CN106219832A - 一种双催化氧化工艺处理废水的装置及方法 - Google Patents

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Abstract

一种双催化氧化工艺处理废水的装置及方法，装置包括臭氧催化氧化反应器和臭氧发生器，臭氧发生器制备的臭氧入臭氧添加管道，待处理废水从进水管经臭氧添加管道后进入臭氧催化氧化反应器，臭氧催化氧化反应器处理后的废水经溢流管入电解催化氧化反应器，电解催化氧化反应器内设与直流电源连接的阳极和阴极，处理后的废水经出水管向外输出。本装置可对废水进行深度处理、处理费用低等优点。

Description

一种双催化氧化工艺处理废水的装置及方法
技术领域
本发明涉及废水净化处理技术领域，尤其是涉及一种利用臭氧催化氧化和电解催化氧化组合工艺对废水进行处理的装置及方法。
背景技术
随着现代工业的迅速发展，所产生的工业废水不但水量增大，而且向着成分复杂化、无机盐含量高等趋势发展。目前，国内外对工业废水的处理工艺大都采用经济性较好的生物法进行处理，但是随着各地排放标准的日益严格，单靠生化工艺处理尤其是高盐分、难降解废水很难达到排放指标要求。
对于高盐分、难降解废水的处理是最近几年国内外学者研究的一个热点。为达到更高的处理深度，常采用物理吸附和化学氧化工艺对此类废水进行处理。物理吸附主要包括活性炭吸附和树脂吸附，但是该类方法存在的缺点是吸附材料吸附饱和后需要对其再生，而再生过程不但能耗高，且再生液一般含高浓度有机物，引起二次污染；常用的化学氧化主要是高级氧化工艺，但是该工艺由于探索时间短，基础理论还不十分完善，再加上实际污染系统复杂多样，使该技术无论在理论研究还是工业应用都存在不少有待研究解决的问题。
高级氧化技术在处理废水方面有生物法和物理法等无法比拟的优势，具有效率高、处理程度深等优点。但是大多数高级氧化技术存在设备投资大、操作复杂、运行费用高等缺点，如湿式氧化工艺需要在高温高压条件下运行，设备投资和能耗较高；臭氧氧化工艺中臭氧发生器稳定性要求高且运行中电耗大；芬顿试剂氧化工艺操作复杂且消耗大量化学药剂。
催化氧化工艺是指在高级氧化工艺中采用催化剂来提高氧化效率，降低反应的活化能，使氧化反应在常温常压下即可取得令人满意的效果。但是由于废水中的有机物种类较多，只采用某一种催化氧化工艺仍然存在处理费用高或处理深度差等现象。所以根据废水成分复杂的特点，采用几种催化氧化工艺组合的方法对其进行处理，即可获得理想的处理效果，又可有效降低处理费用。
臭氧在水处理中的氧化能力极强，臭氧的氧化还原电位为 2.07V，仅次于氟，氧化能力是氯气的 1.25 倍。通过臭氧分子的共振结构可知，臭氧具有较强亲电性的原因在于臭氧共振结构中位于两边的氧原子周围存在 6 个电子而表现正电。臭氧反应性极高会导致其在水中自分解。水中不同的 pH 值对臭氧的分解速度影响显著。在pH 值<7时，臭氧在水中的半衰期为 14min，而当pH 值>10时臭氧的半衰期仅仅为 30s。臭氧氧化水中的有机物时，主要是氧化有机物中的不饱和键。由于通过臭氧处理后的产物只有O2，所以臭氧广泛的应用于废水的处理领域。
虽然单纯的臭氧氧化能在一定程度上对有机物进行去除，但是臭氧难以将氧化后的小分子物质进一步氧化，因此单纯的臭氧氧化对于有机物的矿化程度有一定局限性。因此，人们做了大量研究改善臭氧的局限性。目前已知的提高臭氧向·OH 的转化率的方法有：投加催化剂、H2O2、提高 pH 值、紫外辐射等。这一通过特定条件促使臭氧转化为·OH的过程即催化臭氧氧化，属高级氧化过程(AOPS)。科学研究表明：通过在臭氧体系中投加催化剂或与其它工艺协同作用能够显著提高臭氧体系产生羟基自由基的能力及改善臭氧直接氧化有机物的能力。金属催化臭氧氧化是一种新型的技术，根据投加的催化剂的不同种类而分为均相催化臭氧氧化和非均相臭氧催化氧化。基于催化剂可回收性，非均相臭氧催化氧化体系要优于均相催化臭氧氧化体系。另外臭氧与紫外联用，可以促进体系中臭氧向·OH转化，强化氧化效果，提高臭氧的利用率。
废水中的有机物复杂多样，其抗氧化能力强弱不同，单独采用臭氧催化氧化工艺进行处理，部分抗氧化能力弱的有机物被降解，而抗氧化能力强的有机物却很难被降解，处理深度不够；单独采用电解催化氧化，抗氧化能力弱的有机物首先被降解，然后抗氧化能力强的有机物再被降解，电解过程中消耗大量电能，处理费用高。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中存在的缺点，提供一种双催化氧化废水处理装置及方法，该发明利用臭氧催化氧化和电解催化氧化组合工艺为核心的双催化氧化对废水进行处理。在处理过程中按照有机物氧化难度的不同对其进行“分类”降解，既能达到对废水的处理深度，又能有效降低处理成本。采用的技术方案是：一种双催化氧化工艺处理废水的装置，所述装置包括臭氧催化氧化反应器和臭氧发生器，所述臭氧发生器制备的臭氧入臭氧添加管道，待处理废水从进水管经所述臭氧添加管道后进入所述臭氧催化氧化反应器，其特征在于：所述臭氧催化氧化反应器处理后的所述废水经溢流管入电解催化氧化反应器，所述电解催化氧化反应器内设与直流电源连接的阳极和阴极，处理后的废水经出水管向外输出。
本发明的技术特征还有：所述臭氧催化氧化器为塔形结构，所述臭氧催化氧化器内装有臭氧催化剂，所述催化剂为以γ-Al2O3为载体，负载Mn、Cu、Fe、Co、Ce、K、Ce等元素中的一种或几种金属氧化物，通过浸渍、焙烧制备而成。
本发明的技术特征还有：所述电解催化氧化反应器为方形结构，反应器中并行排列至少一组阳、阴极，阳、阴极交替排列；所述阳极为钛基涂层电极，涂层材料为PbO2,IrO2,TaO2中的一种或几种；所述阴极为不锈钢电极或石墨电极。
本发明的技术特征还有：所述待处理废水经进水泵泵送入所述臭氧添加管道，所述臭氧发生器与所述臭氧添加管道之间还装有臭氧调节阀。
本发明的技术方案还有：一种双催化氧化工艺处理废水的方法，其特征在于：所述方法为：待处理废水经提升后进入臭氧催化氧化反应器底部进水口，同时臭氧自臭氧发生器中制备后经臭氧调节阀、臭氧添加管道后进入臭氧催化氧化反应器底部进水口，废水在臭氧催化剂催化作用下部分被臭氧氧化，处理后的废水自出水口经溢流管进入电解催化氧化反应器，在阳极和阴极中间被电解催化氧化，电解催化氧化后的电解水自出水管后外排。
本发明的技术特征还有：所述废水在所述臭氧催化氧化反应器中水力停留时间为15-60分钟，优选30分钟。
本发明的技术特征还有：所述臭氧添加浓度为50-200mg/L,优选100mg/L。
本发明的技术特征还有：废水在所述电解催化氧化反应器中的水力停留时间15-60分钟，优选30分钟。
本发明的技术特征还有：所述电解催化氧化反应器中相邻阳极和阴极的间距为1-10厘米，优选5厘米。
本发明的技术特征还有：所述电解催化氧化反应器中相邻阳极和阴极间的电流密度为2.0-10mA/cm2,优选5.0mA/cm2。
本发明的有益效果在于：1）本装置可对废水进行深度处理：废水中的有机物复杂多样，其抗氧化能力强弱不同，抗氧化能力弱的有机物首先被次氯酸钠催化氧化降解，抗氧化能力强的有机物随后被电解催化氧化降解。双催化氧化工艺对废水中有机物“分类”处理，提高废水处理深度。2）操作灵活，抗来水冲击能力强：可根据待处理废水灵活操作，如果待处理废水波动较大，同时加大或减小臭氧投加量和电解电流密度，来保证出水稳定达标排放。3）处理费用低：根据废水中有机物难氧化程度“分类”氧化，并且将臭氧催化氧化段的剩余臭氧二次利用，有效降低废水的处理费用。
附图说明
附图1是本发明结构示意图，1-进水管；2-进水泵；3-臭氧调节阀；4-臭氧发生器；5-臭氧催化氧化反应器；6-臭氧专用催化剂；7-溢流管；8-直流电源；9-电解催化氧化反应器；10-阳极；11-阴极； 12-出水管。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明的具体实施方式进行说明。一种双催化氧化工艺处理废水的方法及装置，如图1所示，本发明所述双催化氧化工艺处理废水的方法及装置主要包括进水管1；进水泵2；臭氧调节阀3；臭氧发生器4；臭氧催化氧化反应器5；臭氧专用催化剂6；溢流管7；直流电源8；电解催化氧化反应器9；阳极10；阴极11；出水管12。 其中进水管1和进水泵2连接，臭氧发生器4与臭氧调节阀3连接，进水泵2和臭氧调节阀3连通后与臭氧催化氧化反应器5底部进水口连接；臭氧催化氧化反应器5出水口通过溢流管7与电解催化氧化反应器9进水口连接，电解催化氧化反应器9出水口与出水管12连接；直流电源8正极与阳极10通过导线连接，直流电源8负极通过导线与阴极连接。
该方法及装置采用以下手段来对废水进行处理：待处理废水经进水管1经进水泵2提升后进入臭氧催化氧化反应器5底部进水口，同时臭氧自臭氧发生器4制备后经臭氧调节阀3进入臭氧催化氧化反应器5底部进水口，废水在臭氧专用催化剂6的催化作用下部分被臭氧氧化，臭氧出水自出水口经过溢流管7进入电解催化氧化反应器9，在阳极10和阴极11中间进行电解催化氧化，电解出水自出水管12达标外排。
下面根据以上说明，选择典型的工业废水为处理对象，进行具体实施说明。
实施例1：
某橡胶厂污水丁苯车间的生化废水：水量150m3/h，COD为95mg/L。
采用本发明提供的处理方法及装置进行处理：所述臭氧催化氧化反应器5中臭氧专用催化剂6负载Mn、Cu、Fe的金属氧化物，臭氧投加浓度为50mg/L；废水在臭氧催化氧化反应器5中的水力停留时间为15分钟；电解催化氧化反应器9中的阳极10采用钛基PbO2电极，阴极11采用不锈钢电极，废水在电解催化氧化反应器9中的水力停留时间15分钟，相邻阳极和阴极的间距为5厘米，阳极和阴极间的电流密度为2.0mA/cm2。
出水水量150m3/h，COD为24mg/L，处理费用为1.8元/m3。
实施例2：
某炼油厂污水回用车间的反渗透浓水：水量100m3/h，COD为220mg/L。
采用本发明提供的处理方法及装置进行处理：所述臭氧催化氧化反应器5中臭氧专用催化剂6负载Mn、Cu的金属氧化物，臭氧投加浓度为100mg/L；废水在臭氧催化氧化反应器5中的水力停留时间为30分钟；电解催化氧化反应器9中的阳极10采用钛基PbO2电极，阴极11采用不锈钢电极，废水在电解催化氧化反应器9中的水力停留时间30分钟，相邻阳极和阴极的间距为5厘米，阳极和阴极间的电流密度为5.0mA/cm2。
出水水量100m3/h，COD为30mg/L，处理费用为2.0元/m3。
实施例3：
某化工厂生产废水：水量200m3/h，COD为660mg/L。
采用本发明提供的处理方法及装置进行处理：所述臭氧催化氧化反应器5中臭氧专用催化剂6负载Mn、Cu、Co的金属氧化物，臭氧投加浓度为200mg/L；废水在臭氧催化氧化反应器5中的水力停留时间为60分钟；电解催化氧化反应器9中的阳极10采用钛基TaO2电极，阴极11采用石墨电极，废水在电解催化氧化反应器9中的水力停留时间60分钟，相邻阳极和阴极的间距为2厘米，阳极和阴极间的电流密度为10mA/cm2。出水水量200m3/h，COD为40mg/L，处理费用为3.0元/m3。
当然，上述说明并非对本发明的限制，本发明也不仅限于上述举例，本技术领域的普通技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种双催化氧化工艺处理废水的装置，所述装置包括臭氧催化氧化反应器和臭氧发生器，所述臭氧发生器制备的臭氧入臭氧添加管道，待处理废水从进水管经所述臭氧添加管道后进入所述臭氧催化氧化反应器，其特征在于：所述臭氧催化氧化反应器处理后的所述废水经溢流管入电解催化氧化反应器，所述电解催化氧化反应器内设与直流电源连接的阳极和阴极，处理后的废水经出水管向外输出。
2.按照权利要求1所述的装置，其特征在于：所述臭氧催化氧化器为塔形结构，所述臭氧催化氧化器内装有臭氧催化剂，所述催化剂为以γ-Al2O3为载体，负载Mn、Cu、Fe、Co、Ce、K、Ce等元素中的一种或几种金属氧化物，通过浸渍、焙烧制备而成。
3.按照权利要求1所述的装置，其特征在于：所述电解催化氧化反应器为方形结构，反应器中并行排列至少一组阳、阴极，阳、阴极交替排列；所述阳极为钛基涂层电极，涂层材料为PbO2,IrO2,TaO2中的一种或几种；所述阴极为不锈钢电极或石墨电极。
4.按照权利要求1所述的装置，其特征在于：所述待处理废水经进水泵泵送入所述臭氧添加管道，所述臭氧发生器与所述臭氧添加管道之间还装有臭氧调节阀。
5.一种双催化氧化工艺处理废水的方法，该方法用到权利要求1所述的装置，其特征在于：所述方法为：待处理废水经提升后进入臭氧催化氧化反应器底部进水口，同时臭氧自臭氧发生器中制备后经臭氧调节阀、臭氧添加管道后进入臭氧催化氧化反应器底部进水口，废水在臭氧催化剂催化作用下部分被臭氧氧化，处理后的废水自出水口经溢流管进入电解催化氧化反应器，在阳极和阴极中间被电解催化氧化，电解催化氧化后的电解水自出水管后外排。
6.按照权利要求5所述的方法，其特征在于：所述废水在所述臭氧催化氧化反应器中水力停留时间为15-60分钟，优选30分钟。
7.按照权利要求5所述的方法，其特征在于：所述臭氧添加浓度为50-200mg/L,优选100mg/L。
8.按照权利要求5所述的方法，其特征在于：废水在所述电解催化氧化反应器中的水力停留时间15-60分钟，优选30分钟。
9.按照权利要求5所述的方法，其特征在于：所述电解催化氧化反应器中相邻阳极和阴极的间距为1-10厘米，优选5厘米。
10.按照权利要求5所述的方法，其特征在于：所述电解催化氧化反应器中相邻阳极和阴极间的电流密度为2.0-10mA/cm2,优选5.0mA/cm2。
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