一种应用多相催化氧化耦合技术处理污水的系统的制作方法

本实用新型属于污水处理技术领域，尤其涉及一种应用多相催化氧化耦合技术处理污水的系统。

背景技术：

城市生活垃圾卫生填埋过程会产生大量高COD(化学需氧量，Chemical Oxygen Demand)、高浓度难降解的垃圾渗滤液，垃圾渗滤液处理成为垃圾填埋场稳定运行和管理的难题。我国于2008年颁布了《生活垃圾填埋场污染物控制标准》(GB16889-2008)，对垃圾渗滤液(污水)的处理排放提出了更严格的要求，为了满足新标准的排放要求，“生化处理+膜生物技术”越来越广泛的被应用在垃圾渗滤液的处理中。为了保证达标排放并控制膜的运行压力，膜系统回收率控制在70％～80％，即会产生20％～30％的膜滤浓缩液。而膜滤浓缩液普遍存在可生物降解性差(BOD5/COD通常小于0.1)，有机物浓度和盐含量高等问题。传统的处理方法为回灌填埋场，但这样会造成重金属和难降解有机物以及盐分循环累积于系统中。

同样，老龄化渗滤液由于长时间经过填埋场一系列生化反应，其中的有机物多为长链的碳水化合物和腐殖质，且随着时间的推移，BOD5(生化需氧量，Biochemical Oxygen Demand，)，急速下降，BOD5/COD比值低，难降解成分高、毒性大。不仅如此，其氨氮含量也很高，会影响微生物的活性，不利于生物处理。并且，老龄化渗滤液的营养元素比例失调，BOD5/P大于300，与微生物生长所需的磷元素相差较大，导致在生物处理中磷元素缺乏。因此，老龄化渗滤液的处理也一直都是个棘手的难题。

针对以上提到的膜后浓缩渗滤液和老龄化渗滤液所存在的可生化性差的问 题，目前较有效的处理方法多采用高级氧化技术。高级氧化技术以产生具有强氧化能力的羟基自由基(·OH)为特点，在高温高压、电、声、光辐照、催化剂等反应条件下，使大分子难降解有机物氧化成低毒或无毒的小分子物质。根据产生自由基的方式和反应条件的不同，可将其分为光化学氧化、催化湿式氧化、电化学氧化、芬顿(Fenton)氧化等。其中，光化学氧化法受反应条件限制，光照无法透过浑浊溶液，有机物降解不彻底；湿式催化氧化法需要在高温高压下进行，对设备配置要求较高；Fenton反应能有效氧化去除传统废水处理技术无法去除的难降解有机物,其实质是H₂O₂在Fe²⁺的催化作用下生成具有高反应活性的羟基自由基(〃OH)，〃OH可与大多数有机物作用使其降解。但Fenton氧化法需要在酸性条件进行，反应条件苛刻；而电化学氧化法利用阳极直接催化降解污染物，或电解产生强氧化剂间接降解污染物。该技术在常温常压下进行，是目前比较推崇的一种处理技术。

大量的应用研究表明，单一的氧化技术手段的氧化速率和效率都不能满足降解高浓度有机污染物的要求，存在相应的局限性。

专利CN201410732275中就采用了微电解技术与电解氧化技术的结合，能有效的降解有机物，但是电解耗电大、成本高。

专利CN201510686297中则采用了芬顿氧化技术与微电解技术以及絮凝沉降技术的结合，但是三个技术均分开独立反应，药剂消耗量大、成本高，没有相互协同效果。

本专利的实用新型则是在微电解技术的基础上，联合了Fenton氧化技术，形成可在常温常压下进行的紫外催化湿式氧化技术。微电解单元、催化氧化单元可通过相互协同作用和发挥各自的优势，提高降解速率和效率，从而提高处理效果，减少药剂消耗量，降低成本，实质性的解决膜后浓缩渗滤液和老龄化渗滤液难处理的问题。具有安全、环保、高效、低耗的特点。

技术实现要素：

本实用新型所要解决的技术问题在于提供一种应用多相催化氧化耦合技术处理污水的系统，旨在解决现有技术中处理膜后浓缩液以及老龄化渗滤液所存在的有机物浓度和盐含量高、难降解成分高、BOD₅/COD比值低可生化性差的问题。

本实用新型是这样实现的，一种应用多相催化氧化耦合技术处理污水的系统，其特征在于，所述系统包括相互连通的用于调节污水PH的酸化罐、用于降解污水COD、消除污水色度的微电解单元、用于分解有机物的催化氧化单元以及用于液固分离的沉淀器；所述酸化罐内添加有液态酸；所述微电解单元内设置有填料区，所述填料区内填充有在酸性条件下产生亚铁离子且能对污水进行物理吸附的材料；所述催化氧化单元内设置有紫外光发生器，并添加有氧化剂双氧水与催化剂。

进一步地，所述酸化罐、微电解单元以及催化氧化单元内部均设置有曝气装置，所述曝气装置通过外面的空压机或鼓风机接入空气。

进一步地，所述填料区内填充的材料为铁碳合金球。

进一步地，所述微电解单元设置有用于将污水均匀地输入所述填料区的水流分布器。

进一步地，所述催化剂为CuSO₄·5H₂O。

进一步地，所述催化氧化单元为全封闭反应釜式结构，其顶部设有带盖的加药口，其底部开设有用于定期清洗排污的带盖排水口，所述紫外光发生器为一嵌入所述微电解单元内部的紫外灯。

进一步地，所述系统还包括具有第一三通球阀以及第二三通球阀；所述第一三通球阀设置有第一入口、第二入口以及出口；所述第二三通球阀设置有入口、第一出口以及第二出口；所述第一三通球阀的第一入口与所述微电解单元连通，其第二入口通过一循环泵与第二三通球阀的第一出口相连通，其出口与催化氧化单元连通；所述催化氧化单元与所述第二三通球阀的入口连通，所述 第二三通球阀的第二出口与所述沉淀器连通。

本实用新型与现有技术相比，有益效果在于：本实用新型中的微电解单元，其填料可产生0.9-1.7V电位差，可以使污水中的电解质形成无数原电池，能产生离子将污水中的不饱和基团双键打开、环状长链有机物分解为小分子有机物，并且溶解在污水中的吸附材料也能对污水进行物理吸附，降解渗滤液的COD，降低色度。

经过微电解单元处理后的污水，通入催化氧化单元，其中添加的氧化剂双氧水与微电解单元产生的亚铁离子共同作用下形成Fenton氧化，产生的羟基自由基与水中的溶解性有机物反应形成有机自由基，当在氧气存在时，有机自由基与氧气反应生成有机过氧自由基，有机过氧自由基相互反应产生有机过氧化物，该有机过氧化物可通过多种途径进一步降解。而氧化剂作用下生成的三价铁离子也能跟〃OH自由基形成絮凝剂，进一步地降低污水色度。而添加的催化剂CuSO₄·5H₂O既可促进Fenton反应的速率，也可作为紫外光的催化剂使氧化剂产生强氧化的〃OH自由基。紫外光、双氧水和催化剂五水硫酸铜的耦合作用加速了Fenton、紫外催化氧化速度，可高效降解有机物。有效地解决膜后浓缩液以及老龄化渗滤液等污水中有机物浓度高、难降解成分高、可生化性差的问题。

附图说明

图1是本实用新型实施例提供的一种应用多相催化氧化耦合技术处理污水的系统的结构示意图。

图2是图1所示的系统与传统生化处理系统的对接示意图。

具体实施方式

为了使本实用新型所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解， 此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

如图1所示，为本实用新型的一较佳实施例，一种应用多相催化氧化耦合技术处理污水的系统，包括通过液体输送管道依次相互连通的用于存储待处理污水的储罐1、用于调节污水PH的酸化罐2、用于降解污水COD、消除污水色度的微电解单元3、用于分解有机物的催化氧化单元4以及用于液固分离的沉淀器5。

酸化罐2内添加有液态酸；微电解单元3内设置有填料区31，填料区31内填充有在酸性条件下产生亚铁离子且能对污水进行物理吸附的材料；催化氧化单元4内设置有紫外光发生器41，并添加有氧化剂双氧水与催化剂。并且，上述储罐1、酸化罐2、微电解单元3、催化氧化单元4以及沉淀器5五个装置均分别设置有用于接入污水的污水进口14、24、34、44、54以及排出污水的污水出口15、25、35、45、55，相邻的两个装置之间的污水出口与污水进口通过液体输送管连通。

具体地，上述液态酸为98％的浓硫酸，填料区31内填充的材料为铁碳合金球，上述氧化剂为30％的H₂O₂，催化剂为30％的CuSO4·5H₂O；沉淀器5为斜板沉淀器。

为了增加污水与氧气的接触面积、加快反应速度，上述酸化罐2、微电解单元3以及催化氧化单元4内部分别设置有曝气装置22、32、42，曝气装置22、32、42通过外面的空压机6(或鼓风机)接入空气，从而实现了对污水的充氧以及搅拌。

微电解单元3设置有用于将污水均匀地输入填料区31的水流分布器33。催化氧化单元4为全封闭反应釜式结构，其顶部设有带盖的加药口43，其底部开设有用于定期清洗排污的带盖排水口46。紫外光发生器41为一嵌入微电解单元3内部的紫外灯。

上述系统还包括具有第一三通球阀7以及第二三通球阀8。第一三通球阀7设置有第一入口71、第二入口72以及出口73。第二三通球阀8设置有入口81、 第一出口82以及第二出口83。第一三通球阀7的第一入口71与微电解单元3连通，其第二入口72通过一循环泵9与第二三通球阀8的第一出口82相连通，其出口73与催化氧化单元4的污水进口44连通；催化氧化单元4的污水出口45与第二三通球阀8的入口81连通，第二三通球阀8的第二出口83与沉淀器的污水进口54连通。

上述系统的处理污水(膜后浓缩液或老龄化渗滤液)的过程如下：

系统工作时，污水储存于储罐1中，通过输送泵20由酸化罐2下端污水进口24送入酸化罐2中。酸化罐2中添加98％的浓硫酸，并在空压机6的作用下向其中的曝气装置22输送压缩空气实现搅拌，调节污水的PH至2.5～3.5。

调好PH的污水从酸化罐2上端的污水出口25流入微电解单元3下端的污水进口34，通过水流分布器33均匀的由下向上输送，经过中部的铁碳合金球填料区31，铁碳合金球由于自身能产生0.9-1.7V电位差，可以使污水中的电解质形成无数原电池，通过阴阳极放电产生Fe²⁺、[H]、[O]等离子将污水中的不饱和基团双键打开、环状长链有机物分解为小分子有机物，而其中溶解的碳也能对污水进行物理吸附，降解渗滤液的COD，降低色度。微电解单元3底部的曝气装置32通过空压机6输送压缩空气实现污水的充氧和搅拌。

微电解反应后的污水由微电解单元3上端的污水出口35连至第一三通球阀7的第一入口71，第一三通球阀7的出口73与催化氧化单元4下端的污水进口44连接，对其进行污水输送。催化氧化单元4上端的污水出口45与第二三通球阀8的入口81连通，进入第二三通球阀8内的污水再经第二三通球阀8的第一出口82及循环泵9回流输送连接至第一三通球阀7的第二入口72，而第二三通球阀8的第二出口83则与沉淀器5的污水进口54连接。

可见，可通过第一、第二三通球阀7、8的开闭控制来决定污水是由微电解单元3向催化氧化单元4、沉淀器5依次输送还是催化氧化单元4自身形成回流处理、循环搅拌两个状态。

催化氧化单元4中反应的主要机理为：添加的氧化剂H₂O₂与微电解单元产 生的Fe²⁺的共同作用下形成Fenton氧化，产生的〃OH自由基在氧气存在下生成有机过氧化物，而氧化剂作用下生成的Fe³⁺也能跟〃OH形成絮凝剂，对污水进一步的降解，去除色度。而添加的催化剂CuSO₄〃5H₂O既可促进Fenton反应的速率，也可作为紫外光的催化剂使H₂O₂产生强氧化的〃OH。使Fenton氧化和紫外催化氧化的耦合作用加速，从而彻底、高效地降解有机物。

操作时注意在加药剂时保持紫外光发生器41处于关闭状态，往催化氧化单元4内添加好药剂并盖好盖子后方打开紫外灯，催化氧化反应阶段可以控制第一、第二三通球阀7、8处于循环搅拌状态，反应结束后切换为依次输送状态送入下一反应阶段。

催化氧化反应后依次添加10％氢氧化钠溶液调PH、10％PAC混凝剂、0.1％PAM絮凝剂，之后由沉淀器5污水进口54送入沉淀器5进行液固分离。污水经污水出口55流去传统生化处理系统，而底部污泥则经污泥出口56排到污泥处理系统。

请参见图2，本系统无需额外改造本系统外的其他设备，可以直接对接原有的传统生化+膜处理系统。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。