CN202226738U

CN202226738U - 蜂窝陶瓷O3/TiO2循环流光催化氧化处理工业废水的装置

Info

Publication number: CN202226738U
Application number: CN2011203570757U
Authority: CN
Inventors: 张诗华; 郑俊; 尹军喜
Original assignee: Anhui University of Technology AHUT
Current assignee: Anhui University of Technology AHUT
Priority date: 2011-09-22
Filing date: 2011-09-22
Publication date: 2012-05-23
Anticipated expiration: 2021-09-22

Abstract

本实用新型公开了一种蜂窝陶瓷O₃/TiO₂循环流光催化氧化处理工业废水的装置，属于工业废水处理技术领域。该装置左右对称安装隔板，使得整个反应器分成臭氧催化氧化功能区I和光催化功能区II两部分；功能区I安装有砂芯微孔曝气器和承托板，砂芯微孔曝气器通过进气管与臭氧发生器相连，承托板上方堆放有蜂窝陶瓷填料；功能区II安装有支架、光催化板和紫外灯；两块光催化板呈对称式放置在承托板支架上；紫外灯悬置于功能区II的左右对称位置；进水管设置在功能区I的底端，出水管设置在功能区II的上端，排气管设置在反应器顶端。本装置能够提高光催化过程和臭氧传质的效率，大幅增加了紫外光和臭氧的利用率，是一种更加高效、实用的处理工业废水的装置。

Description

蜂窝陶瓷O3/TiO2循环流光催化氧化处理工业废水的装置

技术领域

本实用新型属于工业废水处理技术领域，特别涉及一种蜂窝陶瓷O₃/TiO₂循环流光催化氧化处理工业废水的装置。

背景技术

焦化废水是在煤制焦炭、煤气净化和焦化产品回收的过程中，产生的大量的以含酚类为主的高浓度有机废水。其成分非常复杂，包括多环芳香化合物，含氮、氧和硫杂环化合物，脂肪酸等，这些污染物如果未经处理或处理不当随废水外排，对水产及农作物都有极大危害，是公认的难处理工业废水，对人类的危害极其严重。据国内外相关文献表明，生物法依然是处理焦化废水主体的工艺。如A²/O活性污泥工艺，即A1厌氧段（酸化水解和厌氧分解有机物）-A2缺氧段（反硝化脱氮）-O好氧段（碳化硝化），或者把O好氧段分成两段即O1碳化段-O2硝化段。由于焦化废水中有许多有机物很难被降解，且微生物的生长繁殖易受各种因素的影响。因此，生物处理系统抗冲击能力较差，且其处理后尾水的色度、有机物、无机含氮化合物等指标无法达到国家排放标准。尤其是其中的有机物含量很高，成为水体污染严重污染源。因此，焦化废水生化后尾水的色度和有机物进一步降解尤为必要。焦化废水生化后尾水的水质指标范围如表1所示。

近年来，对臭氧氧化和以二氧化钛代表的光催化氧化技术各自在水处理领域的研究和应用获得广泛关注。然而在实际应用中，这两种氧化技术的单独使用存在明显的缺点。单独臭氧氧化的缺点包括臭氧的氧化具有很高的选择性，臭氧在水溶液的利用效率不高。因此，单独使用臭氧降解和矿化液相中全部有机污染物时，其投加量高、处理成本高；而以二氧化钛代表的光催化氧化技术同样存在反应效率低、光催化剂的使用寿命短以及污染物降解所需要的时间长等缺点；同时，传统的组合式高级氧化方法具有流程长、操作控制难度大以及运行管理复杂等缺点。

发明内容

针对现有技术存在的技术问题，本实用新型提供一种蜂窝陶瓷O₃/TiO₂循环流光催化氧化处理工业废水的装置。该装置能够高效去除难降解工业废水中各类污染物，特别是能够降解焦化废水生化后尾水中色度、有机物等污染物。

本实用新型所提供的蜂窝陶瓷O₃/TiO₂循环流光催化氧化处理工业废水的装置具体结构如下：装置内左右对称位置安装隔板16，使得整个反应器分成臭氧催化氧化功能区I和光催化功能区II两部分，且隔板16与反应器的上端和底部均留有空间；臭氧催化氧化功能区I安装有砂芯微孔曝气器13和承托板12，其分别放置在缓冲区8和与隔板16下端所在平面平齐的位置，砂芯微孔曝气器13通过进气管7与臭氧发生器15相连，承托板12上方堆放有蜂窝陶瓷填料11，其高度与隔板16上端所在的平面齐平；光催化功能区II安装有支架6、光催化板5和紫外灯3，支架6放置在与隔板16下端所在平面平齐的位置；两块光催化板5呈对称式放置在承托板支架6上，所述光催化板5分别固定于隔板16和功能区II内壁上；紫外灯3悬置于功能区II的左右对称位置，且放置在石英套管2内一并固定于反应器外壳9上；进水管14设置在功能区I的底端，出水管4设置在功能区II的上端；排气管1设置在反应器顶端。

所述光催化功能区II的光催化剂采用二氧化钛( TiO₂)、氧化锌(ZnO)、三氧化钨(WO₃)中的一种或两种混合。

所述蜂窝陶瓷填充层11是以蜂窝陶瓷作为载体，所述蜂窝陶瓷上负载金属氧化物作为催化剂；负载的金属氧化物是碱土金属、过渡金属或稀土金属的单组分或以上几种金属的多组分氧化物。

本实用新型根据循环流特点，利用臭氧及其混合气体曝气造成液相气含量不同而形成的压力差作为循环流的推动力，使得臭氧催化氧化和光催化两种方法成为一体化的处理单元。同时在臭氧催化氧化功能区，采用蜂窝陶瓷作为的催化剂（载体）；在光催化功能区，因循环流的作用而存在于液相中的部分臭氧，可作为电子受体预先吸附在光催化剂表面，进一步促进紫外光在光催化剂表面生成·OH、·O₂ ^-和·OOH等活性物质，使得有机物的去除速率大幅提高、光催化的处理时间大大缩短。因此，本实用新型中臭氧既是蜂窝陶瓷催化氧化体系中的反应物、光催化剂表面电子受体；又是提供一体化处理体系循环流的推动力，因而臭氧利用效率大幅提高。

为充分发挥臭氧氧化的效率，臭氧催化氧化功能区I填充所采用的蜂窝陶瓷材质为堇青石(2MgO·2Al₂O₃·5SiO₂)、钛酸铝(Al₂TiO₅)、莫来石(3Al₂O₃·2SiO₂)、刚玉(Al₂O₃)及其复合型；其外形为方块状或圆柱状，孔密度为100~600目/平方英寸，孔宽0.8~2.2mm,壁厚0.17~0.40mm；具有如下的特征：①吸附性强，促进臭氧吸附在其表面，有利于催化臭氧分解产生羟基自由基等氧化性物质，强化对有机污染物的去除；②蜂窝陶瓷的空隙率较高（65%~77%），蜂窝陶瓷间壁的贯穿上下表面的孔洞有利于臭氧和液体的流动，且可增加臭氧在液相中溶解，提高臭氧的利用率，降低处理成本；③蜂窝陶瓷具规整性强，能够形成上下贯穿的孔道，可减少液体的水阻，因此能够适用处理不同的水量和多种类型的废水；

在光催化功能区，由于存在少量的臭氧，可大大降低紫外光灯的能耗，进而大幅降低处理成本。本实用新型所采用的蜂窝陶瓷O₃/TiO₂循环流光催化氧化技术，与单纯采用光催化或臭氧光催化或其它高级氧化法相比，提高了光催化过程和臭氧传质的效率，大幅增加了紫外光和臭氧的利用率，是一种更加高效、实用的去除工业废水中有机污染物的装置。

附图说明

图: 本实用新型的结构示意图。

图中：1—排气管，2—石英套管，3—紫外灯，4—出水管，5—光催化板，6—支架，7—进气管，8—缓冲区，9—外壳，10—清水区，11—蜂窝陶瓷填充层，12—承托板，13—砂芯微孔曝气器，14—进水管，15—臭氧发生器，16—隔板。

具体实施方式

蜂窝陶瓷O₃/TiO₂循环流光催化氧化方法处理焦化废水生化后尾水。如图所示，焦化废水生化后尾水和臭氧分别由进水管14和砂芯微孔曝气器13通入功能区I底部的缓冲区8；经承托板12进入蜂窝陶瓷填充层11后到达功能区I的清水区10，接着混合液进入功能区II的清水区10；因循环流的作用，混合液再经功能区II主反应区到达其底部的缓冲区8，最后又到达功能区I底部的缓冲区8，进而完成一个循环周期，最终出水通过溢流经出水管4外排。在控制反应停留时间为20min时，臭氧投加量为8mg/L、16mg/L、24mg/L、32mg/L对应的去除效果见表2。

据表2可知，单独采用光催化/臭氧氧化（光催化/O₃）的装置对水中 COD和色度的去除率只有28.2-40.3% 和30.2-38.8%，而采用本实用新型所述的蜂窝陶瓷O_3/TiO₂循环流光催化氧化深度处理废水的装置(循环流O₃ /光催化+CH)时，对COD和色度的去除率则分别达到57.2%和58.4%（臭氧投加量为8mg/L）、68.7%和64.3%（臭氧投加量为16mg/L）、76.6%和72.4%（臭氧投加量为24mg/L）、80.4%和81.2%（臭氧投加量为32mg/L），对COD和色度的去除率增加了2倍左右。

注：循环流O₃ /光催化+CH — 蜂窝陶瓷O₃/TiO₂循环流光催化氧化（ceramic honeycomb）

Claims

1.一种蜂窝陶瓷O₃/TiO₂循环流光催化氧化处理工业废水的装置，其特征在于：该装置内左右对称位置安装隔板(16)，使得整个反应器分成臭氧催化氧化功能区（I）和光催化功能区(II)两部分，且隔板(16)与反应器的上端和底部均留有空间；臭氧催化氧化功能区（I）安装有砂芯微孔曝气器（13）和承托板（12），其分别放置在缓冲区（8）和与隔板(16)下端所在平面平齐的位置，砂芯微孔曝气器（13）通过进气管（7）与臭氧发生器(15)相连，承托板（12）上方堆放有蜂窝陶瓷填料（11），其高度与隔板(16)上端所在的平面齐平；光催化功能区(II)安装有支架（6）、光催化板（5）和紫外灯（3），支架（6）放置在与隔板(16)下端所在平面平齐的位置；两块光催化板（5）呈对称式放置在承托板支架（6）上，所述光催化板（5）分别固定于隔板(16)和功能区(II)内壁上；紫外灯（3）悬置于功能区(II)的左右对称位置，且放置在石英套管（2）内一并固定于反应器外壳（9）上；进水管（14）设置在功能区（I）的底端，出水管（4）设置在功能区（II）的上端；排气管（1）设置在反应器顶端。