一种臭氧催化氧化处理有机废水的工艺及装置的制作方法

本发明涉及污水处理领域，尤其涉及一种臭氧催化氧化处理有机废水的工艺及装置。

背景技术：

化工、造纸、纺织、焦化、养殖等行业排放大量有机废水，这些废水呈现组分复杂、浓度高、盐分多、难降解等特点。不论在自然或人工强化条件下，利用常规的微生物法难以有效处理此类废水，通常需结合物化法进行处理。化学氧化法是一种常用的物化方法，适宜用于上述难生物降解的复杂有机废水体系。通过化学氧化作用，可将难降解的有机物分解为小分子物质，甚至矿化为二氧化碳和水。在化学氧化方法中，臭氧氧化法氧化能力强，工艺简单，气源易得，使用安全，是一种经济高效的技术。臭氧的氧化还原电位为2.07ev，高于氯气、过氧化氢等常见氧化剂。对水中有机物尤其是含不饱和键的有机物降解效果好。尤其是结合催化剂、紫外或过氧化氢的臭氧高级氧化技术，其应用范围更广，效果更为显著。

然而，废水中存在的盐分和各种有机物会影响臭氧氧化过程，降低臭氧的利用效率。与此同时，现有的臭氧接触装置还存在传质效果较差，设备体积较大等问题。

技术实现要素：

鉴于此，本发明提出一种臭氧催化氧化处理有机废水的工艺及装置，旨在解决上述问题。本发明的是通过下述方式实现的：

一种臭氧催化氧化处理有机废水的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：将多孔聚四氟乙烯材料用全氟烷烃溶剂充分浸泡；用上述多孔材料填充微孔曝气器或组成中空纤维膜组件，构建臭氧催化反应器，臭氧和废水臭氧催化反应器底部进入，尾气经处理后排空，产水自反应器顶部收集。优选的，所使用的聚四氟乙烯材料直径为1mm-5mm，长度为1mm-0.1m，孔隙率为30％-60％；所使用的聚四氟乙烯材料为线型或者中空纤维/管型。

优选的，所使用的全氟烷烃溶剂为全氟胺类物质的混合物或纯净物。

优选的，所述臭氧催化反应器包括微孔曝气器型和中空纤维膜组件型两种。

优选的，所述微气泡曝气器型臭氧催化反应器由壳体、微孔曝气板和线型聚四氟乙烯催化材料组成。

优选的，曝气板孔径为10μm-100μm，气泡大小为0.1mm-1mm。

优选的，所述中空纤维膜组件型臭氧催化反应器由膜组件聚四氟乙烯中空纤维膜填装组成，装填密度为10％-50％。

优选的，臭氧的传质过程以无泡形式进行，操作过程中，气相压力小于液相压力。

本发明的有益效果为：

使用全氟烷烃溶剂作为臭氧氧化过程的媒介，全氟烷烃溶剂对臭氧和部分有机物选择性地富集，反应底物被浓缩于全氟烷烃相中，臭氧氧化速率得以提高。

使用多孔聚四氟乙烯材料作为全氟烷烃溶剂的支撑材料，可提高水、臭氧和全氟烷烃溶液的接触面积，同时减少全氟烷烃溶液在水力冲击下的流失。

使用中空的聚四氟乙烯纤维/管状材料制备成膜接触反应组件，该组件具有臭氧分布和臭氧催化双重功能，反应器更加紧凑。

在中空纤维膜接触反应器内的臭氧传质过程无气泡产生，避免了传统反应器的液泛和泡沫等问题，同时，其传质效率较高，反应器的体积较小。

附图说明

图1本发明所述一种臭氧催化氧化处理有机废水的工艺的对应两种装置构型示意图。

图2为本发明所述一种代表性全氟烷烃溶剂的分子式。

图3为本发明所述聚四氟乙烯材料的表面结构电镜照片，1万倍下。

图4为本发明所述聚四氟乙烯材料的截面结构电镜照片，500倍下。

图5为实施例本发明所述方法对邻苯二甲酸二异丁酯降解效果图。

具体实施方式

下面对本发明作进一步详细说明。

实施例1

邻苯二甲酸二异丁酯是一种常见的增塑剂，是塑料加工企业排放的废水中的常见组分，其易富集，生物毒性大。本实施例通过比较鼓泡法单独臭氧氧化以及中空纤维膜接触器下的全氟烷烃溶剂体系催化臭氧氧化法降解邻苯二甲酸二异丁酯，来说明该发明的可行性。

选用聚四氟乙烯中空纤维膜作为负载基材。该中空纤维膜外径1.6mm，内径0.8mm，平均孔径0.2μm，孔隙率45％。该材料具有丰富贯通的孔洞结构，其表面和断面的形貌如图3和图4所示。将该中空纤维膜填装如膜壳体中，使用环氧树脂胶进行封端，制成膜接触器。该膜接触器填装膜丝20根，内径为15mm，有效长度为100mm。其基本构型如图1，形式2所示。

作为对比，同时制作了微气泡曝气器，如图1，形式1所示。该曝气器内径15mm，有效高度100mm。曝气器底部设有微孔曝气钛板，曝气钛板平均孔径为50μm，所制备的气泡直径为0.1mm-1mm。

邻苯二甲酸二异丁酯水溶液浓度为5ppm，体积为1l，通过曝气设备的流速为100ml/min，反应温度为20℃，反应时间为30min。

其对比氧化的效果如图5所示。经过30min反应时间，单独臭氧氧化的降解率为16％，而催化臭氧氧化的降解率为47％。相比之下，催化臭氧氧化的臭氧利用效率和污染物降解速率均有显著的提升。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

技术特征：

技术总结
一种臭氧催化氧化处理有机废水的工艺及装置。本发明利用多孔聚四氟乙烯材料作为全氟烷烃溶液的载体，并将上述孔中充满全氟烷烃溶剂的聚四氟乙烯材料作为臭氧氧化过程的催化剂。进而，将该催化剂添加到微气泡臭氧曝气器中，或将中空纤维型的聚四氟乙烯催化材料加工为膜组件形式，形成两种臭氧催化氧化装置。全氟烷烃溶剂对臭氧及某些有机物优先吸收，形成局部高浓度反应底物，从而提高臭氧氧化速率。该方法和装置可有效提高臭氧的利用效率，减少全氟烷烃溶剂的流失，并减小设备体积。该方法适用于水中有机物，尤其是辛醇‑水分配系数较高的有机物的臭氧氧化降解工艺。

技术研发人员：王军;张勇;侯得印;赵长伟;曹爱新
受保护的技术使用者：中国科学院生态环境研究中心
技术研发日：2017.07.18
技术公布日：2017.09.15