CN108862774B - 一种高难废水处理设备 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种高难废水处理设备，其特征在于，包括废水存储罐、废水处理装置，所述废水处理装置包括密闭反应容器、贴敷在容器内壁的催化剂、容器顶部的紫外灯、设置于密闭反应容器底部的储水槽以及放置于储水槽底部的铁碳填料，所述密闭反应容器顶部设置进液口与进气口，所述进液口通过软管与原水存储罐相连，所述进液口处设置多个喷雾喷头，所述密闭反应容器底部设置回流口，通过设置回流软管与废水存储罐相连，所述密闭反应容器一侧设置出气烟囱，所述密闭反应容器璧两侧设置多个喷雾入口。设备结构紧凑，不需要单独的臭氧设备，双氧水的利用率极高，一次能耗，实现多种作用协同降解废水中的有机物，处理效果好，无二次污染。
Description
技术领域
本发明涉及废水处理设备，属于环境化工领域，具体涉及一种高难废水处理设备。
背景技术
随着石油化工、塑料化工、电子化工等化学工业的迅速发展，产生有毒、有害、难降解的工业有机废水，这些工业废水处理不当会给生态环境和人类健康带来极大的危害，尤其是含有高浓度有机物的废水种类和废水量日益增多，对水体的污染愈发严重，威胁人们健康安全，破坏环境。高浓度有机废水多指COD浓度在2000mg/L以上的废水，其主要具备以下特点：首先，有机物浓度高，一般COD浓度超过2000mg/L，甚至可达几万甚至几十万mg/L，同时BOD较低；其次，成分复杂，难降解废水中多含有芳香族化合物、杂环化合物以及硫化物、氮化物、重金属和有毒有害物质。
目前，处理高浓度有机废水主要采用混凝沉淀法、活性炭吸附法、生物方法、氧化法等；混凝沉淀法应用广泛，但处理效果不彻底，只能作为高色度废水的预处理工艺来应用，同时混凝沉降后产生的污泥会造成二次污染，污泥处理难度高，费用大；活性炭吸附法这种方法工艺比较简单，但活性碳吸附寿命短，很快就会达到吸附饱和，因此需要频繁更换活性炭或者高温再生活性炭，造成能耗、成本高，且会产生二次污染；生物法周期较长，氧化法是目前研究较多的方法，如光催化氧化法，往往只研究了紫外光催化氧化应用、纳米TiO2光催化降解等作用原理或者实验，没有把这些作用的协同效应进行利用或者实验，从而造成了，现有技术工艺复杂、效率低、占地面积大、处理成本高等缺点，如专利CN 104891727 B公开了一种能够对光催化剂进行循环利用的处理效率高的工业废水光催化反应处理系统，解决了现有的光催化对污水进行处理过程中所存在的空气、光、水和光催化剂四者之间接触不充分，能耗高，光催化剂不能回收的问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种高难废水处理设备，它解决了现有的处理技术对高难废水的降解能力有限且工艺复杂的问题，同时，使用一次电能的消耗，降解两次甚至两次以上的废水中的污染物(总有机碳、氨氮等)，解决现有设备能耗高，处理效率低，使用维护复杂的问题。
为解决上述问题，本发明所采用的技术方案是：一种高难废水处理设备，其特征在于，包括废水存储罐、废水处理装置，所述废水处理装置包括密闭反应容器、贴敷在容器内壁的催化剂、容器顶部的紫外灯、设置于密闭反应容器底部的储水槽以及放置于储水槽底部的铁碳填料，所述密闭反应容器顶部设置进液口与进气口，所述进液口通过软管与废水存储罐相连，所述进液口处设置喷雾喷头，所述密闭反应容器底部设置回流口，通过设置回流软管与废水存储罐相连，所述密闭反应容器一侧设置出气烟囱，所述密闭反应容器璧两侧设置多个喷雾入口。
所述紫外灯为臭氧型紫外灯，所述紫外灯设置为多根，所述紫外灯产生的波长为185nm和254nm；185nm波长的紫外线与空气中的氧气反应生成臭氧和羟基自由基，臭氧和羟基自由基对有机物具有极强的氧化作用。
所述喷雾喷头的喷淋角度为25°-80°，所述喷雾喷头设置为多个，根据反应腔体的大小调整喷淋角度和喷雾喷头数量，以保证所产生的喷雾可以覆盖整个腔体为适宜，所述喷雾喷头产生的废水喷雾粒径0.05-0.5毫米，产生的喷雾存在紫外灯的周围，使得液滴的表面积远远大于液体水的表面积，增加各种反应(水滴吸引紫外光、水滴与臭氧、羟基自由基等)的机会；紫外、臭氧、羟基自由基、需要降解的有机物同时存在于反应容器内，因此，物质运动的行程最短，损耗最少。
所述催化剂为TiO2催化剂薄膜与贴敷容器内的壁活性碳纤维毡，所述TiO2催化剂薄膜与活性炭纤维毡总厚度为5-6毫米。
所述密闭反应器一侧靠近储水槽位置设置气液混合入口。
所述出气烟囱内置水雾过滤装置，所述水雾过滤装置可以为塑料多棉球、初效过滤器以及纤维棉。
所述废水处理后溶液清澈透明，COD去除率大于90％。
本发明的有益效果是：
(1)本发明提供一种高难废水处理设备，设置喷雾喷头，使得待处理废水以雾状连续喷淋到连续供应空气的密闭反应器中，空气携带极小的雾化水滴进入反应容器，由于重力、分子间作用力、范德华力等各种力的作用，会下落和黏附在有催化剂的容器壁上，发生多种反应，如UV辐射、臭氧氧化、羟基自由基氧化、二氧化钛氧化。
(2)本发明提供一种高难废水处理设备，设置臭氧紫外灯，产生的波长为185nm和254nm，这种紫外灯既可以产生臭氧和羟基自由基，也可以直接产生紫外照射，辅助完成一系列的高级氧化反应；而且，产生的臭氧和羟基自由基直接作用于雾化废水，增大反应的接触面积，延长废水与臭氧和羟基自由基的作用时间，损耗最少，并且有紫外照射的协同效应。这种设备的优势是显而易见的。
(3)本发明提供一种高难废水处理设备，底部设置储水槽，储水槽内置铁碳填料，进行紫外光催化氧化后的废水，汇流至储水槽，进入铁碳填料反应区，发生铁碳微电解反应，反应后加入双氧水进行Fenton反应，最后经由底部出水口，通过软管回流至废水存储罐，满足要求后对废水排放或进行二次利用，不符合要求继续进行循环处理。
(4)本发明提供一种高难废水处理设备，使用一次能耗，通过实现多种作用协同用以处理高难废水，设备本身就可以产生紫外辐射、臭氧、羟基自由基、二价铁离子，不需要额外投加臭氧与硫酸亚铁，就可以实现紫外/O3/Fenton催化氧化的多种高级氧化反应，能耗低，效果好。
附图说明
图1是本发明废水处理流程图；
图2是本发明废水处理装置结构示意图；
图中：1-出气烟囱、2-喷雾喷头、3-进气口、4-喷雾入口、5-紫外灯、6-储水槽、7-进液口、8-回流口、9-气液混合入口。
具体实施方式
为能清楚说明本方案的技术特点，下面通过具体实施方式，并结合其附图，对本方案进行阐述。
实施例一
如图1、2所示，本发明一种高难废水处理设备，包括废水存储罐、废水处理装置；所述废水处理装置包括密闭反应容器、贴敷在容器内壁的催化剂、容器顶部的紫外灯5、设置于密闭反应容器底部的储水槽6以及放置于储水槽6底部的铁碳填料，所述密闭反应容器顶部设置进液口7与进气口3，所述进液口7通过软管与原水存储罐相连，所述进液口7处设置1个喷雾喷头2。
所述紫外灯5为臭氧型紫外灯，所述紫外灯5设置为多根，本实施例优选2根，所述紫外灯5产生的波长为185nm和254nm；185nm波长的紫外线与空气中的氧气反应生成臭氧和羟基自由基，臭氧和羟基自由基对有机物具有极强的氧化作用。所述催化剂为TiO2催化剂薄膜与贴敷容器内的壁活性碳纤维毡，所述TiO2催化剂薄膜与活性碳纤维毡总厚度为5毫米。
所述喷雾喷头2用直流隔膜泵带动产生水雾，直流隔膜泵的压力0.1-0.5MPa，废水流量1-3.5L/min通过进液口7为反应提供连续不断的雾化废水，密闭反应器的腔体直径为110cm，喷淋角度为25°-80°，本实施例优选30°。设置涡旋风机通过进气口3提供空气，旋涡风机风压11KPa，空气流量为60m3/h，空气与雾化废水一起喷向紫外灯5的周围，产生的废水雾化粒径为0.05-0.5毫米，雾化废水由于重力、分子间作用力、范德华力等各种力的作用，会下落和黏附在有TiO2催化剂的容器壁上，进行光催化反应，所述光催化反应如下：
UV+O2→O+O*(活性氧)
O+O2→O3
产生臭氧分解有机物
O3+H2O+hv→H2O2+O2
H2O2+hv→2·OH
R+·OH→CO2+H2O
臭氧在二氧化钛等催化剂的作用下分解有机物
TiO2-hv→e+TiO2(h+)
TiO2(h+)+H2O→TiO2+H++·OH
当有氧分子存在时，吸附在催化剂表面的氧捕获光生电子，也可以产生·OH
O2+TiO2(e-)+2H2O→TiO2+H2O2+2OH-
TiO2(e-)+H2O2→TiO2+·OH+2OH-
产生羟基自由基分解有机物
R+·OH→CO2+H2O
臭氧溶解到水里分解为氧气分解有机物，至此，紫外光催化反应结束。紫外光催化反应与活性碳纤维处理后的废水，由于重力作用流向密闭容器底部的储水槽，发生铁碳反应，分解有机物，反应中产生的初生态的Fe2+和原子H，它们具有高化学活性，能改变废水中许多有机物的结构和特性，使有机物发生断链、开环等作用，反应机理如下：
阳极：Fe-2e→Fe2+
阴极：2H++2e→2[H]→H2
双氧水分解有机物
H2O2+hv→2·OH
所述密闭反应器一侧靠近储水槽6位置设置气液混合入口9，在铁碳反应后由气液混合入口9处加H2O2，阳极反应生成的Fe2+可作为后续催化氧化处理的催化剂，即Fe2+与H2O2构成Fenton试剂氧化体系，芬顿反应分解有机物Fe2++H2O2→Fe3++OH-+·OH
臭氧析出，至此，废水从进入密闭容器开始，进行了紫外光催化反应，活性炭吸附反应、铁碳反应以及芬顿反应。
密闭反应容器底部设置回流口8，通过设置回流软管8与废水存储罐相连，所述密闭反应容器一侧设置出气烟囱1，所述密闭反应容器璧两侧设置多个喷雾入口4，本实施例优选1个。
所述出气烟囱1内置水雾过滤装置，所述水雾过滤装置为纤维棉，此结构仅允许气体经过，防止废水的损失的同时保障了密闭反应容器的压强。反应后对废水存储罐的溶液采用GB/T11914-1989重铬酸盐法检测。
本实施例废水处理后溶液清澈透明，COD去除率为95％。
实施例二
如图1、2所示，本发明一种高难废水处理设备，包括废水存储罐、废水处理装置；所述废水处理装置包括密闭反应容器、贴敷在容器内壁的催化剂、容器顶部的紫外灯5、设置于密闭反应容器底部的储水槽6以及放置于储水槽6底部的铁碳填料，所述密闭反应容器顶部设置进液口7与进气口3，所述进液口7通过软管与原水存储罐相连，所述进液口7处设置喷雾喷头2。
所述紫外灯5为臭氧型紫外灯，所述紫外灯5设置为多根，本实施例优选2根，所述紫外灯5产生的波长为185nm和254nm；185nm波长的紫外线与空气中的氧气反应生成臭氧和羟基自由基，臭氧和羟基自由基对有机物具有极强的氧化作用。所述催化剂为TiO2催化剂薄膜与贴敷容器内的壁活性碳纤维毡，所述TiO2催化剂薄膜与活性碳纤维毡总厚度为5毫米。
所述喷雾喷头2为文丘里管喷雾喷头，用压缩空气推动，压力为0.8MPa，流量为40L/min，同时产生水雾和需要的空气，密闭反应容器腔体直径为115cm，所述喷雾喷头喷淋角度为25°-80°，本实施例优选35°，同时喷向紫外灯5的周围，产生的废水雾化粒径为0.05-0.5毫米，雾化废水由于重力、分子间作用力、范德华力等各种力的作用，会下落和黏附在有TiO2催化剂的容器壁上，进行光催化反应，所述光催化反应如下：
UV+O2→O+O*(活性氧)
O+O2→O3
产生臭氧分解有机物
O3+H2O+hv→H2O2+O2
H2O2+hv→2·OH
R+·OH→CO2+H2O
臭氧在二氧化钛等催化剂的作用下分解有机物
TiO2-hv→e+TiO2(h+)
TiO2(h+)+H2O→TiO2+H++·OH
当有氧分子存在时，吸附在催化剂表面的氧捕获光生电子，也可以产生·OH
O2+TiO2(e-)+2H2O→TiO2+H2O2+2OH-
TiO2(e-)+H2O2→TiO2+·OH+2OH-
产生羟基自由基分解有机物
R+·OH→CO2+H2O
臭氧溶解到水里分解为氧气分解有机物，至此，紫外光催化反应结束。紫外光催化反应与活性碳纤维处理后的废水，由于重力作用流向密闭容器底部的储水槽，发生铁碳反应，分解有机物，反应中产生的初生态的Fe2+和原子H，它们具有高化学活性，能改变废水中许多有机物的结构和特性，使有机物发生断链、开环等作用，反应机理如下：
阳极：Fe-2e→Fe2+
阴极：2H++2e→2[H]→H2
双氧水分解有机物
H2O2+hv→2·OH
所述密闭反应器一侧靠近储水槽6位置设置气液混合入口9，在铁碳反应后由气液混合入口9处加H2O2，阳极反应生成的Fe2+可作为后续催化氧化处理的催化剂，即Fe2+与H2O2构成Fenton试剂氧化体系，芬顿反应分解有机物Fe2++H2O2→Fe3++OH-+·OH
臭氧析出，至此，废水从进入密闭容器开始，进行了紫外光催化反应，活性炭吸附反应、铁碳反应以及芬顿反应。
密闭反应容器底部设置回流口8，通过设置回流软管8与废水存储罐相连，所述密闭反应容器一侧设置出气烟囱1，所述密闭反应容器璧两侧设置多个喷雾入口4，本实施例优选1个。
所述出气烟囱1内置水雾过滤装置，所述水雾过滤装置为塑料，此结构仅允许气体经过，防止废水的损失的同时保障了密闭反应容器的压强。反应后对废水存储罐的溶液采用GB/T11914-1989重铬酸盐法检测。
本实施例废水处理后溶液清澈透明，COD去除率为97％。
以上所述只是本发明的优选实施方式，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也被视为本发明的保护范围。
Claims (2)
1.一种高难废水处理设备，其特征在于，包括废水存储罐、废水处理装置，所述废水处理装置包括密闭反应容器、贴敷在容器内壁的催化剂、容器顶部的紫外灯、设置于密闭反应容器底部的储水槽以及放置于储水槽底部的铁碳填料，所述密闭反应容器顶部设置进液口与进气口，设置涡旋风机通过进气口提供空气，所述进液口通过软管与废水存储罐相连，所述进液口处设置喷雾喷头，所述密闭反应容器底部设置回流口，通过设置回流软管与废水存储罐相连，所述密闭反应容器一侧设置出气烟囱，所述密闭反应容器璧两侧设置多个喷雾入口，所述出气烟囱内置水雾过滤装置；所述水雾过滤装置为纤维棉，所述密闭反应器一侧靠近储水槽位置设置气液混合入口；设置气液混合入口用于添加H2O2；所述喷雾喷头用直流隔膜泵带动产生水雾，通过进液口为反应提供连续不断的雾化废水，所述喷雾喷头设置为多个，所述喷雾喷头喷淋角度为25°-80°，所述喷雾喷头设置为多个，产生的废水喷雾粒径0.05-0.5毫米，产生的废水喷雾喷射于紫外灯的周围，所述紫外灯为臭氧型紫外灯，所述紫外灯设置为多根，所述紫外灯产生的波长为185nm和254nm。
2.根据权利要求1所述的一种高难废水处理设备，其特征在于，所述催化剂为TiO2催化剂薄膜与活性炭纤维毡，所述TiO2催化剂薄膜与活性炭纤维毡总厚度为5-6毫米。
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