公布日：2023.11.10
申请日：2023.09.19
分类号：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
本发明属于废水处理技术领域，具体涉及一种用于难降解废水深度处理的装置及方法。该装置包括非均相催化氧化塔，所述非均相催化氧化塔的底部为W型筒体；所述非均相催化氧化塔内装有催化剂；至少2个布水器，所述布水器包括配水管和与所述配水管连通的若干布水支管；所述布水支管的出水口设置在所述W型筒体内部。将该装置用于降解废水时，对进水pH适用范围宽，可放宽至pH为5.0-5.5，大幅度减少芬顿试剂的投加量，减少催化氧化反应后调中性所需碱液的投加量，大幅降低药剂成本。
权利要求书
1.一种用于难降解废水深度处理的装置，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为W型筒体；所述非均相催化氧化塔内装有催化剂；至少2个布水器，所述布水器包括配水管和与所述配水管连通的若干布水支管；所述布水支管的出水口设置在所述W型筒体内部。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，同一所述布水器中的若干布水支管处于同一平面。
3.根据权利要求2所述的装置，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；优选地，沿所述配水管方向，同一所述布水器中的若干布水支管等间距设置。
4.根据权利要求1-3任一项所述的装置，其特征在于，所述装置包括第一布水器和第二布水器，设置在W型筒体底部两侧。
5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述第一布水器和所述第二布水器中心对称。
6.根据权利要求1-5任一项所述的装置，其特征在于，所述布水支管和所述W型筒体连接点所在的切线与所述布水支管的夹角为45-135°。
7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述布水支管与所述非均相催化氧化塔中心轴的垂直距离d为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径。
8.根据权利要求4-7任一项所述的装置，其特征在于，所述第一布水器和所述第二布水器错位设置。
9.根据权利要求4或5所述的装置，其特征在于，所述第一布水器和第二布水器沿径向设置。
10.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，所述布水支管的出口设有弯头，所述弯头的角度θ为120-150°。
11.根据权利要求9或10所述的装置，其特征在于，沿圆周方向，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为顺时针方向或逆时针方向。
12.根据权利要求1-11任一项所述的装置，其特征在于，所述W型筒体底部的第一角度为15-75°；优选地，所述W型筒体底部的第二角度为45-150°；优选地，所述非均相催化氧化塔顶部设有拦截网和/或出水口。
13.根据权利要求1-12任一项所述的装置，其特征在于，还包括排晶管，设置在所述W型筒体底部且与所述非均相催化氧化塔连通。
14.根据权利要求1-13任一项所述的装置，其特征在于，还包括：回流管，与所述布水器连通；和/或，第一混合器，分别与第一布水器和第一原料储罐连通；和/或，第二混合器，分别与第二布水器、第二原料储罐和回流管连通。
15.一种废水的降解方法，其特征在于，采用权利要求1-14任一项所述的装置，包括以下步骤：(1)对废水进行酸化；(2)酸化后的废水与第一药剂混合进入非均相催化氧化塔；第二药剂与回流液混合，进入非均相催化氧化塔，在催化剂作用下，对废水进行处理。
16.根据权利要求15所述的降解方法，其特征在于，所述第一药剂为硫酸亚铁；所述第二药剂为过氧化氢；优选地，以1L酸化后的废水为基准，所述硫酸亚铁的投加量为150-250mg，过氧化氢的投加量为100-200mg；优选地，所述酸化后的废水在非均相催化氧化塔中的停留时间为15-30min。
17.根据权利要求15或16所述的降解方法，其特征在于，所述废水为焦化废水、石油化工废水、印染废水、造纸废水、制药废水和皮革废水中的一种或多种；优选地，所述废水COD为50～1200mg/L；优选地，所述步骤(1)，酸化后的废水的pH为5.0-5.5；优选地，所述催化剂为直径为2-5mm的球状催化剂；优选地，所述催化剂体积密度为1.25～2.25g/cm3；优选地，所述催化剂的投加量为非均相催化氧化塔容积的1/8～1/5。
发明内容
因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有技术在处理难降解工业废水时，反应系统流化效果不好，催化剂易沉积，利用率较低，传质效率差，以及在处理废水时，反应效率低等缺陷，从而提供了一种用于降解废水的装置及方法。
为此，本发明提供了以下技术方案。
本发明第一方面提供了一种用于难降解废水深度处理的装置，包括：
非均相催化氧化塔，所述非均相催化氧化塔的底部为W型筒体；所述非均相催化氧化塔内装有催化剂；
至少2个布水器，所述布水器包括配水管和与所述配水管连通的若干布水支管；所述布水支管的出水口设置在所述W型筒体内部。
优选地，同一所述布水器中的若干布水支管处于同一平面。
优选地，同一所述布水器中的若干布水支管的出水口方向相同；
优选地，沿所述配水管方向，同一所述布水器中的若干布水支管等间距设置。
所述装置包括第一布水器和第二布水器，设置在W型筒体底部两侧。
所述第一布水器和所述第二布水器中心对称。
所述布水支管和所述W型筒体连接点所在的切线与所述布水支管的夹角为45-135°。
优选地，所述布水支管与所述非均相催化氧化塔中心轴的垂直距离d为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径。
优选地，所述第一布水器和所述第二布水器错位设置。
优选地，所述第一布水器和第二布水器沿径向设置。
优选地，所述布水支管的出口设有弯头，所述弯头的角度θ为120-150°。
优选地，沿圆周方向，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为顺时针方向或逆时针方向。
所述W型筒体底部的第一角度为15-75°；
优选地，所述W型筒体底部的第二角度为45-150°；
优选地，所述非均相催化氧化塔顶部设有拦截网和/或出水口。
所述装置还包括排晶管，设置在所述W型筒体底部且与所述非均相催化氧化塔连通。
所述装置还包括：
回流管，与所述布水器连通；和/或，
第一混合器，分别与第一布水器和第一原料储罐连通；和/或，
第二混合器，分别与第二布水器、第二原料储罐和回流管连通。
本发明第二方面提供了一种废水的降解方法，采用上述装置，包括以下步骤：
(1)对废水进行酸化；
(2)酸化后的废水与第一药剂混合进入非均相催化氧化塔；第二药剂与回流液混合，进入非均相催化氧化塔，在催化剂作用下，对废水进行处理。
所述第一药剂为硫酸亚铁；所述第二药剂为过氧化氢；
优选地，以1L酸化后的废水为基准，所述硫酸亚铁的投加量为150-250mg，过氧化氢的投加量为100-200mg；
优选地，所述酸化后的废水在非均相催化氧化塔中的停留时间为15-30min。
所述废水为焦化废水、石油化工废水、印染废水、造纸废水、制药废水和皮革废水中的一种或多种；
优选地，所述废水COD为50～1200mg/L；
优选地，所述步骤(1)，酸化后的废水的pH为5.0-5.5；
优选地，所述催化剂为直径为2-5mm的球状催化剂；
优选地，所述催化剂体积密度为1.25～2.25g/cm3；
优选地，所述催化剂的投加量为非均相催化氧化塔容积的1/8～1/5。
本发明技术方案，具有如下优点：
1.本发明提供的用于难降解废水深度处理的装置，该装置包括非均相催化氧化塔，所述非均相催化氧化塔的底部为W型筒体；所述非均相催化氧化塔内装有催化剂；至少2个布水器，所述布水器包括配水管和与所述配水管连通的若干布水支管；所述布水支管的出水口设置在所述W型筒体内部。将该装置用于降解废水时，对进水pH适用范围宽，可放宽至pH为5.0-5.5，大幅度减少芬顿试剂的投加量，减少催化氧化反应后调中性所需碱液的投加量，大幅降低药剂成本。本发明非均相催化氧化塔底部为W型筒体，布水器中的布水支管的出水口设置在W型筒体内部的不同高度，W型筒体下部分的圆形截面小，异相催化剂少，随着W型筒体自下到上高度的增加，催化剂量也相应增加，不同高度的催化剂水平旋流速度具有差异，催化剂间相对位移能有效避免沟流和短流的产生；W型筒体内凹的设置方式可以有效防止催化剂沉积在塔底部，提高催化剂的利用效率。
本发明在布水器中设有若干布水支管，布水支管的出水口设置在W型筒体内部，出水口出水的方向和速度，使得水流具有一定的角动量。水流与催化剂混合后，在W型筒体的作用下，角动量发生改变，产生旋转的力量，进而形成涡旋或漩涡的形状，进而在进水和回流的作用下，水流和催化剂旋转上升，在整个氧化塔内充分混合。本发明克服了传统布水器难以在大直径反应塔内实现均匀布水的缺陷，为废水、化学药剂、催化剂之间的充分混合创造了良好的环境。通过布水器与W型筒体的巧妙结合，实现底部水流和催化剂的充分接触混合、旋转上升，减少了传统氧化塔内固相催化剂沉积塔底的现象，可以使非均相催化氧化塔的流化效果变好，传质效率提高。本发明提供的装置具有均匀布水、充分流化、高效传质等优势。
2.本发明提供的用于难降解废水深度处理的装置，将布水器设置在W型筒体底部，通过第一布水器和第二布水器的设置方式，例如布水支管和所述W型筒体连接点所在的切线与所述布水支管的夹角、布水支管与所述W型筒体中心轴的垂直距离、布水支管的出口设有弯头并限定弯头的角度，可以对大直径反应塔充分旋流搅拌，并通过产生的大漩涡在剪切力的作用下，促进大漩涡裂解为小漩涡，丰富废水、H2O2溶液和固相催化剂的接触频次和相间运动，提高相间传质效率，H2O2被固相催化剂催化分解成大量羟基自由基(·OH)，羟基自由基有极强的氧化性，进而减少硫酸亚铁药剂投加量。在W型筒体底部设有排晶管，可灵活的对结垢失活催化剂进行排放和补充，保证反应塔内催化剂保持较高催化活性，进而提高反应塔的运行灵活性。
本发明提供的装置操作灵活，可以作为难降解废水生化处理前的预处理工艺，提高废水可生化性；也可作为难降解废水生化处理后的深度处理工艺，实现出水稳定达标的效果。
3.本发明提供的难降解废水深度处理的装置，采用本发明提供的装置用于降解废水时，可以实现芬顿试剂和液体在管道内快速高效、低能耗的充分混合，进而提升过氧化氢和硫酸亚铁的利用率，减少冗余药剂投加量，降低运行成本。本发明可以解决传统芬顿处理工业废水pH适用范围窄、运行能耗高、流化效果差、效率低、反应时间长的技术难题，本方案具有处理效果好、效率高、占地面积小等优点，在工业废水处理，尤其是有毒难降解废水处理领域具有重要的实际应用价值。
（发明人：柳蒙蒙;陈亚松;王佳琪;王子麟;陈彦霖;万新宇;李翀）