CN112777722A

CN112777722A - 一种高效催化臭氧深度处理污水方法及装置

Info

Publication number: CN112777722A
Application number: CN202110029148.8A
Authority: CN
Inventors: 熊威; 李想; 杨波; 吴雅琴; 张高旗; 李淑娜; 苗志伟
Original assignee: Hangzhou Water Treatment Technology Development Center Co Ltd
Current assignee: Hangzhou Water Treatment Technology Development Center Co Ltd
Priority date: 2021-01-11
Filing date: 2021-01-11
Publication date: 2021-05-11

Abstract

本发明属于污水处理领域，公开了一种微纳米臭氧系统耦合非均相催化深度处理污水方法及装置，该方法所用装置中包括臭氧发生器、微纳米曝气装置、混合罐、装填高效催化剂的反应塔，尾破装置，过氧化氢加药泵等设备，利用微纳臭氧混合系统将臭氧和污水在混合罐中混匀，然后根据实际情况加入过氧化氢，进入装填有高效催化剂的反应塔，在塔内气液固三相得到更充分的接触，发生高效的催化臭氧氧化效用；本发明解决了传统臭氧曝气工艺中臭氧溶解效率低，利用率低的缺点，具体的将微纳米臭氧混合系统，高效催化剂催化和过氧化氢增强臭氧技术进行结合，达到臭氧利用率高，处理效率高，环保节能的污水处理效果，具有较好的应用前景。

Description

一种高效催化臭氧深度处理污水方法及装置

技术领域

本发明属于污水的高级氧化处理技术领域，具体是指一种利用微纳米臭氧系统耦合非均相催化臭氧深度处理污水及装置。

背景技术

近年来，随着印染、煤化工、焦化、石油化工等行业发展，含有各种难降解有机物的废水引发很多生态问题，传统的生物化学技术很难处理这些废水中所含的难降解有机物，臭氧氧化工艺因其效率高、适用范围广、安全、高效、环保且操作简单等优点，近年来，在废水处理领域中得到了广泛的应用

在催化臭氧工艺中，臭氧被催化产生的羟基自由基，其具有氧化性强，广谱性，能够显著的增强污水的处理效果。然而，目前臭氧氧化技术在工程上普遍存在的问题是：(1)臭氧催化剂的催化活性差，催化剂流失严重；(2)臭氧投加量大，投资成本和运行成本偏高；(3)臭氧运行工艺及材料相关研究较少，使得臭氧效率低，催化剂稳定性差；(4)催化剂投加量大，使用寿命短等。

传统的催化臭氧氧化装置一般为简单的塔式结构，布水方式简单，曝气方式也相对单一，多采用砂芯，钛合金曝气头，射流器等，上述方法在工程应用中臭氧利用率极低，导致大量的臭氧通过气态和液态的形式流失而浪费，随之工程运维成本高昂且处理效果不佳。为了解决上述问题，提高臭氧的利用率从而进一步提升催化臭氧氧化系统的处理效果，微纳米曝气技术通过增大气液传质，提升臭氧溶解效果减少气态臭氧的损失，被逐渐运用到水处理市场中。

在众多基于臭氧生成羟基自由基的高级氧化技术中，过臭氧过程在其中也是很有名的，即过氧化氢和与臭氧结合，两者可以高效的生成羟基自由基，从而显著地提高污水的处理效果，已被大量的应用在实际臭氧工程中。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供一种利用微纳米臭氧系统耦合非均相催化臭氧深度处理污水的及装置。

本发明是通过下述技术方案来实现的：

一种高效催化臭氧深度处理污水方法，其特征在于，处理过程按下述步骤进行：

(1)将待处理污水在混合罐中进行臭氧预氧化，臭氧投加量为30—80mg/L，水的停留时间控制为10—200min；所述臭氧预氧化，是指污水在混合罐中先进行一定时间的预处理，臭氧与易降解的大分子反应，进行断链开环，形成难降解物质，降低后续非均相臭氧催化氧化系统处理负荷；

(2)将预氧化后的污水中加入过氧化氢药剂进行反应，过氧化氢加入量与污水后的体积比控制在0.01％—0.20％；

(3)充分混合过氧化氢的污水再进入反应塔进行催化反应，在反应塔中污水的停留时间控制在10—200min，反应结束后即可得到干净出水。

作为优选，上述一种高效催化臭氧深度处理污水方法的步骤中缓冲反应时，再串联一台微纳米曝气装置，对经臭氧预氧化的污水进行曝气处理。

作为优选，上述一种高效催化臭氧深度处理污水方法的步骤中加入过氧化氢药剂的污水，在反应塔内进行逆流反应，过氧化氢加入量与污水后的体积比控制在0.05％—0.10％。将混合罐中预氧化处理过的水自下而上均匀通入反应塔中，臭氧被特定的催化剂催化形成羟基自由基从而去除难降解污染物质；在预臭氧化后的水在通入反应塔之前通过加药泵加入一定含量的过氧化氢，过氧化氢与臭氧反应形成羟基自由基，有助于污染物质的去除效果；

作为优选，上述一种高效催化臭氧深度处理污水方法的步骤中催化反应的催化剂是以3-7mm尺寸的γ-Al₂O₃球或颗粒活性炭为载体负载铁锰复合氧化物的催化剂，铁/锰摩尔比1:1-1:20浸渍液中浸渍，通过200℃-500℃限氧煅烧后制得。在本申请的非均相催化系统，将混合罐中的污水泵入具有特定催化剂填充比的二级反应塔中中，混有臭氧的污水从下而上充分接触臭氧催化床；

作为优选，上述一种高效催化臭氧深度处理污水方法的步骤中反应塔体积与反应塔中催化反应的催化剂填充体积之比为1:0.3-1:0.8。

一种高效催化臭氧深度处理污水装置，其特征在于，污水进入混合罐，与混合罐串联一个微纳米曝气装置，在微纳米曝气装置上连接有臭氧发生器的出口；混合罐的出口与反应塔的进口连接，反应塔上连接有过氧化氢加药泵；混合罐和反应塔都与尾破装置连接，与尾破装置连接的出口分别位于混合罐和反应塔的顶部。尾破装置具有尾气处理能力，混合罐与反应塔中多余的臭氧进入臭氧尾破装置中处理掉；

作为优选，上述一种高效催化臭氧深度处理污水装置中反应塔由若干个串联组成，可以进一步提高处理能力与效率。

作为优选，上述一种高效催化臭氧深度处理污水装置中反应塔的进水口位于塔下部，反应塔的出水口位于塔上部。

在本申请中，微纳米臭氧混合系统，臭氧发生器产生的臭氧通入微纳米曝气装置，与从混合罐中抽入的污水充分混合，再打入混合罐③中，然后循环进行；

本发明上述方法采用的装置包括微纳米臭氧混合系统、非均相臭氧催化系统、过氧化氢增强系统及尾气处理系统。

有益效果：

与传统的臭氧工艺相比，本技术具有更加高效的优点。

通过微纳米曝气混合的形式，大大提高臭氧的传质效率和利用率，从而降低臭氧的投加量；使用预氧化和催化臭氧氧化两阶段设计，更符合有机物的降解路径，从而更加科学和高效的去除有机物；使用过氧化氢增强催化臭氧氧化，使得在一些高盐、难臭氧降解的水质也能取得良好的效果；使用自制的高效稳定的催化剂，通过合理的填充，最大化提高反应塔的柱效。

附图说明

图1本申请的装置结构示意图

1、臭氧发生器；2、微纳米曝气装置；3、混合罐；

4、过氧化氢加药泵；5、反应塔；6、尾破装置；

具体实施方式

下面将结合附图以及具体实施案例来详细说明本发明，在此本发明的示意性实施例以及说明用来解释本发明，但并不作为对本发明的限定。

如图1所示，一种高效催化臭氧深度处理污水装置，其中污水进水混合罐3，与混合罐3串联一个微纳米曝气装置2，在微纳米曝气装置2上连接有臭氧发生器1的出口；混合罐3的出口与反应塔5的进口连接，反应塔上连接有过氧化氢加药泵4；混合罐3和反应塔5都与尾破装置6连接，与尾破装置6连接的出口分别位于混合罐3和反应塔5的顶部。

设定泵流量从进水端以往混合罐3中泵水，开启微纳米曝气装置2和臭氧发生器1，使得污水和臭氧充分混合后再进入混合罐3中，进行循环，将混合罐3中的水以一定流量(与进水端泵入流量相同)打入反应塔5中反应，通过过氧化氢加药泵4对进入反应塔5的污水投加过氧化氢，二级反应柱的操作与之相同，多余的少量臭氧进入尾破装置6被分解成氧气。

在本装置中的处理污水方法是：

(1)将待处理污水在混合罐中进行臭氧预氧化，臭氧投加量为30—80mg/L，水的停留时间控制为10—200min；

实施例1

以某化工厂纳滤浓水Cl^-2312.7mg/L，COD 732mg/L，颜色深，偏黄，味道重,pH调节为9，进水流量90L/h,臭氧投加量为50mg/L,，混合罐3和反应塔5水力停留时间均为20min，使用催化剂γ-Al2O3负载铁锰臭氧催化剂，填充比为2:1，过氧化氢投加比例为0.040％，对出水进行取样测定，出水158mg/L，去除率为78.4％，且脱色效果明显，无异味。所述催化反应的催化剂是以3-7mm尺寸的γ-Al₂O₃球或颗粒活性炭为载体负载铁锰复合氧化物的催化剂，铁/锰摩尔比1:1-1:20浸渍液中浸渍，通过200℃-500℃限氧煅烧后制得。

操作步骤如下：

步骤1，开启进水泵，调节流量90L/h,待混合罐3中的水为30L的时候，开启微纳米气泡装置2和臭氧发生器1；

步骤2，紧接着开启1号反应塔5进水泵，调节流量90L/h，开启过氧化氢加药泵4投加过氧化氢(投加比例为0.040％)；

步骤3，待反应塔5到达出水位置时，开启2号反应塔5进水泵，调节流量90L/h，开启过氧化氢加药泵4投加过氧化氢(投加比例为0.040％)，按照实验计划取样。

实施例2

某化工厂水样以碱度为主，色度较高，呈浅黄色，536mg/L的COD，高含量的HCO₃ ^-/CO₃ ^-，pH调节为9，进水流量120L/h,臭氧投加量为35mg/L,，混合罐3和反应塔5水力停留时间均为25min，使用自制的催化剂γ-Al2O3负载铁锰臭氧催化剂，填充比为2:1，过氧化氢投加比例为0.040％，对出水进行取样测定，出水96mg/L，去除率为82.1％，且脱色效果明显。

步骤与上述实例1相同。

实施例3

某生化二级出水，电导约4.0ms/m，黄色，pH 7.2，COD 485mg/L，pH调节为9，进水流量90L/h,臭氧投加量为35mg/L,混合罐3和反应塔5水力停留时间均为20min，使用自制的催化剂γ-Al₂O₃负载铁锰臭氧催化剂，填充比为2:1，过氧化氢投加比例为0.010％，对出水进行取样测定，出水78mg/L，去除率为84％，且脱色效果明显。

Claims

1.一种高效催化臭氧深度处理污水方法，其特征在于，处理过程按下述步骤进行：

2.根据权利要求1所述的一种高效催化臭氧深度处理污水方法，其特征在于，步骤(1)中进行臭氧预氧化时，通过微纳米曝气装置与混合罐进行耦合，对待处理污水进行臭氧预氧化。

3.根据权利要求1所述的一种高效催化臭氧深度处理污水方法，其特征在于，步骤(2)中加入过氧化氢药剂的污水，在反应塔内进行逆流反应，过氧化氢加入量与污水后的体积比控制在0.05％—0.10％。

4.根据权利要求1所述的一种高效催化臭氧深度处理污水方法，其特征在于，步骤(3)中催化反应的催化剂是以3-7mm尺寸的γ-Al₂O₃球或颗粒活性炭为载体负载铁锰复合氧化物的催化剂，铁/锰摩尔比1:1-1:20浸渍液中浸渍，通过200℃-500℃限氧煅烧后制得。

5.根据权利要求1所述的一种高效催化臭氧深度处理污水方法，其特征在于，步骤(3)中反应塔体积与反应塔中催化反应的催化剂填充体积之比为1:0.3-1:0.8。

6.如权利要求1—5所述的一种高效催化臭氧深度处理污水装置，其特征在于，污水进入混合罐，与混合罐串联一个微纳米曝气装置，在微纳米曝气装置上连接有臭氧发生器的臭氧进口；混合罐的出口与反应塔的进口连接，在混合罐通往反应塔的管道上连接有过氧化氢加药泵；混合罐和反应塔的排气口都与尾破装置连接，与尾破装置连接的排气口分别位于混合罐和反应塔的顶部。

7.根据权利要求6所述的一种高效催化臭氧深度处理污水装置，其特征在于，反应塔由若干个串联组成。

8.根据权利要求6所述的一种高效催化臭氧深度处理污水装置，其特征在于，反应塔的进水口位于塔下部，反应塔的出水口位于塔上部。