CN108101189A - 一种光催化氧化装置及其处理污水的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公布一种光催化氧化装置，包括高速反应柱、辅助降解柱、低速反应柱，高速反应柱、辅助降解柱、低速反应柱都设有进水分散系统、内循环系统、柱间水输送系统、氧化剂投加处、催化剂投加处、填料床、紫外光源、传热管、过滤层、维修孔，高速反应柱设置有废水进口，辅助降解柱设置有易降解有机物投加处，低速反应柱设置有处理水排放口。另外本发明还公布这种光催化氧化装置处理污水的方法，废水由废水进口泵入，经高速反应柱、辅助降解柱、低速反应柱依次催化氧化处理后，由处理水排放口排出。本发明能克服传统Fenton反应缺点，明显减少药剂使用量和污泥产量，显著提高催化效率，对难降解有机物降解充分，经济高效。
Description
技术领域
本发明涉及水处理领域，尤其涉及一种光催化氧化装置及其处理污水的方法。
背景技术
工业化的快速推进和人口的持续增长，使越来越多的新兴持久性有机污染物进入水体，这些持久性有机污染物，如药物和各人护理用品等，即使在很低的浓度范围(ng/L～μg/L)也会对人类造成健康风险。很多实践和研究表明，传统水处理技术在面对这类持久性有机物污染时，没有表现出理想的处理效果，有使持久性污染物在水中持续累积的风险，因此寻找合适的技术对持久性有机污染物进行处理迫在眉睫。
高级氧化技术，由于氧化能力强和氧化的无选择性，被视为解决持久性有机污染物的有效技术。Fenton氧化技术作为高级氧化技术的一种，已被实践证明能够高效降解水体中的持久性有机污染物，但Fenton反应受pH限制，其最佳的反应pH为3左右，但随着反应的进行，水体的pH会逐渐升高，会形成Fe2+和Fe3+的氢氧化物，使得反应的速率降低，并且增加污泥产量，使后续处理成本提高。
发明内容
为克服现有技术的上述不足，本发明的目的在于提供一种光催化反应装置，以显著提高反应效能，减少污泥产量。
本发明的另一目的是提供这种光催化氧化装置处理污水的方法
为实现上述目的，本发明的技术方案为：
一种光催化氧化装置，包括高速反应柱(13)、辅助降解柱(14)和低速反应柱(15)；所述高速反应柱(13)、辅助降解柱(14)和低速反应柱(15)均设置有紫外光源(7)。
优选的，所述高速反应柱(13)、辅助降解柱(14)和低速反应柱(15)柱内均设置填料床(6)、传热管(8)、过滤层(9)和维修孔(16)，内循环系统(4)、进水分散系统(5)、柱间水输送系统(2)；所述内循环系统(4)上均设置氧化剂投加处(10)、催化剂投加处(11)，所述辅助降解柱(14)的内循环系统(4)上设置易降解有机物投加处(12)；所述高速反应柱(13)底端设置有废水进口(1)，所述低速反应柱(15)上端设置处理水排放口(3)。
优选的，所述高速反应柱(13)、辅助降解柱(14)和低速反应柱(15)的柱高与柱子内径的比例均为10:1～5:1，所述高速反应柱(13)、辅助降解柱(14)和低速反应柱(15)的温度均是45～60℃。
优选的，所述填料床(6)填料为透紫外光石英珠。
优选的，所述紫外光源(7)为低压紫外灯或中压紫外灯或紫外LED，所述低压紫外灯波段为183nm～254nm，中压紫外灯波段为254nm～400nm，紫外LED波段为260nm～400nm；所述紫外光源(7)外表面附有光源保护膜(17)，所述光源保护膜(17)的材料为石墨烯薄膜或PVDF薄膜，其厚度为0.5～1.0mm。
上述装置的处理废水的方法，废水由所述废水进口(1)泵入，经所述高速反应柱(13)、辅助降解柱(14)、低速反应柱(15)依次处理后，由所述处理水排放口(3)排出；在氧化剂投加处(10)投加氧化剂，在催化剂投加处(11)投加催化剂，所述内循环系统使废水在反应柱内循环流动；并在废水进口(1)、处理水排放口(3)和柱间水输送系统(2)处测量CODCr。
优选的，从所述废水进口(1)进入的废水的pH范围是4.0～6.0。
优选的，所述氧化剂与催化剂的质量比范围是2:1～10:1；所述氧化剂与从所述废水进口(1)进入的废水的原始CODCr的质量比范围是1:1～5:1；所述氧化剂为过氧化氢、过硫酸钾、臭氧中任一种，所述催化剂为铁系催化剂、铜系催化剂、钛系催化剂中任一种。
优选的，在所述辅助降解柱(14)处理过程中添加易降解有机物。
优选的，所述易降解有机物为甲醇、乙醇、草酸中任一种，所述易降解有机物的投加量为通过柱间水输送系统(2)进入辅助降解柱(14)废水CODCr的10％～40％。
本发明与现有技术相比具有以下的有益效果：
(1)引入紫外光源，使反应效率显著提高，减少药剂的使用量，降低处理成本。
(2)流化床装置中的流态石英珠能够促进铁氧化物在其上结晶，减少污泥产量，附着在石英珠上呈流态化的铁氧化物能够充当Fenton反应的催化剂，成为·OH的另一来源，同时，流态化的铁氧化物会促进Fe3+还原成Fe2+，进一步提高催化效率。
(3)三段式反应柱的设置使得难降解有机物能够得到充分降解，同时传热管使得各反应柱始终处于最佳反应温度，节约成本，提高处理效能。
(4)高速反应柱处理对象主要为废水中的易降解有机物，辅助降解柱处理对象主要为废水中的难降解有机物，低速反应柱处理对象主要为残留低浓度有机物；在辅助降解柱处理过程中添加易降解有机物，引发自由基链式反应，提高难降解有机物的降解效率。
(5)过滤层能够防止所述石英珠填料流出反应柱。
附图说明
图1为本发明的结构原理示意图：1-废水进口，2-柱间水输送系统，3-处理水排放口，4-内循环系统，5-进水分散系统，6-填料床，7-紫外光源，8-传热管，9-过滤层，10-氧化剂投加处，11-催化剂投加处，12-易降解有机物投加处，13-高速反应柱，14-辅助降解柱，15-低速反应柱，16-维修孔，17-光源保护膜。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步的说明。
实施例1
本光催化氧化装置，包括高速反应柱13、辅助降解柱14、低速反应柱15三段式反应，且所述高速反应柱13、辅助降解柱14、低速反应柱15都等同设置有进水分散系统5、内循环系统4、柱间水输送系统2、氧化剂投加处10、催化剂投加处11、填料床6、紫外光源7、传热管8、过滤层9、维修孔16，且所述高速反应柱13设置有废水进口1，所述辅助降解柱14设置有易降解有机物投加处12、所述低速反应柱15设置有处理水排放口3。
以某填埋厂老龄垃圾渗滤液(CODcr＝1124mg/L)为处理对象，调节废水的pH为4.5，废水由所述废水进口1首先进入高速反应柱13，内循环系统4使废水在柱内循环流动，使填料床6内的填料处于流态，所述过滤层9能够防止填料溢出柱体。根据待处理废水的原始CODCr值，从所述氧化剂投加处10和催化剂投加处11投加氧化剂和催化剂，从废水进口(1)进入的废水的原始CODCr与氧化剂的质量比在1:3，氧化剂与催化剂的质量比在5:1，打开所述紫外光源7，高速反应柱13内发生催化氧化反应，废水中的易降解有机物完成降解，产生大量的热量，多余的热量通过传热管8输送至辅助降解柱14和低速反应柱15，使3个柱子都处于最佳的反应温度60℃。经所述高速反应柱处理的出水通过所述柱间水输送系统2进入辅助降解柱14，打开辅助降解柱中的紫外光源7，通过所述氧化剂投加处10和催化剂投加处11分别投加氧化剂和催化剂，同时通过所述易降解有机物投加处12投加易降解有机物甲醇，以引发自由基链式反应，提高对难降解有机物的降解效率，投加量为难降解有机物CODcr的25％。最后经辅助降解柱处理的废水通过柱间水输送系统2进入低速反应柱15，在紫外光、催化剂和氧化剂的共同作用下，完成对残余低浓度有机物的彻底降解，出水通过所述处理水排放口3排放。
所述高速反应柱、辅助降解柱、低速反应柱的柱高与柱子内径的比例为6:1；所述填料床6内的填料为透紫外光石英珠；所述紫外光源7为紫外LED，紫外LED波段为260nm，且所述紫外光源7外表面附有1.0mm石墨烯薄膜或PVDF薄膜，以作为光源保护膜；所述的氧化剂为过氧化氢，所述催化剂为铁系催化剂。
三次平行实验平均结果表明，经装置处理后，处理出水的平均CODcr降至7.87mg/L，CODcr平均去除率达到99.3％。同时进行的对比实验，在其他条件一致的情况下，关掉紫外灯和传热装置，处理出水的平均CODcr为118.02mg/L，CODcr平均去除率为89.5％。紫外光源和传热装置能提高约11％的处理效能。且相对于不使用流化床的普通Fenton反应，本实施例污泥产量平均可降低30％。
本发明的实施方式不限于此，按照本发明的上述内容，利用本领域的普通技术知识和惯用手段，在不脱离本发明上述基本技术思想前提下，本发明还可以做出其它多种形式的修改、替换或变更，均落在本发明权利保护范围之内。
Claims (10)
1.一种光催化氧化装置，其特征在于：包括高速反应柱(13)、辅助降解柱(14)和低速反应柱(15)；所述高速反应柱(13)、辅助降解柱(14)和低速反应柱(15)内均设置有紫外光源(7)。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述高速反应柱(13)、辅助降解柱(14)和低速反应柱(15)均设置填料床(6)、传热管(8)、过滤层(9)、维修孔(16)、内循环系统(4)、进水分散系统(5)、柱间水输送系统(2)；所述内循环系统(4)上均设置氧化剂投加处(10)、催化剂投加处(11)，所述辅助降解柱(14)的内循环系统(4)上设置易降解有机物投加处(12)；所述高速反应柱(13)底端设置有废水进口(1)，所述低速反应柱(15)上端设置处理水排放口(3)。
3.根据权利要求1-2任一项所述的装置，其特征在于：所述高速反应柱(13)、辅助降解柱(14)和低速反应柱(15)的柱高与柱子内径的比例均为10:1～5:1，所述高速反应柱(13)、辅助降解柱(14)和低速反应柱(15)的温度均是45～60℃。
4.根据权利要求2所述的装置，其特征在于：所述填料床(6)填料为透紫外光石英珠。
5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述紫外光源(7)为低压紫外灯或中压紫外灯或紫外LED，所述低压紫外灯波段为183nm～254nm，中压紫外灯波段为254nm～400nm，紫外LED波段为260nm～400nm；所述紫外光源(7)外表面附有光源保护膜(17)，所述光源保护膜(17)的材料为石墨烯薄膜或PVDF薄膜，其厚度为0.5～1.0mm。
6.利用根据权利要求1-5任一项所述的装置的处理废水的方法，其特征在于：废水由所述废水进口(1)泵入，经所述高速反应柱(13)、辅助降解柱(14)、低速反应柱(15)依次处理后，由所述处理水排放口(3)排出；在氧化剂投加处(10)投加氧化剂，在催化剂投加处(11)投加催化剂，所述内循环系统使废水在反应柱内循环流动；并在废水进口(1)、处理水排放口(3)和柱间水输送系统(2)处均测量CODCr。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于：从所述废水进口(1)进入的废水的pH范围是4.0～6.0。
8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于：所述氧化剂与催化剂的质量比范围是2:1～10:1；所述氧化剂与从所述废水进口(1)进入的废水的原始CODCr的质量比范围是1:1～5:1；所述氧化剂为过氧化氢、过硫酸钾、臭氧中任一种，所述催化剂为铁系催化剂、铜系催化剂、钛系催化剂中任一种。
9.根据权利要求6所述的方法，其特征在于：在所述辅助降解柱(14)处理过程中添加易降解有机物。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于：所述易降解有机物为甲醇、乙醇、草酸中任一种，所述易降解有机物的投加量为通过柱间水输送系统(2)进入辅助降解柱(14)废水CODCr的10％～40％。
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| CN108101189B (zh) | 2023-10-31 |
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