CN110748901B - 一种高温催化污水处理装置及高温催化污水处理工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明属于污水处理技术领域，尤其涉及一种高温催化污水处理装置及高温催化污水处理工艺。该高温催化污水处理装置包括进水装置、催化焚烧炉、余热回收装置、冷凝装置、反渗透装置以及排气装置。催化焚烧炉包括炉体、加热装置、过滤吸收层、有机物催化分解层和脱硝催化剂层。加热装置、过滤吸收层、有机物催化分解层和脱硝催化剂层由下往上地设置于炉体内。废水经加热后气化为高温混合废气，污染物催化反应生成氮气和水；高温混合废气通过过滤吸收层，利用沸石吸收高温混合废气中的碱性金属；高温混合废气继续通过有机物催化分解层，并通入氧气，高温混合废气中的有机物被氧化为二氧化碳和水。

Description

一种高温催化污水处理装置及高温催化污水处理工艺
技术领域
本发明属于污水处理技术领域，尤其涉及一种高温催化污水处理装置及高温催化污水处理工艺。
背景技术
随着国内工业的发展，污水处理一直是生产企业的环保难题。生产污水的污染物主要有CODCr、氨氮、总氮及含重金属等污染物。现有技术中的污水处理装置对污水进行一次处理后，水的质量还不能达到直接排放的要求，需要多次循环处理才能满足排放的要求。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高温催化污水处理装置及高温催化污水处理工艺，旨在解决现有技术中的污水处理装置对污水进行一次处理后，水的质量还不能达到直接排放要求的技术问题。
为实现上述目的，本发明实施例提供的一种高温催化污水处理装置，包括：
进水装置；
催化焚烧炉，所述催化焚烧炉包括炉体、加热装置、过滤吸收层、有机物催化分解层和脱硝催化剂层；所述加热装置、所述过滤吸收层、所述有机物催化分解层和所述脱硝催化剂层由下往上地设置于所述炉体内；所述加热装置为陶瓷蓄热体；
余热回收装置，所述余热回收装置的进气端与所述催化焚烧炉顶部的排气端连通；所述进水装置输水至所述余热回收装置中，所述余热回收装置排水至所述催化焚烧炉底部的进水端；
冷凝装置，所述冷凝装置的输入端与所述余热回收装置的排气端相连通；
反渗透装置，所述反渗透装置的进水端和所述冷凝装置的排水端相连通，所述反渗透装置具有排放端和回流端，所述回流端和所述进水装置相连通；以及
排气装置，所述排气装置的进气端与所述冷凝装置的排气端相连通。
较优地，该高温催化污水处理装置还包括：
冷凝水收集装置，所述冷凝水收集装置包括水箱和第二水泵；所述水箱位于所述冷凝装置的下方并与冷凝装置的排水端相连通；所述第二水泵的输入端与所述水箱相连通，其输出端与所述反渗透装置的进水端相连通。
较优地，所述进水装置包括废水收集池和第一水泵；所述反渗透装置的回流端和所述废水收集池相连通；所述第一水泵驱动所述废水收集池内的水输入至所述余热回收装置中。
较优地，所述脱硝催化剂层的数量为两个，两个所述脱硝催化剂层分别是第一脱硝催化剂层以及设于所述第一脱硝催化剂层上方的第二脱硝催化剂层，所述第一脱硝催化剂层和所述第二脱硝催化剂层之间设有第一空腔，所述第一空腔内设有第一温控仪；所述第一脱硝催化剂层和有机物催化分解层之间设有第二空腔，所述第二空腔内设有第二温控仪。
较优地，所述过滤吸收层的数量为两个，两个所述过滤吸收层分别是第一过滤吸收层以及设于所述第一过滤吸收层上方的第二过滤吸收层；所述第一过滤吸收层和所述第二过滤吸收层之间设有第三空腔，所述第三空腔内设有第三温控仪。
较优地，所述过滤吸收层为沸石过滤层。
较优地，所述有机物催化分解层为贵金属催化剂层。
本发明实施例提供的一种高温催化污水处理工艺，包括以下步骤：
1)废水在废水收集池中与稀土催化剂混合，所述稀土催化剂与废水的质量比为0.3～1:1000；
2)第一水泵驱动所述废水收集池内的废水输入至余热回收装置中，废水的流速为0.1～0.5m3/h；废水经所述余热回收装置预热后排水至催化焚烧炉底部的进水端；
3)废水经加热装置加热气化成温度为300～400℃的高温混合废气，高温混合废气依次通过过滤吸收层、有机物催化分解层和脱硝催化剂层后从所述催化焚烧炉顶部的排气端排出至所述余热回收装置的进气端；
4)高温混合废气在所述余热回收装置中与废水换热后温度降至90～110℃，高温混合废气经所述余热回收装置的排气端输出至冷凝装置的输入端并在所述冷凝装置冷凝，冷凝后的气体通过排气装置排放；冷凝水收集至水箱；
5)第二水泵将所述水箱内的冷凝水泵入反渗透装置，冷凝水经所述反渗透装置处理后得浓缩废水和达标排放水，浓缩废水收集至所述废水收集池，达标排放水从所述反渗透装置排出。
较优地，所述稀土催化剂为镧催化剂、铈催化剂、镨催化剂和钕催化剂中的至少一种。
较优地，步骤3)中，高温混合废气依次通过第一过滤吸收层、第二过滤吸收层、有机物催化分解层、第一脱硝催化剂层和第二脱硝催化剂层，各层的通过速率分别为0.2～1.0m/s。
本发明实施例提供的高温催化污水处理装置及高温催化污水处理工艺中的上述一个或多个技术方案至少具有如下技术效果之一：该高温催化污水处理装置及高温催化污水处理工艺对废水中的污染物处理过程如下：在步骤3)中，废水经加热后气化为高温混合废气，氨氮污染物和硝基氮污染物分别催化反应生成氮气和水，高分子有机物分解为低分子有机物；高温混合废气通过过滤吸收层，利用沸石的离子交换性、吸附分离性、催化性、稳定性吸收高温混合废气中的碱性金属，保护后续工艺中的有机物催化分解层；高温混合废气继续通过有机物催化分解层，并通入氧气，高温混合废气中的低分子有机物被氧化为二氧化碳和水；高温混合废气继续通过脱硝催化剂层，氨氮、硝基氮污染物在脱氮催化剂的作用下变为氮气和水；经过步骤3)处理后的高温混合废气在余热回收装置中与废水换热后温度降至90～110℃，此过程既能加热废水又冷却了高温混合废气，达到了节省能源的目的；废气经过，冷凝后的气体通过排气装置排放；冷凝水收集至水箱；第二水泵将水箱内的冷凝水泵入反渗透装置，反渗透装置达到进一步净化废水的作用，冷凝水经反渗透装置处理后得浓缩废水和达标排放水，浓缩废水收集至废水收集池，达标排放水经过处理符合排放标准并从反渗透装置排出。
废水经该高温催化污水处理装置及高温催化污水处理工艺一次处理后，可以达到排放标准。该高温催化污水处理装置具有处理效率高，节能环保的优点。经过试验，该高温催化污水处理装置可以处理pH为6.5～8.5，CODcr≤60000mg/L，氨氮含量≤15000mg/L，总氮含量≤18000mg/L的高浓度废水，处理后得到的达标排放水满足排放要求，可直接排放。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的高温催化污水处理装置的结构示意图。
图2为本发明实施例提供的催化焚烧炉的结构示意图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明的实施例，而不能理解为对本发明的限制。
如图1所示，本发明的实施例提供了一种高温催化污水处理装置，包括进水装置1、催化焚烧炉2、余热回收装置3、冷凝装置4、反渗透装置5以及排气装置6。
所述催化焚烧炉2包括炉体21、加热装置22、过滤吸收层23、有机物催化分解层24和脱硝催化剂层25。所述加热装置22、所述过滤吸收层23、所述有机物催化分解层24和所述脱硝催化剂层由下往上地设置于所述炉体21内。具体地，炉体21为电热炉。加热装置22为陶瓷蓄热体。过滤吸收层23、有机物催化分解层24和脱硝催化剂层25的边缘与所述炉体21的内壁面固定连接。所述炉体21与所述有机物催化分解层24相对应的位置上设有供氧口，供氧口与供氧设备连接。
所述余热回收装置3的进气端与所述催化焚烧炉2顶部的排气端连通。所述进水装置1输水至所述余热回收装置3中，所述余热回收装置3排水至所述催化焚烧炉2底部的进水端。
所述冷凝装置4包括冷凝器本体41以及形成于冷凝器本体41内的烟气通道42，烟气通道42的下方设有与其相连的收集槽43，收集槽43呈锥形。所述冷凝装置4的输入端与所述余热回收装置3的排气端相连通。
所述反渗透装置5的进水端和所述冷凝装置4的排水端相连通，所述反渗透装置5具有排放端和回流端，所述回流端和所述进水装置1相连通。
所述排气装置6的进气端与所述冷凝装置4的排气端相连通。
该高温催化污水处理装置的工作原理为：进水装置1将废水输入催化焚烧炉2，废水经加热后气化为高温混合废气，氨氮污染物和硝基氮污染物分别催化反应生成氮气和水，高分子有机物分解为低分子有机物。高温混合废气通过过滤吸收层23，利用沸石的离子交换性、吸附分离性、催化性、稳定性吸收高温混合废气中的碱性金属，保护后续工艺中的有机物催化分解层24。高温混合废气继续通过有机物催化分解层24，并通入氧气，高温混合废气中的低分子有机物被氧化为二氧化碳和水。高温混合废气继续通过脱硝催化剂层25，氨氮、硝基氮污染物在脱氮催化剂的作用下变为氮气和水。经过催化焚烧炉2处理后的高温混合废气在余热回收装置3中与废水换热后温度降至90～110℃，此过程既能加热废水又冷却了高温混合废气，达到了节省能源的目的。废气经过，冷凝后的气体通过排气装置6排放。冷凝水输入反渗透装置5，反渗透装置5达到进一步净化废水的作用，冷凝水经反渗透装置5处理后得浓缩废水和达标排放水，浓缩废水回收至进水装置1，达标排放水经过处理符合排放标准并从反渗透装置5排出。
废水经该高温催化污水处理装置及高温催化污水处理工艺一次处理后，可以达到排放标准。该高温催化污水处理装置具有处理效率高，节能环保的优点。
在本发明的另一个实施例中，该高温催化污水处理装置还包括冷凝水收集装置7。所述冷凝水收集装置7包括水箱71和第二水泵72。所述水箱71位于所述冷凝装置4的下方并与冷凝装置4的排水端相连通。所述第二水泵72的输入端与所述水箱71相连通，其输出端与所述反渗透装置5的进水端相连通。具体地，水箱71用于收集冷凝装置4输出的冷凝水。第二水泵72用于驱动水箱71中的冷凝水泵入反渗透装置5。
在本发明的另一个实施例中，该高温催化污水处理装置的所述进水装置1包括废水收集池11和第一水泵12。所述反渗透装置5的回流端和所述废水收集池11相连通。所述第一水泵12驱动所述废水收集池11内的水输入至所述余热回收装置3中。具体地，废水收集池11用于收集外界输入的废水和反渗透装置5回流的浓缩废水。
在本发明的另一个实施例中，该高温催化污水处理装置的所述脱硝催化剂层25的数量为两个，两个所述脱硝催化剂层25分别是第一脱硝催化剂层25a以及设于所述第一脱硝催化剂层25a上方的第二脱硝催化剂层25b，所述第一脱硝催化剂层25a和所述第二脱硝催化剂层25b之间设有第一空腔26，所述第一空腔26内设有第一温控仪261。所述第一脱硝催化剂层25a和有机物催化分解层24之间设有第二空腔27，所述第二空腔27内设有第二温控仪271。具体地，第一温控仪261用于监控第一空腔26内的温度。第二温控仪271用于监控第二空腔27内的温度。
在本发明的另一个实施例中，该高温催化污水处理装置的所述过滤吸收层23的数量为两个，两个所述过滤吸收层23分别是第一过滤吸收层23a以及设于所述第一过滤吸收层23a上方的第二过滤吸收层23b。所述第一过滤吸收层23a和所述第二过滤吸收层23b之间设有第三空腔28，所述第三空腔28内设有第三温控仪281。具体地，第三温控仪281用于监控第三空腔28内温度。
在本发明的另一个实施例中，该高温催化污水处理装置的所述过滤吸收层23为沸石过滤层。沸石过滤层具有沸石。沸石具有吸附性、离子交换性、催化和耐酸耐热等性能，因此被广泛用作吸附剂、离子交换剂和催化剂。
在本发明的另一个实施例中，该高温催化污水处理装置的所述有机物催化分解层24为贵金属催化剂层。贵金属催化剂层具有贵金属催化剂。贵金属催化剂是一种能改变化学反应速度而本身又不参与反应最终产物的贵金属材料。几乎所有的贵金属都可用作催化剂，它们的d电子轨道都未填满，表面易吸附反应物，且强度适中，利于形成中间“活性化合物”，具有较高的催化活性，同时还具有耐高温、抗氧化、耐腐蚀等综合优良特性。
为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明提供的高温催化污水处理工艺进行详细说明，本发明的保护范围不受以下实施例的限制。
实施例1
本实施例提供的一种高温催化污水处理工艺，包括以下步骤：
1)废水在废水收集池11中与稀土催化剂混合，所述稀土催化剂与废水的质量比为0.3:1000；经检测，本实施例中的废水的pH值为8.20，CODcr为15837mg/L，氨氮含量为9270mg/L，总氮含量为10300mg/L。
2)第一水泵12驱动所述废水收集池11内的废水输入至余热回收装置3中，废水的流速为0.1m3/h；废水经所述余热回收装置3预热后排水至催化焚烧炉2底部的进水端；
3)废水经加热装置22加热气化成温度为300℃的高温混合废气，高温混合废气依次通过过滤吸收层23、有机物催化分解层24和脱硝催化剂层25后从所述催化焚烧炉2顶部的排气端排出至所述余热回收装置3的进气端；
4)高温混合废气在所述余热回收装置3中与废水换热后温度降至90℃，高温混合废气经所述余热回收装置3的排气端输出至冷凝装置4的输入端并在所述冷凝装置4冷凝，冷凝后的气体通过排气装置6排放；冷凝水收集至水箱71；
5)第二水泵72将所述水箱71内的冷凝水泵入反渗透装置5，冷凝水经所述反渗透装置5处理后得浓缩废水和达标排放水，浓缩废水收集至所述废水收集池11，达标排放水从所述反渗透装置5排出。
其中，所述稀土催化剂为镧催化剂、铈催化剂、镨催化剂和钕催化剂中的至少一种。
具体地，步骤3)中，高温混合废气依次通过第一过滤吸收层23a、第二过滤吸收层23b、有机物催化分解层24、第一脱硝催化剂层25a和第二脱硝催化剂层25b，各层的通过速率分别为0.2m/s。
实施例2
本实施例提供的一种高温催化污水处理工艺，包括以下步骤：
1)废水在废水收集池11中与稀土催化剂混合，所述稀土催化剂与废水的质量比为0.6:1000；经检测，本实施例中的废水的pH值为8.10，CODcr为35122mg/L，氨氮含量为12332mg/L，总氮含量为14510mg/L。
2)第一水泵12驱动所述废水收集池11内的废水输入至余热回收装置3中，废水的流速为0.3m3/h；废水经所述余热回收装置3预热后排水至催化焚烧炉2底部的进水端；
3)废水经加热装置22加热气化成温度为350℃的高温混合废气，高温混合废气依次通过过滤吸收层23、有机物催化分解层24和脱硝催化剂层25后从所述催化焚烧炉2顶部的排气端排出至所述余热回收装置3的进气端；
4)高温混合废气在所述余热回收装置3中与废水换热后温度降至100℃，高温混合废气经所述余热回收装置3的排气端输出至冷凝装置4的输入端并在所述冷凝装置4冷凝，冷凝后的气体通过排气装置6排放；冷凝水收集至水箱71；
5)第二水泵72将所述水箱71内的冷凝水泵入反渗透装置5，冷凝水经所述反渗透装置5处理后得浓缩废水和达标排放水，浓缩废水收集至所述废水收集池11，达标排放水从所述反渗透装置5排出。
其中，所述稀土催化剂为镧催化剂、铈催化剂、镨催化剂和钕催化剂中的至少一种。
具体地，步骤3)中，高温混合废气依次通过第一过滤吸收层23a、第二过滤吸收层23b、有机物催化分解层24、第一脱硝催化剂层25a和第二脱硝催化剂层25b，各层的通过速率分别为0.5m/s。
实施例3
本实施例提供的一种高温催化污水处理工艺，包括以下步骤：
1)废水在废水收集池11中与稀土催化剂混合，所述稀土催化剂与废水的质量比为1:1000；经检测，本实施例中的废水的pH值为8.5，CODcr为58861mg/L，氨氮含量为14679mg/L，总氮含量为16820mg/L。
2)第一水泵12驱动所述废水收集池11内的废水输入至余热回收装置3中，废水的流速为0.5m3/h；废水经所述余热回收装置3预热后排水至催化焚烧炉2底部的进水端；
3)废水经加热装置22加热气化成温度为400℃的高温混合废气，高温混合废气依次通过过滤吸收层23、有机物催化分解层24和脱硝催化剂层25后从所述催化焚烧炉2顶部的排气端排出至所述余热回收装置3的进气端；
4)高温混合废气在所述余热回收装置3中与废水换热后温度降至110℃，高温混合废气经所述余热回收装置3的排气端输出至冷凝装置4的输入端并在所述冷凝装置4冷凝，冷凝后的气体通过排气装置6排放；冷凝水收集至水箱71；
5)第二水泵72将所述水箱71内的冷凝水泵入反渗透装置5，冷凝水经所述反渗透装置5处理后得浓缩废水和达标排放水，浓缩废水收集至所述废水收集池11，达标排放水从所述反渗透装置5排出。
其中，所述稀土催化剂为镧催化剂、铈催化剂、镨催化剂和钕催化剂中的至少一种。
具体地，步骤3)中，高温混合废气依次通过第一过滤吸收层23a、第二过滤吸收层23b、有机物催化分解层24、第一脱硝催化剂层25a和第二脱硝催化剂层25b，各层的通过速率分别为1.0m/s。
对实施例1～3处理后的达标排放水的pH值、CODcr、氨氮含量和总氮含量进行测试，测试结果请参阅表1。
表1
Figure GDA0003558919780000101
由表1的测试数据可知，经过实施例1～3中的高温催化污水处理工艺一次处理后，达标排放水的pH值、CODcr、氨氮含量和总氮含量均满足排放要求。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种高温催化污水处理装置，其特征在于，包括：
进水装置；
催化焚烧炉，所述催化焚烧炉包括炉体、加热装置、过滤吸收层、有机物催化分解层和脱硝催化剂层；所述加热装置、所述过滤吸收层、所述有机物催化分解层和所述脱硝催化剂层由下往上地设置于所述炉体内；所述加热装置为陶瓷蓄热体；
余热回收装置，所述余热回收装置的进气端与所述催化焚烧炉顶部的排气端连通；所述进水装置输水至所述余热回收装置中，所述余热回收装置排水至所述催化焚烧炉底部的进水端；
冷凝装置，所述冷凝装置的输入端与所述余热回收装置的排气端相连通；
反渗透装置，所述反渗透装置的进水端和所述冷凝装置的排水端相连通，所述反渗透装置具有排放端和回流端，所述回流端和所述进水装置相连通；以及
排气装置，所述排气装置的进气端与所述冷凝装置的排气端相连通。
2.根据权利要求1所述的高温催化污水处理装置，其特征在于，还包括：
冷凝水收集装置，所述冷凝水收集装置包括水箱和第二水泵；所述水箱位于所述冷凝装置的下方并与冷凝装置的排水端相连通；所述第二水泵的输入端与所述水箱相连通，其输出端与所述反渗透装置的进水端相连通。
3.根据权利要求1所述的高温催化污水处理装置，其特征在于，所述进水装置包括废水收集池和第一水泵；所述反渗透装置的回流端和所述废水收集池相连通；所述第一水泵驱动所述废水收集池内的水输入至所述余热回收装置中。
4.根据权利要求1所述的高温催化污水处理装置，其特征在于，所述脱硝催化剂层的数量为两个，两个所述脱硝催化剂层分别是第一脱硝催化剂层以及设于所述第一脱硝催化剂层上方的第二脱硝催化剂层，所述第一脱硝催化剂层和所述第二脱硝催化剂层之间设有第一空腔，所述第一空腔内设有第一温控仪；所述第一脱硝催化剂层和有机物催化分解层之间设有第二空腔，所述第二空腔内设有第二温控仪。
5.根据权利要求1～4任一项所述的高温催化污水处理装置，其特征在于，所述过滤吸收层的数量为两个，两个所述过滤吸收层分别是第一过滤吸收层以及设于所述第一过滤吸收层上方的第二过滤吸收层；所述第一过滤吸收层和所述第二过滤吸收层之间设有第三空腔，所述第三空腔内设有第三温控仪。
6.根据权利要求1～4任一项所述的高温催化污水处理装置，其特征在于，所述过滤吸收层为沸石过滤层。
7.根据权利要求1～4任一项所述的高温催化污水处理装置，其特征在于，所述有机物催化分解层为贵金属催化剂层。
8.一种高温催化污水处理工艺，其特征在于，包括以下步骤：
1)废水在废水收集池中与稀土催化剂混合，所述稀土催化剂与废水的质量比为0.3～1:1000；
2)第一水泵驱动所述废水收集池内的废水输入至余热回收装置中，废水的流速为0.1～0.5m3/h；废水经所述余热回收装置预热后排水至催化焚烧炉底部的进水端；
3)废水经加热装置加热气化成温度为300～400℃的高温混合废气，高温混合废气依次通过过滤吸收层、有机物催化分解层和脱硝催化剂层后从所述催化焚烧炉顶部的排气端排出至所述余热回收装置的进气端；
4)高温混合废气在所述余热回收装置中与废水换热后温度降至90～110℃，高温混合废气经所述余热回收装置的排气端输出至冷凝装置的输入端并在所述冷凝装置冷凝，冷凝后的气体通过排气装置排放；冷凝水收集至水箱；
5)第二水泵将所述水箱内的冷凝水泵入反渗透装置，冷凝水经所述反渗透装置处理后得浓缩废水和达标排放水，浓缩废水收集至所述废水收集池，达标排放水从所述反渗透装置排出。
9.根据权利要求8所述的高温催化污水处理工艺，其特征在于，所述稀土催化剂为镧催化剂、铈催化剂、镨催化剂和钕催化剂中的至少一种。
10.根据权利要求8所述的高温催化污水处理工艺，其特征在于，步骤3)中，高温混合废气依次通过第一过滤吸收层、第二过滤吸收层、有机物催化分解层、第一脱硝催化剂层和第二脱硝催化剂层，各层的通过速率分别为0.2～1.0m/s。
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