申请日2016.01.19
公开(公告)日2016.05.04
IPC分类号C02F1/02; B01J20/30; C02F1/28; C02F101/34
摘要
本发明涉及一种高浓度壬基酚聚氧乙烯醚废水热催化制备固态吸附剂的方法及其装置，方法包括：将高浓度壬基酚聚氧乙烯醚废水和水加入到热催化反应釜中，然后加入催化剂，将反应器密闭，加温至180～200℃，搅拌反应3.0～4.0h;反应器自然冷却，将反应器中固液两相混合物排出，固液分离，将得到的固态物质干燥，得到固态吸附剂。本发明的方法操作简单;与厌氧产甲烷等技术相比，不受限于高浓度有机废液的性质，适用范围广，易于工程化，为难处理及处置的高浓度壬基酚聚氧乙烯醚废水提供无害化及资源化的经济可行的技术方法。
权利要求书
1.一种高浓度壬基酚聚氧乙烯醚废水热催化制备固态吸附剂的方法，包括：
(1)将高浓度壬基酚聚氧乙烯醚废水和水加入到热催化反应釜中，然后加入催化剂，将反应器密闭，加温至180～200℃，搅拌反应3.0～4.0h;其中，H2O的加入量与高浓度壬基酚聚氧乙烯醚废水体积比为1:5～1:6;其中，催化剂为98%的浓硫酸和赤铁矿粉;
(2)反应结束后，反应器自然冷却，将反应器中固液两相混合物排出，固液分离，将得到的固态物质干燥，得到固态吸附剂。
2.根据权利要求1所述的一种高浓度壬基酚聚氧乙烯醚废水热催化制备固态吸附剂的方法，其特征在于，所述步骤(1)中废水为工业生产中产生、呈现粘稠状的有机废液。
3.根据权利要求1所述的一种高浓度壬基酚聚氧乙烯醚废水热催化制备固态吸附剂的方法，其特征在于，所述步骤(1)中高浓度壬基酚聚氧乙烯醚废水加入量占反应釜有效容积的1/2。
4.根据权利要求1所述的一种高浓度壬基酚聚氧乙烯醚废水热催化制备固态吸附剂的方法，其特征在于，所述步骤(1)中赤铁矿粉的投量与废水的比例为1.0～2.0g：1L;98%浓硫酸投量为0.1g：1L。
5.根据权利要求1所述的一种高浓度壬基酚聚氧乙烯醚废水热催化制备固态吸附剂的方法，其特征在于，所述步骤(2)中固液分离得到的残液为COD低于500mg/L的有机废水。
6.根据权利要求1所述的一种高浓度壬基酚聚氧乙烯醚废水热催化制备固态吸附剂的方法，其特征在于，所述步骤(2)中固体吸附剂吸附能力为0.1～0.2gCOD/(g吸附剂)。
7.一种高浓度壬基酚聚氧乙烯醚废水热催化制备固态吸附剂的装置，包括热催化反应釜(2)，其特征在于：所述的热催化反应釜(2)上端中间设有热催化反应釜搅拌器(1)、下端与固液两相反应产物排出管道(25)连接，所述的热催化反应釜搅拌器(1)一侧、热催化反应釜(2)上端设有在线压力计(3)和压力报警器(4)、另一侧设有在线温度计(10)和温度报警器(11)，所述的热催化反应釜(2)一侧、下端设有检修入孔(22)，所述的热催化反应釜(2)内部侧面上设有电加热器(21)，所述的热催化反应釜(2)两侧面上端分别设有减压释气管(6)和进料液管道(13)，所述的减压释气管(6)上设有减压释气阀(5)，所述的热催化反应釜(2)上、减压释气管(6)下端设有溢流液排放管(8)，所述的溢流液排放管(8)上设有溢流液排放阀(7)，所述的溢流液排放管(8)下端设有溢流液承接池(9)，所述的进料液管道(13)通过催化剂、酸投加管(17、26)分别与赤铁矿粉催化剂溶药槽(19)和硫酸投药槽(20)连接、且所述的进料液管道(13)与催化剂、酸投加管(17、26)连接两侧分别设有进料液调节阀(12、16)，所述的进料液管道(13)与自来水进水管(14)连接、且连接处在进料液调节阀(12、16)之间，所述的自来水进水管(14)上设有自来水进水调节阀(15)，所述的赤铁矿粉催化剂溶药槽(19)和硫酸投药槽(20)上端分别设有溶药槽搅拌机(18、27)和 投药计量泵(28、23)。
8.一种使用权利要求7所述的一种高浓度壬基酚聚氧乙烯醚废水热催化制备固态吸附剂的装置的方法，其特征在于，所述装置采用间歇序批式工作过程，包括下列步骤：
(a)开启废液进水阀门(12)、调节阀门(16)、释气阀门(5)、溢流管调节阀门(7);关闭排水阀(24)、自来水进水阀(15);开启废液进水泵向热催化反应器中输送待处理废液，至溢流管(8)中有废液流出，则表明反应器中废液量已达到额定处理量;关闭废液进水阀门(12)、溢流管调节阀门(7);开启自来水进水阀(15)，开启搅拌机(18、27)，开启催化剂及碱投药泵(28、23)，直至加水量和加药量达到设计参数;关闭催化剂及酸投加泵(28、23);关闭自来水进水阀(15)、调节阀(16)、释气阀(5);至此完成进料过程;
(b)开启反应器搅拌机(1)、电加热器(21)，搅拌并加热反应3.0～4.0h;然后关闭搅拌机(1)、电加热器(21)，完成热催化反应后自然冷却;至此完成反应过程;
(c)开启排水阀(24)并排出固液两相反应产物，经沉淀或离心分离得到的固态产物经干燥后，即为所制备的固态吸附剂。
说明书
一种高浓度壬基酚聚氧乙烯醚废水热催化制备固态吸附剂的方法及其装置
技术领域
本发明属于高浓度难降解工业废水或废液处理及资源化技术领域，特别涉及一种高浓度壬基酚聚氧乙烯醚废水热催化制备固态吸附剂的方法及其装置。
背景技术
壬基酚聚氧乙烯醚广泛应用于印染、化工和清洗等行业，可以用做表面活性剂、清洁剂。壬基酚聚氧乙烯醚是全世界公认的环境激素。研究表明，即便这种物质排放的浓度很低，也极具危害性。壬基酚聚氧乙烯醚一旦进入到环境中，就会迅速分解成毒性更强的环境激素-壬基酚。壬基酚具有持久性以及生物蓄积性。它会在环境中存在很长时间，而且可以进入食物链，影响生物体正常的生殖和发育。
壬基酚聚氧乙烯醚属于难生物降解物质，含有该类物质的废水处理方法有氧化、还原、混凝、生化等及其组合工艺等。但对于工业生产中产生的高浓度壬基酚聚氧乙烯醚废水(例如氟聚合物生产工艺中产生的含壬基酚聚氧乙烯醚的浓缩液)，因有机物浓度太高，常规的废水处理组合工艺却无法奏效。
考虑到这些高浓度壬基酚聚氧乙烯醚废水中蕴含的有机物从某种意义上讲是资源，所以对于该类高浓度有机废液的处理处置，需转变思路，将其中有机物作为资源回收，不仅能够符合污染物减排要求，而且通过资源化和能源化能够产生较大经济效益，是最为合理有效的处理处置方法。
目前，对于高浓度有机废液中的有机物资源化的途径研究和应用最多的是厌氧消化产甲烷，但厌氧产甲烷技术只适合于毒性较小、易于生物降解的剩余污泥、食品工业及畜禽废水。对于浓度极高、可生化性差且有一定毒性的高浓度壬基酚聚氧乙烯醚废水，厌氧菌难以正常生长代谢，厌氧产甲烷技术效果有限，无法获得显著的有机物资源化和总量减排的效果。微生物燃料电池是近年来开始研究的新技术，其原理是将废水或废液中有机物蕴含的化学能转化为电能而实现资源化，但限于微生物产电效率有限而无法获得较高的电流强度，使其仅能停留在理论和实验室研究阶段，目前尚无法实现工程应用。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种高浓度壬基酚聚氧乙烯醚废水热催化制备固态吸附剂的方法及其装置，该方法操作简单;与厌氧产甲烷等技术相比，不受限于高浓度有机废液的性质，适用范围广，易于工程化，为难处理及处置的高浓度壬基酚聚氧乙烯醚废水提供无害化及资源化的经济可行的技术方法。
本发明的一种高浓度壬基酚聚氧乙烯醚废水热催化制备固态吸附剂的方法，包括：
(1)将高浓度壬基酚聚氧乙烯醚废水和水加入到热催化反应器中，然后加入催化剂，将反应器密闭，加温至180～200℃，搅拌反应3.0～4.0h;其中，H2O的加入量与高浓度壬基酚聚氧乙烯醚废水体积比为1:5～1:6;
(2)反应结束后，反应器自然冷却，将反应器中固液两相混合物排出，固液分离，将得到的固态物质干燥，得到固态吸附剂。
所述步骤(1)中废水为工业生产中产生、呈现粘稠状的有机废液，且难以用常规废水处理方法处理达标。
所述步骤(1)中高浓度壬基酚聚氧乙烯醚废水加入量占反应釜有效容积的1/2。
所述步骤(1)中催化剂为98%的浓硫酸和赤铁矿粉;其中，赤铁矿粉的投量为1.0～2.0g/(L废水)，98%浓硫酸投量为0.1g/(L废水)。
所述步骤(2)中固液两相混合物为固态吸附剂与反应残液的混合物。
所述步骤(2)中固液分离得到的残液为COD低于500mg/L的有机废水。
所述步骤(2)中固态物质为粉末状。
所述步骤(2)中固体吸附剂吸附能力为0.1～0.2gCOD/(g吸附剂)。
本发明的一种高浓度壬基酚聚氧乙烯醚废水热催化制备固态吸附剂的装置，包括热催化反应釜，其中所述的热催化反应釜上端中间设有热催化反应釜搅拌器、下端与固液两相反应产物排出管道连接，所述的热催化反应釜搅拌器一侧、热催化反应釜上端设有在线压力计和压力报警器、另一侧设有在线温度计和温度报警器，所述的热催化反应釜一侧、下端设有检修入孔，所述的热催化反应釜内部侧面上设有电加热器，所述的热催化反应釜两侧面上端分别设有减压释气管和进料液管道，所述的减压释气管上设有减压释气阀，所述的热催化反应釜上、减压释气管下端设有溢流液排放管，所述的溢流液排放管上设有溢流液排放阀，所述的溢流液排放管下端设有溢流液承接池，所述的进料液管道通过催化剂、酸投加管分别与赤铁矿粉催化剂溶药槽和硫酸投药槽连接、且所述的进料液管道与催化剂、酸投加管连接两侧分别设有进料液调节阀，所述的进料液管道与自来水进水管连接、且连接处在进料液调节阀之间，所述的自来水进水管上设有自来水进水调节阀，所述的赤铁矿粉催化剂溶药槽和硫酸投药槽上端分别设有溶药槽搅拌机和投药计量泵。
一种使用所述的一种高浓度壬基酚聚氧乙烯醚废水热催化制备固态吸附剂的装置的方法，其中所述装置采用间歇序批式工作过程，包括下列步骤：
(a)开启废液进水阀门、调节阀门、释气阀门、溢流管调节阀门;关闭排水阀、自来水进水阀;开启废液进水泵向热催化反应器中输送待处理废液，至溢流管中有废液流出，则表明反应器中废液量已达到额定处理量;关闭废液进水阀门、溢流管调节阀门;开 启自来水进水阀，开启搅拌机，开启催化剂及碱投药泵，直至加水量和加药量达到设计参数;关闭催化剂及酸投加泵;关闭自来水进水阀、调节阀、释气阀;至此完成进料过程;
(b)开启反应器搅拌机、电加热器，搅拌并加热反应3.0～4.0h;然后关闭搅拌机、电加热器，完成热催化反应后自然冷却;至此完成反应过程;
(c)开启排水阀并排出固液两相反应产物，经沉淀或离心分离得到的固态产物经干燥后，即为所制备的固态吸附剂。
所述的热催化反应釜2的安全运行保护技术措施为：由在线温度计将信号反馈给PLC自动控制系统，通过自动控制系统控制电加热器，使反应器内温度维持在正常工作温度范围;当反应器内温度超过安全工作温度的范围时，温度报警器报警并自动切断加热电源;当反应器内压力超过安全工作压力范围时，压力报警器报警并自动切断加热电源，并通过自动控制系统开启释气阀，以快速降低反应器压力。
本发明的原理是在热催化反应釜中的一定温度和压力条件下，在铁氧化物、酸的共同催化作用下将高浓度废水中的壬基酚聚氧乙烯醚碳化，使其转化为具有较强吸附能力的固态吸附剂，热催化残液转化为低浓度有机废水，实现无害化及资源化。本发明能够解决常规废水处理技术难以解决的高浓度基酚聚氧乙烯醚废水的处理及处置问题，并通过制备附加值较高的吸附剂创造较大的环境及经济效益。
本发明的适用范围为工业生产中产生的高浓度壬基酚聚氧乙烯醚废水，由于有机物浓度较高且壬基酚聚氧乙烯醚为难降解物质，无法用常规废水处理方法处理达标排放。通过本发明提出的方法，可以将该类难处理及处置的高浓度有机废液无害化及资源化。
本发明的主要特点是操作简单;与厌氧产甲烷等技术相比，不受限于高浓度有机废液的性质，适用范围广;易于工程化。本发明为难处理高浓度壬基酚聚氧乙烯醚废水无害化和资源化提供一种经济可行的方法，符合工业领域节能减排的发展方向。
本发明针对工业生产中产生的高浓度难降解壬基酚聚氧乙烯醚废水，提出了一种通过热催化将废液中高浓度壬基酚聚氧乙烯醚转化为固态吸附剂的方法及反应器。该方法生成的固体物质可做水处理吸附剂;生成的液态物质有机物含量较低，经物化、生化废水组合工艺处理后可以达标排放，不会对环境造成二次污染。
有益效果
(1)本发明可以解决传统废水处理无法解决的高浓度有机废液的高浓度壬基酚聚氧乙烯醚废水处理及处置问题;
(2)本发明的方法中经热催化反应后，废液中壬基酚聚氧乙烯醚有机物脱水碳化后形成吸附 能力较强的固态吸附剂，可用于废水处理;
(3)本发明在废液水热催化碳化过程中产生的二次废液中由于有机物多数被碳化，含有COD浓度很低(100～500mg/L之间)，经物化、生化废水组合工艺处理后完全能满足达标排放要求;不会产生二次污染。