CN105540728A - 一种污水复合催化氧化处理方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及废水处理领域，公开了一种污水复合催化氧化处理方法，包括同时进行的催化剂催化氧化步骤、光催化氧化步骤和臭氧氧化步骤；催化剂催化氧化步骤，将污水引入到填充有催化剂的催化氧化装置中，催化剂为钛、铜、锌、铁、镍或锰金属的单质或氧化物或上述物质的混合物；光催化氧化步骤，同时利用可见光和紫外光照射待处理污水；臭氧氧化步骤，向催化氧化装置中通入臭氧，臭氧通入量与污水流量之比为1～5:1。本发明采用复合催化氧化法处理污水，具有效率高、能耗低、二次污染小、能够适应水质、浓度、组分大幅度波动等优点。

Description

一种污水复合催化氧化处理方法

技术领域

本发明涉及废水处理领域，尤其涉及一种污水复合催化氧化处理方法。

背景技术

随着生产技术的变化和应用要求的复杂化，各种行业所产生的废水中，污染物的组分、浓度、色度、气味和毒性会发生非常大程度的变化，水质的复杂程度非常高。在这种大环境下，任何一种单一的污废水处理方式要得到具有普遍性的推广，其难度是可想而知的。从现代水处理技术的发展来看，复合型处理方法是必然的发展趋势，差别在于面向不同水质污废水所采用组合工艺及其特性参数各不相同。对于不同种类的废水，为了尽量避免对环境的二次污染，生物降解技术以及膜生物反应器是近年来污废水处理主要的发展方向。但是由于所面向污废水水质的复杂性，以及由于市场需求和主体生产工艺的周期或者拟周期性特征，由于这种周期或者拟周期本身的强烈变化，一般污废水的负荷都表现出较强的波动性，从而对微生物的降解能力和抗冲击负荷能力提出了较高的要求。

正是由于水质浓度、组分及波动性的特征，整体上来说如何提高对污染物质的降解效率，在低能耗、低污染和占地面积小的前提下，达成对污废水的高强度处理是水质处理技术必须具备的基本特征。鉴于生物处理技术/膜生物处理技术已成为污废水处理的发展主流，那么对于特性复杂的污废水，如何快速提升生物可降解性，必然是需要着力解决的问题。催化氧化方法是一种相对有效且稳定的方法，发展也相对成熟。从单一的催化氧化到复合型催化氧化技术，对不同种类污废水中污染物特性影响的研究文献已经非常丰富。

臭氧氧化方法以臭氧2.7V的氧化电势、与有机物反应速度快、原料易得、可就地产生、使用方便和不产生二次污染的特征，在污废水的处理中，得到较为广泛的应用。但是臭氧氧化方法的一个主要问题是臭氧本身的不稳定性，会导致臭氧氧化段运行时间长，处理效率低的问题。

光催化是氧化降解水中有机污染物的一种新方法，具有能耗低、操作简便、反应条件温和、反应范围广、可减少二次污染等优点。光催化方法存在的一个直观的问题是针对不同透光度的污废水，其光源有效辐射范围会发生较大的变化，或者说如何提升光源的辐射效率，是光催化方法的核心问题。另外对于光催化方法而言，其单独应用时，在处理高浓度工业废水方面存在适用性的问题，必须配合对应的氧化方法来建立相应的复合处理机制，以提升整个催化氧化的效率。

金属催化是氧化降解水中有机物的另一种主要的催化方法，金属催化剂能够促使水中臭氧分解，产生具有极强氧化性的自由基。但是该方法对应的问题在于存在二次污染的问题，按照总量守恒的原则，加入的金属催化剂都会产生对应的金属离子污染的问题。

因此，亟需一种降解效率高、能耗低、二次污染小、能够适应水质、浓度、组分大幅度波动的催化氧化处理方法。

发明内容

本发明针对现有技术中污水催化氧化处理存在降解效率低，能耗高、二次污染大，不能应对污水指标大幅度波动等一系列问题，提供了一种污水复合催化氧化处理方法。

为了解决上述技术问题，本发明通过下述技术方案得以解决：

一种污水复合催化氧化处理方法，包括同时进行的催化剂催化氧化步骤、光催化氧化步骤和臭氧氧化步骤：

催化剂催化氧化步骤：将污水引入到填充有催化剂的催化氧化装置中，催化剂为钛、铜、锌、铁、镍或锰金属的单质或氧化物或上述物质的混合物；

光催化氧化步骤：同时利用可见光和紫外光照射待处理污水；

臭氧氧化步骤：向催化氧化装置中通入臭氧，臭氧通入量与污水流量之比为1～5:1。

臭氧氧化具有氧化电势高、与有机物反应速度快、原料易得、可就地产生、使用方便和不产生二次污染的特点；金属催化剂一方面能够催化污水中有机物分解，另一方面，能够促使水中臭氧分解，产生具有极强氧化性的自由基；光催化氧化具有能耗低、操作简便、反应条件温和、反应范围广、二次污染小等特点。本发明的复合催化氧化包括同时进行的催化剂催化氧化、光催化氧化和臭氧氧化，充分发挥催化剂氧化、光催化氧化和臭氧催化氧化的协同效应，产生氧化电势极高的自由基，能够促进污水中有机物的分解，同时具有操作简便、二次污染小、适应范围广等优点，能够作为生物降解的预处理段或单独作为反应段。

作为优选，催化剂催化氧化步骤中，催化剂吸附或镶嵌或电镀或填充在板状填料表面，构成催化剂板，催化剂板与污水流动方向呈40°～65°角。催化剂板与污水呈一定角度，延长污水在催化氧化装置内的停留时间，且使得污水与催化剂充分接触，且对臭氧流动起到一定的扰流作用，使得催化剂和臭氧也能充分反应，生成高氧化电势的自由基，促使污水中有机物分解。

作为优选，光催化氧化步骤中，光源固定在板状填料表面，构成光源板，光源板与污水流动方向呈40°～65°角。光源固定在污水流动区域内，保证各个区域内污水的光照强度，保障催化效率。

作为优选，催化剂板和光源板平行且间隔排列。光源板和催化剂板间隔排列，光源的辐射效率高，针对不同透光度的污水起到很好的催化作用。

作为优选，臭氧氧化步骤中，臭氧的水力停留时间与污水的水力停留时间之比为0.5～3:1。臭氧在污水中的水力停留时间长，与污水接触充分，保证激发态的自由基能与污水中有机物充分反应，催化有机物降解。

作为优选，催化氧化装置带压运行，催化氧化装置内气压0.1～0.5Mpa。装置内保有一定压力，一方面，起到延长臭氧停留时间的作用，另一方面，降低催化氧化反应自由能，提高反应效率。

本发明由于采用了以上技术方案，具有显著的技术效果：

1)由于同时采用催化剂催化氧化、光催化氧化和臭氧催化氧化，发挥催化剂、光和臭氧的协同效应，对污水负荷的变化具有很高的适应性、抗冲击性，同时具有能耗低、操作简单、反应条件温和、二次污染小等优点；

2)由于待处理的污废水通常具有一定的浊度，这种浊度直接影响紫外光源的有效照射范围，从而影响光催化氧化效果，采用光源板，充分保障光源的有效照射范围，确保光催化反应区段内，有充足的光照和催化强度，另一方面起到扰流作用，对流体流动轨迹起到一定限定，延长废水在装置内的停留时间，确保反应催化氧化充分进行。

3)光源板和催化剂板与污水流动方向呈一定角度，对污水和臭氧都起到扰流作用，延长停留时间，保证催化氧化充分进行；同时，催化剂板和光源板按照一定的倾斜角度布置，起到斜板沉淀池中斜板的作用，有利于污泥快速沉淀。

附图说明

图1是本发明所采用的催化氧化装置的结构示意图。

附图中各数字标号所指代的部位名称如下：1—装置本体、2—固相出口、3—气相进口、4—液相进口、5—液相出口、6—光源板、7—催化剂板、8—折流挡板、13—气相出口、14—密封盖、15—气体浓度分析装置、16—电磁阀、17—气体储罐、18—回流管道。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本发明作进一步详细描述。

实施例1

如图1所示，为本发明所采用的催化氧化装置的结构示意图，包括装置本体1，装置本体1底部设有固相出口2和气相进口3，装置本体1顶部右侧设有液相进口4，左侧设有液相出口5，装置本体1内设有与装置本体1轴向平行的折流挡板8，折流挡板8的两侧均包括四块光源板6和五块催化剂板7，光源板6和催化剂板7依次相邻且平行排列，且与装置本体1的轴向呈40°夹角。光源板6上设有光源，光源包括可见光光源和紫外光光源，具体的排列顺序为：催化剂板、可见光光源板、催化剂板、紫外光光源板、催化剂板、可见光光源板、催化剂板、紫外光光源板、催化剂板。催化剂板7表面镶嵌有催化剂颗粒，催化剂为二氧化锰和氧化铜的混合物。

装置本体1顶部连有密封盖14，密封盖14上设有气相出口13。气相出口13内设有气体浓度分析装置15和电磁阀16。气相出口13外连有气体储罐17，气体储罐17又通过回流管道18与气相进口3相连。

一种污水复合催化氧化处理方法，如图1所示，包括同时进行的催化剂催化氧化步骤、光催化氧化步骤和臭氧氧化步骤。

装置处于带压运行状态，装置内压力为0.2Mpa，污水由装置本体1右侧的液相进口4流入装置本体1，自上往下流动，到达底部后折返由下往上流动，自装置本体1顶部左侧的液相出口5流出。臭氧由装置本体1底部的气相进口3进入，臭氧通入量与污水流量之比为2:1，被分布管道分散为微小的气泡由下往上流动。臭氧和污水在流动过程中，由于折流挡板8、光源板、催化剂板的限定扰流作用，在装置本体1内沿着限定的流道运动，臭氧的水力停留时间与污水的水力停留时间之比为1:1，致使污水中的氧化物在可见光、紫外光、臭氧和催化剂的协同作用下被降解，降解过程中产生的污泥沉淀到装置本体1底部，积累到一定量后通过固相出口2排出。未参与反应的臭氧集聚在装置本体1顶部，气体浓度分析装置15检测到臭氧浓度超过设定值后，控制电磁阀16打开，臭氧流动至气体储罐17，并通过与气体储罐17相连的回流管道18和气相进口3进入装置本体1再次反应。

实施例2

实施例2与实施例1相同，不同之处在于装置内压力为0.1Mpa，臭氧通入量与污水流量之比为1:1；臭氧的水力停留时间与污水的水力停留时间之比为3:1，折流挡板8的两侧均包括依次相邻且平行排列两块光源板6和两块催化剂板7，且光源板6和催化剂板7与装置本体1的轴向均呈65°夹角，具体的排列顺序为：紫外光光源板、催化剂板、可见光光源板、催化剂板；催化剂板上填充有催化剂颗粒，催化剂为镍和铁的混合物。

实施例3

实施例3与实施例1相同，不同之处在于装置内压力为0.3Mpa，臭氧通入量与污水流量之比为5:1，臭氧的水力停留时间与污水的水力停留时间之比为0.5:1，折流挡板8的两侧均包括依次相邻且平行排列的四块光源板6和三块催化剂板7，光源板6和催化剂板7与装置本体1的轴向均呈55°夹角，具体的排列顺序为：可见光光源板、催化剂板、紫外光光源板、催化剂板、可见光光源板、催化剂板、紫外光光源板；催化剂板表面电镀有催化剂，催化剂为锌。

实施例4

实施例4与实施例1相同，不同之处在于装置内压力为0.5Mpa，臭氧通入量与污水流量之比为4:1，臭氧的水力停留时间与污水的水力停留时间之比为2:1，催化剂为钛金属。

总之，以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所作的均等变化与修饰，皆应属本发明专利的涵盖范围。

Claims (6)

1.一种污水复合催化氧化处理方法，其特征在于，包括同时进行的催化剂催化氧化步骤、光催化氧化步骤和臭氧氧化步骤：

催化剂催化氧化步骤：将污水引入到填充有催化剂的催化氧化装置中，催化剂为钛、铜、锌、铁、镍或锰金属的单质或氧化物或上述物质的混合物；

光催化氧化步骤：同时利用可见光和紫外光照射待处理污水；

臭氧氧化步骤：向催化氧化装置中通入臭氧，臭氧通入量与污水流量之比为1～5:1。

2.根据权利要求1所述的一种污水复合催化氧化处理方法，其特征在于，催化剂催化氧化步骤中，催化剂吸附或镶嵌或电镀或填充在板状填料表面，构成催化剂板，催化剂板与污水流动方向呈40°～65°角。

3.根据权利要求1所述的一种污水复合催化氧化处理方法，其特征在于，光催化氧化步骤中，光源固定在板状填料表面，构成光源板，光源板与污水流动方向呈40°～65°角。

4.根据权利要求2或3所述的一种污水复合催化氧化处理方法，其特征在于，催化剂板和光源板平行且间隔排列。

5.根据权利要求1所述的一种污水复合催化氧化处理方法，其特征在于，臭氧氧化步骤中，臭氧的水力停留时间与污水的水力停留时间之比为0.5～3:1。

6.根据权利要求1所述的一种污水复合催化氧化处理方法，其特征在于，催化氧化装置带压运行，催化氧化装置内气压0.1～0.5Mpa。