专利名称：一种处理有机毒物废水的强化氧化工艺及装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种废水的处理工艺及装置，尤其涉及一种能同时处理多种有机 毒物废水的强化氧化工艺及装置，用于催化氧化工业难降解有机毒物。
技术背景随着我国经济的迅猛发展，环境问题也日益凸现，尤其是溶解性、高浓度、 高毒性、多组分、难降解复杂有机毒物的排放对环境影响尤为显著，会对周围环 境和人群产生突发性和持久性的影响。目前，我国化工厂的难降解有机毒物常用 的处理技术主要包括吸附、萃取、混凝沉淀、化学沉淀、膜分离、化学氧化法和 化学还原法等，后续处理多为生物法。但普通处理方法普遍存在处理效率低，时 间长，不能有效降解特征污染物，预处理出水不能达到后续生物处理的要求，导 致微生物的死亡，致使处理效率低下，不能达标排放等缺陷。所以寻找能处理溶 解性，高毒性，多组分、高浓度的复杂有机毒物体系的快速、高效处理技术是亟 需解决的关键问题。处理有机毒物的反应装置，普遍存在反应时间长，效果差，不能保证长时间 稳定运行。如普通吸附用固定床，不能满足高浓度有机废水高强度的处理要求， 如果浓度太高，很容易出现穿透现象，造成出水水质不稳定。微电解不仅反应效 率低，反应时间长，对入水pH要求高，并且经过一定时间的反应后，易出现填 料板结、出现沟流等缺点，导致效果下降。光催化氧化对入水的要求比较苛刻， 必须要低浓度、低浊度，并且反应时间较长， 一般都要2h以上。湿式氧化虽然 氧化效果较好，但是反应时间长，对设备要求太高，需要高温高压。序批式-膜 生物反应器不能处理高浓度、高毒性有机废水，易出现微生物死亡的现象，不能 处理此类废水。所以，处理能力强，无选择性，水力停留时间短，处理效果好， 且操作简单， 一次性投资小的水处理工艺及装置是未来水处理技术的发展方向。发明内容本发明所要解决的技术问题是为了改进现有技术反应时间长、效果差、运 行不稳定、对设备要求高等缺点，而提供一种能够快速、高效处理多组分有机毒 物并存的水处理工艺，本专利的另一目的还提供了上述水处理工艺的装置，该装
置结构紧凑、操作简便。本发明所采用的技术方案是 一种水处理装置，其特征在于该装置由能量发生器l、反应腔2、尾气收集装置3和入流泵4、 5、 6组成，反应腔2中内置反 应柱7，反应柱7上下有隔膜8，柱内装填催化剂C，催化剂C由反应柱3上部 的催化剂投加口 9加入，空气、含有机毒物的废水和氧化剂三种物质分别由入流 泵4、 5、 6进入布水器10，由布水器10混合均匀后进入反应柱7，处理后的出 水由尾气收集装置3的管道上的支流口 11排出，尾气进入尾气收集装置3，由 废气出口 12排出。其中所述的装置中，能量源l为外置式，由管道将能量引入反应腔，能量源 的功率连续可调，为0.8—40kW;反应腔2的材质为不锈钢或内衬不锈钢的腔 体，反应柱7材质为聚四氟乙烯或陶瓷材料，数量优选为2—20根，反应柱的管 径为2—60cm，柱长为20—200cm;隔膜8为不锈钢丝网，优选为1一10层。本发明还提供了采用上述装置的处理含有机毒物废水的强化氧化工艺，包括 如下步骤A. 先将催化剂由催化剂加入口9加入反应柱7中；B. 然后开启入流泵4、 5、 6，将含机毒物的废水、空气、氧化剂泵入布水 器IO,经过混合后进入反应柱7;C. 将催化剂入口9封闭，打开能量源，调节功率，进行反应；视催化剂的 消耗量，每隔一定时间将催化剂加入口9开启，补充催化剂，补充过程中反应可 以继续进行；D. 有机毒物废水由入流泵不断进入反应柱，调节流量，保证入流流体在反 应柱中有一定的水力停留时间，然后经不断泵入的流体的作用使处理后的废水从 出口 11排出。其中所述的催化剂由金属、金属氧化物或活性炭中的一种或多种组成，催化 剂的加入量与反应柱体积比为1:(1一10)，根据反应过程中催化剂的消耗量，对 催化剂进行补充，补充量和补充时间根据反应时间和反应功率而定， 一般补充量 为原始投加总量的1%—30%，补充时间为持续反应中每隔l一8h，由催化剂加 入口9加入；其中活性炭优选为颗粒活性炭，粒径为2—5mm，金属或金属氧化 物为机械加工厂中加工时剩下的废铁屑、废铜屑或废铝屑，粒径为0.5—3mm; 其中泵4提供的气体为空气，流量为0.1—10L/min，气体使填料呈流化或半流化
状态，氧化剂为二氧化氯或亚氯酸钠，投加量为溶解性有机毒物流体质量的0.1% 一5%，其中亚氯酸钠为粉末，二氧化氯浓度为2000—5000ppm;所述的能量源 由电能提供能源，功率为0.8 —40kW，此时催化剂被外加能量源激活，与氧化 剂、空气协同，对有机毒物进行降解，使其由大分子物质分解成小分子物质直至 完全矿化，含有机毒物废水的进水流量每分钟为反应柱体积的1/20—1/2,保证 入流流体在反应柱中水力停留时间为2—20min，连续操作，废气经过收集后从 废气出口12排放，收集液为氢氧化钠或废碱液，质量浓度为1%—30%。 有益效果本发明采用的能同时处理多种有机毒物的强化氧化工艺及装置与普通催化 氧化技术及装置相比，具有如下优点-1、 强化氧化技术具有成本低，投资省，适用范围广等优点。2、 反应时间短、反应效率高所采用的能量源能使多种极性有机物产生高速旋 转并发生碰撞，加剧分子活性，降低反应活化能和分子的化学键强度，外加能量 源与填料的协同作用能够大幅提高多种化学反应的速率，可将反应时间縮短到原需时间的1/10~1/1000，在温和条件下即能快速进行多种化学反应，反应时间短， 速度快；反应过程中会产生羟基自由基等活性基团，能有效降解多种特征污染物，反应彻底，无二次污染，能耗低。3、 水力负荷高，抗冲击力强水力负荷高，通过调节水力停留时间和能量强度，可以调节反应器的处理效果。4、 对入流流体水质要求低；对入流流体水质要求低，不需要较高透明度和一定酸度、盐分适用范围广，大部分水质条件下均能达到较好效果。5、 填料不易板结由于在使用过程中，流体由下而上进入反应柱，催化剂呈流 化态或半流化态，减少了普通固定床催化氧化中容易出现的填料板结的现象，延 长了催化剂使用寿命。6、 协同作用由于二氧化氯和亚氯酸钠也是强氧化剂，氧化效果显著，但是单 一使用仍需要较长氧化时间，利用外加能量、催化剂、空气三者和它的结合，有 显著的协同效应，缩短了反应时间，提高了处理效率。7、 特征污染物降解效率高、出水可生化性高对含苯环的有毒有机物，如硝基 苯，有很强的去除效果，能有效降解其毒性，为后续可生化性提供了可能。8、 反应器结构紧凑反应体系均在催化反应腔中。.9、操作简单通过控制流量和能量大小，即能控制反应的效果总之，本发明是一种具有结构简单和处理多组分有机毒物的水处理装置，同 时克服固定床催化氧化过程中容易结块、板结、效率不高的问题。
图1为一种同时处理多种有机毒物的强化氧化工艺及装置，其中1—能量 发生器，2—反应柱，3—尾气收集装置，4、 5、 6—泵，7—反应柱，8—隔膜，9 一催化剂入口， 10—布水器，U—废水出口， 12—废气出口， A—入流废水，B 一处理后出水，C一催化剂，D—废气，E—碱液具体实施方式
本发明提供一种快速、高效处理多组分有机毒物的装置。 下面结合实施实例及附图对本发明提供的装置及工艺作进一步说明。 实施例1水处理装置由能量发生器1、反应腔2、尾气收集装置3和入流泵4、 5、 6 组成，反应柱7内置于反应腔2中，反应柱7上下有隔膜8，柱内装填催化剂C， 催化剂C由反应柱3上部的催化剂投加口 9加入，反应柱下方入口 4、 5、 6分 别用于入流空气、有机毒物和氧化剂，经布水器10进入反应柱7，处理后的出 水由尾气收集装置3管道上的支流口 11排出，尾气进入尾气收集装置3，废气 由废气出口12排出。能量源l为外置式，能量源的功率连续可调，由管道将能 量引入反应腔，反应腔2的内衬为不锈钢的腔体，反应柱7材质为聚四氟乙烯， 数量为18根，柱径为5cm，柱长为180cm，隔膜4为不锈钢丝网，数量为2层。实施例2水处理装置由能量发生器1、反应腔2、尾气收集装置3和入流泵4、 5、 6 组成，反应柱7内置于反应腔2中，反应柱7上下有隔膜8，柱内装填催化剂C， 催化剂C由反应柱3上部的催化剂投加口 9加入，反应柱下方入口 4、 5、 6分 别用于入流空气、有机毒物和氧化剂，经布水器10进入反应柱7，处理后的出 水由尾气收集装置3管道上的支流口 11排出，尾气进入尾气收集装置3，废气 由废气出口12排出。能量源l为外置式，能量源的功率连续可调，由管道将能 量引入反应腔，反应腔2的材质为不锈钢，反应柱7材质为陶瓷，数量为4根， 柱径为30cm，隔膜4为不锈钢丝网，数量为8层。由催化剂加入口 9加入粒径为5mm的活性炭和粒径为3mm的废铜屑，两
者质量配比为l:l，总加入量为反应腔体积的1/3，加入后将入口9封闭。由入流 泵4、 5、 6分别加入空气、含有机毒物的废水A和二氧化氯，其中有机毒物废 水A为硝基苯浓度为400ppm的工厂废水，空气流量为5L/min，氧化剂二氧化 氯浓度为2000ppm，投加量为溶解性有机毒物流体质量的0.5%，经过布水器混 合均匀后，进入反应柱，打开外加能源，保持功率为10kW，保证水力停留时间 为5min，废水由泵6不断进入反应柱，处理后出水B由出水口 11排出，废气由 尾气收集装置3收集，装置里放置废碱液C，浓度为30%。持续上述过程，装置 运行4h效果稳定，硝基苯去除率达到98%以上，其中反应2h的时候补充原始催 化剂加入量的2%的催化剂，连续操作直至将需要处理的工业废水全部处理。 实施例3水处理装置由能量发生器1、反应腔2、尾气收集装置3和入流泵4、 5、 6 组成，反应柱7内置于反应腔2中，反应柱7上下有隔膜8，柱内装填催化剂C， 催化剂C由反应柱3上部的催化剂投加口 9加入，反应柱下方入口 4、 5、 6分 别用于入流空气、有机毒物和氧化剂，经布水器10进入反应柱7，处理后的出 水由尾气收集装置3管道上的支流口 11排出，尾气进入尾气收集装置3，废气 由废气出口12排出。能量源l为外置式，能量源的功率连续可调，由管道将能 量引入反应腔，反应腔2的材质为不锈钢，反应柱7材质为聚四氟乙烯数量为1 根，柱径为50mm，柱长为60cm，隔膜4为不锈钢丝网，数量为5层。由催化剂加入口 9加入粒径为2mm的活性炭，总加入量为反应腔体积的 4/5，加入后将入口9封闭。由入流泵4、 5、 6分别加入空气、含有机毒物的废 水A和亚氯酸钠，其中有机毒物废水A为硝基苯浓度为350ppm、苯氨浓度为 800ppm的工厂混合废水，空气流量为2L/min，亚氯酸钠投加量为流体质量的1%， 经过布水器混合均匀后，进入反应柱，打开外加能源，保持功率为lkW，保证 水力停留时间为15min，废水由泵6不断进入反应柱，处理后出水B由出水口 11排出，废气由尾气收集装置3收集，装置里放置废碱液C，浓度为10%。持 续上述过程，装置运行8h效果稳定，硝基苯去除率达到96%以上，苯氨去除率 达到85%以上，其中反应4h时，补充一次催化剂，补充量为原始加入量的"％， 连续操作直至将需要处理的工业废水全部处理。
权利要求
1.一种处理含有机毒物废水的强化氧化工艺装置，其特征在于该装置由能量发生器(1)、反应腔(2)、尾气收集装置(3)、布水器(10)和入流泵(4)、(5)、(6)组成，反应腔(2)中内置反应柱(7)，反应柱(7)上下有隔膜(8)，柱内装填催化剂C，催化剂C由反应柱(3)上部的催化剂投加口(9)加入，空气、含有机毒物的废水和氧化剂三种物质分别由入流泵(4)、(5)、(6)进入布水器(10)，由布水器(10)混合均匀后进入反应柱(7)，处理后的出水由尾气收集装置(3)的管道上的支流口(11)排出，尾气进入尾气收集装置(3)，由废气出口(12)排出。
2. 根据权利要求1所述的装置，其特征在于能量源(1)为外置式，由管道将能 量引入反应腔(2)，能量源的功率连续可调。
3. 根据权利要求1所述的装置，其特征在于反应腔(2)的材质为不锈钢或内衬 不锈钢的腔体；反应柱(7)材质为聚四氟乙烯或陶瓷材料，数量为2—20 根，柱径为2—60cm，反应柱柱长为20—200cm;隔膜(8)为不锈钢丝网， 数量为1一10层。
4. 一种如权利要求1所述装置的处理有机毒物废水的强化氧化工艺，包括如下步骤A. 先将催化剂由催化剂加入口 (9)加入反应柱(7)中；B. 然后开启入流泵(4)、 (5)、 (6)，将含机毒物的废水、空气、氧化剂泵 入布水器(10)，经过混合后进入反应柱(7);C. 将催化剂入口 (9)封闭，打开能量源，调节功率，进行反应；视催化 剂的消耗量，每隔一定时间将催化剂加入口 (9)开启，补充催化剂C，补 充过程中反应可以继续进行；D. 有机毒物废水由入流泵不断进入反应柱，调节流量，保证入流流体在反 应柱中有一定的水力停留时间，然后经不断泵入的流体的作用使处理后的 废水从出口 (11)排出。
5. 根据权利要求4所述的工艺，其特征在于所述的催化剂为金属、金属氧化物 或活性炭中的一种或多种组成；氧化剂为二氧化氯或亚氯酸钠，二氧化氯浓 度为2000—5000ppm。
6. 根据权利要求5所述的工艺，其特征在于所述的活性碳为颗粒活性炭，粒径为2—5mm，金属或金属氧化物为机械加工厂中加工时剩下的废铁屑、废铜 屑或废铝屑，粒径为0.5—3mm。
7. 根据权利要求4所述的工艺，其特征在于催化剂的补充量和补充时间根据反 应时间和反应功率而定，补充量为原始投加总量的1%—30%，补充时间为持 续反应中每隔l一8h补充一次。
8. 根据权利要求4所述的工艺，其特征在于能量源由电能提供能源，功率为0.8—40kW。
9. 根据权利要求4所述的工艺，其特征在于含机毒物的废水每分钟入流的体积为反应柱体积的1/20—1/2，入流流体在反应柱中水力停留时间为2— 20min;泵(4)鼓入的空气流量为0.1—10L/min;所述氧化剂的加入量为 含机毒物的废水质量的0.1%—5%;所述催化剂的加入量与反应柱体积比为 1:(卜10)。
10. 根据权利要求4所述的工艺，其特征在于废气经过收集后从废气出口 (12) 排放，收集液为氢氧化钠或废碱液，质量浓度为1%—30%。
全文摘要
本发明涉及一种处理含有机毒物废水的强化氧化工艺，利用外加能量的激发作用，使催化剂、氧化剂、氧气三者产生协同作用，产生强氧化性的臭氧和羟基自由基，使有机毒物得到降解，反应过程催化剂呈流化或半流化的状态；本发明还提供上述处理工艺的装置，由能量发生器、反应腔、尾气收集装置、布水器和入流泵组成。本发明工艺氧化性强，能够迅速催化氧化多种有机毒物，装置具有结构简单、易操作等特点，能改进普通固定床氧化技术中易结块、板结、效率不高和反应时间长等缺点，大大缩短了处理时间，提高了处理效率和处理能力。
文档编号C02F1/72GK101148287SQ20071013111
公开日2008年3月26日 申请日期2007年8月31日 优先权日2007年8月31日
发明者徐炎华, 骏 朱, 浩 赵 申请人:南京工业大学