公布日：2023.11.21
申請日：2023.10.08
分類號：C02F9/00(2023.01)I;C02F1/52(2023.01)N;C02F1/72(2023.01)N;C02F1/78(2023.01)N;C02F1/32(2023.01)N;C02F101/30(2006.01)N;C02F103/06(2006.01)N
摘要
本發明提供了一種高濃度有機廢水的多級臭氧催化氧化處理系統及方法，屬于水處理技術領域。本發明通過增加混凝沉淀處理，能夠去除高濃度有機廢水中大部分懸浮有機物和無機物；加入臭氧催化氧化反應的催化劑，可催化臭氧形成強氧化性的·OH，提升反應效率；在上下兩級臭氧反應塔之間增設中間反應裝置，利用紫外線使上一級臭氧催化氧化反應產生的導致催化劑催化性能下降的基團光解，以提高下一級臭氧催化氧化反應速率。本發明能夠提高反應效率，縮短反應時間，降低系統能耗，且能夠有效去除有機廢水中的有機污染物。
權利要求書
1.一種高濃度有機廢水的多級臭氧催化氧化處理系統，其特征在于：所述多級臭氧催化氧化處理系統包括混凝裝置(1)、沉淀器(2)、一級臭氧反應塔(3)、一級中間處理裝置(4)、二級臭氧反應塔(5)、二級中間處理裝置(6)、三級臭氧反應塔(7)、臭氧發生裝置(11)、混凝劑儲存罐(12)和助氧化劑儲存罐(13)；所述混凝裝置(1)、所述沉淀器(2)、所述一級臭氧反應塔(3)、所述一級中間處理裝置(4)、所述二級臭氧反應塔(5)、所述二級中間處理裝置(6)、所述三級臭氧反應塔(7)通過管道依次連接；所述臭氧發生裝置(11)通過管道分別與所述一級臭氧反應塔(3)、所述二級臭氧反應塔(5)、所述三級臭氧反應塔(7)連接；所述混凝劑儲存罐(12)通過管道與所述混凝裝置(1)連接；所述助氧化劑儲存罐(13)通過管道分別與所述一級臭氧反應塔(3)、所述二級臭氧反應塔(5)、所述三級臭氧反應塔(7)連接；所述一級臭氧反應塔(3)、所述二級臭氧反應塔(5)、所述三級臭氧反應塔(7)內均填充臭氧催化劑(9)；所述一級中間處理裝置(4)、所述二級中間處理裝置(6)內均設置紫外燈(10)。
2.一種高濃度有機廢水的多級臭氧催化氧化處理方法，其特征在于，所述高濃度有機廢水使用權利要求1所述的多級臭氧催化氧化處理系統進行處理，所述處理方法包括如下步驟：將高濃度有機廢水依次通過所述混凝裝置(1)、所述沉淀器(2)、所述一級臭氧反應塔(3)、所述一級中間處理裝置(4)、所述二級臭氧反應塔(5)、所述二級中間處理裝置(6)、所述三級臭氧反應塔(7)，進行多級臭氧催化氧化處理；將所述臭氧發生裝置(11)產生的臭氧氣體通過管道從臭氧反應塔下端通入所述一級臭氧反應塔(3)、所述二級臭氧反應塔(5)、所述三級臭氧反應塔(7)中；將混凝劑通過管道從所述混凝劑儲存罐(12)輸送至所述混凝裝置(1)中；將助氧化劑通過管道從所述助氧化劑儲存罐(13)輸送至所述一級臭氧反應塔(3)、所述二級臭氧反應塔(5)、所述三級臭氧反應塔(7)中。
3.根據權利要求2所述的一種高濃度有機廢水的多級臭氧催化氧化處理方法，其特征在于：所述高濃度有機廢水在所述混凝裝置(1)內的停留時間為10～30min；所述高濃度有機廢水在所述沉淀器(2)內的停留時間為40～80min；所述高濃度有機廢水在所述一級臭氧反應塔(3)、所述二級臭氧反應塔(5)、所述三級臭氧反應塔(7)的停留時間分別為20～90min；所述高濃度有機廢水在所述一級中間處理裝置(4)、所述二級中間處理裝置(6)的停留時間分別為20～40min。
4.根據權利要求2所述的一種高濃度有機廢水的多級臭氧催化氧化處理方法，其特征在于：所述混凝劑儲存罐(12)內有混凝劑，所述混凝劑包括聚合硫酸鐵、聚合氯化鋁，所述混凝劑的質量濃度為10％～30％，使用時所述混凝劑的投加量為0.5～2.5kg/m3；所述助氧化劑儲存罐(13)內有助氧化劑，所述助氧化劑為過氧化氫和/或過硫酸鈉，使用時所述助氧化劑與所述高濃度有機廢水中的COD質量比為0.5～3.0：1。
5.根據權利要求2所述的一種高濃度有機廢水的多級臭氧催化氧化處理方法，其特征在于：所述混凝裝置(1)內設置攪拌器(8)，使用時所述攪拌器(8)轉速為20～200rpm。
6.根據權利要求2所述的一種高濃度有機廢水的多級臭氧催化氧化處理方法，其特征在于：所述混凝裝置(1)和所述沉淀器(2)的進出水方式為均上進上出，所述沉淀器(2)下端設泥斗及排泥管；所述一級臭氧反應塔(3)、所述二級臭氧反應塔(5)、所述三級臭氧反應塔(7)的進出水方式均為下進上出，所述一級中間處理裝置(4)、所述二級中間處理裝置(6)的進出水方式均為上進下出，所述臭氧發生裝置(11)產出的臭氧的進氣方式為氣水順流。
7.根據權利要求2所述的一種高濃度有機廢水的多級臭氧催化氧化處理方法，其特征在于：所述一級中間處理裝置(4)、所述二級中間處理裝置(6)的外殼均為不透光材料，使用時所述紫外燈(10)的紫外線劑量為10～20mJ/cm2。
8.根據權利要求2所述的一種高濃度有機廢水的多級臭氧催化氧化處理方法，其特征在于：所述臭氧發生裝置(11)產生的臭氧量與所處理的高濃度有機廢水中的COD質量比為1.0～3.0：1。
9.根據權利要求1所述的一種高濃度有機廢水的多級臭氧催化氧化處理系統，其特征在于：所述臭氧催化劑(9)為鐵基臭氧催化劑或錳基臭氧催化劑；所述鐵基臭氧催化劑為無規則壓縮碳鋼片，所述無規則壓縮碳鋼片的填充體積為臭氧反應塔容積的40％～80％，體積密度為200～600kg/m3。
10.根據權利要求9所述的一種高濃度有機廢水的多級臭氧催化氧化處理系統，其特征在于，所述錳基臭氧催化劑的制備方法包括如下步驟：將電解金屬錳生產過程產生的錳渣烘干，過60～100目篩，得過篩錳渣，用水將過篩錳渣調成質量濃度為20％～30％的錳渣漿，在錳渣漿中加入所述過篩錳渣重量5％～10％的硝酸錳和所述過篩錳渣重量3％～5％的過硫酸鈉，邊攪拌邊加熱至錳渣漿溫度保持在80～100℃，繼續攪拌3～5h，過濾，烘干，得錳基臭氧催化劑初品；將錳基臭氧催化劑初品、水泥、羥丙基甲基纖維素以質量比為1：0.05～0.1：0.01～0.03混合，得到混合物，在混合物中加入混合物重量10％～30％的水，混合均勻，轉至擠條機進行擠條，獲得直徑為1～3cm，長度為2～5cm的錳基臭氧催化劑半成品，將錳基臭氧催化劑半成品在25～30℃溫度下養護3～5天，烘干，即可得到錳基臭氧催化劑；所述錳基臭氧催化劑的填充體積為臭氧反應塔容積的30％～60％。
發明內容
有鑒于此，本發明目的在于提供一種高濃度有機廢水多級臭氧催化氧化處理系統及方法，本發明提供的系統及方法能夠提升高濃度有機廢水污染物去除效果，且不消耗危險化學試劑，無濃縮液產生，無二次污染物生成。
為了實現上述發明目的，本發明提供以下技術方案：
一種高濃度有機廢水的多級臭氧催化氧化處理系統，所述多級臭氧催化氧化處理系統包括混凝裝置、沉淀器、一級臭氧反應塔、一級中間處理裝置、二級臭氧反應塔、二級中間處理裝置、三級臭氧反應塔、臭氧發生裝置、混凝劑儲存罐和助氧化劑儲存罐；
所述混凝裝置、所述沉淀器、所述一級臭氧反應塔、所述一級中間處理裝置、所述二級臭氧反應塔、所述二級中間處理裝置、所述三級臭氧反應塔通過管道依次連接；
所述臭氧發生裝置通過管道分別與所述一級臭氧反應塔、所述二級臭氧反應塔、所述三級臭氧反應塔連接；
所述混凝劑儲存罐通過管道與所述混凝裝置連接；
所述助氧化劑儲存罐通過管道分別與所述一級臭氧反應塔、所述二級臭氧反應塔、所述三級臭氧反應塔連接；
所述一級臭氧反應塔、所述二級臭氧反應塔、所述三級臭氧反應塔內均填充臭氧催化劑；
所述一級中間處理裝置、所述二級中間處理裝置內均設置紫外燈。
本發明還提供一種高濃度有機廢水的多級臭氧催化氧化處理方法，所述高濃度有機廢水使用上述的多級臭氧催化氧化處理系統進行處理，所述處理方法包括如下步驟：
將高濃度有機廢水依次通過所述混凝裝置、所述沉淀器、所述一級臭氧反應塔、所述一級中間處理裝置、所述二級臭氧反應塔、所述二級中間處理裝置、所述三級臭氧反應塔，進行多級臭氧催化氧化處理；將所述臭氧發生裝置產生的臭氧氣體通過管道從臭氧反應塔下端通入所述一級臭氧反應塔、所述二級臭氧反應塔、所述三級臭氧反應塔中；將混凝劑通過管道從所述混凝劑儲存罐輸送至所述混凝裝置中；將助氧化劑通過管道從所述助氧化劑儲存罐輸送至所述一級臭氧反應塔、所述二級臭氧反應塔、所述三級臭氧反應塔中。
進一步的，所述高濃度有機廢水在所述混凝裝置內的停留時間為10～30min；所述高濃度有機廢水在所述沉淀器內的停留時間為40～80min；所述高濃度有機廢水在所述一級臭氧反應塔、所述二級臭氧反應塔、所述三級臭氧反應塔的停留時間分別為20～90min；所述高濃度有機廢水在所述一級中間處理裝置、所述二級中間處理裝置的停留時間分別為20～40min。
進一步的，所述混凝劑儲存罐內有混凝劑，所述混凝劑包括聚合硫酸鐵、聚合氯化鋁，所述混凝劑的質量濃度為10％～30％，使用時所述混凝劑的投加量為0.5～2.5kg/m3；所述助氧化劑儲存罐內有助氧化劑，所述助氧化劑為過氧化氫和/或過硫酸鈉，使用時所述助氧化劑與所述高濃度有機廢水中的COD質量比為0.5～3.0：1。
進一步的，所述混凝裝置內設置攪拌器，使用時所述攪拌器轉速為20～200rpm。
進一步的，所述混凝裝置和所述沉淀器的進出水方式為均上進上出，所述沉淀器下端設泥斗及排泥管；所述一級臭氧反應塔、所述二級臭氧反應塔、所述三級臭氧反應塔的進出水方式均為下進上出，所述一級中間處理裝置、所述二級中間處理裝置的進出水方式均為上進下出，所述臭氧發生裝置產出的臭氧的進氣方式為氣水順流。
進一步的，所述一級中間處理裝置、所述二級中間處理裝置的外殼均為不透光材料，使用時所述紫外燈的紫外線劑量為10～20mJ/cm2。
進一步的，所述臭氧發生裝置產生的臭氧量與所處理的高濃度有機廢水中的COD質量比為1.0～3.0：1。
進一步的，所述臭氧催化劑為鐵基臭氧催化劑或錳基臭氧催化劑；所述鐵基臭氧催化劑為無規則壓縮碳鋼片，所述無規則壓縮碳鋼片的填充體積為臭氧反應塔容積的40％～80％，體積密度為200～600kg/m3。
進一步的，所述錳基臭氧催化劑的制備方法包括如下步驟：將電解金屬錳生產過程產生的錳渣烘干，過60～100目篩，得過篩錳渣，用水將過篩錳渣調成質量濃度為20％～30％的錳渣漿，在錳渣漿中加入所述過篩錳渣重量5％～10％的硝酸錳和所述過篩錳渣重量3％～5％的過硫酸鈉，邊攪拌邊加熱至錳渣漿溫度保持在80～100℃，繼續攪拌3～5h，過濾，烘干，得錳基臭氧催化劑初品；將錳基臭氧催化劑初品、水泥、羥丙基甲基纖維素以質量比為1：0.05～0.1：0.01～0.03混合，得到混合物，在混合物中加入混合物重量10％～30％的水，混合均勻，轉至擠條機進行擠條，獲得直徑為1～3cm，長度為2～5cm的錳基臭氧催化劑半成品，將錳基臭氧催化劑半成品在25～30℃溫度下養護3～5天，烘干，即可得到錳基臭氧催化劑；所述錳基臭氧催化劑的填充體積為臭氧反應塔容積的30％～60％。
有益效果：
本發明提供了一種高濃度廢水多級臭氧催化氧化處理系統及方法，包括以下步驟：將高濃度有機廢水依次通過混凝裝置、沉淀器、一級臭氧反應塔、一級中間處理裝置、二級臭氧反應塔、二級中間處理裝置、三級臭氧反應塔，進行多級臭氧催化氧化處理；混凝裝置、沉淀器、一級臭氧反應塔、一級中間處理裝置、二級臭氧反應塔、二級中間處理裝置、三級臭氧反應塔通過管道依次相連；其中混凝裝置內設置攪拌器；一級臭氧反應塔、二級臭氧反應塔、三級臭氧反應塔內填充臭氧催化劑；一級中間處理裝置、二級中間處理裝置內設置紫外燈；將臭氧發生裝置產生的臭氧氣體通過管道從反應器下端通入臭氧反應塔；混凝劑儲存罐通過管道與混凝裝置相連；助氧化劑儲存罐通過管道與臭氧反應塔的進水端相連。本發明以高濃度廢水多級臭氧連續催化氧化處理系統及方法，通過增加混凝沉淀處理，去除高濃度有機廢水中大部分懸浮有機物和無機物；以鐵基催化劑作為臭氧催化氧化反應的催化劑，可催化臭氧形成強氧化性的·OH，同時在被氧化過程中形成的Fe2+與助氧化劑反應，生成大量的·OH，進一步提升反應效率；本發明還通過改性錳渣后制備成條形錳基催化劑，不僅能夠回收使用廢渣，而且實驗表明以錳基催化劑作為臭氧催化氧化反應的催化劑具有更好的反應效果；在上下兩級臭氧反應塔之間增設中間反應裝置，利用紫外線使上一級臭氧催化氧化反應產生的導致催化劑催化性能下降的基團光解，以提高下一級臭氧催化氧化反應速率。實施例結果表明，本發明能夠將高濃度有機廢水中的COD去除效率提升至80％以上。
（發明人：魏江州;李航;覃顯淳;李靈知;韋崇高;張小平;王淋藝;康坤;譚彬彬)
