适用的pH值范围为1~12。
实施例1-9均采用上述装置和方法完成。
实施例1
取含有难降解有机物橙黄G（OG）的印染废水通入反应塔，废水pH值为3.0，反应塔内臭氧的浓度为100 mg/L，亚硫酸钠的浓度为500 mg/L，处理时间1 min，与未投加催化剂相比，有机物橙黄G的去除率由10%提高到99%。
图2是本实施例对含有难降解有机物橙黄G（OG）的印染废水的去除效果图，图中左柱表示未投加催化剂时有机物的去除率，右柱表示投加催化剂时有机物的去除率。
实施例2
取含有咖啡因的制药废水通入反应塔，废水pH值为3.0。反应塔内臭氧的浓度为100mg/L，亚硫酸钾的浓度为50 mg/L，处理时间0.02 min，与未投加催化剂相比，咖啡因的去除率由1%提高到39%。
图3是本实施例对含有咖啡因的制药废水的去除效果图，图中左柱表示未投加催化剂时有机物的去除率，右柱表示投加催化剂时有机物的去除率。
实施例3
取含有难降解有机物苯酚的煤化工废水通入反应塔，废水pH值为4.0。反应塔内臭氧的浓度为50 mg/L，亚硫酸氢钠的浓度为10 mg/L，处理时间0.01 min，与未投加催化剂相比，有机物苯酚的去除率由2%提高到35%。
实施例4
取含有难降解有机物环丙沙星（抗生素）的制药废水通入反应塔，废水pH值为6.0。反应塔内臭氧的浓度为5 g/L，焦亚硫酸钠的浓度为2 g/L，处理时间5 min，与未投加催化剂相比，有机物环丙沙星的去除率由5%提高到63%。
实施例5
取含有难降解有机物苯和甲苯的油漆废水通入反应塔，废水pH值为3.0。反应塔内臭氧的浓度为200 mg/L，焦亚硫酸的浓度为1 g/L，处理时间0.5 min，与未投加催化剂相比，有机物苯和甲苯的去除率由3%提高到42%。
实施例6
取含有难降解酚类有机化合物的石化废水通入反应塔，废水pH值为5.0。反应塔内臭氧的浓度为1 g/L，亚硫酸的浓度为500 mg/L，处理时间2 min，与未投加催化剂相比，酚类有机化合物的去除率由8%提高到43%。
实施例7
取含有糖类有机化合物的啤酒废水通入反应塔，废水pH值为4.0。反应塔内臭氧的浓度为0.5 g/L，硫代硫酸铵的浓度为400 mg/L，处理时间1 min，与未投加催化剂相比，糖类有机化合物的去除率由5%提高到36%。
实施例8
取含有醇类有机化合物的酒精废水通入反应塔，废水pH值为5.0。反应塔内臭氧的浓度为1.2 g/L，二氧化硫的浓度为100 mg/L，处理时间2 min，与未投加催化剂相比，醇类有机化合物的去除率由7%提高到47%。
实施例9
取含有脂类有机化合物的生活污水通入反应塔，废水pH值为4.5。反应塔内臭氧的浓度为2 g/L，亚硫酸钠的浓度为600 mg/L，处理时间2 min，与未投加催化剂相比，脂类有机化合物的去除率由10%提高到52%。
Claims (10)
1.一种催化臭氧氧化的水处理方法，包括以下步骤：先向待处理废水中加入催化剂，然后使含有催化剂的废水和臭氧在反应塔内接触并反应，最后得到净水，其特征在于，所述的催化剂为硫代硫酸盐、亚硫酸盐、亚硫酸氢盐、焦亚硫酸盐、焦亚硫酸、亚硫酸、二氧化硫中的任意一种或几种的混合物。
2.根据权利要求1所述的催化臭氧氧化的水处理方法，其特征在于，所述的催化剂为硫代硫酸铵、硫代硫酸钠、硫代硫酸钾、硫代硫酸铍、硫代硫酸镁、硫代硫酸钙、硫代硫酸锶、硫代硫酸钡、亚硫酸氨、亚硫酸锂、亚硫酸钠、亚硫酸钾、亚硫酸铷、亚硫酸铯、亚硫酸铍、亚硫酸镁、亚硫酸钙、亚硫酸锶、亚硫酸钡、亚硫酸氢氨、亚硫酸氢锂、亚硫酸氢钠、亚硫酸氢钾、亚硫酸氢铷、亚硫酸氢铯、亚硫酸氢铍、亚硫酸氢镁、亚硫酸氢钙、亚硫酸氢锶、亚硫酸氢钡、焦亚硫酸氨、焦亚硫酸锂、焦亚硫酸钠、焦亚硫酸钾、焦亚硫酸铷、焦亚硫酸铯、焦亚硫酸铍、焦亚硫酸镁、焦亚硫酸钙、焦亚硫酸锶、焦亚硫酸钡、焦亚硫酸、亚硫酸、二氧化硫中的任意一种或几种的混合物。
3.根据权利要求1所述的催化臭氧氧化的水处理方法，其特征在于，含有催化剂的废水均匀分布在反应塔的塔板上。
4. 根据权利要求1所述的催化臭氧氧化的水处理方法，其特征在于，所述的催化剂的浓度为10 mg/L ~2 g/L，所述的臭氧的浓度为50 mg/L ~5 g/L；所述的待处理废水中有机污染物的浓度为0.1 mg/L ~10 g/L。
5. 根据权利要求1或3所述的催化臭氧氧化的水处理方法，其特征在于，反应时间为0.01 min~5 min。
6.根据权利要求1所述的催化臭氧氧化的水处理方法，其特征在于，反应体系pH值范围为1~12。
7.根据权利要求6所述的催化臭氧氧化的水处理方法，其特征在于，所述的pH值为2~6。
8.根据权利要求1所述的催化臭氧氧化的水处理方法，其特征在于，所述的待处理废水为印染废水、煤化工废水、石化废水、制药废水、油漆废水、啤酒废水、酒精废水或生活污水。
9.一种适用于权利要求1所述的催化臭氧氧化的水处理方法的装置，其特征在于，包括溶液池（1），投药箱（2），漏斗（3），进水阀（4），水射器（5），塔板（6），反应塔（7），堰（8），降液管（9），进气阀（10），出水阀（11），燃烧炉（12），反应塔（7）的竖直方向上设有至少两层塔板（6），塔板（6）的一端连接在反应塔（7）的内壁，另一端上方设有堰（8）、下方设有降液管（9）；溶液池（1）、投药箱（2）、漏斗（3）和水射器（5）依次连接，进水阀（4）和水射器（5）连接，水射器（5）和塔板（6）上方的布水装置相连；进气阀（10）设在反应塔（7）下方，反应塔（7）顶部和底部分别连接有燃烧炉（12）和出水阀（11）。
10.根据权利要求8所述的催化臭氧氧化的水处理装置，其特征在于，所述塔板（6）为开孔式或者钟罩式。
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