一種凈化微污染廢水的裝置及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于水處理技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種凈化微污染廢水的裝置及方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 微污染廢水是指已經(jīng)接近但尚未達到排放標準的工業(yè)廢水，含有的污染物種類龐 大、性質(zhì)復(fù)雜，但污染物濃度低。傳統(tǒng)的高級氧化技術(shù)如：〇 3氧化、UV催化以及以Fenton法 為代表的化學(xué)氧化法，對于常規(guī)有機廢水通常具有較理想的處理效果，但對于以小分子有 機物為主的廢水，處理效果并不理想，通常僅能實現(xiàn)小分子有機物的部分氧化，廢水C0D的 去除率不足50%。
[0003] 在UV/03催化氧化降解有機物過程中，催化劑活性是影響廢水中難降解有機物處 理效果的關(guān)鍵性因素。納米尺度的催化劑由于具有高比表面積和高活性，在催化氧化技術(shù) 中被廣泛應(yīng)用。但由于納米尺度的催化劑尺寸較小，在廢水處理過程中容易流失，并且隨著 納米催化劑投加濃度的提高，催化劑的團聚現(xiàn)象會隨之加重，進而造成催化劑表面活性位 點的流失，影響廢水UV/0 3催化氧化的處理效率，因此采用UV/0 3催化氧化技術(shù)需要解決超 細顆粒催化劑的流失和團聚問題。此外，常規(guī)臭氧氧化技術(shù)中，臭氧從氣相向水相傳質(zhì)的效 果不太理想，氣相中的臭氧不能充分地溶解到水相中，導(dǎo)致臭氧的利用率偏低，致使有機物 的去除率不高。
[0004] CN 202415294 U公開了一種活性炭做載體的光觸媒有機廢水處理系統(tǒng)，包括順次 連通的廢水調(diào)節(jié)池、反應(yīng)池和集水池，其中，該反應(yīng)池包括有反應(yīng)器本體和置于該反應(yīng)器本 體中的活性炭載體，該反應(yīng)器本體內(nèi)伸入有光觸媒和用于給光觸媒提供光線的光照裝置； 本實用新型通過利用光觸媒，使得觸媒見光度大，有效提高觸媒利用率，從而大大提高去污 效率。CN 2573473 Y公開了一種廢水、污水處理裝置，包括上部設(shè)置進水口下部設(shè)置出水口 且內(nèi)裝豎置紫外線燈的水箱，在水箱內(nèi)設(shè)置有填裝在籠體內(nèi)的由球型載體和置于表面的納 米二氧化鈦膜構(gòu)成的光觸媒體。該實用新型利用納米二氧化鈦凈化材料在受到紫外線光照 射時對有機污染物具有良好的分解作用的特點，完成對廢水或污水的處理。上述對廢水處 理的裝置，采用比較單一氧化處理工藝往往不能取得理想的效果，C0D去除率低，無法解決 光觸媒團聚、流失等現(xiàn)象。因此在研宄以及實際應(yīng)用中，將多種氧化工藝聯(lián)合起來。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的是為了解決現(xiàn)有催化氧化技術(shù)中有機物去除效果差、臭氧利用率 低、催化劑流失和團聚的問題，提供一種更加經(jīng)濟有效的去除水中低濃度難降解有機污染 物的方法。
[0006] 為達此目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：
[0007] -方面，本發(fā)明提供了一種凈化微污染廢水的裝置，所述裝置包括光催化臭氧反 應(yīng)單元，所述裝置還包括陶瓷膜處理單元，所述陶瓷膜處理單元用于回收光催化臭氧反應(yīng) 單元流出的催化劑。
[0008] 在本發(fā)明中，微污染廢水通過光催化臭氧反應(yīng)單元后流入陶瓷膜處理單元，進入 的微污染廢水中摻雜一些固載光觸媒顆，陶瓷膜將會截留從光催化臭氧反應(yīng)單元流失的固 載光觸媒顆粒，并吸附在陶瓷膜的外壁上，此時空氣壓縮機將反沖洗氣體通入陶瓷膜處理 單元，采用氣體脈沖式反沖陶瓷膜，使附著的固載光觸媒再次流化，伴隨陶瓷膜外側(cè)溶液回 流入氣液混合泵，再次進入光催化臭氧反應(yīng)單元進行反應(yīng)，這就防止了固載光觸媒的流失 和團聚，進一步提高了利用率。
[0009] 作為優(yōu)選技術(shù)方案，所述的光催化臭氧反應(yīng)單元包括光催化臭氧反應(yīng)器和位于光 催化臭氧反應(yīng)器上方的三相分離室；
[0010] 所述光催化臭氧反應(yīng)器包括光催化臭氧反應(yīng)器殼體，設(shè)置于光催化臭氧反應(yīng)器殼 體內(nèi)部的紫外光源與罩在紫外光源外部的石英套管；和設(shè)置于光催化臭氧反應(yīng)器殼體內(nèi)部 且位于石英套管四周的固載光觸媒顆粒；
[0011] 所述光催化臭氧反應(yīng)器殼體底部設(shè)置有臭氧進氣口，所述光催化臭氧反應(yīng)器殼體 設(shè)有第一進水口；
[0012] 所述三相分離室包括內(nèi)室和外室，內(nèi)室頂部設(shè)置有排氣口；外室頂部設(shè)置有放空 口，用于臭氧尾氣的排放；外室側(cè)壁設(shè)置有第一出水口和液體回流口，用于微污染廢水回流 到催化反應(yīng)器底部繼續(xù)反應(yīng)。
[0013] 優(yōu)選地，所述陶瓷膜處理單元包括：陶瓷膜處理器和空氣壓縮機；
[0014] 所述陶瓷膜處理器包括陶瓷膜處理器殼體和設(shè)置于陶瓷膜處理器殼體內(nèi)部的陶 瓷膜；
[0015] 所述陶瓷膜處理器殼體頂部設(shè)置有第二進水口與光催化臭氧反應(yīng)單元的第一出 水口連通；
[0016] 所述陶瓷膜處理器殼體上部設(shè)有反沖洗進氣口，與所述空氣壓縮機相連，用于反 沖洗氣體的輸入；
[0017] 所述陶瓷膜下部設(shè)有第二出水口，用于凈化水的輸出；
[0018] 所述陶瓷膜處理器殼體底部開有第三出水口，用于回收的催化劑的輸出。
[0019] 優(yōu)選地，所述光催化臭氧反應(yīng)器殼體內(nèi)部設(shè)置有不銹鋼濾網(wǎng)，用于承載固載光觸 媒顆粒。
[0020] 優(yōu)選地，所述不銹鋼濾網(wǎng)設(shè)置于光催化臭氧反應(yīng)器的下部；
[0021 ] 優(yōu)選地，所述固載光觸媒顆粒在光催化臭氧反應(yīng)器中呈流化狀態(tài)。
[0022] 優(yōu)選地，所述固載光觸媒顆粒的光觸媒為銅摻雜性納米Ti02光催化劑。
[0023] 優(yōu)選地，所述的固載光觸媒顆粒固載在活性載體上。
[0024] 優(yōu)選地，所述的活性載體為活性炭、分子篩或Y-氧化鋁中的任意一種或至少兩 種組合。
[0025] 優(yōu)選地，所述活性載體的粒徑為0. 5-1. 5 y m，例如可以是0. 5 y m、0. 6 y m、 0? 7 ym、0. 8um、0. 9ym、l ym、L 1 ym、L 2ym、L 3ym、L 4ym 或 L 5ym〇
[0026] 優(yōu)選地，所述光催化臭氧反應(yīng)器下部設(shè)置有氣體分布器3。
[0027] 優(yōu)選地，所述紫外光源為低壓汞燈。
[0028] 優(yōu)選地，所述光催化臭氧反應(yīng)器殼體內(nèi)壁貼有反射層。
[0029] 優(yōu)選地，所述裝置還包括微污染廢水輸入裝置，與第一進水口連接。
[0030] 優(yōu)選地，所述的微污染廢水輸入裝置為氣液混合泵。
[0031] 另一方面，本發(fā)明提供了一種凈化微污染廢水的方法，采用第一方面所述的凈化 微污染廢水的裝置，所述方法包括以下步驟：
[0032] (1)將微污染廢水通入光催化臭氧反應(yīng)單元進行光催化臭氧反應(yīng)，處理后的廢水 繼續(xù)進入陶瓷膜處理單元進行處理，收集陶瓷膜第二出水口的出水即為凈化水；
[0033] (2)開啟空氣壓縮機，向陶瓷膜處理器內(nèi)通入反沖洗氣體，沖洗陶瓷膜外壁，收集 陶瓷膜處理器第三出水口的出水，即為含有催化劑的回收水；
[0034] 可選地，將收集的含有催化劑的回收水回流進入微污染廢水輸入裝置。
[0035] 作為優(yōu)選技術(shù)方案，所述的微污染廢水中的C0D濃度低于120mg/L。
[0036] 優(yōu)選地，所述的光催化臭氧反應(yīng)中廢水與臭氧的體積比為0. 4-0. 65,例如可以是 0? 4、0. 42、0. 44、0. 45、0. 46、0. 48、0. 49、0. 50、0. 51、0. 52、0. 55、0. 57、0. 58、0. 6、0. 62、0. 63 或0. 65,優(yōu)選為0. 42-0. 56,進一步優(yōu)選為0. 55。
[0037] 本發(fā)明中，所述的光催化臭氧反應(yīng)中微污染廢水停留時間為l-10min，例如可以是 lmin、2min、3min、4min、5min、6min、7min、8min、9min 或 lOmin，優(yōu)選為 2_6min，進一步優(yōu)選 為 5min〇
[0038] 優(yōu)選地，所述的光催化臭氧反應(yīng)中紫外光源的功率為20-80W，例如可以是20W、 22W、23W、25W、26W、28W、30W、35W、38W、40W、45W、48W、50W、55W、60W、65W、70W、75W、78W 或 80W，優(yōu)選為30-60W，進一步優(yōu)選為40W。
[0039] 優(yōu)選地，所述的光催化臭氧反應(yīng)中固載光觸媒顆粒投加量為每升微污染廢水中投 加 0? 1-0. 8mg，，例如可以是 0? lmg、0. 2mg、0. 25mg、0. 3mg、0. 35mg、0. 4mg、0. 45mg、0. 5mg、 0? 55mg、0. 6mg、0. 7mg 或 0? 8mg，優(yōu)選為 0? 2-0. 6mg，進一步優(yōu)選為 0? 5mg。
[0040] 本發(fā)明中，所述的陶瓷膜處理單元中通入反沖洗氣體的時間間隔為8-15min，例如 可以是 8min、8. 5min、9min、9. 5min、lOmin、10. 5min、llmin、12min、13min、14min 或 15min， 優(yōu)選為8_12min，進一步優(yōu)選為lOmin。
[0041] 優(yōu)選地，步驟（2)所述的沖洗陶瓷膜外壁的時間為l_5s，例如可以是ls、2S、3 S、4s 或5s，優(yōu)選為l-2s。
[0042] 優(yōu)選地，步驟（2)所述的反沖洗氣體的氣壓為大于0. 4MPa。
[0043] 作為優(yōu)選技術(shù)方案，所述的凈化微污染廢水的方法包括如下步驟：
[0044] (1)氣液混合泵將微污染廢水從第一進水口泵入光催化臭氧反應(yīng)器，臭氧通過射 流器從臭氧進氣口進入光催化臭氧反應(yīng)器，經(jīng)氣體分布器均勻布氣后，與微污染廢水均勻 混合，在紫外光源的照射下，在固載光觸媒顆粒上發(fā)生光催化臭氧氧化，反應(yīng)完畢，臭氧經(jīng) 三相分離室的放空口排出，氧化后的微污染廢水從第一出水口輸出；
[0045] (2)氧化后的微污染廢水由第二進水口進入陶瓷膜處理單元，經(jīng)陶瓷膜過濾后，凈 化水由第二出水口流出；陶瓷膜截留的從光催化臭氧反應(yīng)單元流失的固載光觸媒顆粒被吸 附在陶瓷膜的外壁上；
[0046] (3)開啟空氣壓縮機，向陶瓷膜處理器內(nèi)通入反沖洗氣體，沖洗陶瓷膜外壁，收集 陶瓷膜處理器第三出水口的出水，即為含有催化劑的回收水；
[0047] 可選地，將收集的含有催化劑的回收水回流進入微污染廢水輸入裝置。
[0048]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下有益效果：
[0049] (1)通過將臭氧催化氧化技術(shù)、紫外光催化技術(shù)與陶瓷膜過濾技術(shù)相耦合，極大的 縮短了有機物降解的時間，其效能顯著優(yōu)于單獨使用〇 3或UV時的處理效果，C0D去除率提 高了 40-50% ;
[0050] (2)通過納米級固相光催化劑的使用，顯著提高了 03從氣相向水相轉(zhuǎn)移的速度，促 進〇3分解，強化自由基等活性中間體的產(chǎn)生，進而提高光催化反應(yīng)效率；
[0051] (3)通過光催化臭氧反應(yīng)單元的內(nèi)循環(huán)設(shè)計，使固載光觸媒處于流化狀態(tài)，極大地 增加了有機污染物與光觸媒及紫外光源的接觸面積，大幅降低廢水處理成本；
[0052] (4)利用陶瓷膜過濾防止光觸媒的流失，配合氣體脈沖式反沖陶瓷膜，避免了光觸 媒出現(xiàn)團聚現(xiàn)象，使附著在陶瓷膜表面的光觸媒可以再次流化，進一步提高紫外光與臭氧 利用率，降低了廢水處理成本，確保廢水的高處理效率。
【附圖說明】
[0053] 圖1為本發(fā)明的工藝流程示意圖；
[0054] 其中，圖中卜臭氧進氣口；2-第一進水口；3-氣體分布