公布日：2023.05.26
申請日：2022.12.14
分類號：C02F3/12(2023.01)I;C02F1/72(2023.01)I;F23G7/04(2006.01)I;B01J23/755(2006.01)I;B01J23/745(2006.01)I;C02F101/30(2006.01)N
摘要
本發(fā)明公開了一種高級氧化法耦合生物法處理高濃度有機(jī)廢水的工藝及裝置，本申請的工藝為：高濃度有機(jī)廢水與空氣分別預(yù)熱后通入催化燃燒反應(yīng)器，進(jìn)行催化燃燒反應(yīng)，處理后的廢水蒸汽經(jīng)過換熱和冷凝后送入生物反應(yīng)器，進(jìn)行活性污泥法處理，處理后的廢水可達(dá)標(biāo)排放。第一催化燃燒器中的催化劑失活后，可切換到第二催化燃燒器反應(yīng)，失活后的催化劑可通入空氣在高溫下原位再生。本發(fā)明通過電磁加熱技術(shù)、催化燃燒技術(shù)和生物活性污泥處理技術(shù)結(jié)合，解決了普遍高濃度有機(jī)廢水處理方法占地面積大、能耗大等問題，實(shí)現(xiàn)了高濃度有機(jī)廢水的高效處理，處理后廢水的化學(xué)需氧量可達(dá)到工業(yè)污水二級排放標(biāo)準(zhǔn)。
權(quán)利要求書
1.一種高級氧化法耦合生物法處理高濃度有機(jī)廢水工藝，其特征在于包括以下步驟：1）高濃度有機(jī)廢水的凈化：在進(jìn)料泵（1）的輸送作用下，高濃度有機(jī)廢水通過液體流量計(jì)（3）進(jìn)入換熱器（4）的冷流體通道進(jìn)行換熱，再通過第一預(yù)熱器（5）進(jìn)行二次預(yù)熱，使高濃度有機(jī)廢水形成廢水蒸汽，廢水蒸汽與經(jīng)過第二預(yù)熱器的空氣一并通入到填充有催化劑的第一催化燃燒反應(yīng)器（6）內(nèi)進(jìn)行凈化反應(yīng)，凈化后的高溫蒸汽流入換熱器（4）的熱流體通道與高濃度有機(jī)廢水進(jìn)行換熱，經(jīng)冷凝器（9）冷凝后儲存在產(chǎn)物罐（10）內(nèi)，產(chǎn)物罐（10）內(nèi)的有機(jī)廢水排入生物反應(yīng)器（11）進(jìn)行活性污泥法處理，二次處理后的廢水可作為凈化廢水排出；2）催化劑的再生：待第一催化燃燒器（6）內(nèi)的催化劑失活后，將廢水蒸汽切換至第二條反應(yīng)路線，即與空氣一并進(jìn)入填充有催化劑的第二催化燃燒器（7）進(jìn)行凈化反應(yīng)，凈化后的高溫蒸汽流入換熱器（4）的熱流體通道與高濃度有機(jī)廢水進(jìn)行換熱，第一催化燃燒器（6）內(nèi)通入空氣于500~600℃下進(jìn)行再生活化，排出的再生尾氣可集中凈化處理。
2.如權(quán)利要求1所述的一種高級氧化法耦合生物法處理高濃度有機(jī)廢水的工藝，其特征在于，高濃度有機(jī)廢水的初始COD在20000mg/L~100000mg/L，經(jīng)過催化燃燒處理可使其COD降低98%以上，催化燃燒處理后的儲存在產(chǎn)物罐（10）內(nèi)的有機(jī)廢水再進(jìn)一步經(jīng)過活性污泥法處理，可使其COD進(jìn)一步降低90%以上。
3.如權(quán)利要求1所述的一種高級氧化法耦合生物法處理高濃度有機(jī)廢水的工藝，其特征在于，第一催化燃燒器（6）或第二催化燃燒器（7）采用電磁加熱的方式進(jìn)行加熱，進(jìn)行凈化反應(yīng)的溫度為200~400℃，其內(nèi)部填充的催化劑為泡沫鎳整體式催化劑或泡沫鐵整體式催化劑。
4.如權(quán)利要求2所述的一種高級氧化法耦合生物法處理高濃度有機(jī)廢水的工藝，其特征在于，所述泡沫鎳整體式催化劑是以整片泡沫鎳為載體，先在載體上沉積Al2O3再負(fù)載Fe2O3，其組成結(jié)構(gòu)為Fe2O3/Al2O3/泡沫鎳，Al2O3的沉積量占Al2O3與泡沫鎳兩者總質(zhì)量的35~45%，Fe2O3負(fù)載量占Fe2O3、Al2O3與泡沫鎳三者總質(zhì)量的5~15%；所述泡沫鐵整體式催化劑是以整片泡沫鐵為載體，先在載體上沉積Al2O3再負(fù)載Fe2O3，其組成結(jié)構(gòu)為Fe2O3/Al2O3/泡沫鐵，Al2O3的沉積量占Al2O3與泡沫鐵兩者總質(zhì)量的35~45%，Fe2O3負(fù)載量占Fe2O3、Al2O3與泡沫鐵三者總質(zhì)量的5~15%。
5.如權(quán)利要求4所述的一種高級氧化法耦合生物法處理高濃度有機(jī)廢水的工藝，其特征在于，催化劑的制備包括：首先進(jìn)行泡沫金屬的預(yù)處理，將整片泡沫金屬依次放入乙醇、1mol/LHCl溶液、1mol/LNaOH溶液、去離子水的溶液中超聲清洗，干燥備用，然后進(jìn)行涂層的負(fù)載，將泡沫金屬放入納米氧化鋁溶膠中浸漬1h，取出烘干2h，馬弗爐450℃焙燒4h，重復(fù)步驟直至涂層負(fù)載量為40%，負(fù)載量為涂層占基體的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，最后是進(jìn)行活性組分的負(fù)載，將已負(fù)載好涂層的泡沫金屬放入1mol/LFe(NO3)3溶液中過量浸漬1h，取出烘干2h，馬弗爐500℃焙燒5h，重復(fù)步驟直至Fe2O3負(fù)載量達(dá)到目標(biāo)值。
6.如權(quán)利要求1所述的一種高級氧化法耦合生物法處理高濃度有機(jī)廢水的工藝，其特征在于，生物反應(yīng)器（11）采用活性污泥法處理，配有曝氣系統(tǒng)和PLC自動控制系統(tǒng)，PLC自動控制系統(tǒng)控制生物反應(yīng)器的運(yùn)行周期，每次通入高濃度有機(jī)廢水完成后，進(jìn)行曝氣150~300min，曝氣結(jié)束后進(jìn)行沉淀，使混合液處于靜止?fàn)顟B(tài)，以便后續(xù)分離，沉淀結(jié)束后進(jìn)行上層清液的排出，排出的上清液即為凈化廢水，排水結(jié)束進(jìn)行靜置，靜置下來的污泥為下一次周期的回流污泥，整個(gè)過程的操作溫度(25±5)℃，廢水pH為7~8，曝氣時(shí)溶氧量為2~3mg/L。
7.如權(quán)利要求6所述的一種高級氧化法耦合生物法處理高濃度有機(jī)廢水的工藝，其特征在于，每個(gè)處理周期的曝氣時(shí)間為200~240min，沉淀時(shí)間20~60min，靜置時(shí)間10~30min。
8.如權(quán)利要求6所述的一種高級氧化法耦合生物法處理高濃度有機(jī)廢水的工藝，其特征在于，生物反應(yīng)器（11）接種污泥為好氧污泥顆粒，每次通入高濃度有機(jī)廢水完成后，生物反應(yīng)器內(nèi)部的活性污泥的懸浮固體濃度MLSS達(dá)3000~4000mg/L。
9.如權(quán)利要求1所述的一種高級氧化法耦合生物法處理高濃度有機(jī)廢水的工藝所使用的裝置，其特征在于，包括進(jìn)料泵（1）、液體流量計(jì)（3）、換熱器（4）、第一預(yù)熱器（5）、并聯(lián)設(shè)置的第一催化燃燒器（6）和第二催化燃燒器（7）、冷凝器（9）、產(chǎn)物罐（10）以及生物反應(yīng)器（11）；換熱器（4）的冷流體通道進(jìn)口通過液體流量計(jì)（3）管路連接進(jìn)料泵（1），換熱器（4）的冷流體通道出口與第一預(yù)熱器（5）的進(jìn)口由管路連接，第一預(yù)熱器（5）的出口分為兩路，一路通過第二閥門（22）與第一催化燃燒器（6）頂部由管路連接，另一路通過第三閥門（23）與第二催化燃燒器（7）頂部由管路連接；所述第一催化燃燒器（6）底部出口分為兩路，一路通過第五閥門（25）排出再生尾氣，另一路通過第四閥門（24）與換熱器（4）熱流體通道進(jìn)口由管路連接；所述第二催化燃燒器（7）底部出口分為兩路，一路通過第六閥門（26）排出再生尾氣，另一路通過第七閥門（27）與換熱器（4）熱流體通道進(jìn)口由管路連接；換熱器（4）的熱流體通道進(jìn)口流入的高溫蒸汽用作熱源對高濃度有機(jī)廢水加熱；換熱器（4）的熱流體通道出口通過冷凝器（9）和產(chǎn)物罐（10）由管路連接；生物反應(yīng)器（11）和產(chǎn)物罐（10）由管路連接。
10.如權(quán)利要求9所述的一種高級氧化法耦合生物法處理高濃度有機(jī)廢水的工藝所使用的裝置，其特征在于，還包括第二預(yù)熱器（8），第二預(yù)熱器（8）的進(jìn)口端通入空氣，第二預(yù)熱器（8）的出口分為兩路，分別通過第八閥門（28）和第九閥門（29）與第一催化燃燒器（6）頂部進(jìn)口和第二催化燃燒器（7）頂部進(jìn)口由管路連接。
發(fā)明內(nèi)容
針對現(xiàn)有技術(shù)存在的上述技術(shù)問題，本發(fā)明的目的在于提供一種高級氧化法耦合生物法處理高濃度有機(jī)廢水的工藝及裝置。
所述的一種高級氧化法耦合生物法處理高濃度有機(jī)廢水工藝，其特征在于包括以下步驟：1）高濃度有機(jī)廢水的凈化：在進(jìn)料泵的輸送作用下，高濃度有機(jī)廢水通過液體流量計(jì)進(jìn)入換熱器的冷流體通道進(jìn)行換熱，再通過第一預(yù)熱器進(jìn)行二次預(yù)熱，使高濃度有機(jī)廢水形成廢水蒸汽，廢水蒸汽與經(jīng)過第二預(yù)熱器的空氣一并通入到填充有催化劑的第一催化燃燒反應(yīng)器內(nèi)進(jìn)行凈化反應(yīng)，凈化后的高溫蒸汽流入換熱器的熱流體通道與高濃度有機(jī)廢水進(jìn)行換熱，經(jīng)冷凝器冷凝后儲存在產(chǎn)物罐內(nèi)，產(chǎn)物罐內(nèi)的有機(jī)廢水排入生物反應(yīng)器進(jìn)行活性污泥法處理，二次處理后的廢水可作為凈化廢水排出；2）催化劑的再生：待第一催化燃燒器內(nèi)的催化劑失活后，將廢水蒸汽切換至第二條反應(yīng)路線，即與空氣一并進(jìn)入填充有催化劑的第二催化燃燒器進(jìn)行凈化反應(yīng)，凈化后的高溫蒸汽流入換熱器的熱流體通道與高濃度有機(jī)廢水進(jìn)行換熱，第一催化燃燒器內(nèi)通入空氣于500~600℃下進(jìn)行再生活化，排出的再生尾氣可集中凈化處理。
所述的一種高級氧化法耦合生物法處理高濃度有機(jī)廢水的工藝，其特征在于，高濃度有機(jī)廢水的初始COD在20000mg/L~100000mg/L，經(jīng)過催化燃燒處理可使其COD降低98%以上，催化燃燒處理后的儲存在產(chǎn)物罐內(nèi)的有機(jī)廢水再進(jìn)一步經(jīng)過活性污泥法處理，可使其COD進(jìn)一步降低90%以上。
所述的一種高級氧化法耦合生物法處理高濃度有機(jī)廢水的工藝，其特征在于，第一催化燃燒器或第二催化燃燒器采用電磁加熱的方式進(jìn)行加熱，進(jìn)行凈化反應(yīng)的溫度為200~400℃，其內(nèi)部填充的催化劑為泡沫鎳整體式催化劑或泡沫鐵整體式催化劑。
所述的一種高級氧化法耦合生物法處理高濃度有機(jī)廢水的工藝，其特征在于，所述泡沫鎳整體式催化劑是以整片泡沫鎳為載體，先在載體上沉積Al2O3再負(fù)載Fe2O3，其組成結(jié)構(gòu)為Fe2O3/Al2O3/泡沫鎳，Al2O3的沉積量占Al2O3與泡沫鎳兩者總質(zhì)量的35~45%，Fe2O3負(fù)載量占Fe2O3、Al2O3與泡沫鎳三者總質(zhì)量的5~15%；所述泡沫鐵整體式催化劑是以整片泡沫鐵為載體，先在載體上沉積Al2O3再負(fù)載Fe2O3，其組成結(jié)構(gòu)為Fe2O3/Al2O3/泡沫鐵，Al2O3的沉積量占Al2O3與泡沫鐵兩者總質(zhì)量的35~45%，Fe2O3負(fù)載量占Fe2O3、Al2O3與泡沫鐵三者總質(zhì)量的5~15%。
進(jìn)一步地，催化劑的制備包括：首先進(jìn)行泡沫金屬的預(yù)處理，將整片泡沫金屬依次放入乙醇、1mol/LHCl、1mol/LNaOH、去離子水的溶液中超聲清洗，干燥備用。然后進(jìn)行涂層的負(fù)載，將泡沫金屬放入納米氧化鋁溶膠中浸漬1h，取出烘干2h，馬弗爐450℃焙燒4h，重復(fù)步驟直至涂層負(fù)載量為40%，負(fù)載量為涂層占基體的質(zhì)量。最后是進(jìn)行活性組分的負(fù)載，將已負(fù)載好涂層的泡沫金屬放入1mol/LFe(NO3)3溶液中過量浸漬1h，取出烘干2h，馬弗爐500℃焙燒5h，重復(fù)步驟直至Fe2O3負(fù)載量達(dá)到目標(biāo)值。
所述的一種高級氧化法耦合生物法處理高濃度有機(jī)廢水的工藝，其特征在于，生物反應(yīng)器采用活性污泥法處理，配有曝氣系統(tǒng)和PLC自動控制系統(tǒng)，PLC自動控制系統(tǒng)控制生物反應(yīng)器的運(yùn)行周期，每次通入高濃度有機(jī)廢水完成后，進(jìn)行曝氣150~300min，曝氣結(jié)束后進(jìn)行沉淀，使混合液處于靜止?fàn)顟B(tài)，以便后續(xù)分離，沉淀結(jié)束后進(jìn)行上層清液的排出，排出的上清液即為凈化廢水，排水結(jié)束進(jìn)行靜置，靜置下來的污泥為下一次周期的回流污泥，整個(gè)過程的操作溫度(25±5)℃，廢水pH為7~8，曝氣時(shí)溶氧量為2~3mg/L。
所述的一種高級氧化法耦合生物法處理高濃度有機(jī)廢水的工藝，其特征在于，每個(gè)處理周期的曝氣時(shí)間為200~240min，沉淀時(shí)間20~60min，靜置時(shí)間10~30min。
所述的一種高級氧化法耦合生物法處理高濃度有機(jī)廢水的工藝，其特征在于，生物反應(yīng)器接種污泥為好氧污泥顆粒，每次通入高濃度有機(jī)廢水完成后，生物反應(yīng)器內(nèi)部的活性污泥的懸浮固體濃度MLSS達(dá)3000~4000mg/L。
所述的一種高級氧化法耦合生物法處理高濃度有機(jī)廢水的工藝所使用的裝置，其特征在于，包括進(jìn)料泵、液體流量計(jì)、換熱器、第一預(yù)熱器、并聯(lián)設(shè)置的第一催化燃燒器和第二催化燃燒器、冷凝器、產(chǎn)物罐以及生物反應(yīng)器；換熱器的冷流體通道進(jìn)口通過液體流量計(jì)管路連接進(jìn)料泵，換熱器的冷流體通道出口與第一預(yù)熱器的進(jìn)口由管路連接，第一預(yù)熱器的出口分為兩路，一路通過第二閥門與第一催化燃燒器頂部由管路連接，另一路通過第三閥門與第二催化燃燒器頂部由管路連接；所述第一催化燃燒器底部出口分為兩路，一路通過第五閥門排出再生尾氣，另一路通過第四閥門與換熱器熱流體通道進(jìn)口由管路連接；所述第二催化燃燒器底部出口分為兩路，一路通過第六閥門排出再生尾氣，另一路通過第七閥門與換熱器熱流體通道進(jìn)口由管路連接；換熱器的熱流體通道進(jìn)口流入的高溫蒸汽用作熱源對高濃度有機(jī)廢水加熱；換熱器的熱流體通道出口通過冷凝器和產(chǎn)物罐由管路連接；生物反應(yīng)器和產(chǎn)物罐由管路連接。
所述的一種高級氧化法耦合生物法處理高濃度有機(jī)廢水的工藝所使用的裝置，其特征在于，還包括第二預(yù)熱器，第二預(yù)熱器的進(jìn)口端通入空氣，第二預(yù)熱器的出口分為兩路，分別通過第八閥門和第九閥門與第一催化燃燒器頂部進(jìn)口和第二催化燃燒器頂部進(jìn)口由管路連接。
本發(fā)明有益的效果：1）本發(fā)明采用高級氧化法耦合生物法對高濃度有機(jī)廢水進(jìn)行高效降低COD。高濃度廢水在經(jīng)過催化燃燒器后，COD可以從100000mg/L降低到2000mg/L以內(nèi)，再經(jīng)過生物反應(yīng)器，COD可以降低到200mg/L以內(nèi)，保證了COD的高去除率。
2）本發(fā)明采用回收蒸汽熱源，將催化燃燒后的廢水蒸汽送入換熱的熱流體通道，和冷流體通道的高濃度有機(jī)廢水進(jìn)行逆流換熱，換熱后的廢水蒸汽經(jīng)過冷凝通過管路輸送到進(jìn)入后續(xù)的裝置進(jìn)行反應(yīng)。減少了第一預(yù)熱器的熱負(fù)荷，極大降低了能耗。
3）催化燃燒反應(yīng)器采用電磁加熱的方式，配合泡沫鎳整體催化或者泡沫鐵整體催化劑。電磁加熱相對于電加熱，整體加熱，加熱速度快，熱損失小，熱效率高，安全且環(huán)保。填充的泡沫金屬催化劑較傳統(tǒng)催化劑機(jī)械強(qiáng)度更高，催化劑性質(zhì)更穩(wěn)定，不易結(jié)焦，床層溫度更加穩(wěn)定，催化效率更高。同時(shí)采用催化劑原位再生方式，保證了裝置的連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行。
4）本發(fā)明相對于目前國內(nèi)外常用的廢水處理技術(shù)，具有低能耗、高效率、運(yùn)行穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)。
（發(fā)明人：于尚志;翁千惠;章金富;聶勇;王艷濤;梁曉江;傅俊紅;解慶龍;華小燕）
