CN111072214A - 一种有机废水处理装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种有机废水处理装置及方法，所述装置包括有机废水净化室及安装在有机废水进化室内紫外灯装置、磁性TiO2催化剂投加装置、微孔气泡发生装置、电解装置、磁性TiO2催化剂回收装置；有机废水净化室的两侧分别设置进水口及出水口，紫外灯装置位于有机废水净化室顶部，磁性TiO2催化剂投加装置安装在有机废水净化室的一侧，微孔气泡发生装置安装在有机废水净化室的底部，磁性TiO2催化剂回收装置用于回收有机废水净化室中的磁性TiO2催化剂。本发明处理方式巧妙、使用方便、维护简单、不产生二次污染，可解决现有有机废水处理技术及装置中存在的所需装置构造复杂、催化剂无法重复使用、净化速度慢且可能造成二次污染的问题。
Description
技术领域
本发明涉及水环境净化领域，具体是一种有机废水处理装置及方法。
背景技术
随着我国经济的高速发展，积累在水环境中的有机污染物日益增加，造纸、皮革及食品加工等行业排放的有机废水对我国宝贵的水资源造成了威胁，严重限制着我国经济社会的可持续发展。有机废水的化学需氧量(COD)通常在2000mg/L以上，这些废水中含有大量的碳水化合物、脂肪、蛋白、纤维素等有机物，成分复杂、色度高、有异味，严重污染水环境。因此，如何有效处理有机废水对保护水环境具有十分重要的意义。
目前，高效处理有机废水的主要方法有芬顿氧化法、臭氧氧化法、湿式氧化法与光催化氧化法等。在发明名称为“一种利用芬顿氧化处理有机废水的工艺(申请号：2019108387299)”中，公布了一种利用芬顿氧化技术处理有机废水的工艺。该工艺中废水依次通过初沉池、水解池、曝气池、二沉池和pH调节池进行前处理，再通入内侧壁上嵌设有铁矿类催化剂和负载铁型催化剂的芬顿氧化管中，经芬顿氧化后的废水通入脱气池后进入混凝沉淀池经沉淀后排放。该工艺对有机废水虽有较好的处理效果，但处理步骤多且复杂，成本耗费较高，废水前处理过程及后续处理过程耗时较长。
在发明名称为“用于臭氧氧化法处理有机废水的催化剂及微孔曝气器(申请号：201711097328X)”中，公布了一种用于臭氧氧化法处理有机废水的催化剂及微孔曝气器。所述催化剂是将孔径为1μm～1000μm的微孔钛置于过渡金属的盐溶液中，投加氨水作为沉淀剂，沉淀反应完成后经静置、固液分离、水洗、干燥、焙烧得到。该发明将催化剂与微孔曝气器集成得到负载有催化剂的微孔曝气器，将其与臭氧发生器出口相连后可产生更小体积的臭氧微气泡或纳米级气泡，提高了臭氧及产生的强氧化性中间体与废水中有机污染物的接触和反应过程，从而提高了臭氧利用率及氧化效率。但该方法的运行费用较高，在低剂量和短时间内不能完全矿化污染物，且分解生成的中间产物会阻止臭氧的氧化进程。
在发明名称为“一种用于通过催化湿式氧化法处理有机废水的方法和设备(申请号：2019106420076)”中，公布了一种利用催化湿式氧化法处理有机废水的方法。该方法将氧气相分散到含有有机污染物的有机废水中，得到含有微米级直径气泡的第一气液混合流体，第一气液混合流体流过装填有催化剂的反应器并在反应器内进行氧化反应得到第二气液混合流体，对第二气液混合流体进行气液分离后得到处理后的废水。该方法虽然强化了相间传质使反应物与催化剂间接触更充分更均匀，但流体需处在温度为180℃至250℃，压力在1000Kpa至5MPa的条件下才能有较好的气液混合效果，温度和压力条件对处理设备要求较高，同时高温高压条件也需要较大的耗能。
在发明名称为“一种处理有机废水的光催化剂及其制备方法(申请号：2019104290843)”中，公布了一种可用于处理有机废水的光催化剂的制备方法，该方法通过溶胶-凝胶过程制备Li0.1NiCoPSi4O12.6催化剂粉体用于光催化降解有机废水。该专利按一定比例将催化剂粉体投加至装有有机废水的圆柱形石英光催化反应器中，通过磁力搅拌器进行搅拌使得催化剂呈悬浮状态，然后接通氙灯光源照射，利用光催化作用降解有机废水中的有机污染物。该方法制备催化剂过程复杂，且催化剂呈粉末状无法回收重复利用，分散于处理后的水体中易造成二次污染。
在发明名称为“一种光催化处理有机废水的装置(申请号：2017112986994)”中，公布了一种利用光催化法处理有机废水的装置，该装置主要包括箱体、紫外灯和泡沫陶瓷，TiO2/GO纳米复合催化剂通过浸渍法附着在泡沫陶瓷表面，使用过程中有机废水进入箱体后同步开启紫外灯，废水与泡沫陶瓷接触，负载于泡沫陶瓷表面的TiO2/GO纳米复合催化剂在紫外光照射下产生活性自由基将有机污染物降解。该装置构造复杂，孔隙较多，可处理水量较小，且TiO2/GO纳米复合催化剂仅附着于泡沫陶瓷表面，处理废水过程中易从泡沫陶瓷表面脱落，造成后续处理效率降低。
从以上的有机废水处理方法可以看出，氧化处理有机废水大多需要各种类型的催化剂参与反应，且大多数催化剂呈粉末状不便于回收重复利用，分散于废水中排放易造成二次污染。现有的有机废水处理装置都存在一定的缺点，如处理时间长、装置工艺复杂、处理成本较高、设备维护困难等。因此，开发一种结构简单，能高效处理有机废水，同时在处理中能较为方便的将催化剂回收的装置非常必要。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术的不足，提供的一种处理有机废水效果好、工艺简单、运行成本低、催化剂回收效果好的有机废水处理装置及方法。
一种有机废水处理装置，包括有机废水净化室及安装在有机废水进化室内紫外灯装置、磁性TiO2催化剂投加装置、微孔气泡发生装置、电解装置、磁性TiO2催化剂回收装置；所述有机废水净化室的两侧分别设置进水口及出水口，所述紫外灯装置位于有机废水净化室顶部，所述磁性TiO2催化剂投加装置安装在有机废水净化室的一侧，用于根据进入废水净化室中的废水量自动定量投加磁性TiO2催化剂，所述微孔气泡发生装置安装在有机废水净化室的底部，用于产生超微气泡，所述磁性TiO2催化剂回收装置用于回收有机废水净化室1中的磁性TiO2催化剂。
进一步的，所述微孔气泡发生装置包括空气压缩机、输气导管、微孔气泡发生器，所述空气压缩机通过输气导管与微孔气泡发生器相连。
进一步的，所述微孔气泡发生装置中的微孔气泡发生器为圆盘状。
进一步的，所述电解装置包括电解装置电源及与电解装置电源连接的电解电极片。
进一步的，所述磁性TiO2催化剂回收装置为可拆卸结构，内部嵌入磁铁。
进一步的，所述磁性TiO2催化剂投加装置安装在有机废水净化室的一侧，内嵌自动控制模块及投加模块，自动控制模块用以自动监测有机废水的水量以及加载废水量和磁性TiO2催化剂投加关系的程序，投加模块内含磁性TiO2催化剂称量及喷施装置，根据自动控制模块的指令根据进入废水净化室中的废水量自动定量投加磁性TiO2催化剂。
一种有机废水处理方法，采用上述装置进行，所述方法包括：
有机废水通过进水口进入有机废水净化室中；
磁性TiO2催化剂投加装置根据进入有机废水净化室中的废水水量，自动定量投加磁性TiO2催化剂；
紫外灯装置接通电源，磁性TiO2催化剂经紫外灯照射后产生电子-空穴对及活性自由基，对有机废水中污染物进行降解；
微孔气泡发生装置产生大量微小气泡以提高废水中的溶解氧含量；
电解装置的阳极材料通电形成羟基自由基用于有机污染物的降解，正负电解电极片在废水中产生电场，促进磁性TiO2催化剂表面电子-空穴的分离，同时，电解装置通过电解水持续产生氢气和氧气，气体的上浮作用促进磁性TiO2催化剂与废水中的有机污染物充分接触反应；
磁性TiO2催化剂回收装置在有机废水净化室处理净化有机废水完成后，回收磁性TiO2催化剂；
净化后的水体经过位于有机废水净化室下方的出水口3排出。
进一步的，所述磁性TiO2催化剂投加装置安装在有机废水净化室的一侧，内嵌自动控制模块及投加模块，自动控制模块自动监测有机废水的水量以及加载废水量和磁性TiO2催化剂投加关系的程序，投加模块内含磁性TiO2催化剂称量及喷施装置，根据自动控制模块的指令根据进入废水净化室中的废水量自动定量投加磁性TiO2催化剂。
本发明处理方式巧妙、使用方便、维护简单、不产生二次污染，可解决现有有机废水处理技术及装置中存在的所需装置构造复杂、催化剂无法重复使用、净化速度慢且可能造成二次污染的问题，构造新颖，使用方便，经济实用，运行维护简单，适用于有机废水中有机污染物的降解处理，具有巨大的推广应用价值。
附图说明
图1是本发明有机废水处理装置其中一个实施例的整个净化装置的立体结构示意图；
图2是本发明有机废水处理装置其中一个实施例的侧视图；
图3是本发明有机废水处理装置其中一个实施例的俯视图；
图4是本发明实施例中微孔气泡发生器的结构示意图；
图5是本发明实施例中电解装置的电解电极片的整体结构图。
图中：1—有机废水净化室，2—进水口，3—出水口，4—紫外光装置，5—磁性TiO2催化剂投加装置，6—微孔气泡发生装置，6—空气压缩机，7—输气导管，8—微孔气泡发生器，9—电解装置电源，10—电解电极片，11—磁性TiO2催化剂回收装置。
具体实施方式
下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述。
请参阅图1-3，本发明实施例提供一种有机废水处理装置，包括有机废水净化室1及安装在有机废水进化室1内的紫外灯装置4、磁性TiO2催化剂投加装置5、微孔气泡发生装置、电解装置、磁性TiO2催化剂回收装置11。
所述有机废水净化室1为一密封长方体箱体结构，用于对有机废水的降解处理。所述有机废水净化室1的两侧分别设置进水口2及出水口3，用于有机废水的进入及经降解处理后的水体排出。
所述紫外灯装置4位于有机废水净化室1顶部，通电后紫外灯照射可为磁性TiO2催化剂提供能量，从而使其产生电子-空穴对及活性自由基，用于对有机废水的降解处理。
所述磁性TiO2催化剂投加装置5安装在有机废水净化室1的一侧，呈长方体结构，内嵌自动控制模块及投加模块，自动控制模块可以自动监测有机废水的水量以及加载废水量和磁性TiO2催化剂投加关系的程序，投加模块呈圆柱体状，内含磁性TiO2催化剂称量及喷施装置，可根据自动控制模块的指令根据进入废水净化室1中的废水量自动定量投加磁性TiO2催化剂。
所述微孔气泡发生装置安装在有机废水净化室1的底部，所述微孔气泡发生装置包括空气压缩机6、输气导管7、微孔气泡发生器8，所述空气压缩机6通过输气导管7与微孔气泡发生器8相连，微孔气泡发生器8可发生超微气泡，从而极大促进废水中的溶解氧含量。
所述微孔气泡发生装置中的微孔气泡发生器8为圆盘状(见图4)，可在有机废水净化室1向四周充分发生超微气泡，确保整个有机废水净化室1中的溶解氧处于充分饱和状态。
所述微孔气泡发生装置可保证磁性TiO2催化剂投加装置5投加的催化剂均匀分散于废水中；同时，产生的大量溶解氧能与经光照后的磁性TiO2催化剂产生的电子反应生成超氧自由基，从而快速催化氧化有机废水中的污染物。
所述电解装置包括电解装置电源9及与电解装置电源9连接的电解电极片10。电解装置电源9可向电解电极片10供给电流，电解电极片10由正负两极电极片组成电极对，其具体结构参见图5。电解装置中具有电化学活性的阳极材料能有效形成氧化能力极强的羟基自由基用于有机污染物的降解，电解装置通过正负电极片可在废水中产生一定的电场，从而促进磁性TiO2催化剂表面电子-空穴对的分离。
所述电解装置可通过电解水持续产生氢气和氧气，气体的上浮作用可促进磁性TiO2催化剂与有机废水中的有机污染物充分接触反应。
所述电解装置还可在水体中产生一定的电场，从而促进磁性TiO2催化剂表面电子-空穴对的分离。
所述磁性TiO2催化剂回收装置11可回收磁性TiO2催化剂。磁性TiO2催化剂回收装置11为可拆卸结构，可在有机废水净化室1灵活的拆卸和安装，其内部可嵌入磁铁，可将磁性TiO2催化剂从有机废水中分离出来。在有机废水处理时，并不安装TiO2催化剂回收装置11，有机废水净化室1处理净化有机废水完成后，才进行安装TiO2催化剂回收装置11回收磁性TiO2催化剂，经过拆卸简单处理后即可重复使用，最大程度上减少磁性TiO2催化剂的损耗以及其对水体的二次污染，净化后的水体经过位于净化室1下方的出水口3排出。
本发明的工作原理：
有机废水通过进水口2进入有机废水净化室1中；磁性TiO2催化剂投加装置5根据进入有机废水净化室中1的废水水量，自动定量投加磁性TiO2催化剂；紫外灯装置4接通电源，磁性TiO2催化剂经紫外灯照射后产生电子-空穴对及活性自由基，可用于有机废水中污染物的降解；微孔气泡发生装置产生的大量微小气泡极大地提高了废水中的溶解氧含量，磁性TiO2催化剂经紫外光照射后产生的电子与溶解氧反应生成强氧化性的超氧自由基，可用于有机污染物的降解；电解装置中具有电化学活性的阳极材料能有效形成氧化能力极强的羟基自由基用于有机污染物的降解，正负电解电极片10可在废水中产生电场，促进磁性TiO2催化剂表面电子-空穴的分离，同时，电解装置可通过电解水持续产生氢气和氧气，气体的上浮作用可促进磁性TiO2催化剂与废水中的有机污染物充分接触反应。磁性TiO2催化剂回收装置可用于回收已投放于有机废水中的磁性TiO2催化剂，可使磁性TiO2催化剂重复使用。净化后的水体经过位于有机废水净化室下方的出水口3排出。本法明构造新颖，使用方便，经济实用，运行维护简单，适用于有机废水中有机污染物的降解处理，具有巨大的推广应用价值。
本发明实施例还提供一种有机废水处理方法，采用上述装置进行，所述方法包括如下步骤
有机废水通过进水口2进入有机废水净化室1中；
磁性TiO2催化剂投加装置5根据进入有机废水净化室中1的废水水量，自动定量投加磁性TiO2催化剂；
紫外灯装置4接通电源，磁性TiO2催化剂经紫外灯照射后产生电子-空穴对及活性自由基，对有机废水中污染物进行降解；
微孔气泡发生装置产生大量微小气泡以提高废水中的溶解氧含量；
电解装置的阳极材料通电形成羟基自由基用于有机污染物的降解，正负电解电极片10在废水中产生电场，促进磁性TiO2催化剂表面电子-空穴的分离，同时，电解装置通过电解水持续产生氢气和氧气，气体的上浮作用促进磁性TiO2催化剂与废水中的有机污染物充分接触反应；
磁性TiO2催化剂回收装置11在有机废水净化室1处理净化有机废水完成后，回收磁性TiO2催化剂；
净化后的水体经过位于有机废水净化室1下方的出水口3排出。
其中，所述磁性TiO2催化剂投加装置5安装在有机废水净化室1的一侧，内嵌自动控制模块及投加模块，自动控制模块用以自动监测有机废水的水量以及加载废水量和磁性TiO2催化剂投加关系的程序，投加模块内含磁性TiO2催化剂称量及喷施装置，根据自动控制模块的指令根据进入废水净化室1中的废水量自动定量投加磁性TiO2催化剂。
本发明设计的磁性TiO2催化剂投加装置5可根据废水量自动添加磁性TiO2催化剂，而且综合电解、微孔气泡以及紫外灯的作用，其中所述微孔气泡发生装置可保证磁性TiO2催化剂投加装置投加的催化剂均匀分散于废水中；同时，产生的大量溶解氧能与经紫外灯光照后的磁性TiO2催化剂产生的电子反应生成超氧自由基，从而快速催化氧化有机废水中的污染物。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何属于本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种有机废水处理装置，其特征在于：包括有机废水净化室(1)及安装在有机废水进化室(1)内紫外灯装置(4)、磁性TiO2催化剂投加装置(5)、微孔气泡发生装置、电解装置、磁性TiO2催化剂回收装置(11)；所述有机废水净化室(1)的两侧分别设置进水口(2)及出水口(3)，所述紫外灯装置(4)位于有机废水净化室(1)顶部，所述磁性TiO2催化剂投加装置(5)安装在有机废水净化室(1)的一侧，用于根据进入废水净化室(1)中的废水量自动定量投加磁性TiO2催化剂，所述微孔气泡发生装置安装在有机废水净化室(1)的底部，用于产生超微气泡，所述磁性TiO2催化剂回收装置(11)用于回收有机废水净化室(1)中的磁性TiO2催化剂。
2.如权利要求1所述有机废水处理装置，其特征在于：所述微孔气泡发生装置包括空气压缩机(6)、输气导管(7)、微孔气泡发生器(8)，所述空气压缩机(6)通过输气导管(7)与微孔气泡发生器(8)相连。
3.如权利要求2所述有机废水处理装置，其特征在于：所述微孔气泡发生装置中的微孔气泡发生器(8)为圆盘状。
4.如权利要求1所述有机废水处理装置，其特征在于：所述电解装置包括电解装置电源(9)及与电解装置电源(9)连接的电解电极片(10)。
5.如权利要求1所述有机废水处理装置，其特征在于：所述磁性TiO2催化剂回收装置(11)为可拆卸结构，内部嵌入磁铁。
6.如权利要求1所述有机废水处理装置，其特征在于：所述磁性TiO2催化剂投加装置(5)安装在有机废水净化室(1)的一侧，内嵌自动控制模块及投加模块，自动控制模块用以自动监测有机废水的水量以及加载废水量和磁性TiO2催化剂投加关系的程序，投加模块内含磁性TiO2催化剂称量及喷施装置，根据自动控制模块的指令根据进入废水净化室(1)中的废水量自动定量投加磁性TiO2催化剂。
7.一种有机废水处理方法，其特征在于：采用权利要求1-6中任一项所述装置进行，所述方法包括：
有机废水通过进水口(2)进入有机废水净化室(1)中；
磁性TiO2催化剂投加装置(5)根据进入有机废水净化室中(1)的废水水量，自动定量投加磁性TiO2催化剂；
紫外灯装置(4)接通电源，磁性TiO2催化剂经紫外灯照射后产生电子-空穴对及活性自由基，对有机废水中污染物进行降解；
微孔气泡发生装置产生大量微小气泡以提高废水中的溶解氧含量；
电解装置的阳极材料通电形成羟基自由基用于有机污染物的降解，正负电解电极片(10)在废水中产生电场，促进磁性TiO2催化剂表面电子-空穴的分离，同时，电解装置通过电解水持续产生氢气和氧气，气体的上浮作用促进磁性TiO2催化剂与废水中的有机污染物充分接触反应；
磁性TiO2催化剂回收装置(11)在有机废水净化室(1)处理净化有机废水完成后，回收磁性TiO2催化剂；
净化后的水体经过位于有机废水净化室(1)下方的出水口3排出。
8.如权利要求7所述有机废水处理方法，其特征在于：所述磁性TiO2催化剂投加装置(5)安装在有机废水净化室(1)的一侧，内嵌自动控制模块及投加模块，自动控制模块自动监测有机废水的水量以及加载废水量和磁性TiO2催化剂投加关系的程序，投加模块内含磁性TiO2催化剂称量及喷施装置，根据自动控制模块的指令根据进入废水净化室(1)中的废水量自动定量投加磁性TiO2催化剂。
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