CN111186872A - 处理工业废水的方法 - Google Patents

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孙承林
吴慧玲
卫皇曌
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Abstract

本申请公开了一种处理工业废水的方法，至少包括步骤：a)将工业废水通入吸附塔，所述吸附塔内置有活性炭，所述活性炭用于对工业废水中的污染物进行吸附；b)吸附结束后，采用催化湿式氧化法对吸附了污染物的活性炭进行再生处理；c)再生处理结束后，重复步骤a)和步骤b)；其中，步骤a)、步骤b)和步骤c)在所述吸附塔内连续进行。该方法在吸附塔内直接对活性炭进行再生处理，从而对现有设备实现有效利用，而不用再设置再生塔，减少了活性炭的损失率，提高了废水的处理效率。同时，催化湿式氧化法再生活性炭较为彻底，避免了氨氮产物和硫化物等大气污染物的产生。

Description

处理工业废水的方法
技术领域
本申请涉及一种处理工业废水的方法，属于环保领域。
背景技术
据统计，我国每年排出的工业废水约为8×108m3，其中不仅含无机物剧毒成分，而且含有有机物剧毒成分。由于活性炭表面积大，具有较高的物理吸附和化学吸附能力，吸附效率高、效果好。因此，活性炭吸附法被广泛应用于工业废水处理中。活性炭吸附有机废弃物后，常常需要进行再生处理。
目前活性炭再生方法主要有热解法、溶剂再生法、生物再生法、催化湿式氧化法等传统再生方法以及电化学法、微波、超声波辐射再生法和超临界流体再生法等新型再生法。催化湿式氧化法是用氧气作为氧化剂，将活性炭上吸附的液相有机物氧化分解成小分子而除去的一种方法，在适宜条件下可以获得较高的活性炭再生率，同时相较于其他再生方法而言，可避免氮氧化物和硫化物等大气污染物的产生，可处理吸附了难降解有机物的活性炭。环境和经济效益良好，技术发展前景广阔。
但是，使用催化湿式氧化法再生活性炭时，往往需要把吸附饱和的活性炭从反应塔中取出，然后将其放入再生塔中进行再生处理，之后将处理后的活性炭再放入反应塔中继续对工业废水进行吸附处理。对活性炭的再生处理需要再生塔和运输活性炭的管路，从而大大增加了设备成本；其次再生时需要把活性炭从反应塔和再生塔之间来回输送，增大了活性炭的损失率；再次再生时将活性炭在不同塔之间来回移动，会增加废水处理时间成本，使得废水处理效率降低。
发明内容
根据本申请的一个方面，提供了一种处理工业废水的方法，该方法在吸附塔内直接对活性炭进行再生处理，从而对现有设备实现有效利用，而不用再设置再生塔和运输活性炭的管道，节约了设备成本，并且也减少了活性炭的损失率，提高了废水的处理效率。
本申请提供的处理工业废水的方法，至少包括步骤：
a)将工业废水通入吸附塔，所述吸附塔内置有活性炭，所述活性炭用于对工业废水中的污染物进行吸附；
b)吸附结束后，采用催化湿式氧化法对吸附了污染物的活性炭进行再生处理；
c)再生处理结束后，重复步骤a)和步骤b)；
其中，步骤a)、步骤b)和步骤c)在所述吸附塔内连续进行。
可选地，所述步骤b)所述采用催化湿式氧化法对所述吸附塔内的活性炭进行再生处理至少包括步骤：
将均相催化剂溶于清水中形成混合液，将所述混合液与高压空气进行混合形成再生物料，将所述再生物料通过换热器加热后通入所述吸附塔内以对吸附了污染物的活性炭进行再生处理。
可选地，所述均相催化剂包括Cu(NO3)2、CuSO4、CuCl2、Fe(NO3)3、Fe2(SO4)3、FeCl3、Ni(NO3)2、NiSO4、NiCl2、Zn(NO3)2、ZnSO4、ZnCl2、Co(NO3)2、CoCl2、CoSO4、MnSO4、MnCl2、Mn(NO3)2中的至少一种；
优选地，均相催化剂为Cu(NO3)2。
可选地，所述活性炭与所述均相催化剂的质量比为20：1～40：1。
可选地，所述再生物料中氧气量是理论需氧量的1.05～1.1倍。
可选地，所述换热器将所述再生物料加热至180～270℃后通入所述吸附塔内。
可选地，还包括步骤：将所述再生物料对活性炭进行再生处理后的反应后物料经过所述换热器冷却处理至25～60℃，排出。
可选地，通过切换第一阀门和第二阀门以实现所述步骤a)、步骤b)和步骤c)在所述吸附塔内连续进行；
其中，所述第一阀门用于控制所述工业废水通入所述吸附塔的通断；
所述第二阀门用于控制所述再生物料通入所述吸附塔的通断。
可选地，所述活性炭包括木质活性炭、果壳活性炭、煤制活性炭、石油类活性炭中的至少一种；
优选地，活性炭为片状椰壳炭。
根据本申请的另一方面，还提供给一种用于实现上述任一项所述的处理工业废水的方法的系统，其特征在于，包括：吸附塔、第一阀门以及第二阀门；
所述第一阀门安装在与所述吸附塔连通的第一管道上；
所述第二阀门安装在与所述吸附塔连通的第二管道上；
其中，所述吸附塔内放置有用于对工业废水中的污染物进行吸附处理的活性炭；
所述第一管道用于将工业废水通入所述吸附塔中；
所述第二管道用于将再生物料通入所述吸附塔中。
本申请能产生的有益效果包括：
1)本申请所提供的处理工业废水的方法，活性炭吸附废水中有机污染物的吸附过程和活性炭的再生过程在吸附塔内连续进行，因此不需要设置再生塔和运输活性炭的管路，有效利用了现有的吸附塔，节约了设备成本。
2)本申请所提供的处理工业废水的方法，由于活性炭的吸附过程和再生过程均在吸附塔内完成，因此无需对活性炭来回运输，减少了活性炭的损失率。
3)本申请所提供的处理工业废水的方法，当活性炭吸附饱和后，通过切换不同的阀门，从而开始再生处理过程，当再生处理过程结束后，再通过切换阀门使活性炭继续对废水进行吸附处理，省时省力，提高了废水的处理效率。
4)本申请所提供的处理工业废水的方法，利用催化湿式氧化法对活性炭进行再生处理，通过加入均相催化剂以离子水平对反应过程起催化作用，可以降低催化湿式氧化再生过程的温度及压力，减少了运行费用，并且提高活性炭的再生效率。
附图说明
图1为一种实施方式提供的处理工业废水的方法的流程图；
图2为一种实施方式提供的处理工业废水的系统的结构示意图；
图3为实施例1中片状椰壳炭经过不同的均相催化剂再生处理后的再生性能图；
图4为实施例2中的不同活性炭的再生性能图。
部件和附图标记列表：
100吸附塔； 200第一管道； 201第一阀门；
202第一储液罐； 203第一高压计量泵； 204第三储液罐；
300第二管道； 301第二阀门； 3021第二储液罐；
3022第二高压计量泵； 3031空压机； 3032缓冲罐；
3033减压阀； 3034流量计； 304混合器；
305换热器； 306气液分离罐； 307第四储液罐；
308尾气吸收塔。
具体实施方式
下面结合实施例详述本申请，但本申请并不局限于这些实施例。
图1为本实施例提供的处理工业废水的方法的流程图，如图1所示，该方法至少包括步骤：
a)将工业废水通入吸附塔，吸附塔内置有活性炭，活性炭用于对工业废水中的污染物进行吸附；
b)吸附结束后，采用催化湿式氧化法对吸附了污染物的活性炭进行再生处理；
c)再生处理结束后，重复步骤a)和步骤b)；
其中，步骤a)、步骤b)和步骤c)在所述吸附塔内连续进行。
本实施例提供的处理工业废水的方法，包括吸附过程：用活性炭吸附废水中有机污染物；再生过程：对吸附后的活性炭进行再生处理。其中，吸附过程和再生过程均在吸附塔内连续进行，因此不需要再设置再生塔和运输活性炭的管路，有效利用了现有的吸附塔，节约了设备成本。并且由于活性炭的吸附过程和再生过程均在吸附塔内完成，因此无需对活性炭来回运输，减少了活性炭的损失率。同时，催化湿式氧化法再生活性炭较为彻底，避免了氨氮产物和硫化物等大气污染物的产生。
具体的，本申请中的工业废水中的污染物包括有机污染物，例如多种苯类化合物、酚类化合物、石油及石油产品、有机农残、合成洗涤剂以及胺类化合物等有机污染物。
可选地，步骤b)所述采用催化湿式氧化法对所述吸附塔内的活性炭进行再生处理至少包括步骤：
将均相催化剂溶于清水中形成混合液，将所述混合液与高压空气进行混合形成再生物料，将再生物料通过换热器加热后通入吸附塔内以对吸附了污染物的活性炭进行再生处理。
具体地，催化湿式氧化法是用氧气作为氧化剂，将活性炭上吸附的液相有机物氧化分解成小分子而除去的一种方法，在适宜条件下可以获得较高的活性炭再生率，同时相较于其他活性炭再生方法而言，可避免氮氧化物和硫化物等大气污染物的产生，可处理吸附了难降解有机物的活性炭。
可选地，催化湿式氧化法中的均相催化剂包括过渡金属可溶盐。
可选地，过渡金属可溶盐为Cu(NO3)2、CuSO4、CuCl2、Fe(NO3)3、Fe2(SO4)3、FeCl3、Ni(NO3)2、NiSO4、NiCl2、Zn(NO3)2、ZnSO4、ZnCl2、Co(NO3)2、CoCl2、CoSO4、MnSO4、MnCl2、Mn(NO3)2中的至少一种。
优选地，均相催化剂包括Cu(NO3)2、CuSO4、Zn(NO3)2、Fe(NO3)3、Ni(NO3)2中的至少一种。
更优选地，均相催化剂为Cu(NO3)2。
可选地，活性炭与均相催化剂的质量比的范围为20：1～40：1。
优选地，活性炭与均相催化剂的质量比的上限值可以为40：1、34.04：1、32.26：1，活性炭与均相催化剂的质量比的下限值可以为25.9：1、23.15：1。
更优选地，活性炭与均相催化剂的质量比为34.04：1。
可选地，再生物料中高压空气中的氧气量是理论需氧量的1.05～1.1倍。
具体地，本申请中的理论需氧量是指完全氧化活性炭上所吸附污染物所需要的氧气量。
可选地，换热器将再生物料加热至180～270℃后通入所述吸附塔内。
具体地，在本申请中再生物料的加热温度也即再生温度。再生温度的上限值可以包括270℃、260℃、230℃中的任意一个，再生温度的下限值可以包括180℃、190℃、200℃中的任意一个。
可选地，还包括步骤：将再生物料对活性炭进行再生处理后的反应后物料经过换热器冷却处理至25～60℃，排出。
具体地，再生物料对活性炭进行再生处理后，从活性炭上脱附至该物料(再生物料对活性炭进行再生处理后的物料)中的有机物已基本被降解，因此该物料中的液相还可以回收用于下批次的活性炭再生中，实现资源回收和废物的零排放。
可选地，通过切换第一阀门和第二阀门以实现步骤a)、步骤b)和步骤c)在吸附塔内连续进行；其中，第一阀门用于控制工业废水通入吸附塔的通断；第二阀门用于控制再生物料通入吸附塔的通断。
具体地，在吸附塔上安装第一阀门和第二阀门，第一阀门用于控制工业废水的通断，第二阀门用于控制再生物料的通断。当第一阀门开启、第二阀门关闭时，此时只有工业废水进入到吸附塔中，吸附塔中的活性炭对工业废水中的污染物进行吸附；活性炭对污染物吸附一段时间后，切换第一阀门和第二阀门，也就是说开启第二阀门、关闭第一阀门，此时工业废水被阻止进入吸附塔而只有再生物料进入吸附塔中，从而对吸附塔中的活性炭进行再生处理；再生处理过程结束后，待反应塔冷却至室温后再次切换第一阀门和第二阀门，此时，第一阀门再次开启、第二阀门关闭，再生后的活性炭对工业废水重新吸附处理。
可选地，工业废水进入吸附塔时，其进水化学需氧量COD为20000mg/L以下，在吸附塔中的停留时间(活性炭对工业废水的处理时间)为10～50min。
可选地，活性炭包括木质活性炭、果壳活性炭、煤制活性炭、石油类活性炭中的至少一种。
优选地，活性炭包括粉末状椰壳炭、片状椰壳炭和片状木质炭。
更优选地，活性炭为片状椰壳炭。
图2为本实施例所提供的处理工业废水的系统的结构示意图，该系统用于实现上述实施例中的任一种处理工业废水的方法。
一种用于处理工业废水的系统，包括：吸附塔100、第一阀门201以及第二阀门301；
第一阀门201安装在与吸附塔100连通的第一管道200上；
第二阀门301安装在与吸附塔100连通的第二管道300上；
其中，吸附塔100内放置有用于对工业废水中的污染物进行吸附处理的活性炭；
第一管道201用于将工业废水通入吸附塔中；
第二管道301用于将再生物料通入吸附塔中。
本实施例中的处理工业废水的系统，在吸附塔上设置第一阀门和第二阀门，一塔两用，通过不同的阀门对吸附塔切换使用，实现了对工业废水和再生物料的切换，使得对工业废水的吸附过程和对活性炭的再生过程连续进行，有效降低了基建及设备运行费用。当第一阀门打开、第二阀门关闭时，工业废水进入吸附塔中，吸附塔中的活性炭对其进行吸附处理；当第二阀门打开、第一阀门关闭时，催化剂进入吸附塔中，对已经吸附有污染物的活性炭进行再生处理；处理完后，再将第一阀门打开、第二阀门关闭，使活性炭重新对工业废水中的有机污染物进行吸附处理。
下面结合图2，具体介绍一种可能的实现的工业废水处理系统。
如图2所示，工业废水处理系统包括2个吸附塔100，第一管道200的一端分别与2个吸附塔100的第一进液口连通用于将工业废水通入吸附塔100中，第一管道200的另一端与第一储液罐202连通，在第一储液罐202与吸附塔100之间依次安装第一高压计量泵203、第一阀门201。
2个吸附塔100的第一出液口均与第三储液罐204连通用于将经活性炭处理后的工业废水达标排出。
请继续参考图2，工业废水处理系统中的第二管道300的一端分别与2个吸附塔100的第二进液口连通，用于将再生物料通入吸附塔100中。第二管道300的另一端包括第一支管和第二支管。第一支管与第二储液罐3021连通用于提供制备再生物料所需要的清水和均相催化剂，在第一支管上还安装有第二高压计量泵3022。第二支管与空压机3031连通用于将外界空气进行压缩，在第二支管上沿空气流入的方向还依次安装有缓冲罐3032、减压阀3033和流量计3034，第二支管用于提供制备再生物料所需要的氧气。在第二管道300的中间段沿管中流体运动方向依次安装混合器304、换热器305和第二阀门301。其中，混合器304用于将高压空气与溶解在清水中的均相催化剂进行混合形成再生物料，换热器305用于对再生物料进行加热。
2个吸附塔100的第二出液口经过换热器305与气液分离罐306连通，其中，换热器305用于对再生物料对活性炭再生处理后的反应后物料进行冷却处理。气液分离罐306分别与尾气吸收塔308和第四储液罐307连通，以使从反应后物料中分离出的气相和液相均达到排放标准。
实施例1对不同的均相催化剂性能测试
本实施例对不同的均相催化剂进行性能测试，具体的测试方法：
试样C1：
1)采用动态吸附装置制备饱和活性炭。在φ30mm×D375mm的活性炭填充柱内填充直径约3-5mm，厚度约3-4mm的片状椰壳炭，填充高度为15cm。采用升流式将5000mg/L的间甲酚用蠕动泵以5mL/min的流速输送至活性炭填充柱内，当36h后，出水间甲酚浓度为进水的90％，此时可认为活性炭已基本饱和。制备得到吸附间甲酚的饱和片状椰壳炭。
2)采用催化湿式氧化连续装置再生饱和活性炭。在φ15mm×D7800mm反应器内装填5mL本实施例步骤1)中所制备的吸附间甲酚的饱和片状椰壳炭，取清水加入Cu(NO3)2超声10min混合均匀，其中活性炭与Cu(NO3)2的质量比为34.04:1，再生温度为260℃，反应压力为3MPa，空气量为1.2L/h，水量为10mL/h。
3)再生后的活性炭按照实施例中步骤1)所述方法再吸附，测得再生效率。
试样C2：与试样C1不同之处在于：均相催化剂为CuSO4，活性炭与CuSO4的质量比为40：1。
试样C3：与试样C1不同之处在于：均相催化剂为Fe(NO3)3，活性炭与Fe(NO3)3的质量比为23.15：1。
试样C4：与试样C1不同之处在于：均相催化剂为Ni(NO3)2，活性炭与Fe(NO3)3的质量比为32.26：1。
试样C5：与试样C1不同之处在于：均相催化剂为Zn(NO3)2，活性炭与Zn(NO3)2的质量比为25.9：1。
测试结果：如图3所示，均相催化剂Cu(NO3)2的再生效率最高，为63％左右。
实施例2对不同的活性炭性能测试
本实施例对不同的活性炭进行性能测试，具体的测试方法：
试样A1：
1)采用动态吸附装置制备饱和活性炭。在φ30mm×D375mm的活性炭填充柱内填充粉末状椰壳炭，填充高度为15cm。采用升流式将5000mg/L的苯酚用蠕动泵以5mL/min的流速输送至活性炭填充柱内，当36h后，出水苯酚浓度为进水的90％，此时可认为活性炭已基本饱和。制备得到吸附苯酚的粉末状椰壳炭。
2)采用催化湿式氧化连续装置再生饱和活性炭。在φ15mm×D7800mm反应器内装填5mL本实施例步骤1)中所制备的吸附苯酚的饱和粉末状椰壳炭，取清水加入Cu(NO3)2超声10min混合均匀，其中活性炭与Cu(NO3)2的质量比为34.04:1，再生温度为230℃，反应压力为3MPa，空气量为1.2L/h，水量为10mL/h。
3)再生后的活性炭按照本实施例中步骤1)所述方法再吸附，测得再生效率。
试样A2：与试样A1不同之处在于：在活性炭填充柱内填充片状木质炭，对苯酚的吸附时间为48h，制备得到吸附苯酚的片状木质炭。
试样A3：与试样A1不同之处在于：在活性炭填充柱内填充片状椰壳炭，椰壳炭的尺寸为直径约3-5mm，厚度约3-4mm，制备得到吸附苯酚的片状椰壳炭。
测试结果：如图4所示，片状椰壳炭的再生效率最高，为66％左右。
以上所述，仅是本申请的几个实施例，并非对本申请做任何形式的限制，虽然本申请以较佳实施例揭示如上，然而并非用以限制本申请，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本申请技术方案的范围内，利用上述揭示的技术内容做出些许的变动或修饰均等同于等效实施案例，均属于技术方案范围内。

Claims (10)

1.一种处理工业废水的方法，其特征在于，至少包括步骤：
a)将工业废水通入吸附塔，所述吸附塔内置有活性炭，所述活性炭用于对工业废水中的污染物进行吸附；
b)吸附结束后，采用催化湿式氧化法对吸附了污染物的活性炭进行再生处理；
c)再生处理结束后，重复步骤a)和步骤b)；
其中，步骤a)、步骤b)和步骤c)在所述吸附塔内连续进行。
2.根据权利要求1所述的处理工业废水的方法，其特征在于，所述步骤b)中所述采用催化湿式氧化法对所述吸附塔内的活性炭进行再生处理至少包括步骤：
将均相催化剂溶于清水中形成混合液，将所述混合液与高压空气进行混合形成再生物料，将所述再生物料通过换热器加热后通入所述吸附塔内以对吸附了污染物的活性炭进行再生处理。
3.根据权利要求2所述的处理工业废水的方法，其特征在于，所述均相催化剂包括Cu(NO3)2、CuSO4、CuCl2、Fe(NO3)3、Fe2(SO4)3、FeCl3、Ni(NO3)2、NiSO4、NiCl2、Zn(NO3)2、ZnSO4、ZnCl2、Co(NO3)2、CoCl2、CoSO4、MnSO4、MnCl2、Mn(NO3)2中的至少一种；
优选地，均相催化剂为Cu(NO3)2。
4.根据权利要求2所述的处理工业废水的方法，其特征在于，所述活性炭与所述均相催化剂的质量比为20：1～40：1。
5.根据权利要求2所述的处理工业废水的方法，其特征在于，所述再生物料中高压空气中的氧气量是理论需氧量的1.05～1.1倍。
6.根据权利要求2所述的处理工业废水的方法，其特征在于，所述换热器将所述再生物料加热至180～270℃后通入所述吸附塔内。
7.根据权利要求2所述的处理工业废水的方法，其特征在于，还包括步骤：将所述再生物料对活性炭进行再生处理后的反应后物料经过所述换热器冷却处理至25～60℃，排出。
8.根据权利要求3所述的处理工业废水的方法，其特征在于，通过切换第一阀门和第二阀门以实现所述步骤a)、步骤b)和步骤c)在所述吸附塔内连续进行；
其中，所述第一阀门用于控制所述工业废水通入所述吸附塔的通断；
所述第二阀门用于控制所述再生物料通入所述吸附塔的通断。
9.根据权利要求1所述的处理工业废水的方法，其特征在于，所述活性炭包括木质活性炭、果壳活性炭、煤制活性炭、石油类活性炭中的至少一种；
优选地，活性炭为片状椰壳炭。
10.一种用于实现权利要求1～9中任一项所述的处理工业废水的方法的系统，其特征在于，包括：吸附塔、第一阀门以及第二阀门；
所述第一阀门安装在与所述吸附塔连通的第一管道上；
所述第二阀门安装在与所述吸附塔连通的第二管道上；
其中，所述吸附塔内放置有用于对工业废水中的污染物进行吸附处理的活性炭；
所述第一管道用于将工业废水通入所述吸附塔中；
所述第二管道用于将再生物料通入所述吸附塔中。
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