CN106915859B - 一种光催化法处理工业废水的工艺系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种光催化法处理工业废水的工艺系统及方法，此系统主流程包括原水调节池、光催化剂制备装置、一级光催化反应装置、一级膜过滤器、废水中和池、二级光催化反应装置、一级水解反应池、二级水解反应池、二级膜过滤器；还包括副流程；为保证此工艺系统长期稳定连续运行，还包括相关配套的加药储存与控制装置。此处理系统在常温、常压下进行光催化处理废水，能降低化学试剂用量，减少高温高压氧化等传统方法带来的安全隐患，处理废水负荷大幅度提高，也可以避免Fenton法、生化法带来的大量难以处理的污泥，同时实现废水处理、资源回收的双重目的，催化剂再生有效降低废水处理成本，出水无二次污染。

Description

一种光催化法处理工业废水的工艺系统

技术领域

本发明专利涉及光催化法处理工业废水的工艺系统，属于废水处理技术领域。

背景技术

近年来国家经济体质不断变革，发展绿色环保的循环经济是全国大多数企业的主要目标，日益严重的废水处理问题和经济发展冲突，导致企业不得不寻求新的低成本并能有效处理废水的新方法。传统的工业废水处理工艺很难帮助企业完成经济结构的转型升级，因此开发绿色环保，可资源循环的废水处理工艺具有重要的经济效益和社会意义。工业废水中三大类难处理的污染物分别为有机污染物、无机盐和有机磷，这三大类污染物中，无机盐和有机磷两类是可回收利用的资源，如何将资源回收和废水处理结合，是现有阶段废水工艺开发的重点问题。

传统工艺受制于高COD、高盐等复杂环境，无法达到废水处理标准，也无法回收利用各种资源；近年来发展新工艺提高了对污染物处理的负荷，达到了几千毫克每升的处理水平，但是其化学试剂投放量大，污泥量大，二次污染严重，同时高温高压带来的安全隐患也不可忽视，磷等有效资源未回收也不符合当前倡导的循环经济发展方向。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种光催化法处理工业废水的工艺系统，该工艺利用光能以及少量无二次污染的氧化剂实现废水的处理，同时实现产品生产和资源回收两大方面，不仅为企业带来了很好的经济效益，同时避免了污泥量大，二次污染严重，高温高压带来的安全隐患等一系列问题，将废水处理的污染物负荷突破千毫克每升的限制，实现了经济、环保、安全、实用的处理工业废水工艺目标。

为了解决上述技术问题，本发明提出以下技术方案：一种光催化法处理工业废水的工艺系统，它包括主流程，所述主流程包括原水调节池，所述原水调节池之后连接有光催化剂制备装置，所述光催化剂制备装置之后连接有一级光催化反应装置，所述一级光催化反应装置之后连接有一级膜过滤器，所述一级膜过滤器之后连接有废水中和池，所述废水中和池之后连接有二级光催化反应装置，所述二级光催化反应装置之后连接有一级水解反应池，所述一级水解反应池之后连接有二级水解反应池，所述二级水解反应池之后连接有二级膜过滤器；

还包括副流程，所述副流程包括第一膜过滤装置、第一提纯装置、气体吸收塔、第二提纯装置、酸解回收再生池、一级结晶塔、第三提纯装置、二级结晶塔和第四提纯装置；

还包括配套的加药储存与控制装置，所述加药储存与控制装置包括一级酸碱装置、光催化剂原料装置、二级酸碱装置、氧化剂装置、三级酸碱装置、四级酸碱装置、pH监测装置、压缩空气装置、电气系统以及控制仪表。

工业废水进入所述原水调节池的COD含量为10000～14000mg/L，NaCl含量为20000～30000mg/L，总磷含量为50000～80000mg/L。

所述光催化剂原料装置投加的光催化剂原料为铋源，光催化剂制备装置中光催化剂制备温度为100～180℃。

所述一级酸碱装置、二级酸碱装置、三级酸碱装置、四级酸碱装置控制废水pH分别为酸性、酸性、碱性、酸性。

所述第一提纯装置、第二提纯装置、第三提纯装置、第四提纯装置得到的产品分别为光催剂产品、铵类产品、磷产品及钠盐、氯盐或铵盐产品。

所述氧化剂装置投加的氧化剂为次氯酸钠、过氧化氢、过氧化钠中的任意一种。

所述光催化剂原料装置、一级光催化反应装置、二级光催化反应装置、一级水解反应池、二级水解反应池中的水力停留时间分别为6～14h、3～6h、2～4h、0.5～1h、0.5～1h。

任意一项光催化法处理工业废水系统的处理方法，它包括以下步骤：

1）将工业废水原液排放到原水调节池，并通过一级酸碱装置控制其pH为酸性，其出水与光催化剂原料装置投加的光催化剂原料同时进入光催化剂制备装置，在一定温度和时间条件下制备光催化剂；

2）光催化剂通过第一膜过滤装置与废水分离，部分光催化剂通过第一提纯装置提纯得到光催剂产品；部分光催化剂与光催化剂制备装置出水混合均匀进入一级光催化反应装置，通过光催化反应初步处理废水中的污染物；反应过程中的气体收集通入气体吸收塔，充分吸收后结晶通过第二提纯装置提纯得到氨类产品；

3）一级光催化反应装置出水通过一级膜过滤器分离反应后的光催化剂，将其置入酸解回收再生池溶解后回流至原水调节池；

4）一级膜过滤器出水和第一膜过滤装置出水与部分废水原液进入废水中和池混匀，通过二级酸碱装置调节pH为酸性后与氧化剂装置加入的氧化剂混匀进入二级光催化反应装置进行光催化反应；

5）二级光催化反应装置出水进入一级水解反应池，通过三级酸碱装置调节pH为碱性后搅拌水解；一级水解反应池出水进入二级水解反应池，通过四级酸碱装置调节pH为酸性后搅拌水解；

6）二级光催化反应装置、一级水解反应池、二级水解反应池反应过程中的气体收集通入气体吸收塔，充分吸收后结晶通过第二提纯装置提纯得到氨类产品；

7）二级水解反应池出水通过二级膜过滤器浓缩，清水排放，浓水进入一级结晶塔结晶再通过第三提纯装置提纯得到磷产品；

8）一级结晶塔出水进入二级结晶塔结晶再通过第四提纯装置提纯得到钠盐、氯盐或铵盐产品；二级结晶塔出水回流至废水中和池再处理。

本发明有如下有益效果：

1、整个系统不产生污泥，形成的固体物质为各种产品；

2、反应条件温和，不存在高温高压等安全隐患；

3、处理加入试剂无其他元素来源，不形成二次污染；

4、处理废水负荷大，运行稳定可控，受废水负荷和盐含量制约小；

5、经济环保、运行成本低、设备维护架设简单；

6、各类资源回收率高，经济效益明显。

7、经过本发明方法的处理后可实现氨氮处理回收95%、氯回收90%，磷回收78%。出水可达国家排放标准一级标准。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

图1是本发明的系统结构图。

图中：原水调节池101、光催化剂制备装置102、一级光催化反应装置103、一级膜过滤器104；

一级酸碱装置111、光催化剂原料装置112；

第一膜过滤装置121、气体吸收塔122、酸解回收再生池123；

第一提纯装置131、第二提纯装置132；

废水中和池201、二级光催化反应装置202、一级水解反应池203、二级水解反应池204、二级膜过滤器205；

二级酸碱装置211、氧化剂装置212、三级酸碱装置213、四级酸碱装置214；

一级结晶塔221、第三提纯装置222；

二级结晶塔231、第四提纯装置232。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施方式做进一步的说明。

实施例1：

如图1，一种光催化法处理工业废水的工艺系统，它包括主流程，所述主流程包括原水调节池101，所述原水调节池101之后连接有光催化剂制备装置102，所述光催化剂制备装置102之后连接有一级光催化反应装置103，所述一级光催化反应装置103之后连接有一级膜过滤器104，所述一级膜过滤器104之后连接有废水中和池201，所述废水中和池201之后连接有二级光催化反应装置202，所述二级光催化反应装置202之后连接有一级水解反应池203，所述一级水解反应池203之后连接有二级水解反应池204，所述二级水解反应池204之后连接有二级膜过滤器205；

进一步的，还包括副流程，所述副流程包括第一膜过滤装置121、第一提纯装置131、气体吸收塔122、第二提纯装置132、酸解回收再生池123、一级结晶塔221、第三提纯装置222、二级结晶塔231和第四提纯装置232；

进一步的，还包括配套的加药储存与控制装置，所述加药储存与控制装置包括一级酸碱装置111、光催化剂原料装置112、二级酸碱装置211、氧化剂装置212、三级酸碱装置213、四级酸碱装置214、pH监测装置、压缩空气装置、电气系统以及控制仪表。

进一步的，工业废水进入所述原水调节池101的COD含量为10000～14000mg/L，NaCl含量为20000～30000mg/L，总磷含量为50000～80000mg/L。

进一步的，所述光催化剂原料装置112投加的光催化剂原料为铋源，光催化剂制备装置102中光催化剂制备温度为100～180℃。

进一步的，所述一级酸碱装置111、二级酸碱装置211、三级酸碱装置213、四级酸碱装置214控制废水pH分别为酸性、酸性、碱性、酸性。

进一步的，所述第一提纯装置131、第二提纯装置132、第三提纯装置222、第四提纯装置232得到的产品分别为光催剂产品、铵类产品、磷产品及钠盐、氯盐或铵盐产品。

进一步的，所述氧化剂装置212投加的氧化剂为次氯酸钠、过氧化氢、过氧化钠中的任意一种。

进一步的，所述光催化剂原料装置112、一级光催化反应装置103、二级光催化反应装置202、一级水解反应池203、二级水解反应池204中的水力停留时间分别为6～14h、3～6h、2～4h、0.5～1h、0.5～1h。

实施例2：

任意一项光催化法处理工业废水系统的处理方法，它包括以下步骤：

1）将工业废水原液，其中COD含量为10000～14000mg/L，NaCl含量为20000～30000mg/L，总磷含量为50000～80000mg/L，排放到原水调节池101，并通过一级酸碱装置111控制其pH为酸性，其出水与光催化剂原料装置112投加的铋源光催化剂原料同时进入光催化剂制备装置102，在100℃温度，并停留14h制备光催化剂；

2）光催化剂通过第一膜过滤装置121与废水分离，部分光催化剂通过第一提纯装置131提纯得到光催剂产品；部分光催化剂与光催化剂制备装置102出水混合均匀进入一级光催化反应装置103并停留3h，通过光催化反应初步处理废水中的污染物；反应过程中的气体收集通入气体吸收塔122，充分吸收后结晶通过第二提纯装置132提纯得到氨类产品；

3）一级光催化反应装置103出水通过一级膜过滤器104分离反应后的光催化剂，将其置入酸解回收再生池123溶解后回流至原水调节池101；

4）一级膜过滤器104出水和第一膜过滤装置121出水与部分废水原液进入废水中和池201混匀，通过二级酸碱装置211调节pH为酸性后与氧化剂装置212加入的氧化剂混匀进入二级光催化反应装置202并停留2h进行光催化反应；

5）二级光催化反应装置103出水进入一级水解反应池203并停留0.5h，通过三级酸碱装置213调节pH为碱性后搅拌水解；一级水解反应池203出水进入二级水解反应池204并停留0.5h，通过四级酸碱装置214调节pH为酸性后搅拌水解；

6）二级光催化反应装置202、一级水解反应池203、二级水解反应池204反应过程中的气体收集通入气体吸收塔122，充分吸收后结晶通过第二提纯装置132提纯得到氨类产品；

7）二级水解反应池204出水通过二级膜过滤器205浓缩，清水排放，浓水进入一级结晶塔221结晶再通过第三提纯装置222提纯得到磷产品；

8）一级结晶塔221出水进入二级结晶塔231结晶再通过第四提纯装置232提纯得到钠盐、氯盐或铵盐产品；二级结晶塔231出水回流至废水中和池201再处理。

实施例3：

任意一项光催化法处理工业废水系统的处理方法，它包括以下步骤：

1）将工业废水原液，其中COD含量为10000～14000mg/L，NaCl含量为20000～30000mg/L，总磷含量为50000～80000mg/L，排放到原水调节池101，并通过一级酸碱装置111控制其pH为酸性，其出水与光催化剂原料装置112投加的铋源光催化剂原料同时进入光催化剂制备装置102，在180℃温度，并停留6h制备光催化剂；

2）光催化剂通过第一膜过滤装置121与废水分离，部分光催化剂通过第一提纯装置131提纯得到光催剂产品；部分光催化剂与光催化剂制备装置102出水混合均匀进入一级光催化反应装置103并停留6h，通过光催化反应初步处理废水中的污染物；反应过程中的气体收集通入气体吸收塔122，充分吸收后结晶通过第二提纯装置132提纯得到氨类产品；

3）一级光催化反应装置103出水通过一级膜过滤器104分离反应后的光催化剂，将其置入酸解回收再生池123溶解后回流至原水调节池101；

4）一级膜过滤器104出水和第一膜过滤装置121出水与部分废水原液进入废水中和池201混匀，通过二级酸碱装置211调节pH为酸性后与氧化剂装置212加入的氧化剂混匀进入二级光催化反应装置202并停留4h进行光催化反应；

5）二级光催化反应装置103出水进入一级水解反应池203并停留1h，通过三级酸碱装置213调节pH为碱性后搅拌水解；一级水解反应池203出水进入二级水解反应池204并停留1h，通过四级酸碱装置214调节pH为酸性后搅拌水解；

6）二级光催化反应装置202、一级水解反应池203、二级水解反应池204反应过程中的气体收集通入气体吸收塔122，充分吸收后结晶通过第二提纯装置132提纯得到氨类产品；

7）二级水解反应池204出水通过二级膜过滤器205浓缩，清水排放，浓水进入一级结晶塔221结晶再通过第三提纯装置222提纯得到磷产品；

8）一级结晶塔221出水进入二级结晶塔231结晶再通过第四提纯装置232提纯得到钠盐、氯盐或铵盐产品；二级结晶塔231出水回流至废水中和池201再处理。

本发明的工作过程和工作原理为：

为保证工艺系统的正常运行，废水原液部分进入原水调节池101中通过一级酸碱装置111控制其pH为酸性，出水与光催化剂原料装置112投加的光催化剂原料同时进入光催化剂制备装置102，在一定温度和时间条件下制备光催化剂；光催化剂通过第一膜过滤装置121与废水分离，部分光催化剂通过第一提纯装置131提纯得到光催剂产品；部分光催化剂与光催化剂制备装置102出水混合均匀进入一级光催化反应装置103，通过光催化反应初步处理废水中的污染物；反应过程中的气体收集通入气体吸收塔122，充分吸收后结晶通过第二提纯装置132提纯得到氨类产品；一级光催化反应装置103出水通过一级膜过滤器104分离反应后的光催化剂，将其置入酸解回收再生池123溶解后回流至原水调节池101；一级膜过滤器104出水第一膜过滤装置121出水与部分废水原液进入废水中和池201混匀，通过二级酸碱装置211调节pH为酸性后与氧化剂装置212加入的氧化剂混匀进入二级光催化反应装置202进行光催化反应；二级光催化反应装置103出水进入一级水解反应池203，通过三级酸碱装置213调节pH为碱性后搅拌水解；一级水解反应池203出水进入二级水解反应池204，通过四级酸碱装置214调节pH为酸性后搅拌水解；二级光催化反应装置202、一级水解反应池203、二级水解反应池204反应过程中的气体收集通入气体吸收塔122，充分吸收后结晶通过第二提纯装置132提纯得到氨类产品；二级水解反应池204出水通过二级膜过滤器205浓缩，清水排放，浓水进入一级结晶塔221结晶再通过第三提纯装置222提纯得到磷产品；一级结晶塔221出水进入二级结晶塔231结晶再通过第四提纯装置232提纯得到其他产品；二级结晶塔231出水回流至废水中和池201再处理。

通过上述的说明内容，本领域技术人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改都在本发明的保护范围之内。本发明的未尽事宜，属于本领域技术人员的公知常识。

Claims (4)

1.一种光催化法处理工业废水的方法，其特征在于，它包括以下步骤：

1）将工业废水原液排放到原水调节池（101），并通过一级酸碱装置（111）控制其pH为酸性，其出水与光催化剂原料装置（112）投加的光催化剂原料同时进入光催化剂制备装置（102），所述光催化剂为铋源光催化剂，光催化剂制备装置（102）中光催化剂制备温度为100～180℃，工业废水进入所述原水调节池（101）的COD含量为10000～14000mg/L，NaCl含量为20000～ 30000mg/L，总磷含量为50000～80000mg/L；

2）光催化剂通过第一膜过滤装置（121）与废水分离，部分光催化剂通过第一提纯装置（131）提纯得到光催剂产品；部分光催化剂与光催化剂制备装置（102）出水混合均匀进入一级光催化反应装置（103），通过光催化反应初步处理废水中的污染物；反应过程中的气体收集通入气体吸收塔（122），充分吸收后结晶通过第二提纯装置（132）提纯得到氨类产品；

3）一级光催化反应装置（103）出水通过一级膜过滤器（104）分离反应后的光催化剂，将其置入酸解回收再生池（123）溶解后回流至原水调节池（101）；

4）一级膜过滤器（104）出水和第一膜过滤装置（121）出水与部分废水原液进入废水中和池（201）混匀，通过二级酸碱装置（211）调节pH为酸性后与氧化剂装置（212）加入的氧化剂混匀进入二级光催化反应装置（202）进行光催化反应；

5）二级光催化反应装置（202）出水进入一级水解反应池（203），通过三级酸碱装置（213）调节pH为碱性后搅拌水解；一级水解反应池（203）出水进入二级水解反应池（204），通过四级酸碱装置（214）调节pH为酸性后搅拌水解；

6）二级光催化反应装置（202）、一级水解反应池（203）、二级水解反应池（204）反应过程中的气体收集通入气体吸收塔（122），充分吸收后结晶通过第二提纯装置（132）提纯得到氨类产品；

7）二级水解反应池（204）出水通过二级膜过滤器（205）浓缩，清水排放，浓水进入一级结晶塔（221）结晶再通过第三提纯装置（222）提纯得到磷产品；

8）一级结晶塔（221）出水进入二级结晶塔（231）结晶再通过第四提纯装置（232）提纯得到钠盐、氯盐或铵盐产品；二级结晶塔（231）出水回流至废水中和池（201）再处理；

所述光催化剂原料装置（112）、一级光催化反应装置（103）、二级光催化反应装置（202）、一级水解反应池（203）、二级水解反应池（204）中的水力停留时间分别为6～14h、3～6h、2～4h、0.5～1h、0.5～1h。

2.根据权利要求1所述的一种光催化法处理工业废水的方法，其特征在于：所述一级酸碱装置（111）、二级酸碱装置（211）、三级酸碱装置（213）、四级酸碱装置（214）控制废水 pH分别为酸性、酸性、碱性、酸性。

3.根据权利要求1所述的一种光催化法处理工业废水的方法，其特征在于：所述氧化剂装置（212）投加的氧化剂为次氯酸钠、过氧化氢、过氧化钠中的任意一种。

4.根据权利要求1-3任一项所述的光催化法处理工业废水的方法，其特征在于：它包括主流程，所述主流程包括原水调节池（101），所述原水调节池（101）之后连接有光催化剂制备装置（102），所述光催化剂制备装置（102）之后连接有一级光催化反应装置（103），所述一级光催化反应装置（103）之后连接有一级膜过滤器（104），所述一级膜过滤器（104）之后连接有废水中和池（201），所述废水中和池（201）之后连接有二级光催化反应装置（202），所述二级光催化反应装置（202）之后连接有一级水解反应池（203），所述一级水解反应池（203）之后连接有二级水解反应池（204），所述二级水解反应池（204）之后连接有二级膜过滤器（205）；

还包括副流程，所述副流程包括第一膜过滤装置（121）、第一提纯装置（131）、气体吸收塔（122）、第二提纯装置（132）、酸解回收再生池（123）、一级结晶塔（221）、第三提纯装置（222）、二级结晶塔（231）和第四提纯装置（232）；

还包括配套的加药储存与控制装置，所述加药储存与控制装置包括一级酸碱装置（111）、光催化剂原料装置（112）、二级酸碱装置（211）、氧化剂装置（212）、三级酸碱装置（213）、四级酸碱装置（214）、pH监测装置、压缩空气装置、电气系统以及控制仪表。

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