公布日：2023.11.10
申請(qǐng)日：2023.09.19
分類號(hào)：C02F1/72(2023.01)I;C02F1/00(2023.01)I;C02F103/34(2006.01)N;C02F103/30(2006.01)N;C02F103/28(2006.01)N;C02F103/24(2006.01)N;C02F101/30(2006.01)N
摘要
本發(fā)明屬于廢水處理技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種用于難降解廢水深度處理的裝置及方法。該裝置包括非均相催化氧化塔，所述非均相催化氧化塔的底部為W型筒體；所述非均相催化氧化塔內(nèi)裝有催化劑；至少2個(gè)布水器，所述布水器包括配水管和與所述配水管連通的若干布水支管；所述布水支管的出水口設(shè)置在所述W型筒體內(nèi)部。將該裝置用于降解廢水時(shí)，對(duì)進(jìn)水pH適用范圍寬，可放寬至pH為5.0-5.5，大幅度減少芬頓試劑的投加量，減少催化氧化反應(yīng)后調(diào)中性所需堿液的投加量，大幅降低藥劑成本。
權(quán)利要求書(shū)
1.一種用于難降解廢水深度處理的裝置，其特征在于，包括：非均相催化氧化塔，所述非均相催化氧化塔的底部為W型筒體；所述非均相催化氧化塔內(nèi)裝有催化劑；至少2個(gè)布水器，所述布水器包括配水管和與所述配水管連通的若干布水支管；所述布水支管的出水口設(shè)置在所述W型筒體內(nèi)部。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，同一所述布水器中的若干布水支管處于同一平面。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的裝置，其特征在于，同一所述布水器中的若干布水支管的出水口方向相同；優(yōu)選地，沿所述配水管方向，同一所述布水器中的若干布水支管等間距設(shè)置。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3任一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于，所述裝置包括第一布水器和第二布水器，設(shè)置在W型筒體底部?jī)蓚?cè)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的裝置，其特征在于，所述第一布水器和所述第二布水器中心對(duì)稱。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-5任一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于，所述布水支管和所述W型筒體連接點(diǎn)所在的切線與所述布水支管的夾角為45-135°。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的裝置，其特征在于，所述布水支管與所述非均相催化氧化塔中心軸的垂直距離d為1/3R～2/3R；其中，R是指所述非均相催化氧化塔在水平面投影的半徑。
8.根據(jù)權(quán)利要求4-7任一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于，所述第一布水器和所述第二布水器錯(cuò)位設(shè)置。
9.根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的裝置，其特征在于，所述第一布水器和第二布水器沿徑向設(shè)置。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的裝置，其特征在于，所述布水支管的出口設(shè)有彎頭，所述彎頭的角度θ為120-150°。
11.根據(jù)權(quán)利要求9或10所述的裝置，其特征在于，沿圓周方向，第一布水器的布水支管出水口方向和第二布水器的布水支管出水口方向?yàn)轫槙r(shí)針?lè)较蚧蚰鏁r(shí)針?lè)较颉?/span>
12.根據(jù)權(quán)利要求1-11任一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于，所述W型筒體底部的第一角度為15-75°；優(yōu)選地，所述W型筒體底部的第二角度為45-150°；優(yōu)選地，所述非均相催化氧化塔頂部設(shè)有攔截網(wǎng)和/或出水口。
13.根據(jù)權(quán)利要求1-12任一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于，還包括排晶管，設(shè)置在所述W型筒體底部且與所述非均相催化氧化塔連通。
14.根據(jù)權(quán)利要求1-13任一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于，還包括：回流管，與所述布水器連通；和/或，第一混合器，分別與第一布水器和第一原料儲(chǔ)罐連通；和/或，第二混合器，分別與第二布水器、第二原料儲(chǔ)罐和回流管連通。
15.一種廢水的降解方法，其特征在于，采用權(quán)利要求1-14任一項(xiàng)所述的裝置，包括以下步驟：(1)對(duì)廢水進(jìn)行酸化；(2)酸化后的廢水與第一藥劑混合進(jìn)入非均相催化氧化塔；第二藥劑與回流液混合，進(jìn)入非均相催化氧化塔，在催化劑作用下，對(duì)廢水進(jìn)行處理。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的降解方法，其特征在于，所述第一藥劑為硫酸亞鐵；所述第二藥劑為過(guò)氧化氫；優(yōu)選地，以1L酸化后的廢水為基準(zhǔn)，所述硫酸亞鐵的投加量為150-250mg，過(guò)氧化氫的投加量為100-200mg；優(yōu)選地，所述酸化后的廢水在非均相催化氧化塔中的停留時(shí)間為15-30min。
17.根據(jù)權(quán)利要求15或16所述的降解方法，其特征在于，所述廢水為焦化廢水、石油化工廢水、印染廢水、造紙廢水、制藥廢水和皮革廢水中的一種或多種；優(yōu)選地，所述廢水COD為50～1200mg/L；優(yōu)選地，所述步驟(1)，酸化后的廢水的pH為5.0-5.5；優(yōu)選地，所述催化劑為直徑為2-5mm的球狀催化劑；優(yōu)選地，所述催化劑體積密度為1.25～2.25g/cm3；優(yōu)選地，所述催化劑的投加量為非均相催化氧化塔容積的1/8～1/5。
發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題在于克服現(xiàn)有技術(shù)在處理難降解工業(yè)廢水時(shí)，反應(yīng)系統(tǒng)流化效果不好，催化劑易沉積，利用率較低，傳質(zhì)效率差，以及在處理廢水時(shí)，反應(yīng)效率低等缺陷，從而提供了一種用于降解廢水的裝置及方法。
為此，本發(fā)明提供了以下技術(shù)方案。
本發(fā)明第一方面提供了一種用于難降解廢水深度處理的裝置，包括：
非均相催化氧化塔，所述非均相催化氧化塔的底部為W型筒體；所述非均相催化氧化塔內(nèi)裝有催化劑；
至少2個(gè)布水器，所述布水器包括配水管和與所述配水管連通的若干布水支管；所述布水支管的出水口設(shè)置在所述W型筒體內(nèi)部。
優(yōu)選地，同一所述布水器中的若干布水支管處于同一平面。
優(yōu)選地，同一所述布水器中的若干布水支管的出水口方向相同；
優(yōu)選地，沿所述配水管方向，同一所述布水器中的若干布水支管等間距設(shè)置。
所述裝置包括第一布水器和第二布水器，設(shè)置在W型筒體底部?jī)蓚?cè)。
所述第一布水器和所述第二布水器中心對(duì)稱。
所述布水支管和所述W型筒體連接點(diǎn)所在的切線與所述布水支管的夾角為45-135°。
優(yōu)選地，所述布水支管與所述非均相催化氧化塔中心軸的垂直距離d為1/3R～2/3R；
其中，R是指所述非均相催化氧化塔在水平面投影的半徑。
優(yōu)選地，所述第一布水器和所述第二布水器錯(cuò)位設(shè)置。
優(yōu)選地，所述第一布水器和第二布水器沿徑向設(shè)置。
優(yōu)選地，所述布水支管的出口設(shè)有彎頭，所述彎頭的角度θ為120-150°。
優(yōu)選地，沿圓周方向，第一布水器的布水支管出水口方向和第二布水器的布水支管出水口方向?yàn)轫槙r(shí)針?lè)较蚧蚰鏁r(shí)針?lè)较颉?/span>
所述W型筒體底部的第一角度為15-75°；
優(yōu)選地，所述W型筒體底部的第二角度為45-150°；
優(yōu)選地，所述非均相催化氧化塔頂部設(shè)有攔截網(wǎng)和/或出水口。
所述裝置還包括排晶管，設(shè)置在所述W型筒體底部且與所述非均相催化氧化塔連通。
所述裝置還包括：
回流管，與所述布水器連通；和/或，
第一混合器，分別與第一布水器和第一原料儲(chǔ)罐連通；和/或，
第二混合器，分別與第二布水器、第二原料儲(chǔ)罐和回流管連通。
本發(fā)明第二方面提供了一種廢水的降解方法，采用上述裝置，包括以下步驟：
(1)對(duì)廢水進(jìn)行酸化；
(2)酸化后的廢水與第一藥劑混合進(jìn)入非均相催化氧化塔；第二藥劑與回流液混合，進(jìn)入非均相催化氧化塔，在催化劑作用下，對(duì)廢水進(jìn)行處理。
所述第一藥劑為硫酸亞鐵；所述第二藥劑為過(guò)氧化氫；
優(yōu)選地，以1L酸化后的廢水為基準(zhǔn)，所述硫酸亞鐵的投加量為150-250mg，過(guò)氧化氫的投加量為100-200mg；
優(yōu)選地，所述酸化后的廢水在非均相催化氧化塔中的停留時(shí)間為15-30min。
所述廢水為焦化廢水、石油化工廢水、印染廢水、造紙廢水、制藥廢水和皮革廢水中的一種或多種；
優(yōu)選地，所述廢水COD為50～1200mg/L；
優(yōu)選地，所述步驟(1)，酸化后的廢水的pH為5.0-5.5；
優(yōu)選地，所述催化劑為直徑為2-5mm的球狀催化劑；
優(yōu)選地，所述催化劑體積密度為1.25～2.25g/cm3；
優(yōu)選地，所述催化劑的投加量為非均相催化氧化塔容積的1/8～1/5。
本發(fā)明技術(shù)方案，具有如下優(yōu)點(diǎn)：
1.本發(fā)明提供的用于難降解廢水深度處理的裝置，該裝置包括非均相催化氧化塔，所述非均相催化氧化塔的底部為W型筒體；所述非均相催化氧化塔內(nèi)裝有催化劑；至少2個(gè)布水器，所述布水器包括配水管和與所述配水管連通的若干布水支管；所述布水支管的出水口設(shè)置在所述W型筒體內(nèi)部。將該裝置用于降解廢水時(shí)，對(duì)進(jìn)水pH適用范圍寬，可放寬至pH為5.0-5.5，大幅度減少芬頓試劑的投加量，減少催化氧化反應(yīng)后調(diào)中性所需堿液的投加量，大幅降低藥劑成本。本發(fā)明非均相催化氧化塔底部為W型筒體，布水器中的布水支管的出水口設(shè)置在W型筒體內(nèi)部的不同高度，W型筒體下部分的圓形截面小，異相催化劑少，隨著W型筒體自下到上高度的增加，催化劑量也相應(yīng)增加，不同高度的催化劑水平旋流速度具有差異，催化劑間相對(duì)位移能有效避免溝流和短流的產(chǎn)生；W型筒體內(nèi)凹的設(shè)置方式可以有效防止催化劑沉積在塔底部，提高催化劑的利用效率。
本發(fā)明在布水器中設(shè)有若干布水支管，布水支管的出水口設(shè)置在W型筒體內(nèi)部，出水口出水的方向和速度，使得水流具有一定的角動(dòng)量。水流與催化劑混合后，在W型筒體的作用下，角動(dòng)量發(fā)生改變，產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)的力量，進(jìn)而形成渦旋或漩渦的形狀，進(jìn)而在進(jìn)水和回流的作用下，水流和催化劑旋轉(zhuǎn)上升，在整個(gè)氧化塔內(nèi)充分混合。本發(fā)明克服了傳統(tǒng)布水器難以在大直徑反應(yīng)塔內(nèi)實(shí)現(xiàn)均勻布水的缺陷，為廢水、化學(xué)藥劑、催化劑之間的充分混合創(chuàng)造了良好的環(huán)境。通過(guò)布水器與W型筒體的巧妙結(jié)合，實(shí)現(xiàn)底部水流和催化劑的充分接觸混合、旋轉(zhuǎn)上升，減少了傳統(tǒng)氧化塔內(nèi)固相催化劑沉積塔底的現(xiàn)象，可以使非均相催化氧化塔的流化效果變好，傳質(zhì)效率提高。本發(fā)明提供的裝置具有均勻布水、充分流化、高效傳質(zhì)等優(yōu)勢(shì)。
2.本發(fā)明提供的用于難降解廢水深度處理的裝置，將布水器設(shè)置在W型筒體底部，通過(guò)第一布水器和第二布水器的設(shè)置方式，例如布水支管和所述W型筒體連接點(diǎn)所在的切線與所述布水支管的夾角、布水支管與所述W型筒體中心軸的垂直距離、布水支管的出口設(shè)有彎頭并限定彎頭的角度，可以對(duì)大直徑反應(yīng)塔充分旋流攪拌，并通過(guò)產(chǎn)生的大漩渦在剪切力的作用下，促進(jìn)大漩渦裂解為小漩渦，豐富廢水、H2O2溶液和固相催化劑的接觸頻次和相間運(yùn)動(dòng)，提高相間傳質(zhì)效率，H2O2被固相催化劑催化分解成大量羥基自由基(·OH)，羥基自由基有極強(qiáng)的氧化性，進(jìn)而減少硫酸亞鐵藥劑投加量。在W型筒體底部設(shè)有排晶管，可靈活的對(duì)結(jié)垢失活催化劑進(jìn)行排放和補(bǔ)充，保證反應(yīng)塔內(nèi)催化劑保持較高催化活性，進(jìn)而提高反應(yīng)塔的運(yùn)行靈活性。
本發(fā)明提供的裝置操作靈活，可以作為難降解廢水生化處理前的預(yù)處理工藝，提高廢水可生化性；也可作為難降解廢水生化處理后的深度處理工藝，實(shí)現(xiàn)出水穩(wěn)定達(dá)標(biāo)的效果。
3.本發(fā)明提供的難降解廢水深度處理的裝置，采用本發(fā)明提供的裝置用于降解廢水時(shí)，可以實(shí)現(xiàn)芬頓試劑和液體在管道內(nèi)快速高效、低能耗的充分混合，進(jìn)而提升過(guò)氧化氫和硫酸亞鐵的利用率，減少冗余藥劑投加量，降低運(yùn)行成本。本發(fā)明可以解決傳統(tǒng)芬頓處理工業(yè)廢水pH適用范圍窄、運(yùn)行能耗高、流化效果差、效率低、反應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)的技術(shù)難題，本方案具有處理效果好、效率高、占地面積小等優(yōu)點(diǎn)，在工業(yè)廢水處理，尤其是有毒難降解廢水處理領(lǐng)域具有重要的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。
（發(fā)明人：柳蒙蒙;陳亞松;王佳琪;王子麟;陳彥霖;萬(wàn)新宇;李翀）
