CN108892204A - 高浓度难生化降解有机废水的处理设备及处理方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种高浓度难生化降解有机废水的处理设备，包括污水水箱、氧化处理罐、曝气装置及加药箱，所述污水水箱通过一提升泵与氧化处理罐的顶部连接，氧化处理罐内装载有颗粒状催化剂，所述曝气装置一端与氧化处理罐的底部通过管道连接，曝气装置另一端与加药箱连接，加药箱通过一加药泵与氧化处理罐顶部连接，加药箱内装过氧化氢溶液，所述氧化处理罐内设置有多根紫外线灯。本发明利用波长在<300nm紫外光及过氧化氢在水中产生羟基自由基HO‑，并利用催化剤降低表面活化能量，在催化剤表面大量产生羟基自由基及活性氧，从而达到强氧化的作用，将待处理污水中的污染物氧化成二氧化碳与水，具有良好的处理效果。
Description
技术领域
本发明涉及污水处理技术领域，具体涉及一种高浓度难生化降解有机废水的处理设备及处理方法。
背景技术
工业生产过程及农业活动中经常产生大量有机废水，而其中可能含不同类型浓度高、色素高或毒性高的有机污染物，例如苯酚、表面活性剂、氯化物、杀虫剂、工业染料、烷基苯磺酸盐、芳基苯磺酸盐等等，这些污染物常存在石油类、化工、及制药、漂染工业废水中，由于其毒性及普遍性，这类的废水已造成具大的社会及经济问题，因此受到社会的广泛关注。
而传统的生化处理方法难于处理这类物质，主要因为这类物质对微生物含毒性，且其中可能含苯环，难于被微生物拆解，另外生化过程偏慢，且不能处理浓度高的有机污染物，如苯酚超过50ppm，种种这些问题使企业束手无策。
随着社会的环境意识日益高涨，而政府执法力度也不断加大和严紧，在政策强催化的背景下，环保刚需，排污企业必须寻找一种有效的处理方法来处理有机废水，以免造成环境的污染和企业的经济损失。
发明内容
鉴于以上所述，有必要提供一种高浓度难生化降解有机废水的处理设备及处理方法，用于处理各类工业，生活污水，具有良好的处理效果及智能化程度高，操作简单方便。
本发明解决其技术问题所采取的技术方案如下：
一种高浓度难生化降解有机废水的处理设备，包括污水水箱、氧化处理罐、曝气装置及加药箱，所述污水水箱通过一提升泵与氧化处理罐的顶部连接，所述氧化处理罐为密封结构，氧化处理罐内装载有颗粒状固体催化剂，催化剂为二氧化钛与白英泥的粉末混合物制成的直径为1mm-2mm二氧化钛颗粒或直径为1mm-2mm二氧化锰颗粒，所述曝气装置一端与氧化处理罐的底部通过管道连接，曝气装置可调节曝气装置气量，使气流形成一股从上往下的对流，使催化剂悬浮在过氧化氢液体中，保证催化剂与过氧化氢液体充分接触，曝气装置另一端与加药箱连接，加药箱内装载有强氧化剂，强氧化剂为过氧化氢溶液，加药箱通过一加药泵与氧化处理罐顶部连接，通过加药泵向氧化处理罐内添加过氧化氢溶液；所述氧化处理罐内设置有多根紫外线灯，紫外线灯浸入到待处理污水内部，以便紫外线灯发出的紫外光能够与过氧化氢充分接触，利用紫外光及过氧化氢在水中产生羟基自由基HO-，并利用催化剂降低表面活化能量，从而在催化剂表面大量产生羟基自由基及活性氧，羟基自由基是一种强氧化剂，其电化学势相比氯气高2.05倍，比臭氧高1.34倍，能在相对较短时间内将复杂的如含苯环的或大分子的有机物拆解成细分子的羧基酸，如醋酸、草酸或甚至再氧化成二氧化碳和水，从而将COD降低。
进一步的，所述氧化处理罐底部设置有波浪型的槽体，以便利聚集下沉的催化剂颗粒及沿着槽体的纵向铺设气管在槽的上部。
进一步的，所述紫外线灯之间的间距为200mm为最佳，即光辐射范围在半径100mm为最佳。
进一步的，所述紫外光灯的功率为100w。
进一步的，所述过氧化氢的浓度为20％～30％，用量在200～500mg/L最为佳。
进一步的，所述催化剂为二氧化钛颗粒或二氧化锰颗粒，其直径为1mm-2mm。
进一步的，所述氧化处理罐内设置有液位计，用于检测氧化处理罐内液体的高度。
一种处理高浓度难生化降解有机废水的方法，包括以下步骤：
(1)加载污水：利用提升泵将待处理的污水抽入到氧化处理罐内，使得污水刚好淹没过紫外线灯；
(2)制备催化剂：以二氧化钛粉末：白英泥70％:30％w/w比例固化，固化48小时以上，待固化后，用锤敲碎并以18目及10目隔筛，将1mm--2mm的二氧化钛颗粒分隔出来，按照2.5g/L的剂量称取颗粒，或直接取市面上买到的直径为1mm--2mm的二氧化锰颗粒，按照0.25g/L-0.375g/L的剂量，放入到氧化处理罐2内；
(3)制备羟基自由基：开启加药泵，向氧化处理罐内添加过氧化氢溶液，过氧化氢的浓度为20％～30％，用量在200～500mg/L，同时开启紫外线灯，利用紫外光(波长在<300nm)及过氧化氢，在水中产生羟基自由基HO-，并利用催化剂降低表面活化能量，从而在催化剂表面大量产生羟基自由基及活性氧；
(4)曝气处理：开启曝气装置，调节曝气装置的进气量，气流形成一股从上往下的对流，使催化剂悬浮在水柱中，保证催化剂与水体充分接触，充分实现净化效果；
(5)排水：当到达预设的强氧化反应时间时，停止曝气装置，关闭紫外灯线，待污水静置预设的时间后，开启底部电磁阀，将处理后达标污水排出。
本发明采用的处理原理为：
过氧化氢及二氧化钛，受紫外光在水中激发下，产生以下的反应:
TiO2+hν→光生电子e-+光生空穴h+……………(1)
光生电子e-+O2→O2- (2)
光生空穴h++H2O→H++HO- (3)
H2O2+hν→HO-+HO- (4)；
式(1)和(4)中，hν代表紫外光，波长在300nm以下，式(2)、(3)和(4)中HO-代表羟基自由基，O2 -代表活化氧，能瞬息间氧化水中的污染物，最后导致污染物分解成二氧化碳和水，从而将COD降低。
本次发明提出利用上述的配置，能将浓度180-220mg/L苯酚，在45分钟后，降低致40-70mg/L，即超过70％去除率，效果远超其他同类试验。
相较现有技术，本发明的有益效果如下：
1、利用波长在<300nm紫外光及过氧化氢，在水中产生羟基自由基HO-，并利用催化剤降低表面活化能量，在催化剤表面大量产生羟基自由基及活性氧，从而达到强氧化的作用，将水中的污染物氧化成二氧化碳与水；
2、配曝气装置，保证催化剂能尽量均匀分布在待处理水体中；
3、催化剂选用粒径在1mm-2mm的二氧化钛颗粒或二氧化錳颗粒，以保证曝气装置开启时，催化剂能悬浮在水中，当曝气装置停止时，催化剂能瞬速沉降到水底部。
附图说明
图1是本发明所述高浓度难生化降解有机废水的处理设备的结构示意图。
具体实施方式
为详细说明本发明的技术内容、构造特征、所实现目的及效果，以下结合实施方式并配合附图详予说明。
如图1所示，一种高浓度难生化降解有机废水的处理设备，包括污水水箱1、氧化处理罐2、曝气装置3及加药箱4，所述污水水箱1通过一提升泵11与氧化处理罐2的顶部连接，所述氧化处理罐2为密封结构，氧化处理罐2内装载有颗粒状固体催化剂，催化剂为粒径为1mm-2mm的二氧化钛颗粒或二氧化錳颗粒，所述曝气装置3与氧化处理罐2的底部通过管道连接，曝气装置3可调节曝气装置气量，使气流形成一股从上往下的对流，使催化剂悬浮在过氧化氢液体中，保证催化剂与过氧化氢液体充分接触，加药箱4内装载有强氧化剂，强氧化剂为过氧化氢溶液，加药箱4通过一加药泵41与氧化处理罐2顶部连接，通过加药泵41向氧化处理罐2内添加过氧化氢溶液；所述氧化处理罐2内设置有多根紫外线灯21，紫外线灯21浸入到待处理污水内部，以便紫外线灯21发出的紫外光能够与待处理污水及投加的过氧化氢充分接触。
所述氧化处理罐2内设置有液位计22，用于检测氧化处理罐2内的水位高度。
所述氧化处理罐2底部设置有波浪型的槽体23，槽体23上方设置有曝气头24，曝气头24通过管道与曝气装置3连接，曝气头24的喷口向下对准槽体23下凹位置，以便利吹动聚集下沉到槽体23的催化剂颗粒悬浮在液体当中。
所述紫外线灯21所发出的紫外光的波长要求小于300nm，小于300nm的紫外光与过氧化氢在水中产生羟基自由基HO-，利用催化剂降低表面活化能量，从而在催化剂表面大量产生羟基自由基及活性氧，羟基自由基是一种强氧化剂，其电化学势相比氯气高2.05倍，比臭氧高1.34倍，能在相对较短时间内将复杂，如含苯环的或大分子的有机物拆解成细分子的羧酸，如醋酸、草酸或甚至再氧化成二氧化碳和水，从而将COD降低。
所述紫外光灯21为100w紫外光灯，以灯与灯间距为200mm为最佳，即光辐射范围在半径100mm为最佳，当然紫外光灯的密度越大，效果越佳，但设备成本大。
所述过氧化氢浓度为20-30％，添加量在200-500mg/L最为合适。
所述催化剂为二氧化钛颗粒或二氧化锰颗粒，二氧化钛是天然存在的矿物质，—般以锐钛矿或金红石的晶体形式存在，在提炼过程中会磨成粉末，常以涂漆形式涂在板面或外墙上用作纳米光触媒，取其能在紫外光下产生羟基自由基，用作杀菌、消毒、或作光催化剂，净化空气的功效，用在污水处理中，在学术研究中，亦有利用二氧化钛、二氧化铜、氧化锌等物资催化湿式氧化过氧化氢，处理含苯酚和工业染料的废水，一般需要240分钟以上才可以将总碳减50％，效果有欠理想，处理工业废水方面的较少应用，主要因为二氧化钛粉末难于事后清理及回收重用，且紫外光在二氧化钛粉末的影响外，透光率低，所以只局限少剂量，如200-700mg/L，影响催化效果，因此本次发明提出利用白英泥固化二氧化钛粉末，经试验，以二氧化钛粉末:白英泥70％:30％w/w比例固化，效果最佳，因为白英泥太多时，会减低二氧化钛表面总面积，但白英泥太少时，亦会使二氧化钛粉末松脱成粉状，固化需要48小时以上。待固化后，用锤敲碎，并以18目及10目隔筛，将1mm-2mm的二氧化钛颗粒分隔出来，按照2.5g/L的剂量称取颗粒，放入氧化处理罐2内，采用二氧化锰颗粒作为催化剂，按照0.25g/L-0.375g/L的剂量称取颗粒，亦达到同样的效果。
本次发明提出利用流化床原理，在处理器底部铺设气管，向强氧化装置底部排气，气量可调节到适度，使气流形成一股从下往上的对流，将颗粒悬浮在水柱中，既不会严重影响紫外光在水中的散射，又能大幅度使羟基自由基和活化氧接触污染物。
本发明的具体实施例如下：
实施例1：
泵待处理污水入强氧化装置，强氧化装置容积约为8L，设两支100W的紫外灯光管，波长小于300nm，投加粒径为1mm-2mm的二氧化锰颗粒3g入强氧化装置内，开启紫外灯管，开启曝气装置，同时投加800mg浓度为30％的H2O2(双氧水)入强氧化装置，保持开启紫外灯及曝气装置。取原水水样测COD，分别于开启强氧化装置的15分钟，30分钟，45分钟，60分钟取水样测COD，测得数据如下：
经强氧化装置处理，经60分钟后，COD由170mg/L降至68mg/L，COD去除率高达60％。
实施例2：
泵待处理污水入强氧化装置，强氧化装置容积约为8L，设两支100W的紫外灯光管，波长小于300nm，投加粒径为1mm-2mm的二氧化锰颗粒2g入强氧化装置内，开启紫外灯管，开启曝气装置，同时投加500mg浓度为30％的H2O2(双氧水)入强氧化装置，保持开启紫外灯及曝气装置。取原水水样测COD，分别于开启强氧化装置的15分钟，30分钟，45分钟，60分钟取水样测COD，测得数据如下：
经强氧化装置处理，经60分钟后，COD由170mg/L降至73mg/L，COD去除率高达57％。
实施例3：
泵待处理污水入强氧化装置，强氧化装置容积约为8L，设两支100W的紫外灯光管，波长小于300nm，投加粒径为1mm-2mm的二氧化钛颗粒(二氧化钛粉：白英泥＝70％：30％)20g入强氧化装置内，开启紫外灯管，开启曝气装置，同时投加500mg浓度为30％的H2O2(双氧水)入强氧化装置，保持开启紫外灯及曝气装置。取原水水样测COD，分别于开启强氧化装置的15分钟，30分钟，45分钟，60分钟取水样测COD，测得数据如下：
经强氧化装置处理，经60分钟后，COD由170mg/L降至74mg/L，COD去除率高达55％。
实施例4：
泵待处理污水入强氧化装置，强氧化装置容积约为8L，设两支100W的紫外灯光管，波长小于300nm，投加粒径为1mm-2mm的二氧化钛颗粒(二氧化钛粉：白英泥＝80％：20％)20g入强氧化装置内，开启紫外灯管，开启曝气装置，同时投加500mg浓度为30％的H2O2(双氧水)入强氧化装置，保持开启紫外灯及曝气装置。取原水水样测COD，分别于开启强氧化装置的15分钟，30分钟，45分钟，60分钟取水样测COD，测得数据如下：
经强氧化装置处理，经60分钟后，COD由150mg/L降至79mg/L，COD去除率高达47.33％。
根据具体实施例3与具体实施例4的数据对比，在其它条件都相同的情况下，催化剂采用二氧化钛粉：白英泥＝70％：30％配成的二氧化钛颗粒比二氧化钛粉：白英泥＝80％：20％配成的二氧化钛颗粒COD去除效果更明显。
实施例5：
待处理污水用自来水7500ml+蓝色漂染原料500ml混合而成，入强氧化装置，泵待处理污水入强氧化装置，强氧化装置容积约为8L，设一支100W的紫外灯光管，波长小于300nm，投加粒径为1mm-2mm的二氧化钛颗粒(二氧化钛粉：白英泥＝70％：30％)20g入强氧化装置内，开启紫外灯管，开启曝气装置，同时投加250mg浓度为30％的H2O2(双氧水)入强氧化装置，保持开启紫外灯及曝气装置。取原水水样测COD，分别于开启强氧化装置的30分钟，60分钟，90分钟，120分钟取水样测COD，测得数据如下：
原水样的颜色是深蓝色；经90分钟强氧化处理后，颜色变成完全透明无色。
实施例6：
待处理污水用自来水7500ml+红色漂染原料500ml混合而成，入强氧化装置，泵待处理污水入强氧化装置，强氧化装置容积约为8L，设一支100W的紫外灯光管，波长小于300nm，投加粒径为1mm-2mm的二氧化钛颗粒(二氧化钛粉：白英泥＝70％：30％)20g入强氧化装置内，开启紫外灯管，开启曝气装置，同时投加250mg浓度为30％的H2O2(双氧水)入强氧化装置，保持开启紫外灯及曝气装置。取原水水样测COD，分别于开启强氧化装置的30分钟，60分钟，90分钟，120分钟取水样测COD，测得数据如下：
原水样的颜色是深红色；经60分钟强氧化处理后，颜色变成完全透明无色。
根据实施例5及实施例6的数据及现象看，强氧化装置除了能有效去除污水中COD外，还能有效地去掉污水中的颜色，适用于印染厂等色度较高的污水处理中。
本发明所提供的污水处理设备，适用于难生物降解的有机废水及有色废水的处理，利用催化剂的催化作用，利用紫外光(波长在<300nm)及过氧化氢，在水中产生羟基自由基HO-，并利用催化剤降低表面活化能量，在催化剤表面大量产生羟基自由基及活性氧，从而达到强氧化的作用，将待处理污水中的污染物氧化成二氧化碳与水，并将水中的颜色强氧化成无色，起到达好的水质净化作用及脱色作用。本发明中，在强氧化装置内停留时间越长，水中的污染物去除率越高，水质净化效果越好。
以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
Claims (10)
1.一种高浓度难生化降解有机废水的处理设备，包括污水水箱、氧化处理罐、曝气装置及加药箱，其特征在于：所述污水水箱通过一提升泵与氧化处理罐的顶部连接，所述氧化处理罐为密封结构，氧化处理罐内装载有颗粒固体催化剂，所述曝气装置一端与氧化处理罐的底部通过管道连接，曝气装置可调节曝气装置气量，使气流形成一股从上往下的对流，使催化剂悬浮在过氧化氢液体中，保证催化剂与过氧化氢液体充分接触，曝气装置另一端与加药箱连接，加药箱通过一加药泵与氧化处理罐顶部连接，所述加药箱内装有过氧化氢溶液，所述待处理污水内设置有多根紫外线灯，紫外线灯浸入到待处理污水内部。
2.根据权利要求1所述的高浓度难生化降解有机废水的处理设备，其特征在于：所述紫外线灯之间的间距为200mm为最佳。
3.根据权利要求1所述的高浓度难生化降解有机废水的处理设备，其特征在于：所述紫外光灯发出的紫外线波长小于300nm。
4.根据权利要求1所述的高浓度难生化降解有机废水的处理设备，其特征在于：所述过氧化氢的浓度为20％～30％，用量在200～500mg/L最为佳。
5.根据权利要求1所述的高浓度难生化降解有机废水的处理设备，其特征在于：所述催化剂为二氧化钛颗粒或二氧化锰颗粒，其直径为1mm-2mm。
6.根据权利要求1所述的高浓度难生化降解有机废水的处理设备，其特征在于：所述氧化处理罐内设置有液位计。
7.根据权利要求1所述的高浓度难生化降解有机废水的处理设备，其特征在于：所述氧化处理罐底部设置有波浪型的槽体，以便利聚集下沉的催化剂颗粒及沿着槽体的纵向铺设气管在槽的上部。
8.一种处理高浓度难生化降解有机废水的方法，其特征在于：包括以下步骤：
(1)加载污水：利用提升泵将待处理的污水抽入到氧化处理罐内，使得污水刚好淹没过紫外线灯；
(2)制备催化剂：以二氧化钛粉末：白英泥＝70％：30％w/w比例固化，固化48小时以上，待固化后，用锤敲碎并以18目及10目隔筛，将1mm--2mm 的二氧化钛颗粒分隔出来，按照2.5g/L的剂量称取颗粒，放入到氧化处理罐内；
(3)制备羟基自由基：开启加药泵，向氧化处理罐内添加过氧化氢溶液，所述过氧化氢的浓度为20％～30％，用量为200～500mg/L，同时开启紫外线灯，利用紫外光(波长在<300nm)及过氧化氢，在水中产生羟基自由基HO-，并利用催化剂降低表面活化能量，从而在催化剂表面大量产生羟基自由基及活性氧；
(4)曝气处理：开启曝气装置，调节曝气装置的进气量，气流形成一股从上往下的对流，使催化剂悬浮在水柱中，保证催化剂与水体充分接触，充分实现净化效果；
(5)排水：当到达预设的强氧化反应时间时，停止曝气装置，关闭紫外灯线，待污水静置预设的时间后，开启底部电磁阀，将处理后达标污水排出。
9.根据权利要求8所述的处理高浓度难生化降解有机废水的方法，其特征在于：步骤(2)中催化剂直接取市面上买到的直径为1mm--2mm的二氧化锰颗粒，按照0.25g/L-0.375g/L的剂量添加。
10.根据权利要求8所述的处理高浓度难生化降解有机废水的方法，其特征在于：所述步骤(3)中紫外线灯的功率为100W。
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