專利名稱：一種多相催化氧化污水處理方法
一種多相催化氧化污水處理方法技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明屬于環(huán)保技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種污水處理方法，尤其涉及一種多相催化氧化污水處理方法。
背景技術(shù)：
有機物污廢水來源相當(dāng)廣泛，有機物污廢水能夠引發(fā)一系列水體污染、威脅人體健康等問題，特別是高濃度難降解的有機物污廢水對環(huán)境有巨大的危害。目前有機廢水的處理方法主要是生物法、物化法或者生物法與物化法的結(jié)合，但在生物處理法中，有機物的降解并不徹底，而且并不適用于可生化性差的有機廢水；物化法則存在應(yīng)用范圍小或者處理成本高等不足，組合工藝則存在操作和管理復(fù)雜且費用高等不足。
水力空化為一種物化處理新技術(shù)。當(dāng)流體高速流過限流區(qū)域時壓力驟減達(dá)到蒸汽壓甚至負(fù)值時，會在該區(qū)域形成真空，溶解在流體中的流體會釋放出來，同時流體汽化而產(chǎn)生大量空化泡。當(dāng)空化泡隨流體進(jìn)一步流動、周邊壓力增大時，空化泡體積急劇縮小直至潰滅，在潰滅過程中產(chǎn)生極高的壓強和溫度，而這些條件足已使有機物在空化泡內(nèi)發(fā)生化學(xué)鍵斷裂、水相燃燒、高溫分解、自由基反應(yīng)。臭氧在水力空化效應(yīng)所產(chǎn)生的高溫高壓條件下會分解成更多比自身氧化性更強的羥基自由基，可以協(xié)同用于污水處理過程中。例如，一種名為“水力空化與臭氧耦合處理污水的方法”、申請?zhí)枮?00810139592. X的中國發(fā)明專利公開了一種處理污水的方法，其利用水力空化和其與臭氧的耦合作用來實現(xiàn)污水中有機物的氧化降解。同時臭氧與各種催化劑結(jié)合處理污水也是一種已有的污水處理技術(shù)。金屬氧化物TiO2化學(xué)穩(wěn)定性好，難溶于酸和堿，作為催化劑具有很好的優(yōu)點，臭氧在TW2和 YAL2O3的催化作用下，可進(jìn)一步加速生成羥基自由基，進(jìn)一步提高它對水中有機物的氧化效率和污水的生化性。例如名稱為“通過催化臭氧處理礦化水中有機污染物的方法”，專利號為99807379. 2的中國發(fā)明專利介紹了臭氧與催化劑結(jié)合處理污水的方法。上述兩種方法均利用臭氧產(chǎn)生羥基自由基，實現(xiàn)污水中有機物的氧化降解，但上述兩種方法中的任意一種都是單一作用，其羥基自由基產(chǎn)生率較低、有機物去除率依然較低、成本較高。發(fā)明內(nèi)容
針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種有機物去除效率高、 處理效果好、處理水量大、成本低的多相催化氧化污水處理方法。
為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供的技術(shù)方案是
一種多相催化氧化處理污水的方法，包括如下步驟
(1)污水流經(jīng)水力空化裝置，發(fā)生水力空化效應(yīng)，使污水處于空化狀態(tài)；
(2)使臭氧與空化狀態(tài)下的污水接觸；
(3)使臭氧、空化狀態(tài)下的污水與固相催化劑TW2和YAL2O3接觸。
優(yōu)選的，將經(jīng)過上述步驟(1) (2) (3)的污水回流再處理。
所述步驟(1)中的水力空化裝置包括上段O)、中段(7)和下段(12)，所述上段3⑵與所述中段(7)固定連接，所述中段(7)與所述下段(12)固定連接，其中，所述上段(2) 是一個管狀柱體，上段( 包括等直徑進(jìn)水段(1)、圓錐腔道(3)、等直徑空化段(5)；所述中段(7)是一個管狀柱體，中段(7)包括渦流腔(6)、圓錐腔道⑶、等直徑空化段(11)和臭氧進(jìn)氣管⑷；所述下段(12)是一個管狀柱體，下段(12)包括渦流腔(9)、圓錐腔道(10)、 等直徑出水段(13)，所述水力空化裝置其污水流經(jīng)的內(nèi)腔設(shè)置固相催化劑1102和yAL203。
所述臭氧進(jìn)氣管(4)設(shè)置在中段(7)的渦流腔(6)中。
所述上段⑵均勻設(shè)置多個圓錐腔道(3)；所述中段(7)均勻設(shè)置多個圓錐腔道 ⑶。
為了便于安裝和拆卸，所述上段與所述中段、所述中段與所述下段均采用法蘭盤固定連接。
所述水力空化裝置的上段O)、中段(7)和下段(1 其材料是固相催化劑TiO2和 AL2O3按照20-25%和75-80%的比例混合在1100°C條件下燒結(jié)而成的。
臭氧在水力空化效應(yīng)所產(chǎn)生的高溫高壓條件下能夠產(chǎn)生比自身氧化性更強的羥基自由基，而且臭氧在污水中以微小氣泡存在，微小氣泡的存在能夠增加水力空化效應(yīng)，產(chǎn)生更多的羥基自由基。臭氧在打02和YAL2O3的催化作用下，可進(jìn)一步加速生成羥基自由基，進(jìn)一步提高它對水中有機物的氧化效率和污水的生化性。該多相催化氧化處理污水的方法將上述兩過程中產(chǎn)生的羥基自由基共同作用于污水進(jìn)行處理，顯著提高了有機物氧化降解效率。該污水處理方法對設(shè)備要求低，生產(chǎn)效率高，降低了污水處理成本。


圖1是實現(xiàn)本發(fā)明多相催化氧化污水處理方法的設(shè)備；
圖2是水力空化裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。
一種多相催化氧化處理污水的方法，包括如下步驟
(1)污水流經(jīng)水力空化裝置，發(fā)生水力空化效應(yīng)，使污水處于空化狀態(tài)；
(2)使臭氧與空化狀態(tài)下的污水接觸；
(3)使臭氧、空化狀態(tài)下的污水與固相催化劑TW2和YAL2O3接觸。
為了實現(xiàn)上述方法，可采用如圖1所示污水處理設(shè)備，包括臭氧發(fā)生裝置101、回流水泵102、壓力表103、流量計104、水力空化裝置105、流量計106、壓力表107、立式罐 108、反應(yīng)罐109，其中所述水力空化裝置105設(shè)置臭氧進(jìn)氣管4，所述的臭氧發(fā)生裝置101 通過臭氧進(jìn)氣管4與所述水力空化裝置105連接。
如圖2所示，水力空化裝置包括上段2、中段7和下段12，上段2與中段7以及中段7與下段12均采用法蘭盤固定連接，上段2是一個管狀柱體，上段2包括等直徑進(jìn)水段 1、三個圓錐腔道3、等直徑空化段5 ；中段7是一個管狀柱體，中段7包括渦流腔6、三個圓錐腔道8、等直徑空化段11和臭氧進(jìn)氣管4，臭氧進(jìn)氣管4設(shè)置在中段7的渦流腔6中。下段12是一個管狀柱體，下段12包括渦流腔9、圓錐腔道10、等直徑出水段13。
水力空化裝置的上段2、中段7和下段12其材料是固相催化劑TiO2和AL2O3按照20-25%和75-80%的比例混合在1100°C條件下燒結(jié)而成的。
上述水力空化裝置的污廢水處理過程為；污廢水從等直徑進(jìn)水段1進(jìn)水，流經(jīng)圓錐腔道3時，過水?dāng)嗝鏈p少、流速增加、水壓變大，當(dāng)污廢水流經(jīng)等直徑空化段5進(jìn)入渦流腔 6時，由于過水?dāng)嗝娴乃查g增加，水壓急劇下降并在渦流腔6形成負(fù)壓和渦流，使水和溶解于污廢水中的氣體產(chǎn)生空化泡，利用渦流腔6內(nèi)的負(fù)壓可將臭氧通過臭氧進(jìn)氣管4吸入到渦流腔6內(nèi)，同時渦流作用將臭氧與污廢水的空化泡均勻混合。當(dāng)上述臭氧與污廢水的空化泡混合液進(jìn)入中段的圓錐腔道8時，由于圓錐腔道8壁的阻擋作用，水壓急劇增加，造成空化泡體積的瞬間減小并發(fā)生潰滅，空化泡在潰滅過程中所產(chǎn)生極高的壓強和溫度會使污廢水中的有機物在空化泡內(nèi)發(fā)生化學(xué)鍵斷裂、水相燃燒、高溫分解或自由基反應(yīng)，同時臭氧在空化效應(yīng)下會產(chǎn)生更多比自身氧化性更強的羥基自由基，從而進(jìn)一步去除污廢水中的有機物。將經(jīng)上述反應(yīng)后的混合液再一次經(jīng)圓錐腔道8、等直徑空化段11和渦流腔9產(chǎn)生第二次空化效應(yīng)，強化對污廢水中有機物的去除效果。
與此同時，由于水力空化裝置的上段2、中段7和下段12其材料是固相催化劑TW2 和Y AL2O3按照20-25%和75-80%的比例混合在1100°C條件下燒結(jié)而成的，臭氧在TiO2和 YAL2O3的催化作用下，進(jìn)一步加速生成羥基自由基，從而進(jìn)一步強化對污廢水中有機物的去除效果。
當(dāng)然，也可設(shè)置多個上段和多個中段多腔道單元，重復(fù)上述污水處理的過程。
如圖1所示污水處理設(shè)備通過回流水泵102、水力空化裝置105、固相催化劑TW2 和AL2O3催化臭氧、立體罐108內(nèi)水的回流再空化處理實現(xiàn)的。其處理污、廢水的過程為污水由罐體中部進(jìn)入立式罐108并與立式罐108內(nèi)的污、廢水進(jìn)行混合，混合后的污、廢水由回流水泵102抽至水力空化裝置105，利用水力空化裝置105的第一次空化產(chǎn)生的負(fù)壓將臭氧發(fā)生器101產(chǎn)生的臭氧抽至水力空化裝置105內(nèi)的渦流腔6內(nèi)并與污水進(jìn)行混合，經(jīng)水力空化裝置105的第二次空化后再排進(jìn)立式罐108內(nèi)，以此形成循環(huán)，提高有機物去除率； 立式罐108上段設(shè)一出水管，出水進(jìn)反應(yīng)罐109，使污水的有機物在反應(yīng)罐109中與空化作用產(chǎn)生的H2O2繼續(xù)進(jìn)行反應(yīng)，進(jìn)一步確保出水水質(zhì)。其中，通過安裝在回流水泵102和水力空化裝置105管路段上的壓力表107和流量表106來判斷進(jìn)水的流速和壓力是否滿足空化所需的最小條件；通過讀取壓力表103和流量計104的數(shù)值來反映臭氧的流量和壓力值，并以此來控制臭氧發(fā)生器101的產(chǎn)氣量。
為了滿足處理水量和出水水質(zhì)的要求，可設(shè)置多組水力空化裝置105和回流水泵 102。
在相同的實驗條件下，取質(zhì)量濃度分別為10. 3mg/LU4. 21mg/L、18. lmg/L的臭氧和質(zhì)量濃度為10mg/L的難降解物質(zhì)苯酚來進(jìn)行多組實驗?zāi)M，循環(huán)時間或停留時間均為1 小時，利用孔徑與本發(fā)明等直徑空化段5直徑相同的多孔孔板耦合臭氧對苯酚的去除率分別為53. 4%,64. 5%、71. 2%，臭氧在固相催化劑TW2和YAL2O3的催化作用下，對苯酚的去除率為47.4%、55. 7%、61.2%，而利用本發(fā)明對苯酚的去除率分別為67. 2%、78.9%、 91.7%，從以上數(shù)據(jù)可看出本發(fā)明可明顯提高有機物的去除率。從以上數(shù)據(jù)可看出在相同的處理時間和臭氧的質(zhì)量濃度下，本發(fā)明可明顯提高有機物的去除率，可節(jié)約27%的處理成本。
以某生產(chǎn)溴系阻燃劑廢水處理為實例
廢水水質(zhì)情況原水pH6 7 ；有刺鼻異味，COD為2348mg/L ；B0D/C0D為0. 11，為難生物降解廢水。經(jīng)多空孔板耦合臭氧處理后的出水B0D/C0D可達(dá)0. 37、臭氧在固相催化劑TW2的催化作用下處理后的出水B0D/C0D可達(dá)0. 29,而經(jīng)本方法處理后的出水B0D/C0D 可達(dá)0. 48為易生物降解污水，提高了污水的可生化性。
權(quán)利要求
1.一種多相催化氧化處理污水的方法，其特征在于，包括如下步驟(1)污水流經(jīng)水力空化裝置，發(fā)生水力空化效應(yīng)，使污水處于空化狀態(tài)；(2)使臭氧與空化狀態(tài)下的污水接觸；(3)使臭氧、空化狀態(tài)下的污水與固相催化劑TiO2和YAL2O3接觸。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多相催化氧化處理污水的方法，其特征在于，將經(jīng)過所述步驟(1) (2) (3)的污水回流再處理。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的多相催化氧化處理污水的方法，其特征在于，所述步驟 (1)中的水力空化裝置包括上段O)、中段(7)和下段(12)，所述上段O)與所述中段(7) 固定連接，所述中段(7)與所述下段(1 固定連接，其中，所述上段( 是一個管狀柱體， 上段( 包括等直徑進(jìn)水段(1)、圓錐腔道(3)、等直徑空化段(5)；所述中段(7)是一個管狀柱體，中段⑵包括渦流腔(6)、圓錐腔道(8)、等直徑空化段(11)和臭氧進(jìn)氣管⑷； 所述下段(1 是一個管狀柱體，下段(1 包括渦流腔(9)、圓錐腔道(10)、等直徑出水段 (13)，所述水力空化裝置其污水流經(jīng)的內(nèi)腔設(shè)置固相催化劑TiO2和AL203。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的多相催化氧化處理污水的方法，其特征在于，所述臭氧進(jìn)氣管⑷設(shè)置在中段(7)的渦流腔(6)中。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的多相催化氧化處理污水的方法，其特征在于，所述上段(2)均勻設(shè)置多個圓錐腔道(3)；所述中段(7)均勻設(shè)置多個圓錐腔道(8)。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的多相催化氧化處理污水的方法，其特征在于，所述上段(2)與所述中段(7)、所述中段(7)與所述下段(1 均采用法蘭盤固定連接。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的多相催化氧化處理污水的方法，其特征在于，所述水力空化裝置的上段(2)、中段(7)和下段(12)其材料是固相催化劑TiO2和YAL2O3按照20-25% 和75-80%的比例混合在1100°C條件下燒結(jié)而成的。
全文摘要
一種多相催化氧化污水處理方法，屬于環(huán)保技術(shù)領(lǐng)域，包括如下步驟(1)污水流經(jīng)水力空化裝置，發(fā)生水力空化效應(yīng)，使污水處于空化狀態(tài)；(2)使臭氧與污水接觸；(3)使臭氧、污水與固相催化劑TiO2和γAL2O3接觸。該多相催化氧化處理污水的方法將水力空化過程中臭氧產(chǎn)生的羥基自由基和臭氧在TiO2和γAL2O3的催化作用下產(chǎn)生的羥基自由基共同作用于污水，進(jìn)行處理，顯著提高了有機物氧化降解效率。
文檔編號C02F1/78GK102491566SQ20111045532
公開日2012年6月13日 申請日期2011年12月30日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月30日
發(fā)明者劉雷, 李大升, 李直, 王曉東, 肖玉峰 申請人:濟(jì)南大學(xué), 濟(jì)南帕爾曼水處理技術(shù)有限公司