CN109081421A - 一种非均相臭氧催化氧化处理制药废水的装置及工艺 - Google Patents

一种非均相臭氧催化氧化处理制药废水的装置及工艺 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种非均相臭氧催化氧化处理制药废水的装置及工艺,其装置包括臭氧催化氧化反应器,所述臭氧催化氧化反应器包括三段由下至上依次连接的第一层反应器、第二层反应器、第三层反应器,所述第一层反应器的下方底部设有进气口1,第一层反应器的侧下部设有进水口2,第三层反应器的顶部设有臭氧尾气出口12;所述三层反应器内分别气体分布板、催化剂床层、催化剂支撑板,在每层催化剂床层分别出水口。通过本发明装置及工艺处理制药废水,能使得催化剂使用寿命提高,且催化剂介质陶粒球廉价易得,与臭氧形成催化氧化体系有效的提高了臭氧利用率,降低了生产成本。

Description

一种非均相臭氧催化氧化处理制药废水的装置及工艺
技术领域
本发明涉及一种非均相臭氧催化氧化处理制药废水的装置及工艺,属废水处理领域。
背景技术
制药行业是我国的生产支柱产业之一,随着制药行业的发展废水排放量日益增大,制药生产废水对环境和人类造成了不可忽视的影响。制药废水具有有机物浓度高、水质复杂、可生化性能差的特点,传统处理方法在处理制药废水过程中已不能达到很好的处理效果。因此各种高级氧化技术受到研究者的追捧。
臭氧作为一种强氧化剂,因臭氧反应后的分解产物为O2不产生二次污染而受到研究者的关注。但是由于臭氧在降解有机物时具有较强的选择性,而且臭氧传质效率差、利用率低、反应速率低等造成水处理成本急剧增加,进而限制了臭氧在水处理中的使用。
非均相臭氧催化氧化是利用臭氧和催化剂在水中可以分解产生强氧化性的HO·进而降解水中难降解有机物的一种高级氧化技术,影响非均相臭氧催化氧化的重要因素是反应过程中的传质问题、设备占地面积大等因素。
发明内容
为解决上述问题,本发明提供一种非均相臭氧催化氧化处理制药废水的装置及工艺,它能提高催化剂使用寿命和对有机物的降解能力,降低生产成本。
为了实现上述目的,本发明采用的技术方案是:
本发明公开了一种非均相臭氧催化氧化处理制药废水的装置,包括臭氧催化氧化反应器,所述臭氧催化氧化反应器包括三段由下至上依次连接的第一层反应器、第二层反应器、第三层反应器,所述第一层反应器的下方底部设有进气口,第一层反应器的侧下部设有进水口,第三层反应器的顶部设有臭氧尾气出口;所述三层反应器内分别依次设有从下至上的第一气体分布板、第一催化剂支撑板、第一催化剂床层和第二气体分布板、第二催化剂支撑板、第二催化剂床层及第三气体分布板、第三催化剂支撑板、第三催化剂床层;在每层催化剂床层的上侧方分别设有第一出水口、第二出水口、第一出水口;所述三层的气体分布板构成布气装置。
优选的,所述臭氧催化氧化反应器为有机玻璃材质,有效容积为7.2L。
优选的,所述三层反应器之间用法兰连接。
优选的,所述进气口与进水口通过管道与三层反应器内相通。
优选的,所述第一气体分布板、第二气体分布板、第三气体分布板分别采用孔径为20-50μm的曝气板。
优选的,所述第一催化剂支撑板、第二催化剂支撑板、第三催化剂支撑板分别采用孔径为1.5mm的有机玻璃支撑板。
使用所述一种非均相臭氧催化氧化处理制药废水的装置处理制药废水的工艺,包括以下步骤:
a.将20g的陶粒载体在1mol/L的硝酸镍和硝酸铁溶液中浸渍24h,105~120℃下烘干,600℃焙烧5h后制成催化剂成品;
b.将废水与催化剂按1:100(升/克)比例分三层投加在臭氧催化氧化反应器中,三层催化剂床层体积比例为1:2:1;
c.用泵将制药生产废水加入到臭氧催化氧化反应器内部,臭氧气体(通常为臭氧与氧气的混合气体)通过进气口与废水并流进入臭氧催化氧化反应器,通过布气装置进行气泡分散后进入含有催化剂的催化反应区,进行臭氧催化氧化反应,反应时间30-180分钟,反应温度为常温20-30度;
d.经过臭氧催化氧化反应后的废水通过出水口排出,剩余的臭氧气体通过臭氧尾气出口进行回收,完成制药废水的非均相臭氧催化氧化处理工序。
所述一种非均相臭氧催化氧化处理制药废水的工艺,所述臭氧气体通量为180L/h。
所述臭氧催化氧化反应时间为90分钟。
优选的,所述一种非均相臭氧催化氧化处理制药废水的工艺,包括以下具体步骤:
a.将20g的直径为3-5mm的陶粒载体在1mol/L的硝酸镍和硝酸铁溶液中浸渍24h,110℃烘干,600℃焙烧5h后制成催化剂成品;
b.将废水与催化剂按1:100(升/克)比例分三层铺于臭氧催化氧化反应器的第一催化剂支撑板、第二催化剂支撑板、第三催化剂支撑板上,三层催化剂床层体积比例为1:2:1。
c.用泵将制药生产废水加入到臭氧催化氧化反应器内部,臭氧气体通过进气口与废水并流进入臭氧催化氧化反应器,通过布气装置进行气泡分散后进入含有催化剂的催化反应区,进行臭氧催化氧化反应,反应时间90分钟,反应温度为室温,臭氧气体通量为180L/h,臭氧催化氧化反应器有效容积为7.2L。
d.经过臭氧催化氧化反应后的废水通过出水口排出,剩余的臭氧气体通过臭氧尾气出口进行回收,完成制药废水的非均相臭氧催化氧化处理工序。
由于采用了上述技术方案,本发明取得的突出的技术效果为:
①本发明采用的非均相臭氧催化氧化催化剂为高强度的陶粒作为载体制备的催化剂,廉价易得,且具有较强的耐水力冲刷性能,不易产生破碎,提高了催化剂使用寿命,降低了催化剂生产成本。
②本发明非均相催化剂臭氧的加入,有效的提高了臭氧产生HO·的能力,显著提高了对有机物的降解能力。
③本发明采用的非均相臭氧催化剂易于分离,不产生二次污染,属于环保型催化剂,有效的解决生产过程中产生二次污染物的问题。
④本发明设计微孔布气板、和催化剂分层布置有效的减少催化剂的单位高度,降低了由于催化剂床层过高而产生壁流现象而影响传质过程,有效的提高了非均相间的传质过程,提高了臭氧利用率。
⑤本发明设计的臭氧催化氧化反应器的主体分三段以法兰连接,解决了催化剂的填装问题,且本发明设计的臭氧催化氧化反应器体积小,容易安装安置。
附图说明
图1是本发明装置的臭氧催化氧化反应器的结构示意图。
图2是臭氧催化氧化反应效果图。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施例对本发明做进一步详细说明:
参见图1、图2,图1中各部件标号及含义为:
其中,1、进气口;2、进水口;3、第一催化剂床层;4、第一催化剂支撑板;5、第一出水口;6、第二催化剂支撑板;7、第二催化剂床层;8、第二出水口;9、第三催化剂床层;10、第三催化剂支撑板;11、第一出水口;12、臭氧尾气出口;13、第一气体分布板;14、第二气体分布板;15、第三气体分布板。
本发明公开了一种非均相臭氧催化氧化处理制药废水的装置,包括臭氧催化氧化反应器,所述臭氧催化氧化反应器包括三段由下至上依次连接的第一层反应器、第二层反应器、第三层反应器,所述第一层反应器的下方底部设有进气口1,第一层反应器的侧下部设有进水口2,第三层反应器的顶部设有臭氧尾气出口12;所述三层反应器内分别依次设有从下至上的第一气体分布板13、第一催化剂支撑板4、第一催化剂床层3和第二气体分布板14、第二催化剂支撑板6、第二催化剂床层7及第三气体分布板15、第三催化剂支撑板10、第三催化剂床层9;在每层催化剂床层的上侧方分别设有第一出水口5、第二出水口8、第一出水口11;所述第一出水口5、第二出水口8、第一出水口11可以作为取样口;所述三层的气体分布板构成布气装置。
优选的,所述臭氧催化氧化反应器为有机玻璃材质,有效容积为7.2L。
优选的,所述三层反应器之间用法兰连接。
优选的,所述进气口1与进水口2通过管道与三层反应器内相通。
优选的,所述第一气体分布板13、第二气体分布板14、第三气体分布板15分别采用孔径为20-50μm的曝气板。
优选的,所述第一催化剂支撑板4、第二催化剂支撑板6、第三催化剂支撑板10分别采用孔径为1.5mm的有机玻璃支撑板。
使用所述一种非均相臭氧催化氧化处理制药废水的装置处理制药废水的工艺,包括以下步骤:
a.将20g的陶粒载体在1mol/L的硝酸镍和硝酸铁溶液中浸渍24h,105~120℃下烘干,600℃焙烧5h后制成催化剂成品;
b.将废水与催化剂按1:100(升/克)比例分三层投加在臭氧催化氧化反应器中,三层催化剂床层体积比例为1:2:1;
c.用泵将制药生产废水加入到臭氧催化氧化反应器内部,臭氧气体(通常为臭氧与氧气的混合气体)通过进气口1与废水并流进入臭氧催化氧化反应器,通过布气装置进行气泡分散后进入含有催化剂的催化反应区,进行臭氧催化氧化反应,反应时间30-180分钟,反应温度为常温20-30度;
d.经过臭氧催化氧化反应后的废水通过出水口11排出,剩余的臭氧气体通过臭氧尾气出口12进行回收,完成制药废水的非均相臭氧催化氧化处理工序。
所述一种非均相臭氧催化氧化处理制药废水的工艺,所述臭氧气体通量为为180L/h。
优选的,所述臭氧催化氧化反应时间为90分钟。
实施例1
a.将20g的直径为3-5mm的陶粒载体在1mol/L的硝酸镍和硝酸铁混合溶液中浸渍24h,110℃烘干,600℃焙烧5h后制成催化剂成品;
b.将废水与催化剂按1:100(升/克)比例分三层铺于臭氧催化氧化反应器的第一催化剂支撑板4、第二催化剂支撑板6、第三催化剂支撑板10上,形成催化剂床层,三层催化剂床层体积比例为1:2:1,然后将臭氧催化氧化反应器的三段用法兰连接紧密。
处理的制药废水7.2L,废水中COD为1000mg/L。
c.用泵将制药生产废水加入到臭氧催化氧化反应器内部,臭氧气体通过进气口1与废水并流进入臭氧催化氧化反应器,通过布气装置进行气泡分散后进入含有催化剂的催化反应区,进行臭氧催化氧化反应,反应时间90分钟,反应温度为室温,臭氧气体通量为180L/h,臭氧催化氧化反应器有效容积为7.2L。
d.经过臭氧催化氧化反应后的废水通过出水口11排出,剩余的臭氧气体通过臭氧尾气出口12进行回收,完成制药废水的非均相臭氧催化氧化处理工序。
当反应时间达到90min时,所处理制药废水中COD去除效果达到50%,而对应的纯臭氧氧化效果仅为15%左右。
制药废水是工业生产中的难降解工业废水之一,废水具有生物毒性大、污染物浓度高、污染物种类复杂等特点。本实验通过非均相催化臭氧化降解制药废水中COD去除率情况来说明该发明的效果。
实施例2
a.将20g的直径为4mm的陶粒载体在1mol/L的硝酸镍和硝酸铁混合溶液中浸渍24h,105℃烘干,600℃焙烧5h后制成催化剂成品;
b.将废水与催化剂按1:100(升/克)比例分三层铺于臭氧催化氧化反应器的第一催化剂支撑板4、第二催化剂支撑板6、第三催化剂支撑板10上,形成催化剂床层,三层催化剂床层体积比例为1:2:1,然后将臭氧催化氧化反应器的三段用法兰连接紧密。
处理的制药废水7.2L,废水中COD为1000mg/L。
c.用泵将制药生产废水加入到臭氧催化氧化反应器内部,臭氧气体通过进气口1与废水并流进入臭氧催化氧化反应器,通过布气装置进行气泡分散后进入含有催化剂的催化反应区,进行臭氧催化氧化反应,反应时间130分钟,反应温度为室温,臭氧气体通量为180L/h,臭氧催化氧化反应器有效容积为7.2L。
d.经过臭氧催化氧化反应后的废水通过出水口11排出,剩余的臭氧气体通过臭氧尾气出口12进行回收,完成制药废水的非均相臭氧催化氧化处理工序。
COD去除效果可达到51%左右。
经过实验,在不同臭氧催化氧化反应时间达到的COD去除效果如下:
当臭氧催化氧化反应时间达到30min时COD去除效果可达到29%左右。
当臭氧催化氧化反应时间达到60min时COD去除效果可达到38%左右。
当臭氧催化氧化反应时间达到75min时COD去除效果可达到44%左右。
当臭氧催化氧化反应时间达到90min时COD去除效果可达到50%左右。
当臭氧催化氧化反应时间达到130min时COD去除效果可达到51%左右。
当臭氧催化氧化反应时间达到180min时COD去除效果可达到56%左右。
如图2所示。
以上所述,仅为本发明的具体实施方式,本发明的保护范围并不局限于此,任何内容相似的构思和等同替换或尺寸大小的类似改变,都为本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种非均相臭氧催化氧化处理制药废水的装置,其特征是,包括臭氧催化氧化反应器,所述臭氧催化氧化反应器包括三段,由下至上依次连接的第一层反应器、第二层反应器、第三层反应器,所述第一层反应器的下方底部设有进气口(1),第一层反应器的侧下部设有进水口(2),第三层反应器的顶部设有臭氧尾气出口(12);所述三层反应器内分别依次设有从下至上的第一气体分布板(13)、第一催化剂支撑板(4)、第一催化剂床层(3)和第二气体分布板(14)、第二催化剂支撑板(6)、第二催化剂床层(7)及第三气体分布板(15)、第三催化剂支撑板(10)、第三催化剂床层(9);在每层催化剂床层的上侧方分别设有第一出水口(5)、第二出水口(8)、第一出水口(11);
所述三层的气体分布板构成布气装置。
2.如权利要求1所述的一种非均相臭氧催化氧化处理制药废水的装置,其特征是,所述臭氧催化氧化反应器为有机玻璃材质,有效容积为7.2L。
3.如权利要求1所述的一种非均相臭氧催化氧化处理制药废水的装置,其特征是,所述三层反应器之间用法兰连接。
4.如权利要求1所述的一种非均相臭氧催化氧化处理制药废水的装置,其特征是,所述进气口(1)与进水口(2)通过管道与三层反应器内相通。
5.如权利要求1所述的一种非均相臭氧催化氧化处理制药废水的装置,其特征是,所述第一气体分布板(13)、第二气体分布板(14)、第三气体分布板(15)分别采用孔径为20-50μm的曝气板。
6.如权利要求1所述的一种非均相臭氧催化氧化处理制药废水的装置,其特征是,所述第一催化剂支撑板(4)、第二催化剂支撑板(6)、第三催化剂支撑板(10)分别采用孔径为1.5mm的有机玻璃支撑板。
7.一种使用权利要求1所述一种非均相臭氧催化氧化处理制药废水的装置处理制药废水的工艺,其特征是包括以下步骤:
a.将20g的陶粒载体在1mol/L的硝酸镍和硝酸铁溶液中浸渍24h,105~120℃下烘干,600℃焙烧5h后制成催化剂成品;
b.将废水与催化剂按1:100(升/克)比例分三层投加在臭氧催化氧化反应器中,三层催化剂床层体积比例为1:2:1;
c.用泵将制药生产废水加入到臭氧催化氧化反应器内部,臭氧气体通过进气口(1)与废水并流进入臭氧催化氧化反应器,通过布气装置进行气泡分散后进入含有催化剂的催化反应区,进行臭氧催化氧化反应,反应时间30-180分钟,反应温度为常温20-30度;
d.经过臭氧催化氧化反应后的废水通过出水口11排出,剩余的臭氧气体通过臭氧尾气出口(12)进行回收,完成制药废水的非均相臭氧催化氧化处理工序。
8.如权利要求7所述一种非均相臭氧催化氧化处理制药废水的工艺,其特征是,所述臭氧气体通量为180L/h。
9.如权利要求7所述一种非均相臭氧催化氧化处理制药废水的工艺,其特征是,所述臭氧催化氧化反应时间为90分钟。
10.如权利要求7所述一种非均相臭氧催化氧化处理制药废水的工艺,其特征是,包括以下具体步骤:
a.将20g的直径为3-5mm的陶粒载体在1mol/L的硝酸镍和硝酸铁溶液中浸渍24h,110℃烘干,600℃焙烧5h后制成催化剂成品;
b.将废水与催化剂按1:100(升/克)比例分三层铺于臭氧催化氧化反应器的第一催化剂支撑板(4)、第二催化剂支撑板(6)、第三催化剂支撑板(10)上,三层催化剂床层体积比例为1:2:1。
c.用泵将制药生产废水加入到臭氧催化氧化反应器内部,臭氧气体通过进气口(1)与废水并流进入臭氧催化氧化反应器,通过布气装置进行气泡分散后进入含有催化剂的催化反应区,进行臭氧催化氧化反应,反应时间90分钟,反应温度为室温,臭氧气体通量为180L/h,臭氧催化氧化反应器有效容积为7.2L。
d.经过臭氧催化氧化反应后的废水通过出水口(11)排出,剩余的臭氧气体通过臭氧尾气出口(12)进行回收,完成制药废水的非均相臭氧催化氧化处理工序。
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