CN107915309B - 一种催化氧化处理污水过程中粉末催化剂高效分离并自动循环的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种催化氧化处理污水过程中粉末催化剂高效分离并自动循环的方法，属于水污染治理领域。该方法包括四个步骤：进水混合、催化氧化反应、催化剂分离与自动循环、清水储存及脉冲反洗。本发明利用进水切线冲刷、离心力和脉冲反洗三者的耦合作用，极大的降低了由粉末催化剂在离心式水力截留脉冲分离器的滤筒表面累积造成的压差升高，从而保证了离心式水力截留脉冲分离器长期、稳定、高效的分离运转。本发明利用高速水流通过水射器的喉管处产生的负压将分离后的仍具有良好流动性的粉末催化剂吸入，与污水混合继续进行催化氧化处理，实现了分离后的粉末催化剂的自动循环。本发明为污水的催化氧化处理和回用提供了一种全新的技术。

Description

一种催化氧化处理污水过程中粉末催化剂高效分离并自动循 环的方法

技术领域

本发明属于水污染治理领域，具体涉及一种催化氧化处理污水过程中粉末催化剂高效分离并自动循环的方法。

背景技术

生活污水厂的尾水含有一定量的难降解有机污染物，绝大多数的工业污水通常BOD/COD低，COD含量高且难生物降解。因此在生活污水厂的尾水深度处理以及工业污水的处理中常采用化学氧化的方法，但传统的化学氧化法必须投加过量的强氧化性药剂(如H₂O₂、ClO₂、O₃)，而且化学氧化耗时长(通常不少于60min)，pH值常在3左右，反应条件苛刻。催化氧化可以极大的促进氧化反应的进行，可以在较短的反应时间内获得很高的COD去除效率，同时减少氧化剂的消耗量、降低处理成本，是降解污水中有机污染物的重要技术途径之一。

催化氧化处理污水过程中必然离不开催化剂，选择合适的高效的催化剂对于催化氧化来讲至关重要。污水处理中常用的催化剂按照粒径来分主要有颗粒催化剂和粉末催化剂两大类：颗粒催化剂粒径大，比表面积小，易于分离和重复使用因而得到了较广泛的应用，但是颗粒催化剂的催化氧化效率较差；粉末催化剂粒径小，重量轻，比表面积大，能够悬浮在污水中形成均匀混合的悬浮液，由于粉末催化剂、有机污染物、强氧化剂在污水中混合非常均匀，因此，在催化氧化条件下，粉末催化剂不仅能够大量的吸附有机污染物，还能够极大的促进氧化剂分解成具有强氧化性的活性基团(如羟基自由基、超氧自由基等)，已有的大量文献表明粉末催化剂的这些优势是颗粒催化剂所不能比拟的。但同样由于粉末催化剂粒径小、重量轻的原因，极易被水流冲走，分离回收困难，催化剂流失问题异常严重。传统方法中，实现粉末催化剂回收的方法有许多种，如重力静置沉降，过滤池过滤再反冲洗等常规方法，但这些方法要么是粉末催化剂难沉降，回收效果不好，要么是构筑物和设备太多、占地和投资大、回收成本高。

目前一些新型的磁性分离技术、滤芯过滤和膜分离也可以实现粉末催化剂的分离，但同样面临一些难以解决的问题。现有的磁性分离法虽然效果较好，但需要粉末催化剂具有磁性方可实行，这对催化剂的制备提出了更高的要求，磁性催化剂成本高，而且对一些催化氧化效果很好又没有磁性的催化剂不能使用。与磁性分离技术相比，滤膜、滤布和滤芯分离粉末催化剂的适用范围更加广泛，但现有的滤芯、滤布和膜分离分离过程中由于拦截的催化剂的阻碍作用，必然引起分离压差的升高，粉末催化剂的粒径越小，所造成的压差也就越高，因此为了缓解或降低压差，保证分离的稳定运行，常规滤芯、滤布、滤膜分离方法中的反冲洗也就越频繁，使得分离效率急剧降低，同时过高的压差还会引起滤芯滤布滤膜不可逆的污堵，并导致不必要的能源浪费。滤芯分离过程中还会面临催化剂穿透和频繁更换滤芯的问题。显然，现有的催化剂分离方法和设备对粉末催化剂的分离回收方面存在着回收效率低、催化剂流失、运行操作工序复杂等缺点，限制了其广泛应用。

发明内容

为克服现有技术的不足，本发明要解决的技术问题是提供一种催化氧化处理污水过程中粉末催化剂高效分离并自动循环的方法，以期不仅能够实现水中粉末催化剂的高效分离，还能够实现分离后的粉末催化剂的自动循环使用。

为了解决以上技术问题，本发明是通过以下技术方案予以实现的。

本发明一种催化氧化处理污水过程中粉末催化剂高效分离并自动循环的方法，包括四个步骤：进水混合、催化氧化反应、催化剂分离与自动循环、清水储存及脉冲反洗，其中：

(1)进水混合：由强氧化剂投加装置、提升泵和水射器组成，强氧化剂投加装置内贮存的氧化剂投加到提升泵的吸水管路上，利用提升泵叶片的搅动实现污水和强氧化剂的混合，提升泵的出水和循环过来的粉末催化剂在水射器内实现污水、氧化剂、催化剂的完全混合，利于后续的催化氧化反应。

(2)催化氧化反应：由臭氧发生器、扩散器、催化氧化反应池、紫外灯和紫外灯控制器组成，臭氧发生器产生的臭氧经管道送入催化氧化反应池中，经扩散器释放出来，形成自下而上的气液混合流，促使催化氧化反应池内的粉末催化剂处于悬浮状态，利于臭氧、污水和催化剂的均匀混合，也利于均匀的接受紫外灯的辐照，提高了催化氧化的效果，紫外灯由控制器实现自动控制。

(3)催化剂分离与自动循环：由催化剂分离泵、流量计进水阀、离心式水力截留脉冲分离器、催化剂回流阀、失活催化剂外排阀和循环管道组成，催化剂分离泵将催化氧化反应池内的粉末催化剂混合液以一定的压力和流量送入离心式水力截留脉冲分离器内进行催化剂的分离，分离后的催化剂经由催化剂回流阀自动循环至水射器处重复使用，失活的催化剂经失活催化剂外排阀排出。

所述离心式水力截留脉冲分离器中，进水管穿过密封端板进入离心式水力截留脉冲分离器内部的滤筒不透水端与壳体之间的间隙处，进水管尾部接有扁平喷嘴，扁平喷嘴的最低处与滤筒外部的外格网的最高处持平或略高，通过扁平喷嘴喷出一定压力和一定流速的粉末催化剂混合液，对滤筒表面的粉末催化剂进行切线冲刷，从而消弱了因粉末催化剂的积累造成的压差升高；粉末催化剂混合液以切线冲刷的方式进入到离心式水力截留脉冲分离器内部以后，清水便可先后通过滤筒表面的外格网、滤布(膜)、内格网进入到滤筒内部，经喷头汇集到出水管后排出，而粉末催化剂则被滤布(膜)拦截下来。

(4)清水储存及反洗：由脉冲反洗泵、清水池、脉冲反洗阀和出水阀组成，离心式水力截留脉冲分离器的出水经出水阀送入清水池储存，当离心式水力截留脉冲分离器内的运行压力超过一定数值后，开启脉冲反洗泵和脉冲反洗阀，将清水池内的水反送入离心式水力截留脉冲分离器内进行脉冲反洗，脉冲反洗排水送至水射器处，再进入催化氧化反应池继续进行处理。

作为一种优化，所述粉末催化剂的粒径范围为18～200目。

作为一种优化，所述滤筒的旋转转速范围为100～3000rpm。

作为一种优化，所述离心式水力截留脉冲分离器内部设置的紫外灯的功率为10～50W，其输出波长范围覆盖180nm～380nm。

本发明的科学原理如下：

本发明提供了一种催化氧化处理污水过程中粉末催化剂高效分离并自动循环的方法和设备，本发明利用离心式水力截留脉冲分离器实现了粉末催化剂的高效分离，利用压力水流切线冲刷离心式水力截留脉冲分离器内部的滤筒表面、滤筒旋转产生的离心力和脉冲反洗三者的耦合作用，极大的降低了由粉末催化剂在滤筒表面累积造成的压差，从而保证了离心式水力截留脉冲分离器长期、稳定、高效的分离运转，利用设置于离心式水力截留脉冲分离器内部的紫外灯，进一步强化了光催化氧化降解有机污染物的效果。本发明利用高速水流通过水射器的喉管处产生的负压将分离后的仍具有良好流动性的粉末催化剂吸入，与污水混合继续进行催化氧化处理，实现了分离后的粉末催化剂的自动循环。从而提供了一种新型的粉末催化剂高效分离并自动循环的方法和设备，必然在国内外的污水催化氧化处理或再生水资源化利用中成为一种突破性技术。

与现有技术相比，本发明具有如下优点：

1、利用切线冲刷、离心力和脉冲反洗三者的耦合作用来降低因粉末催化剂在滤布(膜)表面积累造成的压差，实现了离心式水力截留脉冲分离器的长期、稳定和高效分离。

2、正常分离过程中，离心式水力截留脉冲分离器低速运转，当压差超过一定数值时开始高速运转并启动脉冲反洗，且在脉冲反洗过程不需要停止催化剂分离泵，避免了频繁的催化剂分离泵的启停，节能效果显著。

3、滤筒在旋转时由紊流叶片带动粉末催化剂混合液随之旋转，再结合紫外灯管和其支架所起到的挡板的作用，因而会产生剧烈的紊流效果，避免了粉末催化剂在离心式水力截留脉冲分离器内的沉积。

4、离心式水力截留脉冲分离器内部设置有紫外灯，因而具有光催化氧化功能。

5、本发明不仅能够实现粉末催化剂的高效分离，还能够实现分离后的粉末催化剂的自动循环。

附图说明

图1是本发明催化氧化处理污水过程中粉末催化剂高效分离并自动循环的方法和装置示意图。

图2是本发明的离心式水力截留脉冲分离器示意图。

图3是本发明的离心式水力截留脉冲分离器A向视图。

图4是本发明的离心式水力截留脉冲分离器B-B视图。

图中标号：1、臭氧发生器；2、强氧化剂投加装置；3、提升泵；4、水射器；5、扩散器；6、催化氧化反应池；7、紫外灯；8、催化剂分离泵；9、离心式水力截留脉冲分离器；9-1、密封端板；9-2、进水管；9-3、出水管；9-4、脉冲反洗进水管；9-5、轴承；9-6、喷头；9-7、支座；9-8、催化剂回流管；9-9、紊流叶片；9-10、外格网；9-11、滤布(膜)；9-12、内格网；9-13、电动机；9-14、电缆线管；9-15、滤筒；9-16、壳体；9-17、紫外灯支架；9-18、压力表；9-19、紫外灯；9-20、紧固螺栓；9-21、扁平喷嘴；9-22、检修盖板；10、回流阀；11、失活催化剂外排阀；12、脉冲反洗泵；13、清水池；14、脉冲反洗阀；15、出水阀；16、进水阀；17、紫外灯控制器、18、流量计。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明的功能和优点做进一步的描述。

如图1所示，本发明催化氧化处理污水过程中粉末催化剂高效分离并自动循环的装置，该装置包括：臭氧发生器1、强氧化剂投加装置2、提升泵3、水射器4、扩散器5、催化氧化反应池6、紫外灯7、催化剂分离泵8、离心式水力截留脉冲分离器9、催化剂回流阀10、失活催化剂外排阀11、脉冲反洗泵12、清水池13、脉冲反洗阀14、出水阀15、进水阀16、紫外灯控制器17、流量计18。所述强氧化剂投加装置2的出口连接到提升泵3的进水管道上，所述提升泵3的出水口与水射器4的进水口相连接，所述水射器4的出水口与催化氧化反应池6的进水口相连接，所述催化氧化反应池6的出水口经催化剂分离泵8与离心式水力截留脉冲分离器9的进水口相连接，所述流量计18和进水阀16设置于催化剂分离泵8与离心式水力截留脉冲分离器9之间的管道上，所述离心式水力截留脉冲分离器9的出水口与清水池13的进水口相连接，所述离心式水力截留脉冲分离器9的催化剂回流口与水射器4的喉管处相连接，所述脉冲反洗泵12的进出水口分别与清水池13和离心式水力截留脉冲分离器9的出水口相连接。所述强氧化剂投加装置2由药剂储存罐和加药泵组成。所述催化氧化反应池6内部设有紫外灯7，底部设有扩散器5，所述扩散器5与臭氧发生器1相连接，所述紫外灯7由紫外灯控制器17实现自动控制。

如图2-4所示，所述离心式水力截留脉冲分离器9由密封端板9-1、进水管9-2、出水管9-3、脉冲反洗进水管9-4、轴承9-5、喷头9-6、支座9-7、催化剂回流管9-8、紊流叶片9-9、外格网9-10、滤布(膜)9-11、内格网9-12、电动机9-13、电缆线管9-14、滤筒9-15、壳体9-16、紫外灯支架9-17、压力表9-18、紫外灯9-19、紧固螺栓9-20、扁平喷嘴9-21以及检修盖板9-22组成；所述紊流叶片9-9、外格网9-10、滤布(膜)9-11、内格网9-12和滤筒9-15共同组成一个可以旋转的筒体；所述密封端板9-1通过紧固螺栓9-20与壳体9-16密封连接；所述滤筒9-15和壳体9-16为圆筒形且为同一轴线对称，卧式放置；所述滤筒9-15两端为不透水的死端，所述内格网9-12与滤筒9-15为一体结构，所述外格网9-10与滤筒9-15为活动安装，所述滤布(膜)9-11由外格网9-10和内格网9-12固定在滤筒9-15上；所述滤筒9-15的一端与轴承连接，另一端通过轴承9-5与电动机9-13连接。

如图1所示，在本发明的粉末催化剂高效分离并自动循环的过程中，包括以下四个步骤：进水混合、催化氧化反应、催化剂分离与自动循环、清水储存及脉冲反洗。

显然，能够实现粉末催化剂高效分离的离心式水力截留脉冲分离器9和实现分离后的粉末催化剂的自动循环是本发明的核心，为此结合图2、图3、图4和最佳实施例对本发明的离心式水力截留脉冲分离器的功能和优点做进一步的阐述。

离心式水力截留脉冲分离器9的运行压力以及压差的升高与所使用的粉末催化剂的粒径有关，粉末催化剂的粒径越小，为起到更好的分离效果，滤筒上所使用的滤布也就越密(其孔径比粉末催化剂的粒径小)，分离时也就需要相对较高的运行压力。事实上，当使用的粉末催化剂为粒径极小的200目时，由催化剂分离泵提供的并保持离心式水力截留脉冲分离器内的压力为100～200KPa即可满足正常的分离要求。

以粒径为200目的粉末催化剂为例，正常分离过程中滤筒9-15以300～1000rpm的速度低速旋转，依靠较小的离心力把拦截下来的粉末催化剂重新返回混合液。随着分离的继续，当压差超过200KPa时，滤筒9-15以1000～3000rmp的速度高速旋转同时开启脉冲反洗，脉冲反洗水经脉冲反洗进水管9-4送入到喷头9-6，高速离心力和反冲洗联合作用促使被拦截下来的粉末催化剂离开滤筒9-15表面返回混合液。显然，当所使用的粉末催化剂的粒径相对较大时，离心式水力截留脉冲分离器9的运行压力、相应的压差以及滤筒9-15的转速均可显著降低。

滤筒9-15在旋转时，由紊流叶片9-9和紫外灯9-19及其支架9-17的联合作用产生的剧烈紊流状态，避免了粉末催化剂的沉积，使得离心式水力截留脉冲分离器内的粉末催化剂始终保持为浓度均匀的混合液状态，该混合液在离心式水力截留脉冲分离器的内压和水射器喉管处负压的联合作用下，经催化剂回流管9-8自动循环至水射器4的喉管处。如此重复循环，从而保证离心式水力截留脉冲分离器9的长期、稳定、高效的分离运转以及粉末催化剂的自动循环重复使用。

尽管上述结合附图对本发明进行了清晰的举例描述，但本发明并非局限于上述的具体实施方式，对于本领域的普通技术人员来讲，在上述发明的基础上或启示下，还可以做出很多不同形式的变化或变动，显然这些变化或变动仍处于本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种催化氧化处理污水过程中粉末催化剂高效分离并自动循环的方法，其特征在于，该方法包括四个步骤：进水混合、催化氧化反应、催化剂分离与自动循环、清水储存及脉冲反洗，其中：

(1)进水混合：由强氧化剂投加装置(2)、提升泵(3)和水射器(4)组成，强氧化剂投加装置(2)内贮存的氧化剂投加到提升泵(3)的吸水管路上，利用提升泵(3)叶片的搅动实现污水和强氧化剂的混合，提升泵(3)的出水和循环过来的粉末催化剂在水射器(4)内实现污水、氧化剂、催化剂的完全混合，利于后续的催化氧化反应；

(2)催化氧化反应：由臭氧发生器(1)、扩散器(5)、催化氧化反应池(6)、紫外灯Ⅰ(7)和紫外灯控制器(17)组成，臭氧发生器(1)产生的臭氧经管道送入催化氧化反应池(6)中，经扩散器(5)释放出来，形成自下而上的气液混合流，促使催化氧化反应池(6)内的粉末催化剂处于悬浮状态，利于臭氧、污水和催化剂的均匀混合，也利于均匀的接受紫外灯Ⅰ(7)的辐照，提高了催化氧化的效果，紫外灯Ⅰ(7)由紫外灯控制器(17)实现自动控制；

(3)催化剂分离与自动循环：由催化剂分离泵(8)、流量计(18)、进水阀(16)、离心式水力截留脉冲分离器(9)、催化剂回流阀(10)、失活催化剂外排阀(11)和循环管道组成，催化剂分离泵(8)将催化氧化反应池(6)内的粉末催化剂混合液以一定的压力和流量送入离心式水力截留脉冲分离器(9)内进行催化剂的分离，分离后的催化剂经由催化剂回流阀(10)自动循环至水射器(4)处重复使用，失活的催化剂经失活催化剂外排阀(11)排出；

所述离心式水力截留脉冲分离器(9)中，进水管(9-2)穿过密封端板(9-1)进入离心式水力截留脉冲分离器内部的滤筒(9-15)不透水端与壳体(9-16)之间的间隙处，进水管(9-2)尾部接有扁平喷嘴(9-21)，扁平喷嘴(9-21)的最低处与滤筒(9-15)外部的外格网(9-12)的最高处持平或略高，通过扁平喷嘴(9-21)喷出一定压力和一定流速的粉末催化剂混合液，对滤筒(9-15)表面的粉末催化剂进行切线冲刷，从而消弱了因粉末催化剂的积累造成的压差升高；粉末催化剂混合液以切线冲刷的方式进入到离心式水力截留脉冲分离器(9)内部以后，清水便可先后通过滤筒(9-15)表面的外格网(9-12)、滤布(9-11)、内格网(9-10)进入到滤筒(9-15)内部，经喷头(9-6)汇集到出水管(9-3)后排出，而粉末催化剂则被滤布(9-11)拦截下来；

(4)清水储存及反洗：由脉冲反洗泵(12)、清水池(13)、脉冲反洗阀(14)和出水阀(15)组成，离心式水力截留脉冲分离器(9)的出水经出水阀(15)送入清水池(13)储存，当离心式水力截留脉冲分离器(9)内的运行压力超过一定数值后，开启脉冲反洗泵(12)和脉冲反洗阀(14)，将清水池(13)内的水反送入离心式水力截留脉冲分离器(9)内进行脉冲反洗，脉冲反洗排水送至水射器(4)处，再进入催化氧化反应池(6)继续进行处理。

2.如权利要求1所述的催化氧化处理污水过程中粉末催化剂高效分离并自动循环的方法，其特征在于，所述粉末催化剂的粒径范围为18～200目。

3.如权利要求1所述的催化氧化处理污水过程中粉末催化剂高效分离并自动循环的方法，其特征在于，所述滤筒(9-15)的旋转转速范围为100～3000rpm。

4.如权利要求1所述的催化氧化处理污水过程中粉末催化剂高效分离并自动循环的方法，其特征在于，所述离心式水力截留脉冲分离器(9)内部设置的紫外灯Ⅱ(9-19)的功率为10～50W，其输出波长范围覆盖180nm～380nm。

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