CN106745657A - 一种连续移动床式催化氧化处理化工废水的方法及装置 - Google Patents
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Abstract
一种连续移动床式催化氧化处理化工废水的方法及装置，包括按序排列并经管道连通的PH调节池、连续移动床式反应器、混凝反应池、沉淀池及出水池；所述PH调节池的前端还设有进水管道，所述化工废水经所述进水管道进入所述PH调节池内；所述PH调节池内设有搅拌器；所述PH调节池的旁侧还设有酸投加装置和H2O2投加装置；所述连续移动床式反应器包括反应器罐体、催化剂填料层、布料挡板、气提管、洗料管及分离室。催化剂填料层在起到催化氧化作用的同时，也起到过滤作用，催化剂通过气提、洗料，不断得到清洗，既保持了催化剂填料与废水的充分接触混合，也使得填料层不会因污堵而产生板结、沟流等现象。
Description
技术领域
本发明属于工业废水处理技术领域，涉及一种连续移动床式催化氧化处理化工废水的方法及装置。
背景技术
随着我国经济的快速增长，工业迅速发展的同时，工业生产所带来的废水量逐年增大。与此同时，人们的环境保护意识逐渐增强，各类污染物排放指标日益严格。工业废水中存在大量难降解有机物、有毒有害物质，用普通的生物化学法很难使其稳定达标。化工废水具有排放量大，污染物组成复杂、浓度高、毒性大、可生化性差等特点。化工废水特别是高盐高浓度有机废水处理，一直是国内外水污染治理的难题。随着我国化学工业的快速发展，各种新型的化工产品被应用到各行各业，特别是医药、化工、电镀、印染等重污染工业中，在提高产品质量、品质的同时也带来了日益严重的环境污染问题，主要表现在：废水中有机污染物浓度高、结构稳定、可生化性差，常规工艺难以实现达标排放，且处理成本高，给企业节能减排带来极大的压力。
国务院《水污染防治行动计划》（简称《水十条》）提出取缔“十小”企业，专项整治十大重点行业，其中大部份为化工行业和企业。国家对于化工行业污染物治理的要求越来越严格，化工行业实施整改是必然的。为了保证企业盈利和排污达标，企业选择合适的废水处理系统非常重要。因此，对高效低成本的化工废水处理新工艺、新技术、新装置的开发研究具有非常重要的意义。
化工废水的特点，决定了必须采用针对性强的多种处理技术的组合工艺。通常先用物化处理法消除废水的生物毒性、提高废水的可生化性，然后用生化处理法彻底去除废水中COD、氨氮、总磷等污染物，使废水达标排放。因此确定化工废水处理工艺的关键，在于选择高效低成本的物化处理法，将废水中难降解有毒性的有机污染物，降解为可生物降解的小分子有机物。目前这些物化处理方法有：芬顿氧化法、微电解法、电化学氧化法、臭氧氧化法、紫外光催化氧化法、湿式催化氧化法等。
芬顿氧化法是一种传统氧化技术，是以亚铁离子（Fe2+）为催化剂，用过氧化氢（H2O2）进行化学氧化的废水处理方法，其处理设施简单，但投加药剂成本高、形成污泥量大，过程难以控制，劳动强度大。微电解法：其处理设施简单，运行操作简便。但微电解填料易钝化板结，严重影响处理效果。电化学氧化法、臭氧氧化法、紫外光催化氧化法：都存在设备结构复杂，投资运行成本高的问题。湿式催化氧化法：对设备材料要求严格，投资成本很高。
因此，如何解决上述问题，是本领域技术人员要研究的内容。
发明内容
为克服上述现有技术中的不足，本发明目的在于提供一种连续移动床式催化氧化处理化工废水的方法及装置。该方法通过一种含有天然钒钛磁铁矿石催化剂的连续移动床式反应器及相关处理设施，对化工废水特别是难降解有机废水进行催化氧化处理，消除废水的生物毒性，提高废水的可生化性，使废水能达到生化处理的要求。
为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种连续移动床式催化氧化处理化工废水的装置，包括按序依次排列并经管道连通的PH调节池、连续移动床式反应器、混凝反应池、沉淀池及出水池；所述PH调节池的前端还设有进水管道，所述化工废水经所述进水管道进入所述PH调节池内；所述PH调节池内设有搅拌器；所述PH调节池的旁侧还设有酸投加装置和H2O2投加装置；所述连续移动床式反应器包括反应器罐体、催化剂填料、布料挡板、气提管、洗料管及分离室；所述反应器罐体为锥底形敞口圆柱玻璃钢结构；所述布料挡板设置在所述反应器罐体的锥底部；所述反应器罐体的顶部设有布水器；所述催化剂填料层设置在所述反应器罐体的中部；所述气提管设置在所述反应器罐体的中轴线处，所述气提管的底端设置在所述锥底部，所述气提管的顶端穿设出所述反应器罐体的顶部；所述分离室设置在所述气提管顶端的上部，所述分离室的下部连接所述洗料管，且所述洗料管位于所述反应器罐体内部。
上述技术方案中，相关内容解释如下：
1、上述方案中，所述PH调节池内设有在线PH检测仪。该PH检测仪用于针对不同性质的化工废水，根据检测PH调节池内的化工废水的PH值来控制酸投加装置的启停。针对不同性质的化工废水，H2O2投加浓度约为化工废水COD的0.5~1倍。
2、上述方案中，所述布水器的高度为1~1.5m。
3、上述方案中，所述催化剂填料层的高度为2~2.5m，所述催化剂填料层为钒钛磁铁矿石层，所述钒钛磁铁矿石的粒度为30~50目。所述钒钛磁铁矿石晶体结构中的Fe2+/ Fe3 +被Ti4+、V3+等类质同象替换，大大提高了催化剂的催化氧化性能。废水在流经催化剂填料层时，其中的H2O2与催化剂充分接触，在金属氧化物催化剂的催化作用下，产生强氧化剂羟基自由基(·OH)，降解或矿化废水中的污染物。同时催化剂在反应器中经气提管提升、清洗并回到填料层上部，这样连续地使催化剂填料得到清洗，清除滞留在填料层中的杂质，防止填料层因污堵形成板结、沟流现象。
4、上述方案中，所述气提管的入口处设置有压缩空气喷嘴。
5、上述方案中，所述混凝反应池中安装设有搅拌器。
6、上述方案中，所述反应器罐体上还设有进水管和出水管。
一种连续移动床式催化氧化处理化工废水的方法，包括以下步骤：
⑴、化工废水预处理：化工废水经过格栅、混凝沉淀或气浮单元预处理，去除废水中的悬浮杂质及油类物质；
⑵、经步骤⑴中处理后的化工废水经进水管道进入PH调节池，向PH调节池内投加酸，调节化工废水的PH值，同时向PH调节池内投加H2O2；
⑶、调节过PH值并投加了H2O2的化工废水经管道自流进连续移动床式反应器内，化工废水在反应器罐体中停留1~2个小时，在反应器罐体的上部设置有布水器，化工废水经过布水器均匀分布在所述反应器罐体内；所述化工废水从反应器罐体的上部向下流经催化剂填料层，进入反应器罐体底部的气提管，在所述气提管入口处装设有压缩空气喷嘴，压缩空气将化工废水和催化剂填料沿气提管向上提升至顶端的分离室，催化剂填料落入下部的洗料管，回到反应器罐体内催化剂填料层的上部，处理后的化工废水从分离室侧边的出水管流出反应器罐体；
⑷、经步骤⑶中反应器罐体流出的化工废水经出水管流进混凝反应池，化工废水在混凝反应池中的停留时间为15~20分钟，混凝反应池中安装有搅拌器；进入混凝反应池的废水中含有Fe2＋和Fe3＋，通过碱投加装置经管道向混凝反应池投加NaOH，NaOH 与Fe2＋和Fe3＋反应生成Fe(OH)2和Fe(OH)3，去除化工废水中溶解性、胶体和悬浮态污染物；
⑸、经步骤⑷混凝反应池流出的化工废水自流进沉淀池，化工废水中的絮体得到沉淀分离，出水自流进出水池。
上述技术方案中，相关内容解释如下：
1、上述方案中，所述步骤⑸中沉淀池中的污泥进入污泥处理系统。
2、上述方案中，所述催化剂填料层中的催化剂为钒钛磁铁矿石，粒度为30-50目。
3、上述方案中，所述步骤⑴的预处理是为了确保连续移动床式反应器不被这些悬浮杂质及油类物质污堵。
4、上述方案中，通过碱投加装置经管道向混凝反应池投加NaOH，NaOH 与Fe2＋和Fe3＋反应生成Fe(OH)2和Fe(OH)3，是优良的絮凝剂，可发挥压缩双电层、吸附电中和及沉淀网捕作用，有效去除废水中溶解性、胶体和悬浮态污染物。
由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有的优点是：
1、本发明中采用天然钒钛磁铁矿石作为催化剂，催化剂成本低廉，同时催化剂中钒、钛等金属离子对铁离子的类质同象替换，大大增强了催化剂的催化氧化性能。相比传统芬顿氧化法，该氧化法产生污泥少、H2O2利用率高、pH值适用范围广。相比于光、电、臭氧等催化氧化法，该处理方法成本较低。
2、本发明采用连续移动床式反应器，催化剂填料层在起到催化氧化作用的同时，也起到过滤作用，催化剂通过气提、洗料，不断得到清洗，既保持了催化剂填料与废水的充分接触混合，也使得填料层不会因污堵也产生板结、沟流等现象。
附图说明
图1为本发明装置和方法的流程示意图；
图2位本发明装置中连续移动床反应器的结构示意图。
具体实施方式
以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。
请参阅图1至图2。须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。
如图1和图2所示，一种连续移动床式催化氧化处理化工废水的装置，包括按序依次排列并经管道连通的PH调节池、连续移动床式反应器、混凝反应池、沉淀池及出水池；所述PH调节池的前端还设有进水管道，所述化工废水经所述进水管道进入所述PH调节池内；所述PH调节池内设有搅拌器；所述PH调节池的旁侧还设有酸投加装置和H2O2投加装置；所述连续移动床式反应器包括反应器罐体2、催化剂填料层3、布料挡板5、气提管6、洗料管7及分离室9；所述反应器罐体2为锥底形敞口圆柱玻璃钢结构；所述布料挡板5设置在所述反应器罐体2的锥底部；所述反应器罐体2的顶部设有布水器10；所述催化剂填料层3设置在所述反应器罐体2的中部；所述气提管6设置在所述反应器罐体2的中轴线处，所述气提管6的底端设置在所述反应器罐体2的锥底部，所述气提管6的顶端穿设出所述反应器罐体2的顶部；所述分离室9设置在所述气提管6顶端的上部，所述分离室9的下部连接所述洗料管7，且所述洗料管7位于所述反应器罐体2内部。
所述PH调节池内设有在线PH检测仪（图中未示出）。该PH检测仪用于针对不同性质的化工废水，根据检测PH调节池内的化工废水的PH值来控制酸投加装置的启停。针对不同性质的化工废水，H2O2投加浓度约为化工废水COD的0.5~1倍。
所述布水器10的高度为1~1.5m。
所述催化剂填料层3的高度为2~2.5m，所述催化剂填料层3为钒钛磁铁矿石层，所述钒钛磁铁矿石的粒度为30~50目。所述钒钛磁铁矿石晶体结构中的Fe2+/ Fe3+被Ti4+、V3+等类质同象替换，大大提高了催化剂的催化氧化性能。废水在流经催化剂填料层时，其中的H2O2与催化剂充分接触，在金属氧化物催化剂的催化作用下，产生强氧化剂羟基自由基(·OH)，降解或矿化废水的污染物。同时催化剂在反应器中经气提管提升、清洗并回到填料层上部，这样连续地使催化剂填料得到清洗，清除滞留在填料层中的杂质，防止填料层因污堵形成的板结、沟流现象。所述钒钛磁铁矿石的化学成分见下表：
| 化学成分 | Fe | TiO2 | V2O5 | Co | Ni | S | P |
| 百分含量（%） | 30.55 | 10.42 | 0.30 | 0.017 | 0.014 | 0.64 | 0.013 |
所述气提管6的入口处设置有压缩空气喷嘴4。
所述混凝反应池中安装设有搅拌器（图中未示出）。
所述反应器罐体2上还设有进水管1和出水管8。
如图2所示，一种连续移动床式催化氧化处理化工废水的方法，包括以下步骤：
⑴、化工废水预处理：化工废水经过格栅、混凝沉淀或气浮单元预处理，去除废水中的悬浮杂质及油类物质；
⑵、经步骤⑴中处理后的化工废水经进水管道进入PH调节池，向PH调节池内投加酸，调节化工废水的PH值，同时向PH调节池内投加H2O2；
⑶、调节过PH值并投加了H2O2的化工废水经管道自流进连续移动床式反应器内，化工废水在反应器罐体中停留1~2个小时，在反应器罐体的上部设置有布水器，化工废水经过布水器均匀分布在所述反应器罐体内；所述化工废水从反应器罐体的上部向下流经催化剂填料层，进入反应器罐体底部的气提管，在所述气提管入口处装设有压缩空气喷嘴，压缩空气将化工废水和催化剂填料沿气提管向上提升至顶端的分离室，催化剂填料落入下部的洗料管，回到反应器罐体内催化剂填料层的上部，处理后的化工废水从分离室侧边的出水管流出反应器罐体；
⑷、经步骤⑶中反应器罐体流出的化工废水经出水管流进混凝反应池，化工废水在混凝反应池中的停留时间为15~20分钟，混凝反应池中安装有搅拌器；进入混凝反应池的废水中含有Fe2＋和Fe3＋，通过碱投加装置经管道向混凝反应池投加NaOH，NaOH 与Fe2＋和Fe3＋反应生成Fe(OH)2和Fe(OH)3，去除化工废水中溶解性、胶体和悬浮态污染物；
⑸、经步骤⑷混凝反应池流出的化工废水自流进沉淀池，化工废水中的絮体得到沉淀分离，出水自流进出水池。
所述步骤⑸中沉淀池中的污泥进入污泥处理系统。
所述催化剂填料层中的催化剂为钒钛磁铁矿石，粒度为30-50目。
所述步骤⑴的预处理是为了确保连续移动床式反应器不被这些悬浮杂质及油类物质污堵。
通过碱投加装置经管道向混凝反应池投加NaOH，NaOH 与Fe2＋和Fe3＋反应生成Fe(OH)2和Fe(OH)3，是优良的絮凝剂，可发挥压缩双电层、吸附电中和及沉淀网捕作用，有效去除废水中溶解性、胶体和悬浮态污染物。
化工废水经预处理后，由进水管道进入进水pH调节池，pH调节池与酸投加装置连接， pH调节池出口通过管道与连续移动床式反应器进口相连，连续移动床式反应器出口混凝反应池进口经管道连接，混凝反应池与碱投加装置连接，混凝反应池出口与沉淀池进口经管道连接，沉淀池出口与出水池进口经管道连接。
催化剂为天然钒钛磁铁矿石，粒度为30-50目，化学成分见下表：
| 化学成分 | Fe | TiO2 | V2O5 | Co | Ni | S | P |
| 百分含量（%） | 30.55 | 10.42 | 0.30 | 0.017 | 0.014 | 0.64 | 0.013 |
矿石晶体结构中的Fe2+/ Fe3+被Ti4+、V3+等类质同象替换，大大提高了催化剂的催化氧化性能。废水在流经催化剂填料层时，其中的H2O2与催化剂充分接触，在金属氧化物催化剂的催化作用下，产生强氧化剂羟基自由基(·OH)，降解或矿化废水的污染物。同时催化剂在反应器中经气提管提升、清洗并回到填料层上部，这样连续地使催化剂填料得到清洗，清除滞留在填料层中的杂质，防止填料层因污堵形成的板结、沟流现象。
反应器出水经出水管自流进混凝反应池，废水在混凝反应池中的停留时间为15~20分钟，混凝反应池中安装有搅拌器。进入混凝反应池的废水中含有Fe2＋和Fe3＋，通过碱投加装置经管道向混凝反应池投加NaOH，NaOH 与Fe2＋和Fe3＋反应生成Fe (OH) 2和Fe(OH) 3，是优良的絮凝剂，可发挥压缩双电层、吸附电中和及沉淀网捕作用，有效去除废水中溶解性、胶体和悬浮态污染物。
混凝反应池出水自流进入沉淀池，废水中的絮体得到沉淀分离，出水自流进出水池，并作下一步处理。沉淀池污泥进入污泥处理系统。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。
Claims (10)
1.一种连续移动床式催化氧化处理化工废水的装置，其特征在于：包括按序依次排列并经管道连通的PH调节池、连续移动床式反应器、混凝反应池、沉淀池及出水池；所述PH调节池的前端还设有进水管道，所述化工废水经所述进水管道进入所述PH调节池内；所述PH调节池内设有搅拌器；所述PH调节池的旁侧还设有酸投加装置和H2O2投加装置；所述连续移动床式反应器包括反应器罐体、催化剂填料层、布料挡板、气提管、洗料管及分离室；所述反应器罐体为锥底形敞口圆柱玻璃钢结构；所述布料挡板设置在所述反应器罐体的锥底部；所述反应器罐体的顶部设有布水器；所述催化剂填料层设置在所述反应器罐体的中部；所述气提管设置在所述反应器罐体的中轴线处，所述气提管的底端设置在所述反应器罐体的锥底部，所述气提管的顶端穿设出所述反应器罐体的顶部；所述分离室设置在所述气提管顶端的上部，所述分离室的下部连接所述洗料管，且所述洗料管位于所述反应器罐体内部。
2.根据权利要求1所述的连续移动床式催化氧化处理化工废水的装置，其特征在于：所述PH调节池内设有在线PH检测仪。
3.根据权利要求1所述的连续移动床式催化氧化处理化工废水的装置，其特征在于：所述布水器的高度为1~1.5m。
4.根据权利要求1所述的连续移动床式催化氧化处理化工废水的装置，其特征在于：所述催化剂填料层的高度为2~2.5m，所述催化剂填料层为钒钛磁铁矿石层。
5.根据权利要求1所述的连续移动床式催化氧化处理化工废水的装置，其特征在于：所述气提管的入口处设置有压缩空气喷嘴。
6.根据权利要求1所述的连续移动床式催化氧化处理化工废水的装置，其特征在于：所述混凝反应池中安装设有搅拌器。
7.根据权利要求1所述的连续移动床式催化氧化处理化工废水的装置，其特征在于：所述反应器罐体上还设有进水管和出水管。
8.一种连续移动床式催化氧化处理化工废水的方法，其特征在于：包括以下步骤：
⑴、化工废水预处理：化工废水经过格栅、混凝沉淀或气浮单元预处理，去除废水中的悬浮杂质及油类物质；
⑵、经步骤⑴中处理后的化工废水经进水管道进入PH调节池，向PH调节池内投加酸，调节化工废水的PH值，同时向PH调节池内投加H2O2；
⑶、调节过PH值并投加了H2O2的化工废水经管道自流进连续移动床式反应器内，化工废水在反应器罐体中停留1~2个小时，在反应器罐体的上部设置有布水器，化工废水经过布水器均匀分布在所述反应器罐体内；所述化工废水从反应器罐体的上部向下流经催化剂填料层，进入反应器罐体底部的气提管，在所述气提管入口处装设有压缩空气喷嘴，压缩空气将化工废水和催化剂填料沿气提管向上提升至顶端的分离室，催化剂填料落入下部的洗料管，回到反应器罐体内催化剂填料层的上部，处理后的化工废水从分离室侧边的出水管流出反应器罐体；
⑷、经步骤⑶中反应器罐体流出的化工废水经出水管流进混凝反应池，化工废水在混凝反应池中的停留时间为15~20分钟，混凝反应池中安装有搅拌器；进入混凝反应池的废水中含有Fe2＋和Fe3＋，通过碱投加装置经管道向混凝反应池投加NaOH，NaOH 与Fe2＋和Fe3＋反应生成Fe(OH)2和Fe(OH)3，去除化工废水中溶解性、胶体和悬浮态污染物；
⑸、经步骤⑷混凝反应池流出的化工废水自流进沉淀池，化工废水中的絮体得到沉淀分离，出水自流进出水池。
9.根据权利要求1所述的连续移动床式催化氧化处理化工废水的方法，其特征在于：所述步骤⑸中沉淀池中的污泥进入污泥处理系统。
10.根据权利要求1所述的连续移动床式催化氧化处理化工废水的方法，其特征在于：所述催化剂填料层中的催化剂为钒钛磁铁矿石，粒度为30-50目。
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