申請(qǐng)日2015.06.23
公開(kāi)(公告)日2015.09.09
IPC分類(lèi)號(hào)C02F9/04; B01D53/86; B01D53/66; C02F1/78; B01J21/06; B01J29/00; B01J21/16
摘要
本發(fā)明提供了一種高效率的臭氧催化氧化處理工藝，尤其適用于含有機(jī)污染物的水體的凈化和處理。本發(fā)明將預(yù)處理后的有機(jī)廢水與臭氧混合后通過(guò)微納米氣泡發(fā)生裝置進(jìn)入催化氧化塔中，催化氧化塔中填充催化填料對(duì)于廢水中的有機(jī)物進(jìn)行催化氧化降解，催化氧化塔內(nèi)的催化填料比表面較大，其上負(fù)載的復(fù)合金屬能強(qiáng)化對(duì)臭氧的催化能力，提升羥基自由基有效利用率，與常規(guī)的催化處理工藝和催化填料相比，本發(fā)明的處理工藝可以更加高效的去除水體中的有毒有害有機(jī)物。
摘要附圖
權(quán)利要求書(shū)
1.一種有機(jī)廢水臭氧催化氧化處理工藝，其主要步驟包括：
一、將預(yù)處理后的有機(jī)廢水通過(guò)自吸泵提升進(jìn)入自清洗過(guò)濾器，在自清洗過(guò)濾器中，去除廢水中大部分的較大懸浮物，自清洗過(guò)濾器后的產(chǎn)水進(jìn)入保安過(guò)濾器，進(jìn)一步去除水中的懸浮物和膠體物質(zhì);
二、步驟一中保安過(guò)濾器的產(chǎn)水進(jìn)入冷卻系統(tǒng)中，與冷卻系統(tǒng)的循環(huán)冷卻水進(jìn)行熱交換，將污水的水溫降低到25℃左右，同時(shí)冷卻水經(jīng)冷卻系統(tǒng)的冷水機(jī)降溫到25℃以下循環(huán)利用;
三、經(jīng)過(guò)熱交換升溫后的廢水進(jìn)入高位水箱，高位水箱的有效水容量控制在3.5立方左右;
四、高位水箱的出水與臭氧混合通過(guò)微納米氣泡發(fā)生裝置進(jìn)入催化氧化塔中，催化氧化塔中填充催化填料，經(jīng)催化氧化后去除水中的有毒有害有機(jī)物，其去除有機(jī)物的比例為O3：△COD≥1:2.0;;
五、經(jīng)催化氧化塔出口排出的尾氣充入尾氣吸收塔，尾氣吸收塔加熱分解臭氧尾氣，再經(jīng)過(guò)催化劑層徹底分解尾氣中的臭氧，處理后的尾氣可根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行直排或者進(jìn)入大系統(tǒng)的尾氣處理系統(tǒng)。
2.如權(quán)利要求1所述的處理工藝，其特征在于：所述催化填料為復(fù)合非均相催化劑，所述催化劑包括載體，活性組分，致孔劑，粘結(jié)劑、潤(rùn)滑劑和酸，其中各組分的重量百分比為載體50-80%，活性組分10-15%，致孔劑3-8%，粘結(jié)劑3-7%，潤(rùn)滑劑1-4%和酸1-2%，所述載體選擇分子篩、中孔陶瓷或硅藻土，所述活性組分為復(fù)合納米金屬氧化物或金屬溶液，其中的金屬為納米鈦和鋯的組合物，鈦和鋯的摩爾比為10：1-3，所述致孔劑為木炭、生物淀粉或聚乙二醇，所述粘結(jié)劑是氫氧化鋁凝膠，所述潤(rùn)滑劑為甘油，所述酸為硝酸。
3.如權(quán)利要求2所述的處理工藝，其特征在于：所述催化填料的制備方法如下：
(1)將二氧化鈦和氧化鋯顆粒研磨粉碎，制備活性金屬?gòu)?fù)合納米氧化物顆粒;也可以采用鈦和鋯的離子溶液混合配制復(fù)合金屬組合物溶液，其中上述氧化物顆�；蚪饘俳M合物溶液中鈦和鋯的摩爾比為10：1-3;
(2)將載體粉碎成粒徑10-100nm的顆粒，將載體顆粒與步驟1的氧化物顆�；旌虾蠼䴘n與乙醇中，充分?jǐn)嚢杞䴘n2-5h，取出后在100-150℃下烘干;或者將載體顆粒直接浸漬于步驟1中的金屬組合物溶液中，充分?jǐn)嚢?-5h，靜置48小時(shí)后濾去溶液;
(3)將步驟2中烘干或過(guò)濾后得到顆粒與致孔劑、粘結(jié)劑、潤(rùn)滑劑和酸混合，混合后產(chǎn)物先在80～150℃下烘干2h，后在400～600℃焙燒2～4小時(shí)，粉碎后制得催化填料。
說(shuō)明書(shū)
有機(jī)廢水臭氧催化氧化處理工藝
技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明涉及有機(jī)廢水的處理方法，特別涉及一種臭氧的催化氧化處理工藝和催化劑材料。
背景技術(shù)
水中難降解有機(jī)物污染問(wèn)題和有效治理問(wèn)題，已成為我國(guó)水環(huán)境工作面臨的一個(gè)嚴(yán)峻的問(wèn)題。水體中的有機(jī)污染物主要包括大分子天然有機(jī)物、微量有機(jī)污染物、臭味物質(zhì)、 藻類(lèi)及其代謝產(chǎn)物等。這些有機(jī)物通常來(lái)源于有機(jī)化工、石油化工、醫(yī)藥、 殺蟲(chóng)劑及除草劑等工業(yè)過(guò)程產(chǎn)生的有機(jī)污染物，具有濃度低、毒性大的特點(diǎn)， 很多能產(chǎn)生致癌、致畸、致突變的作用，對(duì)人體健康危害極大，而且這些有機(jī)物都難降解，易于通過(guò)食物鏈生物富集而放大其危害，因此需要采用一定的技術(shù)手段將其從水體中去除。
廢水中的有機(jī)物難以直接采用生化方法處理，需要采用物理化學(xué)方法進(jìn)行處理或預(yù)處理;另外，許多高濃度有機(jī)廢水經(jīng)生物二級(jí)處理后，殘留部分有機(jī)物大部分為難生物降解有機(jī)物，致使廢水難以達(dá)標(biāo)排放或回用，也需要采用物理化學(xué)方法進(jìn)行深度處理。
化學(xué)氧化法是水污染控制的主要方法之一，常用的氧化劑主要包括濕式氧化的氧氣、電化學(xué)中的電子、高錳酸鹽、氯氣、過(guò)氧化氫及臭氧等。相對(duì)于其它氧化劑，臭氧的氧化性比其它常用氧化劑的強(qiáng)，其標(biāo)準(zhǔn)電極電位為2.07mV;另外，臭氧氧化副產(chǎn)物少，因此在給水處理中已得到了廣泛的應(yīng)用，主要用來(lái)消毒殺菌、除嗅、除藻及水中有機(jī)物。近十多年來(lái)，隨著臭氧發(fā)生器制造業(yè)的發(fā)展，臭氧化水處理工藝的設(shè)備投資和運(yùn)行費(fèi)用得以降低，在污水處理方面的研究和應(yīng)用也逐漸增多。然而，目前應(yīng)用的臭氧氧化工藝和設(shè)備存在臭氧利用率降低，氧化效果較差，難以在廢水處理中取得滿(mǎn)意的處理效果的問(wèn)題。
臭氧在水溶液中的化學(xué)行為比較復(fù)雜，它可以直接氧化有機(jī)物，或通過(guò)鏈?zhǔn)椒磻?yīng)機(jī)制分解產(chǎn)生羥自由基氧化去除水中的雜質(zhì)，研究表明一些金屬元素可以促進(jìn)臭氧分解產(chǎn)生強(qiáng)氧化性的羥基自由基;因此在利用臭氧處理有機(jī)廢水時(shí)通常選擇催化臭氧氧化技術(shù)。但是在均相催化氧化中，催化劑混溶于水，催化劑易流失且不易回收，容易產(chǎn)生二次污染，運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用較高，增加處理成本，難以在大規(guī)模生產(chǎn)中應(yīng)用;而在非均相催化氧化中，固體催化劑存在表面不均一和內(nèi)擴(kuò)散速度較慢的缺點(diǎn)，且氧化效果容易受到水體中雜質(zhì)的影響，降低了氧化效率，還可能生成副產(chǎn)物溴酸鹽，導(dǎo)致了水體二次污染，也對(duì)人體健康產(chǎn)生影響。因此有必要研究出一種新型的催化劑材料和新型的催化氧化工藝，以提高臭氧的利用率和氧化效率。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足與缺陷，提供了一種高效率的臭氧催化氧化處理工藝，尤其適用于含有機(jī)污染物的水體的凈化和處理。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：
一種有機(jī)廢水臭氧催化氧化處理工藝，其主要步驟包括：
一、將預(yù)處理后的有機(jī)廢水通過(guò)自吸泵提升進(jìn)入自清洗過(guò)濾器，在自清洗過(guò)濾器中，去除廢水中大部分的較大懸浮物，自清洗過(guò)濾器后的產(chǎn)水進(jìn)入保安過(guò)濾器，進(jìn)一步去除水中的懸浮物和膠體物質(zhì);
二、步驟一中保安過(guò)濾器的產(chǎn)水進(jìn)入冷卻系統(tǒng)中，與冷卻系統(tǒng)的循環(huán)冷卻水進(jìn)行熱交換，將污水的水溫降低到25℃左右，同時(shí)冷卻水經(jīng)冷卻系統(tǒng)的冷水機(jī)降溫到25℃以下循環(huán)利用;
三、經(jīng)過(guò)熱交換升溫后的廢水進(jìn)入高位水箱，高位水箱的有效水容量控制在3.5立方左右;
四、高位水箱的出水與臭氧混合通過(guò)微納米氣泡發(fā)生裝置進(jìn)入催化氧化塔中，催化氧化塔中填充催化填料，經(jīng)催化氧化后去除水中的有毒有害有機(jī)物，其去除有機(jī)物的比例為O3：△COD≥1:2.0;;
五、經(jīng)催化氧化塔出口排出的尾氣充入尾氣吸收塔，尾氣吸收塔加熱分解臭氧尾氣，再經(jīng)過(guò)催化劑層徹底分解尾氣中的臭氧，處理后的尾氣可根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行直排或者進(jìn)入大系統(tǒng)的尾氣處理系統(tǒng)。
其中所述催化填料為復(fù)合非均相催化劑，所述催化劑包括載體，活性組分，致孔劑，粘結(jié)劑、潤(rùn)滑劑和酸，其中各組分的重量百分比為載體50-80%，活性組分10-15%，致孔劑3-8%，粘結(jié)劑3-7%，潤(rùn)滑劑1-4%和酸1-2%，所述載體選擇分子篩、中孔陶瓷或硅藻土，所述活性組分為復(fù)合納米金屬氧化物或金屬溶液，其中的金屬為納米鈦和鋯的組合物，鈦和鋯的摩爾比為10：1-3，所述致孔劑為木炭、生物淀粉或聚乙二醇，所述粘結(jié)劑是氫氧化鋁凝膠，所述潤(rùn)滑劑為甘油，所述酸為硝酸;
本發(fā)明的催化填料采用以下方法制備獲得：
(1)將二氧化鈦和氧化鋯顆粒研磨粉碎，制備活性金屬?gòu)?fù)合納米氧化物顆粒;也可以采用鈦和鋯的離子溶液混合配制復(fù)合金屬組合物溶液，其中上述氧化物顆�；蚪饘俳M合物溶液中鈦和鋯的摩爾比為10：1-3。
(2)將載體粉碎成粒徑10-100nm的顆粒，將載體顆粒與步驟1的氧化物顆�；旌虾蠼䴘n與乙醇中，充分?jǐn)嚢杞䴘n2-5h，取出后在100-150℃下烘干;或者將載體顆粒直接浸漬于步驟1中的金屬組合物溶液中，充分?jǐn)嚢?-5h，靜置48小時(shí)后濾去溶液。
(3)將步驟2中烘干或過(guò)濾后得到顆粒與致孔劑、粘結(jié)劑、潤(rùn)滑劑和酸混合，混合后產(chǎn)物先在80～150℃下烘干2h，后在400～600℃焙燒2～4小時(shí)，粉碎后制得載體填料;
本發(fā)明的臭氧催化氧化工藝適用于各種有機(jī)廢水的處理，包括含低濃度有機(jī)污染物的飲用水，尤其適用于有機(jī)農(nóng)藥、石油冶煉和煤化工、制藥等行業(yè)產(chǎn)生的有機(jī)廢水;
本發(fā)明具有如下有益效果：
1)本發(fā)明采用微納米氣泡發(fā)生裝置將廢水和臭氧的混合物輸送倒催化氧化塔中，臭氧在廢水中的分散率高，與廢水中的有機(jī)物和催化劑接觸更為充分，臭氧的羥基自由基產(chǎn)生率高，可以更加高效的去除水體中的有毒有害有機(jī)物，結(jié)果表明本發(fā)明的工藝明顯高于傳統(tǒng)臭氧處理工藝對(duì)有機(jī)物的去除效率。
2)本發(fā)明采用的催化劑比表面較大，性質(zhì)穩(wěn)定，能吸附有機(jī)污染物，增加污染物與羥基自由基接觸面積，其上負(fù)載的復(fù)合金屬能強(qiáng)化對(duì)臭氧的催化能力，提升羥基自由基有效利用率，強(qiáng)化處置效果。
