一种催化分离反应深度处理化工行业废水系统及方法

本发明属于化工反应技术领域，尤其涉及一种催化分离反应处理化工行业废水系统及方法。

背景技术：

随着社会发展科技的进步，工业水平日益提高，工业产生的废水处理难度增加，处理要求也日益严格。尤其以化工行业废水最为复杂，其特点是成分复杂、毒性大、有机物含量高，特别是生化性差。随着化工行业发展，化工废水已逐渐成为重要的污染源之一。以往的处理工艺经常忽略化工废水的特点，其处理方式是预处理加生化处理。如今全世界范围提倡废水处理回用，为此在传统处理方式后增加絮凝沉淀工艺、高级氧化工艺、活性炭吸附和膜分离。此类工艺处理流程复杂、占地面积大、耗能大，成本高。

mbr(membranebio-reactor膜生物反应器)技术是由膜分离单元与生物处理单元相结合的水处理技术。以膜组件取代传统生物处理技术末端二沉池，在生物反应器中保持高活性污泥浓度。mbr技术深度处理化工废水过程是二级处理水依次经过厌氧区、缺氧区、好氧区、缺氧区、膜分离区，再经过絮凝沉淀、活性炭吸附、双膜法处理，最后消毒，其中污泥从膜分离区回流至好氧区，好氧区的污泥回流到厌氧区，工艺流程复杂，耗能高。

现有技术一的缺点

前期需要驯化污泥，产生大量的剩余污泥，池体容积大建造成本高，水力停留时间长。对于化工废水处理需要增设相应处理单元，并且处理流程会增加，成本加大。由于反应器中的活性污泥会附着在膜分离单元上，会造成膜污染导致通量下降。

技术实现要素：

本发明的目的在于解决上述现有技术存在的缺陷，提供一种催化分离反应深度处理化工行业废水系统及方法，将催化剂分散在反应器的催化分离膜中进行反应，不用将纳米催化剂成型使用，将冗杂的反应流程简化到只需要催化/分离反应单元即可实现。

驯化，在工业废水处理系统的培养微生物后期，将生活污水跟外加的营养源逐步减少，同时将工业废水的比例增加，慢慢全变为工业废水，这个过程称为驯化。

剩余污泥是指活性污泥系统中从二沉池排除系统外的活性污泥。剩余污泥的产生是在生化过程中，活性污泥中的微生物不断地消耗废水中的有机物质，维持微生物的生命活动以及进行微生物的增殖，微生物在新陈代谢的同时又有微生物的死亡，故产生了剩余污泥。

剩余污泥的处理需要单独的工艺，对污泥进行浓缩、调质、脱水、稳定、干化或焚烧等减量化、稳定化、无害化的加工过程。

污泥膨胀是由于某种因素的改变，活性污泥质量变轻、膨大、沉降性能恶化，不能在二沉池内进行正常的泥水分离。由于活性污泥是微生物，所以微生物需要碳氮磷作为营养源进行自身的生命活动，碳氮磷的比例合适才会促进微生物的正常生命活动，比例失衡会造成微生物出现问题。

本发明采用如下技术方案：

一种催化分离反应深度处理化工行业废水系统，包括曝气装置、调节池、抽吸泵、催化分离反应器、清水池、未成形的纳米催化剂，进水管末端安装在调节池内，曝气装置通过送风管分别与调节池和催化分离反应器相连，连接管ⅰ中部安装有抽吸泵ⅰ，连接管ⅰ进口端安装在调节池内，出口端安装在催化分离反应器内，膜分离装置安装在催化分离反应器内部，催化分离反应器内悬浮有若干未成形的纳米催化剂，膜分离装置为膜形成的空心状结构，膜孔的大小＜未成形的纳米催化剂大小，膜分离装置上部与连接管ⅱ相连，连接管ⅱ中部还安装有抽吸泵ⅱ，抽吸泵ⅱ抽吸膜分离装置膜内的污水，保持膜分离装置的膜内压力大于催化分离反应器内的压力，连接管ⅱ的末端安装在清水池内，出水管进口端位于清水池内，出水管中部安装有抽吸泵ⅲ。

进一步的，还包括消毒装置，消毒装置的末端安装在清水池内。

进一步的，膜分离装置为膜形成的空心箱体状结构、空心球体状结构、空心圆柱状结构中任意一种。

进一步的，催化分离反应器为u字形状结构。

进一步的，催化分离反应器为圆锥状。

进一步的，曝气装置为气泵。

进一步的，催化分离反应器内装有液位传感器，催化分离反应器顶部安装有可移动式盖板。

再有，一种催化分离反应深度处理化工行业废水方法，包括如下步骤：

步骤1.将二级处理污水送入调节池内，经过曝气装置的第一次曝气；

步骤2.通过抽吸泵ⅰ的作用，将调节池内的污水送入入催化分离反应器，在曝气作用下使未成形的纳米催化剂处于悬浮状态，污水与催化反应器内的悬浮的未成形的纳米催化剂充分混合反应，反应后的污水通过抽吸泵ⅱ的作用，吸入膜形成的空心状结构的膜分离装置，由于膜孔的大小＜未成形的纳米催化剂大小，部分未成形纳米催化剂被吸附在膜表面分解污染物，其他部分被阻挡；

步骤3.膜分离装置内的污水送入清水池，经过消毒装置消毒处理；

步骤4.在抽吸泵ⅲ的作用下将清水池中的水送出。

本发明的有益效果：

相对于mbr技术(membranebio-reactor膜生物反应器)来说，本发明不仅省去活性污泥的驯化挂膜，而且减去了剩余活性污泥的后续处理。不存在污泥膨胀，不需要维持反应器的碳氮磷比例，不受天气原因温度变化。

相对于cmr技术(catalyticmembranereactor催化膜反应器)，催化膜反应器只在过膜的瞬间进行催化降解，效果有限。本发明反应器中污染物进入其中就与催化剂充分混合，进行催化降解，污染物接触的催化剂时间更长，催化性能相对会更好，另外本发明组成简单，流程短。

1.利用膜的截留性，使得颗粒较小的催化剂便于分离，不必通过催化剂的定型来实现其回收，这样不仅解决了催化剂回收难的问题，更解决了因其催化剂定型带来的活性位点减少，使得在催化剂同等质量下催化性能降低。

2.借助催化剂的催化性能可以减轻膜污染问题，在常规状态下膜污染问题一直是膜分离应用的突破点，在催化剂的作用下可以大幅度减轻膜污染问题，并且一部分催化剂在附着膜表面(纳米催化剂是均匀分散在反应器中，可将反应器中的污染物浓度大幅降低，减少对膜的污染。然后由于膜分离的作用下(通过外界泵的抽吸，使得膜内外有压力差，促使水从一侧进入另一侧，这样会使得，靠近膜表面的催化剂吸附在上面，但吸附的量不是很多)，会有一部分催化剂附着在膜表面，这样膜表面附着的污染物会被这一部分催化剂降解，进一步减轻膜污染，通过催化剂降解能力减轻膜污染问题，通过常规冲洗将膜表面的催化剂冲洗到反应池，使得膜表面的污染问题也得到相应的解决。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2是本发明的步骤流程图；

图中，1-调节池、2-曝气装置、3-送风管、4-抽吸泵i、5-催化分离反应器、6-膜分离装置、7-抽吸泵ⅱ、8-消毒装置、9-清水池、10-抽吸泵ⅲ、11-连接管i、12-连接管ⅱ、13-出水管。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

化工行业废水系统，包括曝气装置2、调节池1、抽吸泵、催化分离反应器5、清水池9、消毒装置8。

深度处理是指在一系列生化处理后，又加了本发明的方法，将之前的生化处理进一步处理，使得水质进一步提升。

如图1-2所示，本发明的一种催化分离反应深度处理化工行业废水系统：进水管末端安装在调节池1内，调节池1是进行投加氧化剂或者进行其他需要的操作，如需要也可进行调节ph之类的操作，确保污水在进入催化分离反应器5特别适宜的条件。曝气装置2通过送风管3分别与调节池1和催化分离反应器5相连，连接管ⅰ11中部安装有抽吸泵ⅰ4，连接管ⅰ11进口端安装在调节池1内，出口端安装在催化分离反应器5内，膜分离装置6安装在催化分离反应器5内部，膜分离装置5上部与连接管ⅱ12相连，连接管ⅱ12中部还安装有抽吸泵ⅱ7，连接管ⅱ7的末端安装在清水池9内，消毒装置8的末端也安装在清水池9内，消毒是所有的水处理过程中的必要环节,进行消杀致病菌如大肠杆菌。出水管13进口端位于清水池9内，出水管13中部安装有抽吸泵ⅲ7。

未成形的纳米催化剂是分散悬浮在催化分离反应器5中，具体是纳米催化剂通过曝气装置的曝气作用，悬浮在催化分离反应器5中。

实际运行过程中，未成形的纳米催化剂均匀分散在催化分离反应器5中，只是在膜分离装置6的作用下，有一部分未成形的纳米催化剂会附着于膜分离装置6的膜表面。

催化剂与膜的耦合：由于采用的是未成形的纳米催化剂(粒径在几百纳米)，没有成型使用(成型使用是指将纳米催化剂用粘合剂等的助剂，将它塑造成任意形状大小的大尺寸催化剂)，催化剂不成型使用，可以避免活性位点被遮蔽，相对于成型使用，在同等体积下有更多的活性位点、更大的比表面积、更好的降解效果。

而纳米催化剂体积小，而膜又可以截留不同大小的物质。当选择合适孔径大小的膜可以很方便地将纳米催化剂截留在催化分离反应器6中，避免催化剂流失。未成形的纳米催化剂又存在难回收问题，但是膜的截留同样可以解决这一问题，就是类似于筛网过滤，将快失活催化剂统一收集。

膜污染问题大多是水中大分子物质，如腐殖酸一类，在膜表面形成污染层，导致膜通量下降，催化剂可以有效降解这些物质，减轻污染层对膜的污染问题，同时抽吸泵ⅱ7的抽吸作用又使得未成形的纳米催化剂会有一部分附着于膜分离装置6的膜表面(本发明将膜分离装置6，设计为空心箱体状，箱体表面由膜构成，顶部通过连接管ⅱ12与抽吸泵ⅱ7相连接，通过泵的抽吸，使得箱体内外有压力差，水会从催化分离反应器5进入箱体内，所以会有一部分未成形的催化剂附着在膜分离装置6的膜表面)，这一部分未成形的纳米催化剂会氧化降解膜表面残留的污染物，减轻膜污染的问题。

现有技术中是将成形的催化剂紧紧贴合在膜的表面形成膜催化反应器，本发明是未成形的纳米催化剂均匀分散在反应器的液体中，如同咖啡分散在水中一样，本发明曝气装置2使用气泵，因为未成形的催化剂体积小，用电机搅动曝气不如气泵效果更好。

进一步的是，催化分离反应器5内装有液位传感器，催化分离反应器5顶部安装有可移动式盖板。

一种催化分离反应深度处理化工行业废水方法，包括如下步骤：

步骤1.将二级处理水送入调节池1内，经过曝气装置2的第一次曝气；

步骤2.调节池1内的污水送入催化分离反应器2，污染物进入催化分离反应器5后，会与未成形的纳米催化剂混合，从进入催化分离反应器5到进入膜分离装置6整个过程都有未成形的纳米催化剂在进行催化降解(这个反应器是底部是个半圆球，上部是个圆柱相结合的装置，如u字状，保证了足够的反应空间。催化剂催化速度是非常快的，从废水进入到再通过膜分离，整个过程可以按照实际需要来调整水力停留时间或者调整催化剂的使用量，所以不存在催化降解效果达不到的问题)，所以处理效果会更好，污水与催化分离反应器5内的未成形的纳米催化剂充分混合，将未成形的纳米催化剂分散在催化分离反应器5的催化分离膜中进行反应，不用将未成形的纳米催化剂成型使用，将未成形的纳米催化剂通过曝气装置作用下，悬浮在催化分离反应器5中；

步骤3.催化分离反应器5内的污水进入清水池9，经过消毒装置消毒处理；

步骤4.在抽吸泵ⅲ10的作用将清水池9中的水送出。

实施例1

前面的调节池1，在调节池1顶部一侧设有挡水板。在调节池1底部设有曝气头，曝气头下端连接送风管3，送风管3的另一端延伸至调节池1外侧与曝气装置2连接。当二级处理水进入到调节池1，在调节池1进行ph调节或者投加其他化学品，在曝气搅动下充分混匀。经过调节的处理水再通过管道进入催化分离反应器5。

催化分离反应器，催化分离反应器5上方设有进水管道，催化分离反应器5内部设有膜分离装置，膜分离装置5上端连接出水管道，出水管道另一端与反应器外侧抽吸泵连接。在催化分离反应器5内壁上设有液位传感器，液位传感器的感应头高度高于膜分离装置6，低于催化分离反应器5顶部。在催化分离反应器5内部悬浮未成形的纳米催化剂，在曝气作用下，始终处于悬浮状态。进水从进水管道出进入催化分离反应器5，通过下方的曝气头进行曝气搅动，使得污水与催化分离反应器5中的未成形的纳米催化剂进行充分混合，在废水从进入催化分离反应器5再到通过膜分离装置6离开催化分离反应器5，整个过程都在催化剂作用下，通过未成形的纳米催化剂的催化降解能力，完成污水的净化，增加污水处理效率。将处理后的水再通过膜分离装置6分离进入后续的清水池9。

通过管道将催化分离反应器5中的处理水抽吸到清水池9中，清水池9上部设有消毒装置8，对清水池9的水进行杀菌消毒。清水池9另一侧设至出水管道，出水管道另一端连接抽吸泵。

本发明还可通过将未成形的纳米催化剂在锥形催化分离反应器5中曝气搅动(反应器的结构采用锥形最好，因为在曝气过程中，可能存在曝气不均匀，使得部分未成形的纳米催化剂沉积到底部，采用锥形，可以让沉积到底部的未成形的纳米催化剂集中到一块，方便再次曝气悬浮)，同时将膜分离装置6固定在催化分离反应器5中。废水在催化分离反应器5下部进入，一进入通过底部的曝气，使其与催化分离反应器5中的未成形的纳米催化剂充分混匀，利用未成形的纳米催化剂的催化降解来净化废水，然后通过膜分离装置6使处理后的水与未成形的纳米催化剂分离，形成出水进入下一处理单元，来达到催化与膜分离耦合的目的。催化分离反应器5主要是将未成形的纳米催化剂与膜分离充分耦合，减少处理流程，降低成本。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。