CN112456723B

CN112456723B - 混成式有机废水处理设备

Info

Publication number: CN112456723B
Application number: CN201910842937.6A
Authority: CN
Inventors: 唐子杰; 谢奇旭; 谭发祥
Original assignee: Suzhou Topco Construction Ltd
Current assignee: Suzhou Topco Construction Ltd
Priority date: 2019-09-06
Filing date: 2019-09-06
Publication date: 2022-11-15
Anticipated expiration: 2039-09-06
Also published as: CN112456723A

Abstract

一种混成式有机废水处理设备，包含氧化剂供应装置、催化剂反应槽、废气处理装置及废水处理装置。催化剂反应槽包含第一输入端、第二输入端、铁基催化剂、反应槽体、废气输出端及废水输出端。第一输入端输入未处理有机废水。第二输入端连接氧化剂供应装置，以输入氧化剂。反应槽体连接第一输入端及第二输入端，以通入未处理有机废水及氧化剂。铁基催化剂设置在反应槽体中，将氧化剂催化反应产生氢氧自由基，加速对未处理有机废水进行氧化反应。通过铁基催化剂催化氧化剂成为氧化性更强的氢氧自由基，加快了整体的反应速率，有效解决了处理速率过慢、能源消耗量过大的问题。

Description

混成式有机废水处理设备

技术领域

本发明属于废弃物处理领域，尤其涉及一种混成式有机废水处理设备。

背景技术

传统有机废水的处理是目前废水处理领域最大的问题。由于有机废水容易挥发、且其产生的气体易燃烧、有机物又可能还有含氮物质，容易产生水体优养化，并伤害人体健康。

目前现有技术上，常通过生物处理装置，利用微生物的反应来碳化、去氮。然而，微生物对于生长所需的环境条件要求较为严苛，必须控制适当的酸碱值、溶氧量、氮磷等微量元素的含量，且不能有过量的毒害物质存在，而影响了微生物的生成。此外，采用生物处理装置所需的微生物，往往因为不同的有机废水含有不同种类的有机物，而须经过长时间的驯养(Acclimation)，存在不确定性高、耐冲击性较差及恢复期长等缺点。

生物处理装置最大的问题在于反应的速度缓慢，难以大量地进行废水处理。而其他的废水处理方式，例如，吹脱法，加速废水中的有机质挥发，在后续通过燃烧或是电浆处理等来清除气态的挥发性有机物(Volatile Organic Compounds，VOC)，则存在大量耗能的问题。

发明内容

在此，本发明提供一种混成式有机废水处理设备。混成式有机废水处理设备包含氧化剂供应装置、催化剂反应槽、废气处理装置及废水处理装置。氧化剂供应装置提供氧化剂。催化剂反应槽包含第一输入端、第二输入端、铁基催化剂、反应槽体、废气输出端、以及废水输出端。第一输入端输入未处理有机废水。第二输入端连接氧化剂供应装置，以输入氧化剂。反应槽体连接第一输入端及第二输入端，用以通入未处理有机废水及氧化剂。铁基催化剂设置在反应槽体中，将氧化剂催化反应产生氢氧自由基，而加速对未处理有机废水进行氧化反应。废气输出端及废水输出端分别连接反应槽，用以输出反应废气及反应废水。废气处理装置连接废气输出端，用来对反应废气处理后排出。废水处理装置连接废水输出端，将反应废水处理后排出。

在一些实施例中，混成式有机废水处理设备进一步包含生物处理装置。生物处理装置连接废水输出端及废水处理装置，生物处理装置通过微生物对反应废水中的有机分子进行矿化反应、氨化反应、硝化反应或脱硝反应，产生生物污泥及处理水，并将反应后的处理水排出至废水处理装置。

进一步地，在一些实施例中，混成式有机废水处理设备还包含氧化反应槽。氧化反应槽设置于催化剂反应槽与生物处理装置之间，氧化反应槽包含第三输入端、第一输出端及第二输出端，第三输入端连接废水输出端，接收反应废水。反应废水进入氧化反应槽后进一步进行氧化反应而产生氧化反应废水及残留废气。第一输出端连接生物处理装置，将氧化反应废水输入至生物处理装置中进行矿化反应、氨化反应、硝化反应或脱硝反应。第二输出端连接废气处理装置，将残留废气通入废气处理装置进行处理。

优选地，在一些实施例中，氧化反应槽为曝气槽。

优选地，在一些实施例中，该氧化反应槽还通入第二氧化剂，第二氧化剂的溶解度大于氧化剂的溶解度。

优选地，在一些实施例中，第二氧化剂选自过氧化氢和次氯酸所构成的群组中的任意一种。

在一些实施例中，氧化剂选自臭氧、过氧化氢、次氯酸以及氯气所构成的群组中的任意一种。

在一些实施例中，混成式有机废水处理设备进一步包含生物处理装置，生物处理装置设置在催化剂反应槽之前，接收未处理有机废水。生物处理装置通过其中的多个微生物将未处理废水中的有机分子进行矿化反应、氨化反应、硝化反应或脱硝反应，而产生生物污泥及处理水，并将反应后的处理水通入催化剂反应槽中，进一步进行氧化剂催化反应。

在一些实施例中，废气处理装置为催化剂氧化装置。进一步地，催化剂氧化装置至少包含铁基催化剂。

进一步地，在一些实施例中，混成式有机废水处理设备还包含脱水预热装置。脱水预热装置连接废气输出端及废气处理装置，用来对反应废气加热至40至150℃。

在上述实施例中，混成式有机废水处理设备是通过铁基催化剂催化氧化剂成为氧化性更强的氢氧自由基，并将有机分子吸附在其表面进行反应，加快了整体的反应速率，加速分解未处理废水中的各种有机物质，有效解决处理速率过慢、能源消耗量过大的问题。

附图说明

图1为第一实施例的混成式有机废水处理设备的方块图。

图2为第二实施例的混成式有机废水处理设备的方块图。

图3为第三实施例的混成式有机废水处理设备的方块图。

具体实施方式

应当理解，当诸如元件被称为“连接到”另一元件时，其可以表示元件直接在另一元件上，或者也可以存在中间元件，通过中间元件连接元件与另一元件。相反地，当元件被称为“直接在另一元件上”或“直接连接到另一元件”时，可以理解的是，此时明确定义了不存在中间元件。

应当理解，尽管术语“第一”、“第二”、“第三”等在本发明中可以用于描述各种元件、部件、区域或部分，但是这些元件、部件、区域及/或部分不应受这些术语的限制。这些术语仅用于将一个元件、部件、区域或部分与另一个元件、部件、区域、层或部分区分开。因此，下面讨论的“第一元件”、“第一部件”、“第一区域”或“第一部分”可以被解释为“第二元件”、“第二部件”、“第二区域”或“第二部分”而不脱离本发明的教导。

图1为第一实施例的混成式有机废水处理设备的方块图。如图1所示，第一实施例的混成式有机废水处理设备1包含氧化剂供应装置10、催化剂反应槽20、废气处理装置30及废水处理装置40。

氧化剂供应装置10提供氧化剂O_X。在此，氧化剂供应装置10是以提供较高氧化电位的氧化剂为主，氧化剂供应装置10可以为臭氧(O₃)、过氧化氢(H₂O₂)、次氯酸(HClO)、氯气(Cl₂)等。然而，以上仅为示例，而非限制于此。催化剂反应槽20包含第一输入端21、第二输入端22、反应槽体23、铁基催化剂24、废气输出端25以及废水输出端26。第一输入端21输入未处理有机废水L_W。第二输入端22连接氧化剂供应装置10，以输入氧化剂O_X。反应槽体23连接第一输入端21及第二输入端22，以通入未处理有机废水L_W及氧化剂O_X。铁基催化剂24设置在反应槽体中，将氧化剂O_X催化反应产生氢氧自由基，而加速对未处理有机废水L_W进行氧化反应。废气输出端25及废水输出端26分别连接反应槽23，用以输出反应废气G_R及反应废水L_R。废气处理装置30连接废气输出端25，以对反应废气G_R处理后排出处理气体G。废水处理装置40连接废水输出端26，将反应废水L_R处理后排出放流水L。

在此，以氧化剂O_X为过氧化氢(H₂O₂)为例，铁基催化剂24的催化反应，如化学反应式(1)所示；而以氧化剂O_X为臭氧(O₃)为例，铁基催化剂24的催化反应，如化学反应式(2)、(3)所示。

化学反应式(1)：

化学反应式(2)：

化学反应式(3)：

其中M可以为二价铁离子或三价铁离子，OH·表示氢氧自由基。

以下，表1为各种常见氧化剂的氧化电位的比较。

表1

因此，可以理解的是，在氧化剂的种类中，臭氧是目前氧化电位最高的氧化剂，然而，臭氧对于一般水溶液的溶解度非常差，而使得水溶剂中的有机物质无法达到被氧化的功效。在本实施例中，铁基催化剂24是采用固态的催化剂，例如，氢氧化铁(FeOOH)，颗粒大小为3-10mm圆柱状，BET表面积1-20m²/g，比重1.1g/cm³。铁基催化剂24能将未处理有机废水L_W中的有机分子吸附在其表面，并通过催化反应使得臭氧反应成为氢氧自由基。在铁基催化剂24上能保持较高浓度氢氧自由基和有机分子，除了氢氧自由基的氧化电位更高外，能使得臭氧及其氢氧自由基较不易与溶液中无机盐结合，加速氧化反应速率也同时降低氧化反应的活化能。

在未处理有机废水L_W中可能含有各种的有机分子，以下将说明氢氧自由基对于有机分子的氧化反应，如化学反应式(4)至(8)所示，其中化学反应式(7)、(8)包含连续的子反应。

化学反应式(4)：

化学反应式(5)：

化学反应式(6)：

化学反应式(7)：

化学反应式(7-1)：

化学反应式(7-2)：

化学反应式(7-3)：

化学反应式(8)：

化学反应式(8-1)：

化学反应式(8-2)：

另外，对于含氮的有机分子，在此所述的氧化反应还至少包含有机氮的氨化反应以及氨氮的硝化反应。更进一步地，请参考表2，表2为臭氧与氢氧自由基对于各种有机分子反应速率的比较，可以理解的是，氢氧自由基与有机分子的反应速率远大于臭氧与有机分子的反应速率。

在一些实施例中，废气处理装置30可以为催化剂氧化装置。然而，这仅为示例，实际上只要能分解残留的有机分子、残留的氧化剂，净化气体、减少固态粒子的装置均可以使用或组合使用。例如电浆处理装置、燃烧塔、洗涤塔、静电吸附装置等。在一些实施例中，催化剂氧化装置所使用的催化剂可以采用铁基催化剂，其主要应用于含有水汽的气体，铁基催化剂不易受到水汽的影响造成催化剂中毒的现象，而能保持废气处理装置30的处理效率。

表2

另外，再次参见图1，另一些实施例中，混成式有机废水处理设备还包含脱水预热装置35。脱水预热装置35连接废气输出端25及废气处理装置30，用来对反应废气G_R加热至40至150℃，如此通过温度加热，脱除反应废气G_R中的水分、同时提升铁基催化剂的反应效率。

图2为第二实施例的混成式有机废水处理设备的方块图。如图2所示，第二实施例的混成式有机废水处理设备2除了第一实施例的氧化剂供应装置10、催化剂反应槽20、废气处理装置30及废水处理装置40外，还包含生物处理装置50。第二实施例中，生物处理装置50连接废水输出端26及废水处理装置40。生物处理装置50接收反应废水L_R，通过微生物对反应废水L_R中的有机分子先进行矿化反应、氨化反应、硝化反应或脱硝反应，产生生物污泥S_B及处理水L_T，并将反应后的处理水L_T排出至废水处理装置40。

在此，生物处理装置50可以通过各种微生物，例如，芽孢菌、瘤根菌、枯草杆菌等，配合其需要的环境，例如，好氧环境、厌氧环境、兼氧环境等，加速微生物的反应，来达到矿化、硝化及脱硝的功效。催化剂反应槽20可以先将有机氮转换为氨、再将氨氮转换为亚硝酸盐氮或硝酸盐氮，而无需整个反应过程都由微生物来完成，大幅提升了处理的效率。

再次参阅图2，在一些实施例中，混成式有机废水处理设备2还包含氧化反应槽60。氧化反应槽60设置于催化剂反应槽20与生物处理装置50之间，氧化反应槽60包含第三输入端61、第一输出端63及第二输出端65。第三输入端61连接废水输出端26，接收反应废水L_R。反应废水L_R进入氧化反应槽中进行氧化反应而产生氧化反应废水L_O及残留废气G_O。第一输出端63连接生物处理装置50，此时，将氧化反应废水L_O输入至生物处理装置50中进行矿化反应、氨化反应、硝化反应或脱硝反应。第二输出端63连接废气处理装置30，将残留废气G_O通入废气处理装置30进行处理。

在一些实施例中，氧化反应槽60除了进行氧化反应，也用以配合生物处理装置50营造有利于后续微生物生长及反应的环境，例如，氧化反应槽60可以为曝气槽。然而，这仅为示例，而非用以限制。

在另一些实施例中，氧化反应槽60也可以通入第二氧化剂O_X2，用以进一步对反应废水L_R中有机分子进行氧化反应。在此，选用的第二氧化剂O_X2的溶解度大于氧化剂O_X的溶解度，其目的在于虽然不需要非常高的氧化电位，但能通过充分溶解于液相的第二氧化剂O_X2氧化残留的有机分子。在此，第二氧化剂O_X2可以为过氧化氢(H₂O₂)或次氯酸(HOCl)。

图3为第三实施例的混成式有机废水处理设备的方块图。如图3所示，相较于第一实施例及第二实施例，第三实施例的混成式有机废水处理设备3是将生物处理装置50设置于催化剂反应槽20之前，接收未处理有机废水L_W，生物处理装置50通过其中的多个微生物将未处理有机废水L_W中的有机分子进行矿化反应、氨化反应、硝化反应或脱硝反应，而产生生物污泥及处理水L_T。此时，处理水L_T中可能含有微生物难以处理的有机分子或是微生物未能完全反应代谢的有机分子。生物处理装置50连接催化剂反应槽20的第一输入端21，将反应后的处理水L_T通入催化剂反应槽20中，再进行氧化剂催化反应，以去除所述有机分子。

借此，可以将催化剂反应槽20装设于现有的生物处理装置50后，以促进整体的反应速率，并通过催化剂反应槽20的氧化剂催化反应促进有机分子充分地被反应分解，而达到排放的标准。换句话说，催化剂反应槽20可以如同第二实施例，先以氧化剂催化反应促进有机分子分解，加速生物处理装置50的处理效率，也可以如同第三实施例，来进一步分解生物处理装置50未能完全分解的有机分子。

以下，将用图1所述的实施例，并搭配生物处理装置为实验例，与单纯通入臭氧的比较例进行比较。实验条件如下：槽体pH值为9.0-9.5，气相臭氧注入量660g、测试废水样体积为20L、实验例的催化剂使用量为50g、反应时间为15分钟。

表3

如表3所示，实验例中对于污染指标的COD及NH₃-N能处理的量均大幅地提升，若依据推算，实验例的臭氧-催化剂系统化每公斤的催化剂可处理COD约1.27至2.20kg，有效促进水中有机物分解以及有机氮的氨化反应及氨氮的硝化反应。更进一步地，以生物氨氮硝化负荷为F/M～0.01d-1、MLVSS 4000mg/L进行估算，废水量1CMD，投入臭氧33kg/d的情况下，能降低活性污泥池有效容积大于74m³，并进一步降低生物污泥的产量，实现了电子产业难处理的高浓度有机废水的环保与经济问题。

综上所述，混成式有机废水处理设备1、2是通过铁基催化剂24催化氧化剂O_X成为氧化性更强的氢氧自由基，并将有机分子吸附在其表面进行反应，加快了整体的反应速率，加速分解未处理有机废水L_W中的各种有机物质，有效解决处理速率过慢、能源消耗量过大的问题。

虽然本发明的技术内容已经以较佳实施例公开如上，然其并非用以限制本发明，任何本领域的普通技术人员在不脱离本发明的构思下所作些各种变动与润饰，皆落入本发明的保护范围。

Claims

1.一种混成式有机废水处理设备，包含：

氧化剂供应装置，提供氧化剂；

催化剂反应槽，包含第一输入端、第二输入端、铁基催化剂、反应槽体、废气输出端、以及废水输出端，其中所述第一输入端输入未处理有机废水、第二输入端连接所述氧化剂供应装置，以输入所述氧化剂，所述反应槽体连接所述第一输入端及所述第二输入端，用以通入所述未处理有机废水及所述氧化剂，所述铁基催化剂设置在所述反应槽体中，将所述氧化剂催化反应产生氢氧自由基，从而加速对所述未处理有机废水进行氧化反应，所述废气输出端及所述废水输出端分别连接所述反应槽体，用以输出反应废气及反应废水；

废气处理装置，连接所述废气输出端，用来对所述反应废气处理后排出；

废水处理装置，连接所述废水输出端，将所述反应废水处理后排出；

生物处理装置，连接所述废水输出端及所述废水处理装置，所述生物处理装置通过其中的多个微生物将所述反应废水中的有机分子进行矿化反应、氨化反应、硝化反应或脱硝反应，而产生生物污泥及处理水，并将反应后的所述处理水排出至所述废水处理装置；以及

氧化反应槽，设置于所述催化剂反应槽与所述生物处理装置之间，所述氧化反应槽包含第三输入端、第一输出端、及第二输出端，所述第三输入端连接所述废水输出端，接收所述反应废水，所述反应废水进入所述氧化反应槽中进行一氧化反应而产生一氧化反应废水及一残留废气，所述第一输出端连接所述生物处理装置进行所述矿化反应、所述氨化反应、所述硝化反应或所述脱硝反应，将所述氧化反应废水输入至所述生物处理装置中，所述第二输出端连接所述废气处理装置，将所述残留废气通入所述废气处理装置进行处理，所述氧化反应槽还通入第二氧化剂，所述第二氧化剂的溶解度大于所述氧化剂的溶解度。

2.如权利要求1所述的混成式有机废水处理设备，其特征在于：所述氧化反应槽为一曝气槽。

3.如权利要求1所述的混成式有机废水处理设备，其特征在于：所述第二氧化剂选自过氧化氢以及次氯酸所构成的群组中的任意一种。

4.如权利要求1所述的混成式有机废水处理设备，其特征在于：

还包含另一生物处理装置，所述另一生物处理装置设置于所述催化剂反应槽之前，接收所述未处理有机废水，所述另一生物处理装置通过其中的多个微生物将所述未处理有机废水中的有机分子进行矿化反应、氨化反应、硝化反应或脱硝反应，而产生生物污泥及处理水，并将反应后的所述处理水通入所述催化剂反应槽中，进一步进行所述氧化剂催化反应。

5.如权利要求1所述的混成式有机废水处理设备，其特征在于：所述氧化剂选自臭氧、过氧化氢、次氯酸以及氯气所构成的群组中的任意一种。

6.如权利要求1所述的混成式有机废水处理设备，其特征在于：所述废气处理装置为催化剂氧化装置。

7.如权利要求6所述的混成式有机废水处理设备，其特征在于：所述催化剂氧化装置至少包含所述铁基催化剂。

8.如权利要求6所述的混成式有机废水处理设备，其特征在于：还包含脱水预热装置，所述脱水预热装置连接所述废气输出端及所述废气处理装置，用来对所述反应废气加热至40至150℃。