CN104743721B - 一种废水臭氧光催化深度处理装置、处理方法及其应用 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种臭氧光催化反应深度处理装置、处理方法及其应用。所述处理装置包括主反应器、第一动力部件、第二动力部件和尾气破坏器,其中主反应器内部设置有臭氧光催化反应器、膜分离装置和空气曝气装置;该处理方法首先将待处理废水通入臭氧光催化反应器,进行臭氧气体曝气,形成负压将主反应器内的催化剂溶液吸入臭氧光催化反应器进行混合和臭氧发生光催化反应,反应后混合液体通过主反应器中的膜分离装置分离出臭氧光催化剂和净化后的废水;被截留的催化剂悬浮物保留在主反应器中进行循环利用。本发明是一种一体化反应与分离装置,与现有光催化反应器相比,具有催化剂流态程度高,设备投资低,废水处理效果好等优点。

Description

一种废水臭氧光催化深度处理装置、处理方法及其应用
技术领域
本发明属于废水处理技术领域,具体涉及一种废水臭氧光催化深度处理装置、处理方法及其应用。
背景技术
由于高级氧化技术在处理有机污染物方面具有反应时间较短、反应过程易于控制、反应比较彻底等特点,目前已成为国内外研究的热点之一。各种高级氧化技术中,臭氧虽有极强的氧化性,但它的氧化活性却有很高的选择性,使得臭氧在水处理过程中很难彻底去除水中的TOC和COD。因此,为提高臭氧的氧化能力,国内外研究人员把臭氧氧化技术与光催化氧化技术相结合,不仅增强了光催化技术的氧化能力,并且降低了臭氧用量,节约成本,同时还扩大了处理范围。臭氧光催化剂对有机物具有广泛适用性,能显著提高废水的处理效率。
利用高级氧化反应降解水中有机污染物已逐渐由实验研究转向实际应用,目前高级氧化法的大规模应用急需解决反应器的问题,一般要求反应器具有结构简单、效率高、可长期稳定运行等优点。对于非均相光催化反应来说,还需要解决光催化剂固定化的设计。固定化光催化剂的接触表面积不如分散性催化剂,催化活性相对较差。对于分散性催化剂,其分离与回收是难点。通过膜分离分离催化剂是可行的方法,但是目前光催化工艺主要使用光催化与和膜分离分体式设计,膜分离使用陶瓷膜技术。由于陶瓷膜投资非常高,操作成本较高啊,特别是对纳米催化剂的分离通量低,膜污染严重,无法满足大规模水处理的需要。对于纳米催化剂浓度较高的光催化体系,陶瓷膜分离由于污染严重会造成通量极低而难以使用。
发明内容
针对上述问题,为了解决固定光催化剂催化活性差,分散性催化剂难以分离和回收,陶瓷膜技术成本高等问题,本发明提供了一种废水臭氧光催化深度处理装置、处理方法及其应用,将臭氧氧化和光催化两种深度处理技术耦合在同一反应器中,充分利用臭氧氧化和光催化两种氧化技术的特点,通过反应器的优化设计和处理工艺的耦合来解决上述问题,同时极大降低废水处理成本及设备投资成本。
为达此目的,本发明采用以下技术方案:
一种废水臭氧光催化深度处理装置,所述装置包括主反应器、第一动力部件、第二动力部件和尾气破坏器,其中主反应器内部设置有臭氧光催化反应器、膜分离装置和空气曝气装置,空气曝气装置置于膜分离器的下方,主反应器的尾气管与第一动力部件和尾气破坏器依次相连,膜分离装置的出水口与第二动力部件的入口相连。
优选地,所述空气曝气装置置于臭氧光催化反应器和膜分离装置的下方,其中需保证膜分离装置的下方安装空气曝气装置,空气曝气装置用于将膜分离装置分离出的臭氧光催化剂进行分散,以便臭氧光催化剂的循环利用。
优选地,所述第一动力部件为气体输送泵,其用于将主反应器中排出的尾气送入尾气破坏器中进行处理。
优选地,所述气体输送泵为风机和/或引风机。
优选地,所述第二动力部件为液体输送泵,其用于将膜装置分离净化出的液体泵出。
优选地,所述液体输送泵为真空泵和/或抽吸泵。
优选地,所述臭氧光催化反应器包括若干分割室、布水器和臭氧分布管,其中布水器位于分割室下方,臭氧分布管位于布水器下方,每个分割室内均安装紫外灯管。其中待处理液体通过布水器分布后进入每个分割室,臭氧通过臭氧分布管也进入分割室。
优选地,所述若干分割室中每个分割室均有出水口。
优选地,所述膜分离装置为浸没式中空纤维膜。
优选地,所述中空纤维膜的材质为聚丙烯或聚偏氟乙烯。
优选地,所述主反应器内装有催化剂溶液。
优选地,所述催化剂溶液中催化剂为臭氧光催化剂。
优选地,所述臭氧光催化剂为粉末状。
优选地,所述臭氧光催化剂的粒径为20~100nm,例如20nm、25nm、30nm、35nm、40nm、45nm、50nm、55nm、60nm、65nm、70nm、75nm、80nm、85nm、90nm、95nm或100nm等。
优选地,所述主反应器是密闭的。
优选地,所述主反应器顶部安装有呼吸阀,主反应器底部一侧有进水口和臭氧进气口,主反应器底部与进水口相对的一侧有过滤器,其中进水口与臭氧光催化反应器的布水器相连,臭氧进气口与臭氧光催化反应器的臭氧分布管相连,过滤器的出口与空气曝气装置进气口相连。
优选地,所述臭氧光催化反应器顶部位于主反应器内催化剂溶液液面下0.3~1m处,例如0.3m、0.4m、0.5m、0.6m、0.7m、0.8m、0.9m或1m等。
优选地,膜分离装置顶部位于主反应器内催化剂溶液液面下0.5~1.5m处,例如0.5m、0.6m、0.7m、0.8m、0.9m、1.0m、1.1m、1.2m、1.3m、1.4m或1.5m等。
以上所述的处理装置的处理方法,所述方法包括以下步骤:待处理液体从进水口进入臭氧光催化反应器,经布水器分布后进入分割室,臭氧气体经臭氧进气口进入臭氧分布管进行曝气,产生负压将催化剂溶液吸入臭氧光催化反应器与待处理液体混合并发生臭氧光催化反应;反应后的液体进入主反应器,并由膜装置分离进行分离,分离出臭氧光催化剂和净化后的液体,净化后的液体经第二动力部件流出,分离出的臭氧光催化剂留在主反应器中并由空气曝气装置进行分散。所述分离出的臭氧光催化剂留在主反应器中并由空气曝气装置进行分散可以使臭氧光催化剂得到循环利用,继续参与臭氧光催化反应。
优选地,所述待处理液体的流速为1~4m/s,例如1m/s、1.5m/s、2m/s、2.5m/s、3m/s、3.5m/s或4m/s等。
以上所述的处理装置的用途,其应用于废水处理领域。
与现有技术相比,本发明具有以下有益效果:
本发明是一种一体化反应与分离装置,通过将臭氧氧化技术、紫外光催化技术与超滤膜技术相耦合,实现臭氧光催化和超滤膜分离的多功能作用。通过浸没式有机膜的使用,大幅度降低投资成本,结合底部高强度曝气冲刷膜表面降低膜污染,使其能适应于高浓度纳米催化剂场合,保证低操作压力下维持较高的膜通量,同时分散催化剂,并通过臭氧化气体载动溶液进行流态化的臭氧光催化反应获得非常高的臭氧光催化活性。臭氧与光催化联合使用的协同效果显著大于二者单一使用的去除效果,使污染物的去除率提高到了73%以上,与常规处理工艺相比,对废水中COD的去除率至少增加60%以上。该装置可以有效缓解浓缩液二次污染,同时解决臭氧光催化氧化技术中催化剂流失和回收的问题,使催化剂的利用率达到了70%以上。与现有光催化反应器相比,催化剂处于流态化,处理效果好,投资低。
附图说明
图1是本发明提供的废水臭氧光催化深度处理装置示意图;
其中,1-主反应器,2-臭氧催化反应器,3-膜分离装置,4-空气曝气装置,5-分割室,6-紫外灯管,7-布水器,8-臭氧分布管,9-进水口,10-臭氧进气口,11-尾气破坏器,12-第一动力部件,13-第二动力部件,14-尾气管,15-过滤器,16-呼吸阀。
具体实施方式
下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。但下述的实例仅仅是本发明的简易例子,并不代表或限制本发明的权利保护范围,本发明的保护范围以权利要求书为准。
图1是本发明提供的废水臭氧光催化深度处理装置示意图。
实施例1:印染废水的处理
将经过前置过滤的印染废水(水质分析见表1)通入臭氧光催化反应器2中,所述的臭氧光催化反应器2顶部出水口在主反应器1内部液位下面0.3m,臭氧光催化反应器2内部具有分割室5结构,每个分割室5内安装有紫外灯管6,印染废水通过布水器7分布后进入每个分割室5,流速为1m/s,布水器7下部安装臭氧分布管8,通过臭氧气体曝气,形成负压将主反应器1的催化剂溶液吸入臭氧光催化反应器2进行混合和臭氧光催化反应。
反应后的混合液体进入浸没式中空纤维膜3进行分离,分离出臭氧光催化剂和净化后的废水,所述的浸没式中空纤维膜3材质为聚丙烯,其顶部在主反应器1内部液位下面0.5m,下部安装空气曝气装置4,通过负压泵13抽吸出水;被浸没式中空纤维膜3截留的催化剂悬浮物保留在主反应器1中,并通过空气曝气装置4进行分散,然后经臭氧曝气载入臭氧光催化反应器2。
为了与本发明所提供的装置的处理效果进行对比,对印染废水分别采用O3催化,UV催化和UV/O3催化进行处理,所述印染废水的处理结果见表2。
表1:印染废水水质分析
水质指标 分析结果
pH 7.7-8.8
电导率 950-1380μs/cm
TOC 65.8-80.2mg/L
COD 190-240mg/L
表2:印染废水的处理结果
从表2中可以看出,O3催化、UV催化和UV/O3催化对废水COD的去除率分别为26%、15%、36%,而当臭氧催化氧化技术、紫外光催化技术与超滤膜过滤技术相耦合时,对废水COD的去除率达到73%。与常规处理工艺相比,对废水中COD的去除率至少增加70%。
实施例2:有色金属冶炼废水的处理
将经过前置过滤的有色金属冶炼废水(水质分析见表3)通入臭氧光催化反应器2中,所述的臭氧光催化反应器2顶部出水口在主反应器1内部液位下面1m,臭氧光催化反应器2内部具有分割室5结构,每个分割室5内安装有紫外灯管6,有色金属冶炼废水通过布水器7分布后进入每个分割室5,流速为4m/s,布水器7下部安装臭氧分布管8,通过臭氧气体曝气,形成负压将主反应器1的催化剂溶液吸入臭氧光催化反应器2进行混合和臭氧光催化反应。
反应后的混合液体进入浸没式中空纤维膜3进行分离,分离出臭氧光催化剂和净化后的废水,所述的浸没式中空纤维膜3材质为聚偏氟乙烯,其顶部在主反应器1内部液位下面1.5m,下部安装空气曝气装置4,通过负压泵13抽吸出水;被浸没式中空纤维膜3截留的催化剂悬浮物保留在主反应器1中,并通过空气曝气装置4进行分散,然后经臭氧曝气载入臭氧光催化反应器2。
为了与本发明所提供的装置的处理效果进行对比,对有色金属冶炼废水分别采用O3催化,UV催化和UV/O3催化进行处理,所述有色金属冶炼废水的处理结果见表4。
表3:有色金属冶炼废水水质分析
水质指标 分析结果
pH 8.7-10.8
电导率 950-1380μs/cm
TOC 60.4-84.7mg/L
COD 180-250mg/L
表4:有色金属冶炼废水的处理结果
从表4中可以看出,O3催化、UV催化和UV/O3催化对废水COD的去除率分别为26.5%、33%、45%,而当臭氧催化氧化技术、紫外光催化技术与超滤膜过滤技术相耦合时,对废水COD的去除率达到74%。与常规处理工艺相比,对废水中COD的去除率至少增加60%。
实施例3:医药有机废水的处理
将经过前置过滤的医药有机废水(水质分析见表5)通入臭氧光催化反应器2中,所述的臭氧光催化反应器2顶部出水口在主反应器1内部液位下面0.5m,臭氧光催化反应器2内部具有分割室5结构,每个分割室5内安装有紫外灯管6,医药有机废水通过布水器7分布后进入每个分割室5,流速为2.5m/s,布水器7下部安装臭氧分布管8,通过臭氧气体曝气,形成负压将主反应器1的催化剂溶液吸入臭氧光催化反应器2进行混合和臭氧光催化反应。
反应后的混合液体进入浸没式中空纤维膜3进行分离,分离出臭氧光催化剂和净化后的废水,所述的浸没式中空纤维膜3材质为聚丙烯,其顶部在主反应器1内部液位下面1m,下部安装空气曝气装置4,通过负压泵13抽吸出水;被浸没式中空纤维膜3截留的催化剂悬浮物保留在主反应器1中,并通过空气曝气装置4进行分散,然后经臭氧曝气载入光催化反应器2。
为了与本发明所提供的装置的处理效果进行对比,对医药有机废水分别采用O3催化,UV催化和UV/O3催化进行处理,所述医药有机废水的处理结果见表6。
表5:医药有机废水水质分析
水质指标 分析结果
pH 6.8-7.2
电导率 1250-1560μs/cm
TOC 56.1-74.8mg/L
COD 170-230mg/L
表6:医药有机废水的处理结果
从表6中可以看出,O3催化、UV催化和UV/O3催化对废水COD的去除率分别为27%、21%、43%,而当臭氧催化氧化技术、紫外光催化技术与超滤膜过滤技术相耦合时,对废水COD的去除率达到79%,废水中COD的去除率是常规处理工艺的3倍。
从以上各实施例可以看出,本发明是一种一体化反应与分离装置,通过将臭氧氧化技术、紫外光催化技术与超滤膜技术相耦合,实现臭氧光催化和超滤膜分离的多功能作用,臭氧与光催化联合使用的协同效果显著大于二者单一使用的去除效果,使污染物的去除率提高到了73%以上,与常规处理工艺相比,对废水中COD的去除率至少增加60%以上。缓解了浓缩液二次污染,同时解决臭氧光催化氧化技术中催化剂流失和回收的问题。与现有光催化反应器相比,催化剂处于流态化,处理效果好,投资低。
申请人声明,本发明通过上述实施例来说明本发明的详细结构特征以及处理方法,但本发明并不局限于上述详细结构特征以及处理方法,即不意味着本发明必须依赖上述详细结构特征以及处理方法才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了,对本发明的任何改进,对本发明所选用部件的等效替换以及辅助部件的增加、具体方式的选择等,均落在本发明的保护范围和公开范围之内。

Claims (14)

1.一种废水臭氧光催化深度处理装置,其特征在于,所述装置包括主反应器(1)、第一动力部件(12)、第二动力部件(13)和尾气破坏器(11),其中主反应器(1)内部设置有臭氧光催化反应器(2)、膜分离装置(3)和空气曝气装置(4),空气曝气装置(4)置于膜分离装置(3)的下方,主反应器(1)的尾气管(14)与第一动力部件(12)和尾气破坏器(11)依次相连,膜分离装置(3)的出水口与第二动力部件(13)的入口相连;
所述臭氧光催化反应器(2)包括若干分割室(5)、布水器(7)和臭氧分布管(8),其中布水器(7)位于分割室(5)下方,臭氧分布管(8)位于布水器(7)下方,每个分割室(5)内均安装紫外灯管(6);
所述主反应器(1)内装有催化剂溶液;
所述催化剂溶液中催化剂为臭氧光催化剂;
所述若干分割室(5)中每个分割室均有出水口;
所述臭氧光催化反应器(2)顶部位于主反应器(1)内催化剂溶液液面下0.3~1m处;
膜分离装置(3)顶部位于主反应器(1)内催化剂溶液液面下0.5~1.5m处;
所述主反应器(1)是密闭的。
2.根据权利要求1所述的处理装置,其特征在于,所述空气曝气装置(4)置于臭氧光催化反应器(2)和膜分离装置(3)的下方。
3.根据权利要求1所述的处理装置,其特征在于,所述第一动力部件(12)为气体输送泵。
4.根据权利要求3所述的处理装置,其特征在于,所述气体输送泵为风机。
5.根据权利要求1所述的处理装置,其特征在于,所述第二动力部件(13)为液体输送泵。
6.根据权利要求5所述的处理装置,其特征在于,所述液体输送泵为真空泵。
7.根据权利要求1所述的处理装置,其特征在于,所述膜分离装置(3)为浸没式中空纤维膜。
8.根据权利要求7所述的处理装置,其特征在于,所述中空纤维膜的材质为聚丙烯或聚偏氟乙烯。
9.根据权利要求1所述的处理装置,其特征在于,所述臭氧光催化剂为粉末状。
10.根据权利要求9所述的处理装置,其特征在于,所述臭氧光催化剂的粒径为20~100nm。
11.根据权利要求1所述的处理装置,其特征在于,所述主反应器(1)顶部安装有呼吸阀(16),主反应器(1)底部一侧有进水口(9)和臭氧进气口(10),主反应器(1)底部与进水口(9)相对的一侧有过滤器(15),其中进水口(9)与布水器(7)相连,臭氧进气口(10)与臭氧分布管(8)相连,过滤器(15)的出口与空气曝气装置(4)进气口相连。
12.根据权利要求1所述的处理装置的处理方法,其特征在于,所述方法包括以下步骤:待处理液体从进水口(9)进入臭氧光催化反应器(2),经布水器(7)分布后进入分割室(5),臭氧气体经臭氧进气口(10)进入臭氧分布管(8)进行曝气,产生负压将催化剂溶液吸入臭氧光催化反应器(2)与待处理液体混合并发生臭氧光催化反应;反应后的液体进入主反应器(1),并由膜分离装置(3)进行分离,分离出臭氧光催化剂和净化后的液体,净化后的液体经第二动力部件(13)流出,分离出的臭氧光催化剂留在主反应器(1)中并由空气曝气装置(4)进行分散。
13.根据权利要求12所述的处理方法,其特征在于,所述待处理液体的流速为1~4m/s。
14.根据权利要求1-11任一项所述的处理装置的应用,其应用于废水处理领域。
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