一种复合高级氧化工艺处理高COD废液的装置的制作方法

本实用新型涉及一种复合高级氧化工艺处理高COD废液的装置，属于废水处理技术领域。

背景技术：

传统的废水处理方法有物理法、化学法和生物方法。工业废水的处理工艺一般采用一级物化处理(如过滤、化学混凝、沉淀法)与二级生物处理(如活性污泥法)相结合，才能够将废水处理至排放标准。然而随着工业发展及特殊化学品广泛使用，工业生产过程中产生对生物体具有抑制性或毒性之产品、副产品或衍生废弃物，或者含高浓度难降解的有机或无机污染物，使得传统污水处理装置难以处理。近来又因电子产业快速兴起，产生的废水水质变化大，传统废水处理工艺根本难以处理，需要采用其他高经济成本的处理工艺。

新兴工业废水中含特殊化学物质造成生物处理难分解污染物，且含有生物毒性或生物抑制性。因此新型废水处理工艺必须具有耐毒性及去除生物抑制性功能，将毒性物质分解为毒性小可生物降解的物质。现今化学氧化处理法及高级氧化技术常用来处理废水中难分解污染物。其所需设备及场地较生物处理法小，且化学处理法的反应条件较为宽松，其可操作性强，易于调控其反应速率及预估去除效率。因此，近年来废水高级氧化处理技术已有广泛研究与应用，至今已发展出许多商业化的废水高级氧化处理技术，如Fenton法、电解Fenton氧化、光Fenton法及光催化氧化法等。

目前，针对含有高COD浓度且毒性大的有机废水的处理方法还不够完善，难以工业化大规模处理废水。因此开发高效率且低污染并能有效降低上述工业废水毒性的处理技术是目前环境水污染处理技术发展的重要课题。由于工业生产中排放的高COD废水或废液其组成复杂，以蒸馏方法回收其中成分，及时通过多次反复蒸馏后任然存在大量高COD废液，导致后续困难。传统高COD废水或废液以生物处理法通常须以稀释法降低其生物毒性才得以生物降解法除去COD，但随着稀释倍数增加将大大提高废水量使废水处理容量变大，另一方面由于代谢难度增加，排放废水的COD值处于不稳定状态。目前毒性有机废水常以高级氧化法(Advanced Oxidation Processes，AOPs)进行污染物的快速降解并降低毒性，高级氧化法的作用机制大多相似，以具强氧化能力的氢氧自由基在均相与非均相条件下与有机物反应，由于具强氧化能力的氢氧自由基是极不稳定物质，在反应过程中与有机物反应得到一个电子，因此在得到有机物的电子时会使有机物的结构改变或是导致分解形成较小分子量之有机物。但许多现行的高级氧化程序皆存在许多无法克服的缺点，如效能低及运作成本高，设备成本与操作费用及后期污泥或废弃物的处理成本远高于传统化学氧化技术，因此尚无法大量应用于工业废水处理，致使许多特殊产业废水对于是否采用此项技术进退维谷。

因此，目前需要开发出可有效降高浓度COD废液或废水的高级氧化处理工艺及其相应的处置装置，并避免产生后续废污泥及废液。

技术实现要素：

本实用新型的一个目的是解决至少上述问题和/或缺陷，并提供至少后面将说明的优点。

本实用新型还有一个目的是解决现有技术中高级氧化法处理高COD废液存在的处理效率低，有机污染物矿化不彻底，设备成本与操作费用成本高以及后期污泥或废弃物的处理成本高等技术问题。

为了实现本实用新型这些目的和其它优点，本实用新型提供了一种复合高级氧化工艺处理高COD废液的装置，其包括：

过氧化氢催化处理单元，其包括第一混合反应罐、第一UV光反应器和第一催化反应器，所述第一UV光反应器的进液口和出液口均连接至第一混合反应罐，所述第一催化反应器的进液口和出液口均连接至第一混合反应罐，所述第一混合反应罐的内部设置有加热装置，顶部设置pH调节装置、过氧化氢加入口及废气出口，所述第一催化反应器的进液口位置还设置有第一臭氧注入口；

臭氧催化氧化处理单元，其包括第二混合反应罐、第二UV光反应器和第二催化反应器，所述第二混合反应罐的进液口与第一混合反应罐的出液口连接，所述第二UV光反应器的进液口和出液口均连接至第二混合反应罐，所述第二催化反应器的进液口和出液口均连接至第二混合反应罐，所述第二混合反应罐的内部设置有加热装置，顶部设置pH调节装置和废气出口，所述第二UV光反应器的进液口前端设置第二臭氧注入口，所述第二催化反应器内部设置UV光源，在UV光源与反应器内壁面之间的空隙内填充颗粒状催化剂B；

臭氧发生器，其分别与第一臭氧注入口和第二臭氧注入口连接；

废气处理器，其分别与第一混合罐和第二混合罐顶部的废气出口连接，所述废气处理器的内部填充催化剂C。

优选的是，所述第一催化反应器包括至少两个串联或并联的催化反应槽，反应槽内部填充催化剂A，其为非贵金属混合催化剂。

优选的是，所述第一UV光反应器包括设置于反应器内的UV光源。

优选的是，在第一混合反应罐与第一UV光反应器之间连接管路上以及第一混合反应罐与第一催化反应器之间的连接管路上分别设置有水泵。

优选的是，在第二混合反应罐与第二UV光反应器之间连接管路上以及第二混合反应罐与第二催化反应器之间的连接管路上分别设置有水泵。

优选的是，至少两个所述第二催化反应器以串联或并联方式连接。

优选的是，所述废气处理器为管状反应器，其内部还设置有加热装置。

优选的是，所述废气处理器还包括水蒸汽处理装置。

与现有技术相比，本实用新型的有益之处在于：

其一、将多种高级氧化技术进行复合，高效分解高COD工业废水并有利于后续生物或物化单元处理，该组合技术更进一步改善Fenton技术中后期污泥或废弃物的问题，分解高COD有机废液，将其COD分解效率提升至90％以上，不会产生污泥或其他固体废弃物，有效提升废水处理效率。

其二、过氧化氢催化处理单元中包括4种产生羟基自由基的方式：(1)过氧化氢光分解反应H₂O₂+hν→OH·，(2)光芬顿反应Fe²⁺+H₂O₂→Fe(OH)²⁺+OH·，Fe(OH)²⁺+hν→Fe²⁺+OH·，(3)UV/O₃催化反应，(4)UV/O₃/H₂O₂催化反应。因此，反应容器内聚集较高浓度的羟基自由基，高浓度COD废液与羟基自由基进行连锁反应分解有机污染物，达到高效率去除COD的目的。

其三、高COD废液经过复合高级氧化工艺处理后，转变为毒性小或无毒性的可生物降解的物质，便于进行后续的物化处理及生物处理，而且可以处理各种高COD废液，使用范围广。

附图说明

图1、本实用新型一实施例中复合高级氧化工艺处理高COD废液的装置结构示意图。

图2、某工厂的高COD切削液废液处理效果图。

图3、高COD脱脂废水处理效果图。

图4、印刷厂洗板高COD废水处理效果图。

图中标号：

第一混合反应罐1、第一UV光反应器2、第一催化反应器3、加热装置11、pH调节装置12、过氧化氢加入口13、废气出口14、第一臭氧注入口31、第二混合反应罐4、第二UV光反应器5、第二臭氧注入口51、第二催化反应器6、加热装置41、pH调节装置42、废气出口43、臭氧发生器7、废气处理器8、水泵9。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

如图1和图2所示，本实用新型提供了一种复合高级氧化工艺处理高COD废液的装置，其包括：过氧化氢催化处理单元、臭氧催化氧化处理单元、臭氧发生器7和废气处理器8。

其中，过氧化氢催化处理单元包括第一混合反应罐1、第一UV光反应器2和第一催化反应器3，第一混合反应罐1的内部设置有用于对废液加热控温的加热装置11，顶部设置调节废液酸碱度的pH调节装置12、过氧化氢加入口13及废气出口14。在过氧化氢加入口13位置设置有用于加入过氧化氢的加药设备(未示出)。所述第一UV光反应器2的进液口和出液口均通过管道连接至第一混合反应罐1形成一个液体回路。在第一混合反应罐1与第一UV光反应器2的进液口之间的连接管路上设置水泵9。第一UV光反应器2包括设置于反应器内的UV光源。水泵9将第一混合反应罐1内的混合液输送至第一UV光反应器2中进行紫外光分解有机污染物，经过分解处理以后的混合液再回到第一混合反应罐1。水泵9再次泵入混合液到第一UV光反应器2进行反应，水泵9既可以连续不断地向第一UV光反应器2输送混合液，也可以设置时间间隔间歇性地输送混合液。所述第一催化反应器3的进液口和出液口均通过管道连接至第一混合反应罐1形成一个液体回路。在第一混合反应罐1与第一催化反应器3的进液口之间的连接管路上设置水泵9。水泵9将第一混合反应罐1内的混合液输送至第一催化反应器3中，经过催化降解处理以后的混合液再回到第一混合反应罐1。水泵9再次泵入混合液到第一催化反应器3进行反应。水泵9既可以连续不断地向第一催化反应器3输送混合液，也可以设置时间间隔间歇性地输送混合液。所述第一催化反应器3包括至少两个串联或并联的催化反应槽，反应槽内部填充催化剂A，其为非贵金属混合催化剂。所述催化剂A能够催化过氧化氢产生羟基自由基，羟基自由基氧化分解有机污染物。第一催化反应器3的进液口位置还设置有第一臭氧注入口31，将臭氧气体注入第一催化反应器3中，臭氧本身具有强氧化性可以分解有机污染物，同时还可以与催化剂A协同作用产生羟基自由基分解有机物。

臭氧催化氧化处理单元包括第二混合反应罐4、第二UV光反应器5和第二催化反应器6。第二混合反应罐4的内部设置有用于加热废液的加热装置41，顶部设置用于调节废液酸碱度的pH调节装置42和废气出口43。所述第二混合反应罐4的进液口与第一混合反应罐1的出液口连接，以接收从第一混合反应罐1出来的经过初步处理的废液。所述第二UV光反应器5的进液口和出液口均通过管道连接至第二混合反应罐4形成一个液体回路，第二混合反应罐4与第二UV光反应器5的进液口之间的连接管路上设置水泵9，水泵9将第二混合反应罐4内的待处理废液输送至第二UV光反应器5，再将经过光反应后的废液送回第二混合反应罐4。所述第二UV光反应器的进液口前端设置第二臭氧注入口51，在第二UV光反应器5内臭氧气体与紫外光协同作用，产生羟基自由基，氧化降解有机污染物。第二催化反应器6的进液口和出液口均通过管道连接至第二混合反应罐4形成一个液体回路。第二混合反应罐4与第二催化反应器6的进液口之间的连接管路上设置水泵9，水泵9将第二混合反应罐4内的待处理废液输送至第二催化反应器6，再将光反应后的废液送回第二混合反应罐4。所述第二催化反应器6内部设置UV光源，在UV光源与反应器内壁面之间的空隙内填充颗粒状催化剂B；在具体使用时，可以根据需要将多个第二催化反应器6以串联或并联方式连接。催化剂和特定波长的紫外光相结合起到协同作用，氧化降解污染物的效果优于单独使用催化剂和紫外光的降解效果的加合。

臭氧发生器7分别与第一臭氧注入口和第二臭氧注入口连接，将产生的臭氧气体输送至第一催化反应器3和第二UV光反应器5。

废气处理器8分别与第一混合罐的废气出口14和第二混合罐顶部的废气出口43连接，废气处理器的内部填充催化剂C。废气处理器为管状反应器，其内部还设置有加热装置(未示出)。进一步优选的是，所述废气处理器8还包括水蒸汽处理设备(未示出)，用于处理由废气带出的少量水蒸汽。

本装置中用到的催化剂A、催化剂B和催化剂C都是不同种类的非贵金属混合催化剂。

采用上述装置处理高COD废液的方法，其包括如下步骤：

S1、将经过固液分离除去废渣后的废液调节pH值为3.0-7.0，过氧化氢在pH值为3.0-7.0范围内氧化效果最佳。

S2、将调节pH后的废液转移至第一混合反应罐1，加入过氧化氢，混合均匀，得到混合液，开启水泵9将部分混合液泵入第一UV光反应器2，将另一部分混合液送入第一催化反应器3，同时开启臭氧发生器7，经过第一UV光反应器2和第一催化反应器3处理后的混合液又回到第一混合反应罐1，如此循环连续处理废液，得到有机污染物初步氧化分解的废液。在此步骤中，包含有4种产生羟基自由基的方式：(1)过氧化氢光分解反应H₂O₂+hν→OH·，(2)光芬顿反应Fe²⁺+H₂O₂→Fe(OH)²⁺+OH·，Fe(OH)²⁺+hν→Fe²⁺+OH·，(3)UV/O₃催化反应，(4)UV/O₃/H₂O₂催化反应。因此，反应容器内聚集较高浓度的羟基自由基，高浓度COD废液与羟基自由基进行连锁反应分解有机污染物，达到高效率去除COD的目的。

S3、在第一混合反应罐1内将初步分解后的废液调节pH至6.0-12.0后转移至第二混合反应罐4，然后开启水泵9将部分废液泵入第二UV光反应器5，将另一部分废液泵入第二催化反应器6，经过第二UV光反应器5和第二催化反应器6处理后的废液又回到第二混合反应罐4，如此循环连续处理废液，得到有机物彻底矿化的废液。在此步骤中，包括3种产生羟基自由基的方式：(1)O₃+H₂O+hν→OH·+O₂，2.UV/O3催化反应，3.UV/O3/H2O催化反应。因此，反应容器内聚集较高浓度的羟基自由基，高浓度COD废液与羟基自由基进行连锁反应分解有机污染物，达到高效率去除COD的目的。

S4、第一混合反应罐和第二混合反应罐产生的废气进入废气处理器进行催化分解，最后排放至大气中。所述废气主要是未参与反应的多余臭氧气体，第一混合反应罐和第二混合反应罐加热时废液中挥发出来的少量有害气体，以及废液进行降解反应过程中产生的有害气体。

采用上述复合高级氧化工艺处理高COD废液的具体应用实施例：

(1)处理某工厂的高COD切削液废液，处理效果见图2。可以看出，在初始处理4h内，随着处理时间延长，废液中的总有机碳(TOC)浓度呈直线型快速下降，废液的TOC浓度从初始19000mg/L降低至2000mg/L左右；4h以后随着处理时间延长，TOC浓度缓慢减小，直至处理16h，TOC浓度接近零。由此说明，降解处理该切削液废液的最佳时间是初始的4h，4h以后，处理效率减缓。

(2)处理高COD脱脂废水，处理效果见图3。可以看出，在初始的2h内，随着处理时间延长，废液中COD浓度呈直线型快速下降，废液的COD浓度从初始的26000mg/L左右降低至2000mg/L左右；2h以后随着处理时间延长，COD浓度缓慢减小。由此说明，降解处理该脱脂废水的最佳时间是初始的2h，2h以后，无明显处理效果。

(3)处理印刷厂洗板高COD废水，结果见图4。可以看出，在初始的2h内，随着处理时间延长，废液中COD浓度呈直线型快速下降，废液的COD浓度从初始的8000mg/L左右降低至500mg/L左右；2h以后随着处理时间延长，COD浓度缓慢减小。由此说明，降解处理该印刷厂废水的最佳时间是初始的2h，2h以后，处理效果不明显。

因此，本实用新型的复合高级氧化处理工艺能够处理各种高COD废液，COD分解效率明显提高，且不会产生污泥或其他固体废弃物，有效提升高COD废水处理效率，适用范围广。

以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例而已，并非对本实用新型作任何形式上的限制，虽然本实用新型已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本实用新型，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本实用新型技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本实用新型技术方案的内容，依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本实用新型技术方案的范围内。