公布日：2023.11.21
申请日：2023.10.08
分类号：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
本发明提供了一种高浓度有机废水的多级臭氧催化氧化处理系统及方法，属于水处理技术领域。本发明通过增加混凝沉淀处理，能够去除高浓度有机废水中大部分悬浮有机物和无机物；加入臭氧催化氧化反应的催化剂，可催化臭氧形成强氧化性的·OH，提升反应效率；在上下两级臭氧反应塔之间增设中间反应装置，利用紫外线使上一级臭氧催化氧化反应产生的导致催化剂催化性能下降的基团光解，以提高下一级臭氧催化氧化反应速率。本发明能够提高反应效率，缩短反应时间，降低系统能耗，且能够有效去除有机废水中的有机污染物。
权利要求书
1.一种高浓度有机废水的多级臭氧催化氧化处理系统，其特征在于：所述多级臭氧催化氧化处理系统包括混凝装置(1)、沉淀器(2)、一级臭氧反应塔(3)、一级中间处理装置(4)、二级臭氧反应塔(5)、二级中间处理装置(6)、三级臭氧反应塔(7)、臭氧发生装置(11)、混凝剂储存罐(12)和助氧化剂储存罐(13)；所述混凝装置(1)、所述沉淀器(2)、所述一级臭氧反应塔(3)、所述一级中间处理装置(4)、所述二级臭氧反应塔(5)、所述二级中间处理装置(6)、所述三级臭氧反应塔(7)通过管道依次连接；所述臭氧发生装置(11)通过管道分别与所述一级臭氧反应塔(3)、所述二级臭氧反应塔(5)、所述三级臭氧反应塔(7)连接；所述混凝剂储存罐(12)通过管道与所述混凝装置(1)连接；所述助氧化剂储存罐(13)通过管道分别与所述一级臭氧反应塔(3)、所述二级臭氧反应塔(5)、所述三级臭氧反应塔(7)连接；所述一级臭氧反应塔(3)、所述二级臭氧反应塔(5)、所述三级臭氧反应塔(7)内均填充臭氧催化剂(9)；所述一级中间处理装置(4)、所述二级中间处理装置(6)内均设置紫外灯(10)。
2.一种高浓度有机废水的多级臭氧催化氧化处理方法，其特征在于，所述高浓度有机废水使用权利要求1所述的多级臭氧催化氧化处理系统进行处理，所述处理方法包括如下步骤：将高浓度有机废水依次通过所述混凝装置(1)、所述沉淀器(2)、所述一级臭氧反应塔(3)、所述一级中间处理装置(4)、所述二级臭氧反应塔(5)、所述二级中间处理装置(6)、所述三级臭氧反应塔(7)，进行多级臭氧催化氧化处理；将所述臭氧发生装置(11)产生的臭氧气体通过管道从臭氧反应塔下端通入所述一级臭氧反应塔(3)、所述二级臭氧反应塔(5)、所述三级臭氧反应塔(7)中；将混凝剂通过管道从所述混凝剂储存罐(12)输送至所述混凝装置(1)中；将助氧化剂通过管道从所述助氧化剂储存罐(13)输送至所述一级臭氧反应塔(3)、所述二级臭氧反应塔(5)、所述三级臭氧反应塔(7)中。
3.根据权利要求2所述的一种高浓度有机废水的多级臭氧催化氧化处理方法，其特征在于：所述高浓度有机废水在所述混凝装置(1)内的停留时间为10～30min；所述高浓度有机废水在所述沉淀器(2)内的停留时间为40～80min；所述高浓度有机废水在所述一级臭氧反应塔(3)、所述二级臭氧反应塔(5)、所述三级臭氧反应塔(7)的停留时间分别为20～90min；所述高浓度有机废水在所述一级中间处理装置(4)、所述二级中间处理装置(6)的停留时间分别为20～40min。
4.根据权利要求2所述的一种高浓度有机废水的多级臭氧催化氧化处理方法，其特征在于：所述混凝剂储存罐(12)内有混凝剂，所述混凝剂包括聚合硫酸铁、聚合氯化铝，所述混凝剂的质量浓度为10％～30％，使用时所述混凝剂的投加量为0.5～2.5kg/m3；所述助氧化剂储存罐(13)内有助氧化剂，所述助氧化剂为过氧化氢和/或过硫酸钠，使用时所述助氧化剂与所述高浓度有机废水中的COD质量比为0.5～3.0：1。
5.根据权利要求2所述的一种高浓度有机废水的多级臭氧催化氧化处理方法，其特征在于：所述混凝装置(1)内设置搅拌器(8)，使用时所述搅拌器(8)转速为20～200rpm。
6.根据权利要求2所述的一种高浓度有机废水的多级臭氧催化氧化处理方法，其特征在于：所述混凝装置(1)和所述沉淀器(2)的进出水方式为均上进上出，所述沉淀器(2)下端设泥斗及排泥管；所述一级臭氧反应塔(3)、所述二级臭氧反应塔(5)、所述三级臭氧反应塔(7)的进出水方式均为下进上出，所述一级中间处理装置(4)、所述二级中间处理装置(6)的进出水方式均为上进下出，所述臭氧发生装置(11)产出的臭氧的进气方式为气水顺流。
7.根据权利要求2所述的一种高浓度有机废水的多级臭氧催化氧化处理方法，其特征在于：所述一级中间处理装置(4)、所述二级中间处理装置(6)的外壳均为不透光材料，使用时所述紫外灯(10)的紫外线剂量为10～20mJ/cm2。
8.根据权利要求2所述的一种高浓度有机废水的多级臭氧催化氧化处理方法，其特征在于：所述臭氧发生装置(11)产生的臭氧量与所处理的高浓度有机废水中的COD质量比为1.0～3.0：1。
9.根据权利要求1所述的一种高浓度有机废水的多级臭氧催化氧化处理系统，其特征在于：所述臭氧催化剂(9)为铁基臭氧催化剂或锰基臭氧催化剂；所述铁基臭氧催化剂为无规则压缩碳钢片，所述无规则压缩碳钢片的填充体积为臭氧反应塔容积的40％～80％，体积密度为200～600kg/m3。
10.根据权利要求9所述的一种高浓度有机废水的多级臭氧催化氧化处理系统，其特征在于，所述锰基臭氧催化剂的制备方法包括如下步骤：将电解金属锰生产过程产生的锰渣烘干，过60～100目筛，得过筛锰渣，用水将过筛锰渣调成质量浓度为20％～30％的锰渣浆，在锰渣浆中加入所述过筛锰渣重量5％～10％的硝酸锰和所述过筛锰渣重量3％～5％的过硫酸钠，边搅拌边加热至锰渣浆温度保持在80～100℃，继续搅拌3～5h，过滤，烘干，得锰基臭氧催化剂初品；将锰基臭氧催化剂初品、水泥、羟丙基甲基纤维素以质量比为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，混合均匀，转至挤条机进行挤条，获得直径为1～3cm，长度为2～5cm的锰基臭氧催化剂半成品，将锰基臭氧催化剂半成品在25～30℃温度下养护3～5天，烘干，即可得到锰基臭氧催化剂；所述锰基臭氧催化剂的填充体积为臭氧反应塔容积的30％～60％。
发明内容
有鉴于此，本发明目的在于提供一种高浓度有机废水多级臭氧催化氧化处理系统及方法，本发明提供的系统及方法能够提升高浓度有机废水污染物去除效果，且不消耗危险化学试剂，无浓缩液产生，无二次污染物生成。
为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：
一种高浓度有机废水的多级臭氧催化氧化处理系统，所述多级臭氧催化氧化处理系统包括混凝装置、沉淀器、一级臭氧反应塔、一级中间处理装置、二级臭氧反应塔、二级中间处理装置、三级臭氧反应塔、臭氧发生装置、混凝剂储存罐和助氧化剂储存罐；
所述混凝装置、所述沉淀器、所述一级臭氧反应塔、所述一级中间处理装置、所述二级臭氧反应塔、所述二级中间处理装置、所述三级臭氧反应塔通过管道依次连接；
所述臭氧发生装置通过管道分别与所述一级臭氧反应塔、所述二级臭氧反应塔、所述三级臭氧反应塔连接；
所述混凝剂储存罐通过管道与所述混凝装置连接；
所述助氧化剂储存罐通过管道分别与所述一级臭氧反应塔、所述二级臭氧反应塔、所述三级臭氧反应塔连接；
所述一级臭氧反应塔、所述二级臭氧反应塔、所述三级臭氧反应塔内均填充臭氧催化剂；
所述一级中间处理装置、所述二级中间处理装置内均设置紫外灯。
本发明还提供一种高浓度有机废水的多级臭氧催化氧化处理方法，所述高浓度有机废水使用上述的多级臭氧催化氧化处理系统进行处理，所述处理方法包括如下步骤：
将高浓度有机废水依次通过所述混凝装置、所述沉淀器、所述一级臭氧反应塔、所述一级中间处理装置、所述二级臭氧反应塔、所述二级中间处理装置、所述三级臭氧反应塔，进行多级臭氧催化氧化处理；将所述臭氧发生装置产生的臭氧气体通过管道从臭氧反应塔下端通入所述一级臭氧反应塔、所述二级臭氧反应塔、所述三级臭氧反应塔中；将混凝剂通过管道从所述混凝剂储存罐输送至所述混凝装置中；将助氧化剂通过管道从所述助氧化剂储存罐输送至所述一级臭氧反应塔、所述二级臭氧反应塔、所述三级臭氧反应塔中。
进一步的，所述高浓度有机废水在所述混凝装置内的停留时间为10～30min；所述高浓度有机废水在所述沉淀器内的停留时间为40～80min；所述高浓度有机废水在所述一级臭氧反应塔、所述二级臭氧反应塔、所述三级臭氧反应塔的停留时间分别为20～90min；所述高浓度有机废水在所述一级中间处理装置、所述二级中间处理装置的停留时间分别为20～40min。
进一步的，所述混凝剂储存罐内有混凝剂，所述混凝剂包括聚合硫酸铁、聚合氯化铝，所述混凝剂的质量浓度为10％～30％，使用时所述混凝剂的投加量为0.5～2.5kg/m3；所述助氧化剂储存罐内有助氧化剂，所述助氧化剂为过氧化氢和/或过硫酸钠，使用时所述助氧化剂与所述高浓度有机废水中的COD质量比为0.5～3.0：1。
进一步的，所述混凝装置内设置搅拌器，使用时所述搅拌器转速为20～200rpm。
进一步的，所述混凝装置和所述沉淀器的进出水方式为均上进上出，所述沉淀器下端设泥斗及排泥管；所述一级臭氧反应塔、所述二级臭氧反应塔、所述三级臭氧反应塔的进出水方式均为下进上出，所述一级中间处理装置、所述二级中间处理装置的进出水方式均为上进下出，所述臭氧发生装置产出的臭氧的进气方式为气水顺流。
进一步的，所述一级中间处理装置、所述二级中间处理装置的外壳均为不透光材料，使用时所述紫外灯的紫外线剂量为10～20mJ/cm2。
进一步的，所述臭氧发生装置产生的臭氧量与所处理的高浓度有机废水中的COD质量比为1.0～3.0：1。
进一步的，所述臭氧催化剂为铁基臭氧催化剂或锰基臭氧催化剂；所述铁基臭氧催化剂为无规则压缩碳钢片，所述无规则压缩碳钢片的填充体积为臭氧反应塔容积的40％～80％，体积密度为200～600kg/m3。
进一步的，所述锰基臭氧催化剂的制备方法包括如下步骤：将电解金属锰生产过程产生的锰渣烘干，过60～100目筛，得过筛锰渣，用水将过筛锰渣调成质量浓度为20％～30％的锰渣浆，在锰渣浆中加入所述过筛锰渣重量5％～10％的硝酸锰和所述过筛锰渣重量3％～5％的过硫酸钠，边搅拌边加热至锰渣浆温度保持在80～100℃，继续搅拌3～5h，过滤，烘干，得锰基臭氧催化剂初品；将锰基臭氧催化剂初品、水泥、羟丙基甲基纤维素以质量比为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，混合均匀，转至挤条机进行挤条，获得直径为1～3cm，长度为2～5cm的锰基臭氧催化剂半成品，将锰基臭氧催化剂半成品在25～30℃温度下养护3～5天，烘干，即可得到锰基臭氧催化剂；所述锰基臭氧催化剂的填充体积为臭氧反应塔容积的30％～60％。
有益效果：
本发明提供了一种高浓度废水多级臭氧催化氧化处理系统及方法，包括以下步骤：将高浓度有机废水依次通过混凝装置、沉淀器、一级臭氧反应塔、一级中间处理装置、二级臭氧反应塔、二级中间处理装置、三级臭氧反应塔，进行多级臭氧催化氧化处理；混凝装置、沉淀器、一级臭氧反应塔、一级中间处理装置、二级臭氧反应塔、二级中间处理装置、三级臭氧反应塔通过管道依次相连；其中混凝装置内设置搅拌器；一级臭氧反应塔、二级臭氧反应塔、三级臭氧反应塔内填充臭氧催化剂；一级中间处理装置、二级中间处理装置内设置紫外灯；将臭氧发生装置产生的臭氧气体通过管道从反应器下端通入臭氧反应塔；混凝剂储存罐通过管道与混凝装置相连；助氧化剂储存罐通过管道与臭氧反应塔的进水端相连。本发明以高浓度废水多级臭氧连续催化氧化处理系统及方法，通过增加混凝沉淀处理，去除高浓度有机废水中大部分悬浮有机物和无机物；以铁基催化剂作为臭氧催化氧化反应的催化剂，可催化臭氧形成强氧化性的·OH，同时在被氧化过程中形成的Fe2+与助氧化剂反应，生成大量的·OH，进一步提升反应效率；本发明还通过改性锰渣后制备成条形锰基催化剂，不仅能够回收使用废渣，而且实验表明以锰基催化剂作为臭氧催化氧化反应的催化剂具有更好的反应效果；在上下两级臭氧反应塔之间增设中间反应装置，利用紫外线使上一级臭氧催化氧化反应产生的导致催化剂催化性能下降的基团光解，以提高下一级臭氧催化氧化反应速率。实施例结果表明，本发明能够将高浓度有机废水中的COD去除效率提升至80％以上。
（发明人：魏江州;李航;覃显淳;李灵知;韦崇高;张小平;王淋艺;康坤;谭彬彬)