申請日2010.07.22
公開(公告)日2011.11.09
IPC分類號C02F9/04; B01J19/12; C02F101/30; C02F1/32; C02F1/52; B01F5/00
摘要
本發(fā)明公開了一種難降解有機(jī)廢水的處理方法、光催化反應(yīng)器及微孔靜態(tài)管道混合器。難降解有機(jī)廢水在微孔靜態(tài)管道混合器(2)中與硫酸鋁水溶液充分混合后，進(jìn)入隔板絮凝池(6)中反應(yīng);其后通過輸水管進(jìn)入斜板沉淀池(8)，經(jīng)沉淀的污泥通過排泥口(9)排出;上述處理的混合液通過輸水管(11)進(jìn)入二氧化鈦光催化反應(yīng)器(12)中，曝氣泵(13)提供曝;同時，給紫外燈(15)通電;混合液在二氧化鈦光催化反應(yīng)器中處理后的水從取樣口(16)排出。該工藝簡單，易操作，投資與運(yùn)行費(fèi)用低，水的回收率高達(dá)95%以上。能去除污水中的懸浮物、油脂等有機(jī)物、細(xì)菌等微生物效果明顯，解決了傳統(tǒng)工藝中的二次污染問題。本發(fā)明的設(shè)備便于工業(yè)上的放大應(yīng)用。
摘要附圖
權(quán)利要求書
1.一種難降解有機(jī)廢水的處理方法，其特征在于：該處理方法的步驟包括：
步驟一，進(jìn)水泵(1)將難降解有機(jī)廢水從微孔靜態(tài)管道混合器(2)的前 端入口(3)抽入微孔靜態(tài)管道混合器(2)中，同時，投藥泵(4)在微孔靜態(tài) 管道混合器(2)的投藥口(5)處投加硫酸鋁水溶液，難降解有機(jī)廢水和硫酸 鋁水溶液在微孔靜態(tài)管道混合器(2)中充分混合，難降解有機(jī)廢水和硫酸鋁混 合液在微孔靜態(tài)管道混合器內(nèi)的混合時間t1：
t1=V1/v
V1-微孔靜態(tài)管道混合器的體積;
v-系統(tǒng)流量;
步驟二，上述混合溶液進(jìn)入隔板絮凝池(6)中反應(yīng)，反應(yīng)時間t2：
t2=V2/v
V2-隔板絮凝池的體積;
v-系統(tǒng)流量;
步驟三，經(jīng)步驟二處理的混合液通過輸水管(7)進(jìn)入斜板沉淀池(8)，沉 淀時間t3，沉淀污泥通過排泥口(9)排出，當(dāng)沉淀污泥達(dá)到斜板沉淀池(8)的 E-E位置時，排泥一次，當(dāng)進(jìn)入斜板沉淀池(8)的混合液多于輸水管(11)輸 出混合液時，多余部分從溢流槽(10)溢出;
混合液在斜板沉淀池中的沉淀時間t3：
t3=V3/v
V3-斜板沉淀池的體積;
v-系統(tǒng)流量;
步驟四，經(jīng)步驟三處理的混合液通過輸水管(11)進(jìn)入二氧化鈦光催化反 應(yīng)器(12)中，所需曝氣通過曝氣泵(13)從曝氣口(14)提供;曝氣的同時， 給紫外燈(15)通電;混合液在二氧化鈦光催化反應(yīng)器(12)中的反應(yīng)時間為 t4，處理后的難降解有機(jī)廢水從出水取樣口(16)排出;
t4=V4/v;
V4-光催化反應(yīng)器的體積;
v-系統(tǒng)流量;
所述的二氧化鈦光催化反應(yīng)器(12)為一內(nèi)外兩層雙圓筒結(jié)構(gòu);內(nèi)圓筒(17) 的內(nèi)半徑R=D，D為紫外燈(15)的有效垂直照射距離;外圓筒(18)的內(nèi)半 徑為內(nèi)圓筒內(nèi)半徑的3倍;外圓筒的高度比所用紫外燈的長度大D，而內(nèi)圓筒 的高度則比外圓筒低1/2D～D;內(nèi)外兩層雙圓筒同心，并共底;
第一負(fù)載型二氧化鈦不銹鋼網(wǎng)(19)圍繞在外圓筒的內(nèi)壁上，第二負(fù)載型 二氧化鈦不銹鋼網(wǎng)(20)圍繞在內(nèi)圓筒的外壁上和第三負(fù)載型二氧化鈦不銹鋼 網(wǎng)(21)圍繞在內(nèi)圓筒的內(nèi)壁上;
在內(nèi)外兩層雙圓筒中間的的底面上設(shè)光催化反應(yīng)器的進(jìn)水口(22)和曝氣 口(14)，在內(nèi)外兩層雙圓筒的中心設(shè)出水取樣口(16);在外圓筒的外部的下 部設(shè)進(jìn)水取樣口(23);
反應(yīng)器頂蓋(24)嵌在反應(yīng)器上，在蓋的中心處布置一個紫外燈插孔(25)， 在半徑為R的圓周上，均勻布置3～8個紫外燈插孔，R為反應(yīng)器頂蓋(24)外 圓半徑的2/3;
所述的微孔靜態(tài)管道混合器(2)包括：圓筒(26)及第一至第五擋板(27、 28、29、30、31);圓筒(26)兩端的中央設(shè)進(jìn)水口(3)和出水口(32)，在第 一檔板(27)和微孔靜態(tài)管道混合器進(jìn)水口(3)之間的圓筒正頂部1/2處，設(shè) 投藥口(5);第一至第五擋板(27、28、29、30、31)為圓盤形，圓盤外徑與 圓筒(26)的內(nèi)徑相等，第一至第五擋板排列均勻的封閉焊接在圓筒(26)的 內(nèi)壁上;
在第一擋板(27)、第三擋板(29)和第五擋板(31)正中央分別設(shè)置一個 孔直徑為d的微圓孔，v為系統(tǒng)流量，單位m3/s，使得 該混合液通過該微孔時流速達(dá)到1.2m/s～1.6m/s;在第二擋板(28)和第四擋板 (30)上設(shè)置3～8個孔直徑為d的微圓孔，微圓孔均勻分布在擋板1/2半徑的 同心圓周上，使得混合液經(jīng)過微圓孔時的流速控制在0.2m/s～0.4m/s。
2.難降解有機(jī)廢水的處理所使用的二氧化鈦光催化反應(yīng)器，其特征在于： 二氧化鈦光催化反應(yīng)器(12)為一內(nèi)外兩層雙圓筒結(jié)構(gòu);內(nèi)圓筒(17)的內(nèi)半 徑R=D，D為紫外燈(15)的有效垂直照射距離;外圓筒(18)的內(nèi)半徑為內(nèi) 圓筒內(nèi)半徑的3倍;外圓筒的高度比所用紫外燈的長度大D，而內(nèi)圓筒的高度 則比外圓筒低1/2D～D;內(nèi)外兩層雙圓筒同心，并共底;
第一負(fù)載型二氧化鈦不銹鋼網(wǎng)(19)圍繞在外圓筒的內(nèi)壁上，第二負(fù)載型 二氧化鈦不銹鋼網(wǎng)(20)圍繞在內(nèi)圓筒的外壁上和第三負(fù)載型二氧化鈦不銹鋼 網(wǎng)(21)圍繞在內(nèi)圓筒的內(nèi)壁上;
在內(nèi)外兩層雙圓筒中間的的底面上設(shè)光催化反應(yīng)器的進(jìn)水口(22)和曝氣 口(14)，在內(nèi)外兩層雙圓筒的中心設(shè)出水取樣口(16);在外圓筒的外部的下 部設(shè)進(jìn)水取樣口(23);
反應(yīng)器頂蓋(24)嵌在反應(yīng)器上，在蓋的中心處布置一個紫外燈插孔(25)， 在半徑為R的圓周上，均勻布置3～8個紫外燈插孔，R為反應(yīng)器頂蓋(24)外 圓半徑的2/3。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的二氧化鈦光催化反應(yīng)器，其特征在于：紫外燈(15) 均選用10W～30W浸沒式紫外燈;
第一負(fù)載型二氧化鈦不銹鋼網(wǎng)(19)、第二負(fù)載型二氧化鈦不銹鋼網(wǎng)(20) 和第三負(fù)載型二氧化鈦不銹鋼網(wǎng)(21)均采用溶膠-凝膠法負(fù)載，所用不銹鋼絲 網(wǎng)目數(shù)為60目～100目。
4.難降解有機(jī)廢水的處理所使用的微孔靜態(tài)管道混合器，其特征在于：微 孔靜態(tài)管道混合器(2)包括：圓筒(26)及第一至第五擋板(27、28、29、30、 31);圓筒(26)兩端的中央設(shè)進(jìn)水口(3)和出水口(32)，在第一檔板(27) 和微孔靜態(tài)管道混合器進(jìn)水口(3)之間的圓筒正頂部1/2處，設(shè)投藥口(5); 第一至第五擋板(27、28、29、30、31)為圓盤形，圓盤外徑與圓筒(26)的 內(nèi)徑相等，第一至第五擋板排列均勻的封閉焊接在圓筒(26)的內(nèi)壁上;
在第一擋板(27)、第三擋板(29)和第五擋板(31)正中央分別設(shè)置一個 孔直徑為d的微圓孔，v為系統(tǒng)流量，單位m3/s，使得 該混合液通過該微孔時流速達(dá)到1.2m/s～1.6m/s;在第二擋板(28)和第四擋板 (30)上設(shè)置3～8個孔直徑為d的微圓孔，微圓孔均勻分布在擋板1/2半徑的 同心圓周上，使得混合液經(jīng)過微圓孔時的流速控制在0.2m/s～0.4m/s。
說明書
一種難降解有機(jī)廢水的處理方法、光催化反應(yīng)器及微孔靜態(tài)管道混合器
技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明涉及一種利用混凝沉淀-光催化組合工藝處理難降解有機(jī)廢水以獲 得可循環(huán)再利用的方法、用于光催化降解廢水中有機(jī)物的光催化反應(yīng)器以及用 于液液或固液混合的微孔靜態(tài)管道混合器。
背景技術(shù)
難降解有機(jī)有害廢水中主要污染物成分復(fù)雜，多為陰離子表面活性劑LAS、 油脂類、有機(jī)磷農(nóng)藥、帶苯環(huán)有機(jī)物等。目前，傳統(tǒng)的有機(jī)有害廢水處理方法 主要以混凝-沉淀-活性炭吸附工藝，二級生物處理，或混凝-過濾-超濾工 藝，以達(dá)到國家排放和中水回用水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)中對有機(jī)物排放的嚴(yán)格要求。
這些工藝流程復(fù)雜、設(shè)備多、占地大。其中，混凝-沉淀-活性炭吸附工藝 最佳投藥量達(dá)150mg/L～200mg/L、污泥量大、活性炭吸附設(shè)備再生等費(fèi)用高， 且存在嚴(yán)重的二次污染問題;二級生物處理工藝生物菌種培養(yǎng)馴化困難、啟動 耗時、生物污泥泥量大。
光催化技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程隨著光催化技術(shù)的發(fā)展而發(fā)展。它將促進(jìn)環(huán)境光化 學(xué)的應(yīng)用向縱深延伸，特別是水環(huán)境科學(xué)領(lǐng)域。目前，日本、美國、加拿大等 國家已嘗試把納米TiO2光催化反應(yīng)器用于水處理中，產(chǎn)品和市場的范圍與規(guī)模 也越來越大。美國20世紀(jì)80年代末已規(guī)模性使用光催化反應(yīng)器處理地下、地表 水中的三氯乙烯、四氯乙烯。日本90年代初開始采用LSEPRE處理自來水中的鐵、 錳，并大規(guī)模推廣于食品飲料工業(yè)。光催化反應(yīng)器是消除水體中環(huán)境污染物的 優(yōu)選處理系統(tǒng)，是光催化反應(yīng)器工業(yè)應(yīng)用的重點(diǎn)。美國的再生能源國家實(shí)驗(yàn)室 (NREL)、圣地亞國家實(shí)驗(yàn)室(SNL)、勞倫斯利弗莫爾國家實(shí)驗(yàn)室(LLNL)最早建造 了工程規(guī)模的單軸PTR反應(yīng)器，并應(yīng)用于NREL附近Superfund site的地下水修復(fù)。 依據(jù)現(xiàn)場試驗(yàn)數(shù)據(jù)，與其他處理方法相比，太陽能光催化法具有較大的成本降 低空間。馬德里已設(shè)計建造了歐洲第一座工業(yè)規(guī)模的光催化反應(yīng)器示范工程。 該工程完全按照商業(yè)化的要求運(yùn)行，為太陽能光催化技術(shù)完全實(shí)現(xiàn)工業(yè)化運(yùn)行 提供了第一手資料。美國Michigan理工大學(xué)室外試驗(yàn)采用固定床反應(yīng)器利用太陽 光催化處理受污染地下水，其規(guī)模已達(dá)2044t/d，成本US$1.38/t，顯示出良好的 應(yīng)用前景。
中國國內(nèi)的供水水質(zhì)不能令人滿意，優(yōu)質(zhì)飲用水及其處理設(shè)備市場廣闊，這 為新技術(shù)的發(fā)展提供了巨大空間。中國研究人員根據(jù)各自不同的設(shè)計思想，研 制了眾多的光催化反應(yīng)器，由于中國光催化反應(yīng)器的工業(yè)應(yīng)用剛剛起步，與發(fā) 達(dá)國家尚有一定的差距。中國國內(nèi)早期出現(xiàn)的光催化反應(yīng)器是為在實(shí)驗(yàn)室中進(jìn) 行研究而設(shè)計的。近年來研制的光催化反應(yīng)器開始逐漸走出實(shí)驗(yàn)室向?qū)嵱没?工業(yè)化發(fā)展。到目前為止中國國內(nèi)光催化反應(yīng)器技術(shù)的工程化、產(chǎn)業(yè)化實(shí)例少 有報道。中國國內(nèi)光催化技術(shù)研究正處于工業(yè)化前期階段。
中國現(xiàn)有的光催化反應(yīng)器按光催化劑物理狀態(tài)可分為懸浮型光催化反應(yīng)器 和負(fù)載型光催化反應(yīng)器。懸浮型光催化反應(yīng)器催化劑不能連續(xù)繼續(xù)使用且回收 非常困難，需經(jīng)后續(xù)絮凝、沉淀、離心等方法回收，且懸浮的光催化反應(yīng)劑阻 礙了紫外燈的照射深度，這使得懸浮型光催化反應(yīng)器很難用于實(shí)際的水處理中 去。在光源的利用率和二氧化鈦的利用率上沒有一個很好的結(jié)合，且多以靜態(tài) 反應(yīng)為主，給反應(yīng)過程帶來了很大的不便。而采用動態(tài)反應(yīng)的反應(yīng)器又不能較 好的解決流體的短路流現(xiàn)象，因而導(dǎo)致出水的水質(zhì)不夠穩(wěn)定。
另外，中國現(xiàn)有靜態(tài)管道混合器結(jié)構(gòu)復(fù)雜，當(dāng)水質(zhì)出現(xiàn)不夠理想時容易發(fā) 生堵塞現(xiàn)象。
發(fā)明內(nèi)容
針對現(xiàn)有難降解有機(jī)有害廢水處理技術(shù)中存在的工藝流程復(fù)雜、設(shè)備多、 對難降解有機(jī)物處理效果不理想、存在嚴(yán)重的二次污染等問題，本發(fā)明提供一 種難降解有機(jī)有害廢水循環(huán)再利用的處理方法;針對現(xiàn)有光催化反應(yīng)器及靜態(tài) 管道混合器的不足，本發(fā)明同時提出一種光催化反應(yīng)器和微孔靜態(tài)管道混合器。
本發(fā)明的技術(shù)方案：
一種難降解有機(jī)廢水的處理方法，該處理方法的步驟包括：
步驟一，進(jìn)水泵將難降解有機(jī)廢水從微孔靜態(tài)管道混合器的前端入口抽入 微孔靜態(tài)管道混合器中，同時，投藥泵在微孔靜態(tài)管道混合器的進(jìn)藥口處投加 硫酸鋁水溶液，難降解有機(jī)廢水和硫酸鋁水溶液在微孔靜態(tài)管道混合器中充分 混合，難降解有機(jī)廢水和硫酸鋁混合液在微孔靜態(tài)管道混合器內(nèi)的混合時間t1：
t1=V1/v
V1-微孔靜態(tài)管道混合器的體積。
v-系統(tǒng)流量。
步驟二，上述混合溶液進(jìn)入隔板絮凝池中反應(yīng)，難降解有機(jī)廢水和硫酸鋁 混合液在隔板絮凝池內(nèi)混合時間t2。
t2=V2/v
V2-隔板絮凝池的體積。
v-系統(tǒng)流量。
步驟三，經(jīng)步驟二處理的混合液通過輸水管進(jìn)入斜板沉淀池的底部，沉淀 時間t3，沉淀污泥通過排泥口排出，當(dāng)進(jìn)入斜板沉淀池的混合液多于輸水管輸出 混合液時，多余部分從溢流槽溢出。在斜板沉淀池的沉淀時間t3：
t3=V3/v
V3-斜板沉淀池的體積。
v-系統(tǒng)流量。
步驟四，經(jīng)步驟三處理的混合液通過輸水管進(jìn)入二氧化鈦光催化反應(yīng)器中， 所需曝氣通過曝氣泵從曝氣口提供;曝氣的同時，給紫外燈通電;混合液在二 氧化鈦光催化反應(yīng)器中的反應(yīng)時間為t4，處理后的水從取樣口排出。
t4=V4/v
V4-光催化反應(yīng)器的體積。
v-系統(tǒng)流量。
難降解有機(jī)廢水的處理所使用的二氧化鈦光催化反應(yīng)器，其二氧化鈦光催 化反應(yīng)器為一內(nèi)外兩層雙圓筒結(jié)構(gòu);內(nèi)圓筒的內(nèi)半徑R=D，D為紫外燈的有效 垂直照射距離;外圓筒的內(nèi)半徑為內(nèi)圓筒內(nèi)半徑的3倍;外圓筒的高度比所用 紫外燈的長度大D，而內(nèi)圓筒的高度則比外圓筒低1/2D～D;內(nèi)外兩層雙圓筒 同心，并共底。
第一負(fù)載型二氧化鈦不銹鋼網(wǎng)圍繞在外圓筒的內(nèi)壁上，第二負(fù)載型二氧化 鈦不銹鋼網(wǎng)圍繞在內(nèi)圓筒的外壁上和第三負(fù)載型二氧化鈦不銹鋼網(wǎng)圍繞在內(nèi)圓 筒的內(nèi)壁上。
在內(nèi)外兩層雙圓筒中間的的底面上設(shè)光催化反應(yīng)器的進(jìn)水口和曝氣口，在 內(nèi)外兩層雙圓筒的中心設(shè)出水取樣口;在外圓筒的外部的下部設(shè)進(jìn)水取樣口。
反應(yīng)器頂蓋嵌在反應(yīng)器上，在蓋的中心處布置一個紫外燈插孔，在半徑為R 的圓周上，均勻布置3～8個紫外燈插孔，R為反應(yīng)器頂蓋外圓半徑的2/3。
難降解有機(jī)廢水的處理所使用的微孔靜態(tài)管道混合器包括：圓筒及第一至 第五擋板;圓筒兩端的中央設(shè)進(jìn)水口和出水口，在第一檔板和微孔靜態(tài)管道混 合器進(jìn)水口之間的圓筒正頂部1/2處設(shè)投藥口;第一至第五擋板為圓盤形，其外 徑與圓筒的內(nèi)徑相等，第一至第五擋板排列均勻的封閉焊接在圓筒的內(nèi)壁上。
在第一擋板、第三擋板和第五擋板正中央分別設(shè)置一個孔直徑為d的微圓 孔，v為系統(tǒng)流量，單位m3/s，使得該混合液通過該微 孔時流速達(dá)到1.2m/s～1.6m/s;在第二擋板和第四擋板上設(shè)置3～8個孔直徑為d 的微圓孔，微圓孔均勻分布在擋板1/2半徑的同心圓周上，使得混合液經(jīng)過微圓 孔時的流速控制在0.2m/s～0.4m/s。
本發(fā)明和已有技術(shù)相比所具有的效果：
本發(fā)明工藝流程簡單，設(shè)備少，操作簡單易行，投資與運(yùn)行費(fèi)用低。該工藝 能夠有效地去除污水中的懸浮物、油脂等有機(jī)物、細(xì)菌等微生物，在光催化的 作用下能深度降解廢水中的各種有機(jī)物，由于光源采用的是浸沒式低功率紫外 消毒燈，處理后的水可直接循環(huán)再利用，無需消毒;光催化過程中，二氧化鈦 是以催化劑的形式存在，自身沒有消耗，作為一種廢水深度處理氧化技術(shù)，能 夠有效的將有機(jī)物，降解為小分子無機(jī)化合物，排出水體或以無害成分留在水 中，解決了傳統(tǒng)工藝中的二次污染問題。本發(fā)明水的回收率高達(dá)95%以上，大 大節(jié)約了水資源。
本發(fā)明的光催化反應(yīng)器以動態(tài)反應(yīng)設(shè)計，根據(jù)所用紫外燈在廢水中的有效 垂直照射距離來確定負(fù)載型二氧化鈦光催化反應(yīng)器的形狀及負(fù)載型二氧化鈦的 放置位置，從而提高了二氧化鈦和光源的利用率;另外，通過控制進(jìn)出水口位 置及內(nèi)外兩圓柱的高程差來實(shí)現(xiàn)對水流路徑的有效約束，避免了水流的短路現(xiàn) 象，該光催化反應(yīng)器結(jié)構(gòu)簡單，便于工業(yè)上的放大設(shè)計和推廣。
本發(fā)明的微孔靜態(tài)管道混合器采用了脈沖原理，在通過控制每個擋板上微 孔數(shù)量和微孔孔徑來調(diào)節(jié)流體通過微孔時的流速，使得流體快慢交替的通過各 個擋板，并在微孔靜態(tài)管道混合器中形成劇烈的紊流現(xiàn)象，從而實(shí)現(xiàn)充分混合 的效果。該微孔靜態(tài)管道混合器結(jié)構(gòu)簡單，設(shè)計加工方便，并且能夠很好的實(shí) 現(xiàn)液液混合及固液混合。
