CN109987744A - 溶气催化氧化复合处理系统和污水处理的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及水处理技术领域，公开了一种溶气催化氧化复合处理系统和污水处理的方法。该系统包括反应装置、溶气释放装置、排泥装置、过滤装置、催化氧化装置和臭氧投加装置；所述反应装置与所述过滤装置连接，所述溶气释放装置和所述排泥装置与所述过滤装置配合设置，所述溶气释放装置用于向来自所述反应装置的物料中通入高密度微气泡，所述排泥装置用于除去微絮团；来自所述过滤装置的水体输送入所述催化氧化装置进行催化氧化，所述臭氧投加装置与所述催化氧化装置连接，用于为所述催化氧化装置投加臭氧。本发明所述的系统能够有效地去除污水中的有机污染物，臭氧利用率高，运行费用低。
Description
技术领域
本发明涉及水处理技术领域，具体涉及一种溶气催化氧化复合处理系统和污水处理的方法。
背景技术
科学技术发展的同时也带来了越来越多的环境污染问题，为了保护生态环境，除了倡导节能减排，污染物处理也是必不可少的。在全球的水资源日益紧缺的形势下，污水处理就显得尤为重要。将污水进行处理后，可以对其进行循环使用，节约用水。
污水中含有大量的COD、SS等，常见的污水处理方法有物理处理法、化学处理法和生物处理法。物理处理法通过物理作用分离、回收污水中不溶解的悬浮状态污染物(包括油膜和油珠等)。如传统的活性炭吸附法，利用活性炭吸附对微生物有毒有害的物质，并最终同污泥一起收集。定期清洗饱和活性炭以及失效后的活性炭可能一直存在于污水中，使得活性炭吸附法操作成本高昂。化学处理法通过向污水中投加药剂，利用化学反应来分离、回收污水中的某些污染物质，或使其转化为无害的物质。常用方法有化学沉淀法、混凝法、中和法、氧化还原(包括电解)法等。化学处理法处理效果好，但处理费用高，且在处理过程中需要投加药剂，残留药剂很容易产生二次污染。生物处理法利用微生物的新陈代谢功能，将污水中呈溶解或胶体状态的有机物分解氧化为稳定的无机物质，使污水得到净化。但生物处理法不适合处理高浓度有机污水，特别是含有酚类、醛类以及微生物不能降解的大分子或高分子的有机污水。
目前，对处理含有难降解的COD、SS等的污水缺乏经济而有效的处理技术，而利用臭氧进行催化氧化的污水处理技术由于其清洁无污染、氧化效率高、操作简单等优点，已成为去除污水中高稳定性、难降解的COD、SS等有机物的关键技术之一。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有的污水处理技术难以经济而有效地处理含有难降解的COD、SS等的污水，提供了一种经济有效去除污水中有机物的溶气催化氧化复合处理系统和污水处理的方法。
为了实现上述目的，本发明提供了一种溶气催化氧化复合处理系统，所述系统包括反应装置、溶气释放装置、排泥装置、过滤装置、催化氧化装置和臭氧投加装置。
所述反应装置与所述过滤装置连接，所述溶气释放装置和所述排泥装置与所述过滤装置配合设置，所述溶气释放装置用于向来自所述反应装置的物料中通入高密度微气泡，所述排泥装置用于除去微絮团；来自所述过滤装置的水体输送入所述催化氧化装置进行催化氧化，所述臭氧投加装置与所述催化氧化装置连接，用于为所述催化氧化装置投加臭氧。
优选地，所述反应装置底部设置有曝气管。
优选地，所述反应装置设置有搅拌器。
优选地，所述系统还包括中间槽，所述过滤装置和所述催化氧化装置分别与所述中间槽连接，来自所述过滤装置的水体在所述中间槽储存，再送入所述催化氧化装置进行催化氧化。
优选地，所述反应装置为反应罐；
优选地，所述过滤装置为滤池；
优选地，所述溶气释放装置为TS型溶气释放器；
优选地，所述排泥装置为刮泥机；
优选地，所述催化氧化装置为催化氧化塔；
优选地，所述臭氧投加装置为射流器。
本发明还提供了一种污水处理的方法，该方法包括如下步骤：
（a）在待处理污水进入所述反应罐后投入混凝剂和助凝剂并进行搅拌，形成含有微絮团的水体；
（b）经步骤（a）处理后的所述含有微絮团的水体进入所述滤池，在所述滤池内利用所述TS型溶气释放器产生高密度微气泡，向含有微絮团的水体中通入高密度微气泡，并利用所述刮泥机除去所述微絮团，对微絮团和水体进行分离；
（c）将步骤（b）中分离得到的水体输送入所述中间槽（5）储存，再输送入所述催化氧化塔进行催化氧化，利用所述射流器将臭氧与所述催化氧化塔的高压回水混合，混合后一起进入所述催化氧化塔，循环投加臭氧，在常温常压条件下进行催化氧化反应；臭氧投加量为5-50g/m³；所述催化氧化塔中装填有催化剂，所述催化剂为过渡金属氧化物与活性炭的组合。
优选地，在步骤（1）中投入所述混凝剂和所述助凝剂前，待处理污水先与氧含量为90-99％的氧气混合均匀，混合时间为5-10min。
优选地，在步骤（2）中，以体积计，所述高密度微气泡的通入量为所述水体的6%-11%；
优选地，所述高密度微气泡含有氧气和臭氧，以体积计，所述高密度微气泡中氧气和臭氧的比例为（1.5-20）：1。
优选地，在步骤（3）中，所述过渡金属氧化物为钛、锰、铁、钴、镍、铜、锌的过渡金属氧化物中的至少一种；
优选地，以重量计，所述过渡金属氧化物含量为1.0-15%，余量为所述活性炭。
优选地，将步骤（3）进行催化氧化后得到的臭氧尾气进行回收利用。
本发明所述的系统和方法能够有效地去除污水中的有机污染物，臭氧利用率高，运行费用低。
附图说明
图1是本发明所述系统的原理图；
图2是本发明所述系统的污水处理流程图。
附图标记说明
1 反应装置 2 过滤装置
3 溶气释放装置 4 排泥装置
5 中间槽 6 催化氧化装置
7 加压泵 8 臭氧投加装置
9 氧气气源 10 臭氧发生器
11 曝气管 12 搅拌器。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
在本文中所披露的范围的端点和任何值都不限于该精确的范围或值，这些范围或值应当理解为包含接近这些范围或值的值。对于数值范围来说，各个范围的端点值之间、各个范围的端点值和单独的点值之间，以及单独的点值之间可以彼此组合而得到一个或多个新的数值范围，这些数值范围应被视为在本文中具体公开。
本发明提供了一种溶气催化氧化复合处理系统，图1是本发明所述系统的原理图。参见图1，该系统包括反应装置1、过滤装置2、溶气释放装置3、排泥装置4、催化氧化装置6和臭氧投加装置8。
所述反应装置1与所述过滤装置2连接，所述溶气释放装置3和所述排泥装置4与所述过滤装置2配合设置，所述溶气释放装置3用于向来自所述反应装置1的物料中通入高密度微气泡，所述排泥装置4用于除去微絮团；来自所述过滤装置2的水体输送入所述催化氧化装置6进行催化氧化，所述臭氧投加装置8与所述催化氧化装置6连接，用于为所述催化氧化装置6投加臭氧。
本发明所述系统能够有效地去除污水中的有机污染物，臭氧利用率高，运行费用低。
优选地，所述反应装置1底部设置有曝气管11。
所述反应装置1底部设有的曝气管与氧气气源9连接，向待处理污水中鼓入氧气，增大待处理污水中的溶氧量，防止水中固体物质在反应装置1中沉降下来，还可以使待处理污水中的还原性物质被氧化，吹脱去除挥发性物质。
优选地，所述反应装置1设置有搅拌器12。
待处理污水在反应装置1中氧气曝气结束后投入混凝剂和助凝剂进行絮凝，利用搅拌器12进行搅拌可使得混凝剂和助凝剂分散均匀，有利于絮凝更加充分。
优选地，所述系统还包括中间槽5，所述过滤装置2和所述催化氧化装置6分别与所述中间槽5连接，来自所述过滤装置2的水体在所述中间槽5储存，再送入所述催化氧化装置6进行催化氧化。
所述中间槽5用于接收、储存来自所述过滤装置2的水体，对水体起到暂存作用，再将水体输送入所述催化氧化装置6进行催化氧化。
在一种具体实施方式中，所述反应装置1为反应罐。
由于在反应过程中需进行搅拌操作，选用所述反应罐便于设置所述搅拌器12。
在一种具体实施方式中，所述过滤装置2为滤池。
滤池用于对气浮除杂之后水体进行过滤，进一步降低水体浑浊程度。
滤池运行稳定，管理可靠，有成熟的运行经验，且滤料石英砂价格便宜，操作成本较低。且滤池面积较大，有利于刮泥机操作，同时可采取减速过滤方式，易于保证过滤后的水质。
在一种具体实施方式中，所述溶气释放装置3为TS型溶气释放器。
溶气释放器有三种类型，即TS、TJ和TV型。三种类型的溶气释放器均能在0.2MPa的低压下即能有效地工作，释放出的气泡的平均直径仅在20-30微米，且释气率高达99%以上。考虑到TS型溶气释放器在溶气量较低时也可有效地工作，故选用TS型溶气释放器。
在一种具体实施方式中，所述排泥装置4为刮泥机。
采用气浮法除杂过程中，微絮团杂质浮在水面，利用刮泥机可撇除水面的微絮团杂质，达到与水体分离的目的。
在一种具体实施方式中，所述催化氧化装置6为催化氧化塔。
进一步地，所述催化氧化塔为填料塔，所述催化氧化塔的填料为鲍尔环填料；所述催化氧化塔塔底还设有一台加压泵7。所述鲍尔环填料通量大、阻力小且耐腐蚀，具有较大的比表面积，有利于增大反应接触面积，装填催化剂后可加快污水处理效率。所述加压泵7可实现所述催化氧化塔液相回流，并产生高压回水。
在一种具体实施方式中，所述臭氧投加装置8为射流器。
常见的臭氧投加方式有气液混合法、曝气法和射流法。
气液混合法通过在气液混合泵泵内形成负压，在吸气口吸入气体（或液体），并通过气液混合泵的多个叶轮进行搅拌实现气-液混合。但气液混合法操作过程中的气液比液范围太苛刻，灵活性较差，且成本随气体的流量的增加而增加。
曝气法投加臭氧是把臭氧发生器10产生的臭氧气体通过管道通入到所述催化氧化塔的底部，经曝气头、曝气盘散发出微气泡，气泡在上升的过程中把臭氧溶解于水。或将臭氧进行加压，利用压力投入所述催化氧化塔，在所述催化氧化塔内与回流水混合。但臭氧混合效率不高，且臭氧投加量较小时加压不方便。
而射流法是采用所述射流器与所述催化氧化塔连用，所述射流器与臭氧发生器10连接，所述加压泵7从所述催化氧化塔下部一侧进水供给所述射流器，在所述射流器内，来自所述催化氧化塔的高压回水与臭氧混合，所述射流器的出水再进入所述催化氧化塔，循环投加臭氧，且高压回水带有臭氧气泡在所述催化氧化塔内螺旋式上升，增加了混合效率。射流法投加臭氧投资少、灵活性高以及接触时间短，且混合率为曝气法的数倍。
图2是本发明所述系统的污水处理流程图。参见图2，本发明还提供了一种污水处理的方法，该方法包括如下步骤：
（a）在待处理污水进入所述反应罐后投入混凝剂和助凝剂并进行搅拌，形成含有微絮团的水体；
（b）经步骤（a）处理后的所述含有微絮团的水体进入所述滤池，在所述滤池内利用所述TS型溶气释放器产生高密度微气泡，向含有微絮团的水体中通入高密度微气泡，并利用所述刮泥机除去所述微絮团，对微絮团和水体进行分离；
（c）将步骤（b）中分离得到的水体输送入所述中间槽（5）储存，再输送入所述催化氧化塔进行催化氧化，利用所述射流器将臭氧与所述催化氧化塔的高压回水混合，混合后一起进入所述催化氧化塔，循环投加臭氧，在常温常压条件下进行催化氧化反应；臭氧投加量为5-50g/m³；所述催化氧化塔中装填有催化剂，所述催化剂为过渡金属氧化物与活性炭的组合。
发明所述的方法先通过在待处理污水中投入混凝剂和助凝剂，形成含有微絮团的水体，再通入高密度微气泡，用刮泥机除去微絮团，水体则进入催化氧化塔与臭氧发生催化氧化反应。在气浮过程中，可除去悬浮的COD以及SS，在催化氧化塔内催化氧化污水中的有机污染物，或直接氧化有机污染物，或将难降解的大分子有机污染物降解成小分子有机污染物，提高污水的可生化性，对COD的去除能力更强。
在一种具体实施方式中，所述混凝剂和所述助凝剂分别为聚丙烯酰胺和生石灰。
优选地，在步骤（a）中投入所述混凝剂和所述助凝剂前，待处理污水先与氧含量为90-99％的氧气混合均匀，混合时间为5-10min。
在待处理污水中通入氧气并混合均匀，有利于后续投入的混凝剂和助凝剂与待处理污水充分混合，且由于氧气气泡的存在，使得生成的微絮团不至于沉淀，便于后续利用高密度微气泡进行分离。
优选地，在步骤（b）中，以体积计，所述高密度微气泡的通入量为所述水体的6%-11%。
优选地，所述高密度微气泡含有氧气和臭氧，以体积计，所述高密度微气泡中氧气和臭氧的比例为（1.5-20）：1。
在含有微絮团的污水中通入高密度微气泡，采用气浮法除去微絮团，实现微絮团与水体的快速分离，同时还可以减少混凝剂和助凝剂的用量。
高密度微气泡的通入量直接影响到气浮除微絮团的作用效果。通入量过低使得微絮团不能完全浮在水面，将导致较多的微絮团残留在水中；通入量过高将有大量的不溶解气体以大气泡的形式在接触区释放，破坏气浮效果，故需控制高密度微气泡的通入量。
通入的高密度微气泡中含有氧气和臭氧，增加了污水的溶氧量，使得污水不易腐化，同时高密度微气泡中含有的臭氧对污水中的COD进行初步氧化，有利于后续的催化氧化处理。
优选地，在步骤（c）中，所述过渡金属氧化物为钛、锰、铁、钴、镍、铜、锌的过渡金属氧化物中的至少一种。
优选地，以重量计，所述过渡金属氧化物含量为1.0-15%，余量为所述活性炭。
过渡金属氧化物能够促使臭氧在水中分解，产生具有极强氧化性的自由基，从而显著提高臭氧对水中高稳定性、难降解有机物的分解效果，且进行非均相催化氧化有利于过渡金属氧化物与水体分离。
而过渡金属氧化物与活性炭组合作为催化剂，使得催化剂同时具备金属和多孔材料的催化性能，进一步提升催化剂的催化效果。
优选地，将步骤（c）进行催化氧化后得到的臭氧尾气进行回收利用。
臭氧尾气中含有残余的未参与催化氧化反应的臭氧以及大量的氧气，直接排放将会造成坏境污染，利用臭氧破坏机处理后排放也会导致大量氧气资源的浪费，故需要对臭氧尾气进行回收利用，充分利用资源以及降低污水处理成本。
在一种具体实施方式中，将臭氧尾气通入生化池可用于生化反应供氧，避免了氧气的大量浪费。
实施例1
某化工厂日处理污水1000m³，COD含量为180mg/L。采用本发明所述方法进行小试试验，先在反应罐内的待处理污水中通入氧含量为90％的氧气，混合时间为5min，混合结束后投入聚丙烯酰胺和生石灰，形成含有微絮团的水体，进入滤池后再通入6%的高密度微气泡，其中氧气氧气和臭氧的比例为1.5：1，用刮泥机除去微絮团，水体则进入催化氧化塔与臭氧发生催化氧化反应，臭氧投加量为5g/m³，催化氧化塔中装填的催化剂为二氧化钛与活性炭的组合，其中二氧化钛含量为1.0%，余量为活性炭。反应完成后催化氧化塔出水COD含量为50mg/L，COD去除率大于70%，达到了污水综合排放标准（GB8978-1996）中的一级标准。
实施例2
某化工厂日处理污水1200m³，COD含量为200mg/L采用本发明所述方法进行小试试验，先在反应罐内的待处理污水中通入氧含量为95％的氧气，混合时间为7min，混合结束后投入聚丙烯酰胺和生石灰，形成含有微絮团的水体，进入滤池后再通入8%的高密度微气泡，其中氧气氧气和臭氧的比例为15：1，用刮泥机除去微絮团，水体则进入催化氧化塔与臭氧发生催化氧化反应，臭氧投加量为20g/m³，催化氧化塔中装填的催化剂为二氧化钛与活性炭的组合，其中二氧化钛含量为7.0%，余量为活性炭。反应完成后催化氧化塔出水COD含量为52mg/L，COD去除率大于75%，达到了污水综合排放标准（GB8978-1996）中的一级标准。
实施例3
某化工厂日处理污水1800m³，COD含量为220mg/L采用本发明所述方法进行小试试验，先在反应罐内的待处理污水中通入氧含量为99％的氧气，混合时间为10min，混合结束后投入聚丙烯酰胺和生石灰，形成含有微絮团的水体，进入滤池后再通入11%的高密度微气泡，其中氧气氧气和臭氧的比例为20：1，用刮泥机除去微絮团，水体则进入催化氧化塔与臭氧发生催化氧化反应，臭氧投加量为50g/m³，催化氧化塔中装填的催化剂为二氧化锰与活性炭的组合，其中二氧化锰含量为15.0%，余量为活性炭。反应完成后催化氧化塔出水COD含量为40mg/L，COD去除率大于80%，达到了污水综合排放标准（GB8978-1996）中的一级标准。
对比例1
按照实施例1处理工业污水，不同的是，高密度微气泡的通入量为13%。反应完成后催化氧化塔出水COD含量为72mg/L，COD去除率为60%。
对比例2
按照实施例1处理工业污水，不同的是，催化氧化塔装填的催化剂为活性炭。反应完成后催化氧化塔出水COD含量为65mg/L，COD去除率为64%。
对比例3
按照实施例1处理工业污水，不同的是，催化氧化塔装填的催化剂为锰氧化物。反应完成后催化氧化塔出水COD含量为64mg/L，COD去除率为65%。
结果分析
本发明所述的方法能够有效地去除污水中的有机污染物，臭氧利用率高，运行费用低。
以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于此。在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，包括各个技术特征以任何其它的合适方式进行组合，这些简单变型和组合同样应当视为本发明所公开的内容，均属于本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种溶气催化氧化复合处理系统，其特征在于，所述系统包括反应装置（1）、过滤装置（2）、溶气释放装置（3）、排泥装置（4）、催化氧化装置（6）和臭氧投加装置（8）；
所述反应装置（1）与所述过滤装置（2）连接，所述溶气释放装置（3）和所述排泥装置（4）与所述过滤装置（2）配合设置，所述溶气释放装置（3）用于向来自所述反应装置（1）的物料中通入高密度微气泡，所述排泥装置（4）用于除去微絮团；来自所述过滤装置（2）的水体输送入所述催化氧化装置（6）进行催化氧化，所述臭氧投加装置（8）与所述催化氧化装置（6）连接，用于为所述催化氧化装置（6）投加臭氧。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述反应装置（1）底部设置有曝气管（11）。
3.根据权利要求1或2所述的系统，其特征在于，所述反应装置（1）设置有搅拌器（12）。
4.根据权利要求1或2所述的系统，其特征在于，所述系统还包括中间槽（5），所述过滤装置（2）和所述催化氧化装置（6）分别与所述中间槽（5）连接，来自所述过滤装置（2）的水体在所述中间槽（5）储存，再送入所述催化氧化装置（6）进行催化氧化。
5.根据权利要求1或2所述的系统，其特征在于，所述反应装置（1）为反应罐；
优选地，所述过滤装置（2）为滤池；
优选地，所述溶气释放装置（3）为TS型溶气释放器；
优选地，所述排泥装置（4）为刮泥机；
优选地，所述催化氧化装置（6）为催化氧化塔；
优选地，所述臭氧投加装置（8）为射流器。
6.一种污水处理的方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：
（a）在待处理污水进入所述反应罐后投入混凝剂和助凝剂并进行搅拌，形成含有微絮团的水体；
（b）经步骤（a）处理后的所述含有微絮团的水体进入所述滤池，在所述滤池内利用所述TS型溶气释放器产生高密度微气泡，向含有微絮团的水体中通入高密度微气泡，并利用所述刮泥机除去所述微絮团，对微絮团和水体进行分离；
（c）将步骤（b）中分离得到的水体输送入所述中间槽（5）储存，再输送入所述催化氧化塔进行催化氧化，利用所述射流器将臭氧与所述催化氧化塔的高压回水混合，混合后一起进入所述催化氧化塔，循环投加臭氧，在常温常压条件下进行催化氧化反应；臭氧投加量为5-50g/m³；所述催化氧化塔中装填有催化剂，所述催化剂为过渡金属氧化物与活性炭的组合。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，在步骤（1）中投入所述混凝剂和所述助凝剂前，待处理污水先与氧含量为90-99％的氧气混合均匀，混合时间为5-10min。
8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，在步骤（2）中，以体积计，所述高密度微气泡的通入量为所述水体的6%-11%；
优选地，所述高密度微气泡含有氧气和臭氧，以体积计，所述高密度微气泡中氧气和臭氧的比例为（1.5-20）：1。
9.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，在步骤（3）中，所述过渡金属氧化物为钛、锰、铁、钴、镍、铜、锌的过渡金属氧化物中的至少一种；
优选地，以重量计，所述过渡金属氧化物含量为1.0-15%，余量为所述活性炭。
10.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，将步骤（3）进行催化氧化后得到的臭氧尾气进行回收利用。
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