CN116282466B - 一种处理高浓度难降解有机废水的光催化氧化工艺及反应装置 - Google Patents

一种处理高浓度难降解有机废水的光催化氧化工艺及反应装置 Download PDF

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Abstract

本申请公开了一种处理高浓度难降解有机废水的光催化氧化工艺及反应装置，属于废水处理技术领域。该工艺包括高流速段反应工序和/或低流速段反应工序，并根据废水中难降解有机污染物种类及浓度的差异，匹配光照强度及氧化剂类型，提高有机物降解效率。同时提供的反应装置，包括高流速段反应模块和低流速段反应模块，高流速段反应模块通过设置外环挡板增强反应传质并合理分配径向流速，低流速段反应模块间隔设置催化剂填料层组提高透光性，缩短了反应时间，提高有机物降解速率。

Description

一种处理高浓度难降解有机废水的光催化氧化工艺及反应 装置
技术领域
本申请属于废水处理技术领域，具体涉及一种处理高浓度难降解有机废水的光催化氧化工艺及反应装置。
背景技术
高浓度难降解有机废水的处理，如焦化废水、制药废水、石化/油类废水、纺织/印染废水、化工废水、油漆废水等，是污水处理界公认的难题。所谓“高浓度”是指这类废水的有机物浓度较高，COD一般在2000 mg/L以上，有的甚至高达每升几万至十几万；“难降解”是指废水的可生化性较低，BOD5/COD值一般在0.3以下甚至更低，难以生物降解。此外，难降解有机废水通常还具备成分复杂、有毒有害物质多、对生态环境危害大等特点。
常用的难降解有机废水的处理方法按处理机制的不同可以分为物理处理技术、化学处理技术以及生化处理技术。其中，利用紫外光与氧化剂的结合降解有机物的光化学高级氧化技术的研究和应用较多，包括光激发氧化法（如O3/UV）和光催化氧化法（如TiO2/UV），光激发氧化法主要以O3、H2O2、O2和空气作为氧化剂，在光辐射作用下产生羟基自由基·OH；光催化氧化法则是在反应溶液中加入一定量的半导体催化剂，使其在紫外光（UV）的照射下产生·OH。但现有研究主要聚焦在不同类型催化剂的开发及设计如何提高光利用率等方面，未对光催化氧化工艺及反应装置的内部结构做深层次研究，导致处理效率偏低，仍需要进一步提高。同时，目前大多数光催化氧化反应装置不具备自清洗功能，拆卸维护耗时耗力。
发明内容
1.要解决的问题
本申请针对上述存在的光化学氧化技术处理高浓度难降解有机废水存在的效率低、反应装置不具备清洗功能等问题之一，提供了一种处理高浓度难降解有机废水的光催化氧化工艺及反应装置，达到在利用光催化氧化技术处理高浓度难降解有机废水过程中，提高有机废水中有机物的去除效果、缩短有机废水的处理时长等目的之一。
2. 技术方案
为了解决上述问题，本申请所采用的技术方案如下：
本申请提供了一种处理高浓度难降解有机废水的光催化氧化工艺，该工艺包括高流速段反应工序和/或低流速段反应工序，其中：
当废水COD＞5000时，废水通过高流速段反应工序处理至COD≤5000后进入低流速段反应工序处理；当废水COD≤5000时，直接利用低流速段反应工序处理；
高流速段反应工序包括将废水与氧化剂混合后进行光催化氧化处理，废水的流速为平均雷诺数（Re）4000~8000的高流速，光强为50~200 mW/cm2；
低流速段反应工序包括将废水与氧化剂混合后，加入催化剂，进行光催化氧化处理，废水的流速为平均雷诺数（Re）1000~2000的低流速，光强为10~100 mW/cm2；
申请人研究发现，平均雷诺数4000~8000的高流速可增大传质，有效提升反应前期COD＞5000的废水的降解效率，但对于反应后期COD≤5000的废水，由于有机物含量的降低导致反应速率慢，增大传质并不能显著提升反应效率，此时更适合引入催化剂并在低流速下反应。
进一步地，上述高流速段反应工序中氧化剂包括双氧水、次氯酸、过硫酸盐中的一种或组合。
进一步地，当上述废水中主要污染物为醚类、醛类、醇类等小分子有机物时，高流速段反应工序中氧化剂包括双氧水、过硫酸盐中一种或其组合，双氧水形成的羟基自由基和过硫酸盐形成的硫酸根自由基均是氧化还原电位较高的自由基（E0分别为2.8V和2.6V），且均为非选择性自由基，在一些溶液中可相互转化，共同降解有机物。
进一步地，当上述废水中主要污染物为酰胺类、杂环类等含氮有机物时，高流速段反应工序中氧化剂包括过硫酸盐、次氯酸中的一种或组合，过硫酸盐形成的硫酸根自由基易与环状化合物发生电子转移而开环，而次氯酸形成的羟基自由基和氯自由基可将胺基降解为N2。
进一步地，上述低流速段反应工序中氧化剂包括双氧水、过氧乙酸中的一种或组合，利用其良好的反应选择性和抗共存基质干扰能力，提高其对低浓度有机物的去除效果，且没有芳香族产物累积，毒性削减效果好。
进一步地，上述低流速段反应工序中催化剂包括球状γ-Cu-Al2O3-Bi12O15Cl6催化剂、球状Mn2O3@N催化剂中的一种或组合，催化剂可参考公开号为CN111974423A、CN111841617A的发明专利。
进一步地，上述一种处理高浓度难降解有机废水的光催化氧化工艺还包括废水预处理工序，包括混凝沉淀、除油、pH调节预处理等，该预处理工序是本领域常规手段，可以根据废水选择其中一种或多种。
本申请还提供了一种处理高浓度难降解有机废水的光催化氧化反应装置，该装置包括依次通过管道连接的废水总进口、高流速段反应模块、低流速段反应模块和废水总出口，其中：
高流速段反应模块中包括多个串联连接的高流速段管式反应器，每个高流速段管式反应器包括一个进水口和一个或两个出水口，高流速段管式反应器包括沿着管道中心环形间隔设置的紫外灯管，采用串联模式能够增强反应传质，提高反应速率，适用于反应前期浓度较高时的废水处理；
低流速段反应模块包括多个并联连接的低流速段管式反应器，每个低流速段管式反应器包括一个进水口和一个出水口，低流速段管式反应器包括沿着管道中心环形间隔设置的紫外灯管，沿着管式反应器长度方向间隔设置的催化剂填料层组，每个催化剂填料层组两端设置有催化剂层间挡网，间隔设置的催化剂层组，便于有较大透光性。
进一步地，上述一种处理难降解有机废水的光催化氧化反应装置还包括氧化剂加药口，该氧化剂加药口与高流速段管式反应器、低流速段管式反应器的进水管道连接，将氧化剂与待处理废水混合后进入高流速段管式反应器、低流速段管式反应器。
进一步地，上述高流速段管式反应器还包括沿着管式反应器长度方向、在紫外灯管与内壁之间间隔设置的外环挡板，外环挡板与管式反应器内壁连接，废水流过挡板时，外侧环形区域流体由于外环挡板的阻碍会相应降低流速并向中间汇聚，因此外侧低光强区流速相对较小，内侧高光强区流速较大，使得各处废水接收到的紫外光照量与流速的比值相对均衡，合理分配径向流速，降解效率高，能源利用率高。
进一步地，上述催化剂填料层组包括3~10层催化剂填料层，催化剂填料层以催化剂层间挡网隔开。
进一步地，上述低流速段管式反应器还包括设置在管道中心的桨叶中心固定杆，桨叶中心固定杆上设置有与催化剂填料层组数量相对应的桨叶，沿着水流方向依次设置桨叶和催化剂填料层组，桨叶可随废水流动进行旋转，在低流速下可大大提高横向混合程度，强化氧化剂和废水的混合传质，增大催化剂和紫外光的利用率，适用于反应后期浓度较低的废水处理。
进一步地，上述紫外灯管周围设置有自清洗刷。
进一步地，紫外灯管两端设置有环型导轨，环形导轨固定在反应器侧面，内侧与紫外灯管接触，自清洗刷固定在环形导轨外侧，随着废水流动，自清洗刷可进行旋转，实时清洗灯管表面，极大降低了灯管结垢速率，减少检修维护频次。
进一步地，上述自清洗刷的材质为耐紫外光耐酸碱且质地较软的材料。更进一步地，自清洗刷的材质为加成型硅胶。
进一步地，上述高流速段反应模块中包括3~6个串联连接的高流速段管式反应器。更进一步地，上述高流速段反应模块中包括4个串联连接的高流速段管式反应器。
进一步地，上述低流速段反应模块中包括3~6个并联连接的低流速段管式反应器。更进一步地，上述低流速段反应模块中包括4个并联连接的低流速段管式反应器。
进一步地，上述桨叶固定杆、桨叶、催化剂层间挡网、外环挡板均为耐酸碱耐紫外的材料。更进一步地，上述材料为PTFE。
进一步地，上述一种处理高浓度难降解有机废水的光催化氧化反应装置还包括高流速段储罐和低流速段储罐，废水总进口与高流速段储罐连接，高流速段储罐通过高流速段循环进水管道与高流速段反应模块中第一个高流速段管式反应器的进水口连接，同时与高流速段反应模块中最后一个和/或倒数第二个高流速段管式反应器的出水口连接，可以实现废水在高流速段反应模块中循环处理；高流速段储罐通过低流速段储罐进水口与低流速段储罐连接，低流速段储罐分别与低流速段反应模块中每个低流速段管式反应器的进水口和出水口连接，实现废水在低流速段反应模块中循环处理，低流速段储罐与废水总出口连接。
进一步地，上述低流速段储罐还包括第二低流速段储罐进水口，用于直接处理COD≤5000的废水。
本申请还提供了上述一种处理高浓度难降解有机废水的光催化氧化反应装置在处理高浓度难降解有机废水中的应用。
进一步地，上述应用包括：
当废水COD＞5000时，废水通过废水总进口或高流速段循环进水管道与氧化剂混合后进入高流速段反应模块循环处理，废水的流速为平均雷诺数4000~8000的高流速，光强为50~200 mW/cm2；待废水COD≤5000后，将废水与氧化剂混合后输入低流速段反应模块循环处理，废水的流速为平均雷诺数1000~2000的较低流速，光强为10~100 mW/cm2；达到排放标准后通过废水总出口排出；
当废水COD≤5000时，将废水与氧化剂混合后输入低流速段反应模块循环处理，废水的流速为平均雷诺数1000~2000的较低流速，光强为10~100 mW/cm2；达到排放标准后通过废水总出口排出。
进一步地，上述应用中，高流速段反应模块循环处理中氧化剂包括双氧水、次氯酸、过硫酸盐中的一种或组合。
进一步地，上述应用中，当上述废水中主要污染物为醚类、醛类、醇类等小分子有机物时，高流速段反应工序中氧化剂包括双氧水、过硫酸盐中一种或其组合，双氧水形成的羟基自由基和过硫酸盐形成的硫酸根自由基均是氧化还原电位较高的自由基（E0分别为2.8V和2.6V），且均为非选择性自由基，在一些溶液中可相互转化，共同降解有机物。
进一步地，上述应用中，当上述废水中主要污染物为酰胺类、杂环类等含氮有机物时，高流速段反应工序中氧化剂包括过硫酸盐、次氯酸中的一种或组合，过硫酸盐形成的硫酸根自由基易与环状化合物发生电子转移而开环，而次氯酸形成的羟基自由基和氯自由基可将胺基降解为N2。
进一步地，上述应用中，低流速段反应模块处理中氧化剂包括双氧水、过氧乙酸中的一种或组合，利用其良好的反应选择性和抗共存基质干扰能力，提高其对低浓度有机物的去除效果，且没有芳香族产物累积，毒性削减效果好。
进一步地，上述应用中，低流速段反应模块处理中催化剂包括球状γ-Cu-Al2O3-Bi12O15Cl6催化剂、球状Mn2O3@N催化剂中的一种或组合，催化剂可参考公开号为CN111974423A、CN111841617A的发明专利。
3. 有益效果
本申请与现有技术相比，其有益效果在于：
（1）本申请提供的一种处理高浓度难降解有机废水的光催化氧化工艺，包括高流速段反应工序和/或低流速段反应工序，按照废水处理特性合理配置反应流速，对反应前期COD＞5000的废水，采用平均雷诺数4000~8000的高流速以增强反应传质，提高降解效率；对于反应后期COD≤5000的废水，依靠高流速并不能明显增强反应效率，使用可高效去除COD的催化剂配合平均雷诺数1000~2000的较低流速，可大大缩短反应时间，提高催化剂利用率，有机物去除率较常规光化学催化氧化工艺提高30%以上。
（2）本申请提供的一种处理高浓度难降解有机废水的光催化氧化工艺，根据废水中难降解有机污染物种类及浓度的差异，匹配光照强度及氧化剂，有机物浓度较高时采用高光强，加速有机物去除，缩短反应时间；有机物浓度降低至一定值时，采用较低光强，结合氧化剂和催化剂，提高氧化体系的选择性和抗干扰性，保障整体工艺对有机物的去除效果。
（3）本申请提供的一种处理高浓度难降解有机废水的光催化氧化反应装置，该装置包括高流速段反应模块和低流速段反应模块，高流速段反应模块中包括多个串联连接的高流速段管式反应器，采用串联模式能够增强反应传质，提高反应速率，适用于反应前期浓度较高时的废水处理；低流速段反应模块包括多个并联连接的低流速段管式反应器，低流速段管式反应器包括沿着管式反应器长度方向间隔设置的催化剂填料层组，每个催化剂填料层组两端设置有催化剂层间挡网，间隔设置的催化剂层组，便于有较大透光性。
（4）本申请提供的一种处理高浓度难降解有机废水的光催化氧化反应装置，高流速段管式反应器中设置外环挡板，使得高流速段管式反应器中各处废水流速与紫外光照强度相匹配，合理分配径向流速，降解效率高，能源利用率高。
（5）本申请提供的一种处理高浓度难降解有机废水的光催化氧化反应装置，低流速段管式反应器中沿着管式反应器长度方向间隔设置的催化剂填料层组，多层组合式填料，层间有缝隙，方便紫外光透过；同时使用1~5 mm小粒径球型催化剂颗粒，每层催化剂颗粒用网状材料隔开，防止催化剂堆积，可有效减小压降，并提高催化剂利用率。此外，在催化剂填料层组前设置有桨叶，实现流体的横向混合，使各处废水受到相同强度的紫外光照和相同在催化剂上的停留时间。
（6）本申请提供的一种处理高浓度难降解有机废水的光催化氧化反应装置，紫外灯管外配备环绕式自清洗刷，两端接有环型导轨，环形导轨固定在反应器侧面，内侧与紫外灯管接触，自清洗刷固定在环形导轨外侧，随着废水流动，自清洗刷可进行旋转，实时清洗灯管表面，极大降低了灯管结垢速率，减少检修维护频次。
（7）本申请提供的一种处理高浓度难降解有机废水的光催化氧化反应装置，可根据需要单独使用高流速段或低流速段反应器，提高了装置抗冲击能力，减少不必要的能耗。
（8）本申请提供的一种处理高浓度难降解有机废水的光催化氧化反应装置，催化剂材料为自制双反应活性中心催化剂，促使有机污染物被迅速降解，同时还可迅速还原氧化剂生成大量强氧化性自由基，显著提高COD去除效率。
附图说明
图1是本发明中一种处理难降解有机废水的光催化氧化反应装置的结构示意图。
图2是本发明中高流速段管式反应器中外环挡板截面图。
图3是本发明中低流速段管式反应器中桨叶处截面图。
图4是本发明中低流速段管式反应器中催化剂填料处截面图。
图5是本发明中高流速段管式反应器中连接自清洗刷的环形导轨截面图。
其中：1-废水总进口、2-进水阀门、3-高流速段储罐、4-高流速段循环进水管道、5-离心泵、6-阀门、7-流量计、8-管道混合器、9-氧化剂加药口、10-紫外灯密封件、11-紫外灯管、12-外环挡板、13-自清洗刷、14-环型轨道、15-反应器壁、16-法兰、17-高流速段回流管Ⅰ、18-高流速段回流管Ⅱ、19-放空阀、20-低流速段储罐进水管Ⅰ、21-低流速段储罐进水管Ⅱ、22-低流速段储罐、23-低流速段循环进水管道、24-桨叶中心固定杆、25-桨叶、26-催化剂填料层、27-催化剂层间挡网、28-低流速段回流管、29-出水阀门、30-废水总出口。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本申请进一步进行描述。
需要说明的是，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”等用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本申请可实施的范畴。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同；本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
如本文所使用，术语“约”用于提供与给定术语、度量或值相关联的灵活性和不精确性。本领域技术人员可以容易地确定具体变量的灵活性程度。
如本文所使用，术语“......中的至少一个”旨在与“......中的一个或多个”同义。例如，“A、B和C中的至少一个”明确包括仅A、仅B、仅C以及它们各自的组合。
浓度、量和其他数值数据可以在本文中以范围格式呈现。应当理解，这样的范围格式仅是为了方便和简洁而使用，并且应当灵活地解释为不仅包括明确叙述为范围极限的数值，而且还包括涵盖在所述范围内的所有单独的数值或子范围，就如同每个数值和子范围都被明确叙述一样。例如，约1至约4.5的数值范围应当被解释为不仅包括明确叙述的1至约4.5的极限值，而且还包括单独的数字（诸如2、3、4）和子范围（诸如1至3、2至4等）。相同的原理适用于仅叙述一个数值的范围，诸如“小于约4.5”，应当将其解释为包括所有上述的值和范围。此外，无论所描述的范围或特征的广度如何，都应当适用这种解释。
在本发明的描述中，需要说明的是，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，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制，例如可根据实际需求配置装置内单段反应器数量及紫外灯管数量，而不仅限于附图中出现的数量等。
以上，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何在本申请揭露的技术范围内的变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以权利要求的保护范围为准。
实施例1
本实施例提供一种处理高浓度难降解有机废水的光催化氧化反应装置，
如图1-5所示，包括：
通过管道依次连接的废水总进口1、高流速段储罐3、高流速段反应模块、低流速段储罐22、低流速段反应模块和废水总出口30；高流速段反应模块中包括4个串联连接的高流速段管式反应器，采用串联模式能够增强反应传质，提高反应速率，适用于反应前期浓度较高时的废水处理；低流速段反应模块包括4个并联连接的低流速段管式反应器；
高流速段管式反应器包括一个进水口和一个或两个出水口；沿着管道中心环形间隔设置3个紫外灯管11，紫外灯管11通过紫外灯密封件10与高流速段管式反应器连接；紫外灯管11周围设置有自清洗刷13，自清洗刷13与紫外灯管11接触，能够显著减少灯管维护频率；紫外灯管11两端设置有环型导轨14，环形导轨14固定在反应器侧面，内侧与紫外灯管11接触，自清洗刷13固定在环形导轨外侧，随着废水流动，自清洗刷可进行旋转，实时清洗灯管表面，极大降低了灯管结垢速率，减少检修维护频次；高流速段管式反应器还沿着管式反应器长度方向、在紫外灯管11与内壁之间间隔设置的外环挡板12，外环挡板12与管式反应器内壁连接，废水流过挡板时，外侧环形区域流体由于外环挡板的阻碍会相应降低流速并向中间汇聚，因此外侧低光强区流速相对较小，内侧高光强区流速较大，使得各处废水接收到的紫外光照量与流速的比值相对均衡，合理分配径向流速，降解效率高，能源利用率高；15为反应器壁；
低流速段管式反应器包括一个进水口和一个出水口；沿着管道中心环形间隔设置3个紫外灯管11，紫外灯管11通过紫外灯密封件10与高流速段管式反应器连接；紫外灯管11周围设置有自清洗刷13，自清洗刷13与紫外灯管11接触，能够显著减少灯管维护频率；紫外灯管11两端设置有环型导轨14，环形导轨14固定在反应器侧面，内侧与紫外灯管11接触，自清洗刷13固定在环形导轨外侧，随着废水流动，自清洗刷可进行旋转，实时清洗灯管表面，极大降低了灯管结垢速率，减少检修维护频次；低流速段管式反应器沿着管式反应器长度方向间隔设置10个催化剂填料层组，每个催化剂填料层组两端设置有催化剂层间挡网27，催化剂填料层组包括3层催化剂填料层26，催化剂填料层26以催化剂层间挡网27隔开，间隔设置的催化剂层组，便于有较大透光性；低流速段管式反应器还包括设置在管道中心的桨叶中心固定杆24，桨叶中心固定杆24上设置有与催化剂填料层组数量相对应的桨叶25，沿着水流方向依次设置桨叶25和催化剂填料层组，桨叶25可随废水流动进行旋转，在低流速下可大大提高横向混合程度，强化氧化剂和废水的混合传质，增大催化剂和紫外光的利用率，适用于反应后期浓度较低的废水处理；
废水总进口1与高流速段储罐3之间设置有进水阀门2；高流速段储罐3与离心泵5连接后经高流速段循环进水管道4与管道混合器8连接，流速段循环进水管道4上设置有阀门6、流量计7；管道混合器8与氧化剂加药口9连接，管道混合器8的另一端与第1个高流速段管式反应器的进水口连接，第1个高流速段管式反应器的出水口通过管道混合器8与第2个高流速段管式反应器的进水口连接，管道混合器8两端通过法兰与出水口、进水口连接，第2个高流速段管式反应器的出水口通过管道混合器8与第3个高流速段管式反应器的进水口连接，第3个高流速段管式反应器包括两个出水口，分别通过管道混合器8与第4个高流速段管式反应器的进水口连接和通过高流速段回流管Ⅰ 17与高流速段储罐3连接；第4个高流速段管式反应器的出水口通过高流速段回流管Ⅰ 18与高流速段储罐3连接；高流速段储罐3还设置有放空阀19；
高流速段储罐3通过低流速段储罐进水管Ⅰ 20与低流速段储罐22连接，低流速段储罐22与离心泵5连接后经低流速段循环进水管道23与管道混合器8连接，低流速段循环进水管道23上设置有阀门6、流量计7；管道混合器8与氧化剂加药口9连接，管道混合器8的另一端与并联的4个低流速段管式反应器的进水口连接；4个低流速段管式反应器的出水口通过低流速段回流管28与低流速段储罐22连接；
低流速段储罐22与废水总出口之间还设置出水阀门29。
在实施例中，低流速段储罐22还设置有低流速段储罐进水管Ⅱ 21，可以单独用于处理COD≤5000的废水。
实施例2
本实施例提供一种处理高浓度难降解有机废水的光催化氧化工艺，使用实施例1所述的一种处理高浓度难降解有机废水的光催化氧化反应装置，处理COD约为10000 mg/L的葡萄糖模拟废水，包括以下步骤：
（1）高流速段反应工序：废水经废水总进口1进入高流速段储罐3，通过管道混合器8与双氧水混合后进入高流速段管式反应器内进行氧化反应，高流速段管式反应器内间隔设置外环挡板12，高流速段管式反应器内光强为150 mW/cm2，调整流速使管内Re=5000，再通过高流速段回流管Ⅰ 17和Ⅱ 18进入高流速段储罐3、并再次进入高流速段管式反应器进行循环反应，60 min后废水排出高流速段反应模块，得到高流速段出水；
（2）低流速段反应工序：高流速段出水导入低流速段储罐22，通过管道混合器8与过氧乙酸混合后进入低流速段管式反应器内进行氧化反应，采用球状γ-Cu-Al2O3-Bi12O15Cl6为催化剂填料，设置管式反应器内光强为50 mW/cm2，调整流速使管内Re=1500，在紫外光、催化剂、氧化剂的共同作用下进行循环反应，60 min后排出废水，得到处理后出水。
各阶段COD含量如下表所示。
实施例3
本实施例提供一种处理高浓度难降解有机废水的光催化氧化工艺，具体参考实施例2，不同之处在于：
高流速段反应工序中，废水的流速为平均雷诺数4000的高流速，光强为50 mW/cm2；氧化剂为次氯酸；
低流速段反应工序，废水的流速为平均雷诺数1000的低流速，光强为10 mW/cm2，氧化剂为双氧水，采用球状Mn2O3@N催化剂。
实施例4
本实施例提供一种处理高浓度难降解有机废水的光催化氧化工艺，具体参考实施例2，不同之处在于：
高流速段反应工序中，废水的流速为平均雷诺数8000的高流速，光强为200 mW/cm2；氧化剂为过硫酸盐；
低流速段反应工序，废水的流速为平均雷诺数2000的低流速，光强为100 mW/cm2，氧化剂为双氧水，采用球状Mn2O3@N催化剂。
对比例1
本对比例处理的废水与实施例2相同，参考实施例2，不同之处在于高流速段管式反应器内无外环挡板12。反应60 min后从高流速段排出废水，得到高流速段出水。
下表为高流速段管式反应器无外环挡板的光催化氧化反应装置用于处理葡萄糖模拟废水中高流速段的COD数据。
时间 0 min 60min
COD（mg/L） 10005 6102
对比例2
本对比例处理的废水与实施例2相同，参考实施例2，不同之处在于反应60 min后继续在高流速段反应60 min，得到高流速段出水。
下表为光催化氧化反应装置用于处理葡萄糖模拟废水中高流速段反应120 min的COD数据。
时间 0 min 60 min 120 min
COD（mg/L） 10005 4921 1857
对比例3
本对比例处理的废水为实施例2中步骤（1）得到高流速段出水，采用的处理步骤参考实施例2，不同之处在于低流速段在不采用催化剂的情况下进行氧化反应，反应60 min后排出废水，得到低流速段出水。
下表为低流速段管式反应器内催化剂不采用催化剂的光催化氧化反应装置用于处理葡萄糖模拟废水中低流速段的COD数据。

Claims (8)

1.一种处理高浓度难降解有机废水的光催化氧化工艺，其特征在于，所述工艺包括高流速段反应工序和低流速段反应工序，其中：
当废水COD＞5000时，废水通过高流速段反应工序处理至COD≤5000后进入低流速段反应工序处理；当废水COD≤5000时，直接利用低流速段反应工序处理；
高流速段反应工序包括将废水与氧化剂混合后进行光催化氧化处理，废水的流速为平均雷诺数4000~8000的高流速，光强为50~200 mW/cm2；
低流速段反应工序包括将废水与氧化剂混合后，加入催化剂，进行光催化氧化处理，废水的流速为平均雷诺数1000~2000的低流速，光强为10~100 mW/cm2；
所述工艺通过光催化氧化反应装置运行，
所述装置包括依次通过管道连接的废水总进口、高流速段反应模块、低流速段反应模块和废水总出口，其中：
高流速段反应模块中包括多个串联连接的高流速段管式反应器，高流速段管式反应器包括沿着管道中心环形间隔设置的紫外灯管；
低流速段反应模块包括多个并联连接的低流速段管式反应器，低流速段管式反应器包括沿着管道中心环形间隔设置的紫外灯管，沿着管式反应器长度方向间隔设置的催化剂填料层组，每个催化剂填料层组两端设置有催化剂层间挡网。
2.根据权利要求1所述的一种处理高浓度难降解有机废水的光催化氧化工艺，其特征在于，高流速段反应工序中氧化剂包括双氧水、次氯酸、过硫酸盐中的一种或组合；当废水中主要污染物为醚类、醛类、醇类小分子有机物时，高流速段反应工序中氧化剂包括双氧水、过硫酸盐中一种或其组合；当废水中主要污染物为酰胺类、杂环类含氮有机物时，高流速段反应工序中氧化剂包括过硫酸盐、次氯酸中的一种或组合。
3.根据权利要求1或2所述的一种处理高浓度难降解有机废水的光催化氧化工艺，其特征在于，低流速段反应工序中氧化剂包括双氧水、过氧乙酸中的一种或组合。
4.根据权利要求3所述的一种处理高浓度难降解有机废水的光催化氧化工艺，其特征在于，所述装置还包括氧化剂加药口，氧化剂加药口与高流速段管式反应器、低流速段管式反应器的进水管道连接。
5.根据权利要求4所述的一种处理高浓度难降解有机废水的光催化氧化工艺，其特征在于，所述高流速段管式反应器还包括沿着管式反应器长度方向、在紫外灯管与内壁之间间隔设置的外环挡板，外环挡板与管式反应器内壁连接。
6.根据权利要求5所述的一种处理高浓度难降解有机废水的光催化氧化工艺，其特征在于，所述催化剂填料层组包括3~10层催化剂填料层，催化剂填料层以催化剂层间挡网隔开。
7.根据权利要求6所述的一种处理高浓度难降解有机废水的光催化氧化工艺，其特征在于，所述低流速段管式反应器还包括设置在管道中心的桨叶中心固定杆，桨叶中心固定杆上设置有与催化剂填料层组数量相对应的桨叶，沿着水流方向依次设置桨叶和催化剂填料层组。
8.根据权利要求6或7所述的一种处理高浓度难降解有机废水的光催化氧化工艺，其特征在于，所述紫外灯管周围设置有自清洗刷，紫外灯管两端设置有环型导轨，环形导轨固定在反应器侧面，内侧与紫外灯管接触，自清洗刷固定在环形导轨外侧。
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