CN1275876C - 含有过氧化氢的废水的处理装置 - Google Patents

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Abstract

本发明的含有过氧化氢的废水的处理装置，以向上流动的方式使含有过氧化氢的废水在反应塔(2)内流通。并且，配置在反应塔(2)内的催化剂沿上下方向被分割成多层，例如下部催化剂层(8)与上部催化剂层(14)的上下两层。另外，在反应塔(2)设有排气管(20)，使得至少最下方催化剂层所产生的氧气在不与位于最下方催化剂层上方的催化剂层接触的情况下排出到反应塔(2)之外。由此，可提高催化剂与过氧化氢的接触效率，并可谋求装置小型化、节省空间、降低设备费用。

Description

含有过氧化氢的废水的处理装置
技术领域
本发明涉及半导体制造的废液、清洗食品容器的废水等各种含有过氧化氢的废水的处理装置。
背景技术
由于过氧化氢具有优异的清洗和杀菌等效果，而且在反应后分解为氧气和水，因此，作为无污染药品，广泛用作制造工艺中的清洗剂和消毒剂。例如，在半导体装置的制造工厂，在各种工艺中，将过氧化氢用于晶片清洗等方面。
用于清洗、消毒的过氧化氢，在制造工序后被当作废液(含有过氧化氢的废水)排出。由于该废液具有消毒能力，变成COD的诱因物质，因此，最好不要直接排放到公用水域中。
目前，将采用亚硫酸钠等还原剂或过氧化物酶等酶进行的处理作为含有过氧化氢的废水的处理方法，但是这些方法具有药物用量多、操作成本高等问题。
此外，已知，还有采用活性碳、载体型锰催化剂、载体型铂催化剂等还原催化剂以还原过氧化氢的方法。废水中的过氧化氢通过与上述还原催化剂的接触而分解成氧气与水。利用这种采用还原催化剂的处理方法，便可控制并降低含有过氧化氢的废水的处理所需的操作成本。
尽管采用还原催化剂对含有过氧化氢的废水进行处理具有上述优点，但是这种处理与采用还原剂、酶的处理相比，却存在有可能使处理设备较大的问题。
发明内容
本发明提供一种采用可有效地执行处理的过氧化氢分解催化剂(还原催化剂)的，对含有过氧化氢的废水进行处理的装置。
本发明提供一种含有过氧化氢的废水的处理装置，其特征在于，在填充有过氧化氢分解催化剂的反应塔内，以向上流动式通入含有过氧化氢的废水，从而将过氧化氢分解为氧气和水，其中，配置在反应塔内的所述过氧化氢分解催化剂，沿上下方向被分割为许多层，同时，在反应塔内设有贯穿反应塔的上部催化剂支撑板和上部催化剂层的排气管，所述排气管的下端由支撑着未接触到所述气体的上方催化剂层的支撑板支撑，所述排气管的下端与设于所述支撑板上的排气口相连，所述排气管的上端开口于反应塔内的水面上，使得至少最下方催化剂层所产生的氧气在不与位于所述最下方催化剂层上方的催化剂层接触的情况下排出到反应塔外。
如本发明所述的含有过氧化氢的废水的处理装置，其特征在于，在反应塔内设有贯穿反应塔的上部催化剂支撑板和上部催化剂层的排气管，所述排气管的下端由支撑着未接触到所述气体的上方催化剂层的支撑板支撑，所述排气管的下端与设于所述支撑板上的排气口相连，所述排气管的上端开口于反应塔内的水面上，使得各催化剂层所产生的氧气，分别在不与位于其上方的催化剂层接触的情况下排出到反应塔外。
换言之，如本发明所述的含有过氧化氢的废水的处理装置，在反应塔内设有排气管，使得各催化剂层所产生的氧气，分别在不与位于其上方的催化剂层接触的情况下排出到反应塔外。
如本发明所述的含有过氧化氢的废水的处理装置，其特征在于，所述排气管的下端由支撑着未接触到所述气体的上方催化剂层的支撑板支撑。
如本发明所述的含有过氧化氢的废水的处理装置，其特征在于，所述排气管的下端与设于所述支撑板上的排气口相连。
如本发明所述的含有过氧化氢的废水的处理装置，其特征在于，所述排气管的上端开口于反应塔内的水面上。
如本发明所述的含有过氧化氢的废水的处理装置，其特征在于，在所述最下方催化剂层的上端与所述支撑板之间有空间，通过该空间，就可将产生于所述最下方催化剂层中的气体收集，并集中于所述排气管中。
如本发明所述的含有过氧化氢的废水的处理装置，其特征在于，所述支撑板上设有将源自下方的废水导向上方的催化剂层的集水口。
简言之，本发明涉及一种含有过氧化氢的废水的处理装置，它是在填充有过氧化氢分解催化剂的反应塔内，以向上流动式通入含有过氧化氢的废水，从而将过氧化氢分解为氧气和水。配置在反应塔内的上述过氧化氢分解催化剂，沿上下方向被分割成多层。而且，在反应塔内设有排气管，使得至少最下方催化剂层所产生的氧气不与位于该层上方的催化剂层接触，而直接排出到反应塔外。
这样就能有效地进行过氧化氢的分解。
附图说明
图1为本发明的含有过氧化氢的废水的处理装置某实施方式的概略图。
图2为图1所示装置的上层催化剂支撑板的平面示意图。
图3为实验例中所采用的实验装置A的概略图。
图4为实验例中所采用的实验装置B的概略图。
具体实施方式
首先，为完成本发明，本发明的发明人进行了下述①～④所述的研究。
①在利用催化剂的反应系统中，一般是通过提高催化剂与反应对象物(在本发明中为水中的过氧化氢)之间的接触效率，而提高反应效率，结果即有可能使装置小型化，并降低设备费用。
②另一方面，在采用还原催化剂的含有过氧化氢的废水的处理装置中，一般是在填充有催化剂的反应塔中，以向上流动式或向下流动式连续通入含有过氧化氢的废水，而从反应塔上部或下部得到处理水。但是，当将高浓度过氧化氢进行分解处理时，将产生大量氧气，这些氧气会变成气泡，并在填充层内导致阻塞，因此，从装置构造的简单性、系统的安全性观点出发，优选为较容易从反应塔上部排出气体的向上流动方式。
③但是，考虑到过氧化氢分解时所产生的氧气气泡将降低催化剂与过氧化氢间的接触效率，结果会降低处理装置的反应效率。所以，可以推测，尽管依先前所述理由，特别是当处理含有高浓度的过氧化氢的废水时，优选为采用向上流动式反应塔，但是，产生的氧气气泡在催化剂层内上升的过程中，气泡将妨碍催化剂与废水的接触。
④所以，本发明的发明人针对防止所产生的氧气气泡阻碍催化剂与过氧化氢接触的方法进行了研究。结果发现，在使含有过氧化氢的废水向上流动以进行处理的反应塔中，在反应塔内，沿上下方向分割成多层以配置催化剂，同时，使得下方催化剂层所产生的氧气在不与上方的催化剂层接触的情况下排出到反应塔外，由此使得上方催化剂层在不致受到下方催化剂层所产生氧气气泡的阻碍的情况下，使催化剂与过氧化氢发生接触，从而可提高反应塔中的过氧化氢的去除率。并且发现，此时通过将氧气排出管设置于反应塔内，可将催化剂层所产生的氧气气体顺畅排出。
本实施方式的装置是向填充有过氧化氢分解催化剂的反应塔内，以向上流动式通入过氧化氢废水，从而将过氧化氢分解为氧气与水的处理装置。而且，在反应塔内设有排气管，使得至少最下方催化剂层所产生的氧气在不与位于该层上方的催化剂层接触的情况下排出到反应塔外。
在此情况下，可适当决定到底将过氧化氢分解催化剂分割为多少层，但是通常为两层～四层，尤其以分割为两层为恰当。
并且，在本实施方式的处理装置中，由于最下方催化剂层所产生的氧气量最多，因此，尽管设有至少将最下方催化剂层所产生的氧气排出到反应塔外的排气管，但更优选的是，在反应塔内设置分别将各催化剂层中所产生的气体排出到反应塔外的排气管。
另外，利用排气管进行的氧气排放，只要在可有效防止所产生的氧气气泡阻碍上方催化剂层中催化剂与过氧化氢之间接触的程度下排出即可。所以，未必需要将催化剂层中所产生的气体全部排出，而也可部分排出。
在本实施方式中，过氧化氢分解催化剂的种类并无限定，只要可还原过氧化氢并使其分解为氧气与水即可。过氧化氢分解催化剂具体而言可举出例如：铂、钯、锰等金属催化剂，或活性碳等。此外，还可采用在由活性碳、氧化铝、氧化硅等构成的载体上载持铂、钯、锰等金属催化剂的方式。
另外，在本实施方式中，在沿上下方向被分割为多层而配置的各催化剂层的催化剂填充量，在考虑到废水中的过氧化氢浓度、废水的排水速度、作为目标的过氧化氢去除率等各种因素的情况下，可进行任意设定。此外，在各催化剂层中还可填充各种不同的催化剂。
以下，针对本发明实施方式，根据附图进行说明。
图1为本发明的含有过氧化氢的废水的处理装置的某种实施方式的概略图。在图1中，反应塔2呈例如圆筒状。原料水供应管4按照从外部插入反应塔2底部的形态而固定。在反应塔2底部，设有支撑砂砾层6，原料水供应管4便开口于此支撑砂砾层6内。在反应塔2内的支撑砂砾层6上，依序形成下部催化剂层8、上部催化剂支撑板10、支撑砂砾层12、上部催化剂层14。支撑砂砾层6、12分别支撑着下部催化剂层8、上部催化剂层14，并由比构成下部催化剂层8、上部催化剂层14的催化剂颗粒更大粒径的支撑材构成。
并且，在上部催化剂层14上方设置上端开放的L型处理水排放管16，并使反应塔2内的处理水(上清液)溢流排出。此外，在反应塔2的上端，设有用于排出内部气体的气体排放口18。而且，设有贯穿反应塔2的上部催化剂支撑板10、支撑砂砾层12、和上部催化剂层14的排气管20。此排气管20的下端部由上部催化剂支撑板10支撑，而上端部则由配置于反应塔2上部的排气管支撑体22所支撑。
其中，在支撑着支撑砂砾层12与上部催化剂层14的上部催化剂支撑板10上，设有如图2所示的八个集水口(收集网)24和四个排气口26，各排气口26分别连接着排气管20下端部。即，在图1中，虽仅标示了一条排气管20，但排气管20是与各排气口26相对应地设置，在本装置中，合计设有四条排气管20。此外，这些排气管20贯穿上部催化剂层14并在塔上端的处理水的水面30上方形成开口。即，排气管20上端延至处理水排放管16上端开口更上方的位置。另外，上部催化剂支撑板10配置在下部催化剂层8的上方，在下部催化剂层8与上部催化剂支撑板10之间，形成空间部32。
由此，在本装置中，便将催化剂层分为上下两层(下部催化剂层8与上部催化剂层14)而设置于反应塔2内，且设有绕过(bypass)上部催化剂层14的排气管20。
在这样的装置中，含有过氧化氢的废水28经由原料水供应管4而输送到反应塔2的下部。在反应塔2下部设有支撑砂砾层6。含有过氧化氢的废水在支撑砂砾层6内，弥漫于反应塔2内的所有底部区域。
如上所述，在反应塔2的中段设有上部催化剂层14的支撑板10，而在此支撑板10的下方，则形成空间部32，同时，在该支撑板10上，如上所述，设有用于收集由下部催化剂层8产生的氧气的排气口26。并且，排气口26连接延伸至较反应塔2上部的上部催化剂层14更上方的排气管20。所以，此排气管20便将下部催化剂层8中所产生的氧气中的一部分或全部从支撑板10的排气口26经由排气管20到达上部催化剂层14的上方，且在不致接触上部催化剂层14中的催化剂的情况下，便被排出到系统外。
并且，在反应塔中段的支撑板10上，设有不同于排气口26的用于将废水导向上部催化剂层14的集水口24，被去除了部分或全部生成气体的废水，经该集水口24而通到上部催化剂层14内，使废水中的过氧化氢进一步被还原分解。上部催化剂层14中产生的氧气依原样向上方排出。通过上部催化剂层14的废水，流至塔上部的水面30，并由处理水排放管16排出到反应塔2外。通过排气管20而被导向水面上方的源自下部催化剂层8的氧气、以及源自上部催化剂层14的氧气，由塔上部的气体排放口18排出到反应塔2外。
本装置是利用使含有过氧化氢的废水向上流动而进行处理的装置，它在反应塔内将催化剂沿上下方向分割为两层(下部催化剂层8与上部催化剂层14)以配置催化剂，同时，在两层之间形成空间部32，使下部催化剂层8中所产生的氧气，在不致接触到上部催化剂层14的情况下排出到反应塔2外。由此，在上部催化剂层14中，便不致受到下部催化剂层8所产生的氧气的阻碍，而使催化剂与过氧化氢发生接触，结果就能提高反应塔2的过氧化氢的去除率。
特别是由于本装置是利用使含有过氧化氢的废水向上流动而进行处理，因此，所产生的氧气便很容易由各催化剂层上方脱除。此外，在反应塔2内设有用于将所产生的氧气排出的排气管20。与将排气管20设于反应塔2外的情况相比，即，与将排气管20从外面连接在反应塔2的上部催化剂层14与下部催化剂层8之间的四周壁部处的情况相比，可更好地将下部催化剂层所产生的氧气排出到系统外。
另外，在本装置中，设置在支撑板10上的排气口26与集水口24的设置数量和设置场所，可在充分保持支撑板10的强度的范围内任意设定。由于在此情况下，排气管20中因气体的上升而产生扬水(air lift)效果，因此，为使支撑板下方的废水不致因扬水效果通过排气管到达上部水面，必须对配管管径进行设计。并且，集水口24较为合适的口径优选为小于催化剂的大小或设计成网孔状或梳齿状的筛网，以使上部催化剂层14的催化剂不致向下方掉落。
另外，还优选为使支撑板10的排气口26的下端开口位置位于比集水口24下端开口位置更上方的位置。支撑板10并非形成平板状，而被设定为朝向排气口26的朝向上方的形状(倒置漏斗形状)，或是安装沿集水口24周边向下方延伸的管状构件，由此，可使排气口26的下端位置位于比集水口24更靠下方的位置。
(实施例)
下面阐示实施例。
利用图3所示意性表示的实验装置A和图4所示意性表示的实验装置B，验证本发明的效果。即，准备A、B两种系列的同样形状的反应塔，用实验机A实施本实施方式的中段排气，而不用实验机B执行排气，除此之外，其它条件完全相同，由此，模拟含有过氧化氢的废水的通入。另外，在图3、4的实验机A与B中，42为反应塔，44为原料水供应管，46为下部催化剂层，48为上部催化剂支撑板，50为上部催化剂层，52为处理水排放管，54为连接着支撑板48的排气口的排气管(仅设置于实验机A)，56为形成于支撑板48上的集水口。并且，实验机A与B的规格如下所述。
实验机A
排气机构：有
排气机构规格
排气口：一个(支撑板中央，口径15mm)
实验机B
排气机构：无
实验机A与B的共同规格
反应塔塔径：70mm
所使用的过氧化氢分解催化剂：载体型锰催化剂
催化剂填充高度：上下各500mm
催化剂填充量：上下各192mL
集水口：六个(口径2mm)
通水量：770mL/hr、1540mL/hr、3080mL/hr
通水速度：SV＝2/hr、4/hr、8/hr
模拟废水：过氧化氢浓度：20,000mg/L(在纯水中溶解试剂过氧
化氢水溶液，并利用氢氧化钠水溶液调整为pH＝10.5)
经上述比较实验而得的各实验机的经过处理的过氧化氢浓度及过氧化氢去除率示于表1中。如表1所示，实验机A的经过处理的过氧化氢浓度及过氧化氢去除率均比实验机B在这些各通水条件下的数值高。即，可以确认，通过从反应塔中段导出到系统外面，以使由下部催化剂层所产生的氧气的一部分或全部不致到达上部催化剂层，由此，便可在同样的催化剂量和通水条件下，提高处理水的水质与过氧化氢的去除率。
表1
通水结果(过氧化氢测定下限：0.1mg/L)
 通水速度   经过处理的过氧化氢浓度   过氧化氢去除率
 实验机A(有排气)SV＝2(/hr)   0mg/L   100％
 实验机A(有排气)SV＝4(/hr) 0mg/L 100％
 实验机A(有排气)SV＝8(/hr) 5mg/L 99.98％
 实验机B(无排气)SV＝2(/hr) 22mg/L 99.89％
 实验机B(无排气)SV＝4(/hr) 79mg/L 99.61％
 实验机B(无排气)SV＝8(/hr) 520mg/L 97.40％
如上所述，本实施方式的含有过氧化氢的废水的处理装置，可提高过氧化氢分解催化剂与过氧化氢的接触效率，并可谋求装置的小型化、节省空间、降低设备费用的功效。

Claims (4)

1.一种含有过氧化氢的废水的处理装置，其特征在于，在填充有过氧化氢分解催化剂的反应塔内，以向上流动式通入含有过氧化氢的废水，从而将过氧化氢分解为氧气和水，其中，
配置在反应塔内的所述过氧化氢分解催化剂，沿上下方向被分割为许多层，同时，在反应塔内设有贯穿反应塔的上部催化剂支撑板和上部催化剂层的排气管，所述排气管的下端由支撑着未接触到所述气体的上方催化剂层的支撑板支撑，所述排气管的下端与设于所述支撑板上的排气口相连，所述排气管的上端开口于反应塔内的水面上，使得至少最下方催化剂层所产生的氧气在不与位于所述最下方催化剂层上方的催化剂层接触的情况下排出到反应塔外。
2.如权利要求1所述的含有过氧化氢的废水的处理装置，其特征在于，在反应塔内设有贯穿反应塔的上部催化剂支撑板和上部催化剂层的排气管，所述排气管的下端由支撑着未接触到所述气体的上方催化剂层的支撑板支撑，所述排气管的下端与设于所述支撑板上的排气口相连，所述排气管的上端开口于反应塔内的水面上，使得各催化剂层所产生的氧气，分别在不与位于其上方的催化剂层接触的情况下排出到反应塔外。
3.如权利要求2所述的含有过氧化氢的废水的处理装置，其特征在于，在所述最下方催化剂层的上端与所述支撑板之间有空间，通过该空间，就可将产生于所述最下方催化剂层中的气体收集，并集中于所述排气管中。
4.如权利要求2所述的含有过氧化氢的废水的处理装置，其特征在于，所述支撑板上设有将源自下方的废水导向上方的催化剂层的集水口。
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