公布日：2023.11.21

申請日：2023.10.08

分類號：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

本發(fā)明提供了一種高濃度有機(jī)廢水的多級臭氧催化氧化處理系統(tǒng)及方法，屬于水處理技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明通過增加混凝沉淀處理，能夠去除高濃度有機(jī)廢水中大部分懸浮有機(jī)物和無機(jī)物；加入臭氧催化氧化反應(yīng)的催化劑，可催化臭氧形成強(qiáng)氧化性的·OH，提升反應(yīng)效率；在上下兩級臭氧反應(yīng)塔之間增設(shè)中間反應(yīng)裝置，利用紫外線使上一級臭氧催化氧化反應(yīng)產(chǎn)生的導(dǎo)致催化劑催化性能下降的基團(tuán)光解，以提高下一級臭氧催化氧化反應(yīng)速率。本發(fā)明能夠提高反應(yīng)效率，縮短反應(yīng)時間，降低系統(tǒng)能耗，且能夠有效去除有機(jī)廢水中的有機(jī)污染物。

權(quán)利要求書

1.一種高濃度有機(jī)廢水的多級臭氧催化氧化處理系統(tǒng)，其特征在于：所述多級臭氧催化氧化處理系統(tǒng)包括混凝裝置(1)、沉淀器(2)、一級臭氧反應(yīng)塔(3)、一級中間處理裝置(4)、二級臭氧反應(yīng)塔(5)、二級中間處理裝置(6)、三級臭氧反應(yīng)塔(7)、臭氧發(fā)生裝置(11)、混凝劑儲存罐(12)和助氧化劑儲存罐(13)；所述混凝裝置(1)、所述沉淀器(2)、所述一級臭氧反應(yīng)塔(3)、所述一級中間處理裝置(4)、所述二級臭氧反應(yīng)塔(5)、所述二級中間處理裝置(6)、所述三級臭氧反應(yīng)塔(7)通過管道依次連接；所述臭氧發(fā)生裝置(11)通過管道分別與所述一級臭氧反應(yīng)塔(3)、所述二級臭氧反應(yīng)塔(5)、所述三級臭氧反應(yīng)塔(7)連接；所述混凝劑儲存罐(12)通過管道與所述混凝裝置(1)連接；所述助氧化劑儲存罐(13)通過管道分別與所述一級臭氧反應(yīng)塔(3)、所述二級臭氧反應(yīng)塔(5)、所述三級臭氧反應(yīng)塔(7)連接；所述一級臭氧反應(yīng)塔(3)、所述二級臭氧反應(yīng)塔(5)、所述三級臭氧反應(yīng)塔(7)內(nèi)均填充臭氧催化劑(9)；所述一級中間處理裝置(4)、所述二級中間處理裝置(6)內(nèi)均設(shè)置紫外燈(10)。

2.一種高濃度有機(jī)廢水的多級臭氧催化氧化處理方法，其特征在于，所述高濃度有機(jī)廢水使用權(quán)利要求1所述的多級臭氧催化氧化處理系統(tǒng)進(jìn)行處理，所述處理方法包括如下步驟：將高濃度有機(jī)廢水依次通過所述混凝裝置(1)、所述沉淀器(2)、所述一級臭氧反應(yīng)塔(3)、所述一級中間處理裝置(4)、所述二級臭氧反應(yīng)塔(5)、所述二級中間處理裝置(6)、所述三級臭氧反應(yīng)塔(7)，進(jìn)行多級臭氧催化氧化處理；將所述臭氧發(fā)生裝置(11)產(chǎn)生的臭氧氣體通過管道從臭氧反應(yīng)塔下端通入所述一級臭氧反應(yīng)塔(3)、所述二級臭氧反應(yīng)塔(5)、所述三級臭氧反應(yīng)塔(7)中；將混凝劑通過管道從所述混凝劑儲存罐(12)輸送至所述混凝裝置(1)中；將助氧化劑通過管道從所述助氧化劑儲存罐(13)輸送至所述一級臭氧反應(yīng)塔(3)、所述二級臭氧反應(yīng)塔(5)、所述三級臭氧反應(yīng)塔(7)中。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種高濃度有機(jī)廢水的多級臭氧催化氧化處理方法，其特征在于：所述高濃度有機(jī)廢水在所述混凝裝置(1)內(nèi)的停留時間為10～30min；所述高濃度有機(jī)廢水在所述沉淀器(2)內(nèi)的停留時間為40～80min；所述高濃度有機(jī)廢水在所述一級臭氧反應(yīng)塔(3)、所述二級臭氧反應(yīng)塔(5)、所述三級臭氧反應(yīng)塔(7)的停留時間分別為20～90min；所述高濃度有機(jī)廢水在所述一級中間處理裝置(4)、所述二級中間處理裝置(6)的停留時間分別為20～40min。

4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種高濃度有機(jī)廢水的多級臭氧催化氧化處理方法，其特征在于：所述混凝劑儲存罐(12)內(nèi)有混凝劑，所述混凝劑包括聚合硫酸鐵、聚合氯化鋁，所述混凝劑的質(zhì)量濃度為10％～30％，使用時所述混凝劑的投加量為0.5～2.5kg/m3；所述助氧化劑儲存罐(13)內(nèi)有助氧化劑，所述助氧化劑為過氧化氫和/或過硫酸鈉，使用時所述助氧化劑與所述高濃度有機(jī)廢水中的COD質(zhì)量比為0.5～3.0：1。

5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種高濃度有機(jī)廢水的多級臭氧催化氧化處理方法，其特征在于：所述混凝裝置(1)內(nèi)設(shè)置攪拌器(8)，使用時所述攪拌器(8)轉(zhuǎn)速為20～200rpm。

6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種高濃度有機(jī)廢水的多級臭氧催化氧化處理方法，其特征在于：所述混凝裝置(1)和所述沉淀器(2)的進(jìn)出水方式為均上進(jìn)上出，所述沉淀器(2)下端設(shè)泥斗及排泥管；所述一級臭氧反應(yīng)塔(3)、所述二級臭氧反應(yīng)塔(5)、所述三級臭氧反應(yīng)塔(7)的進(jìn)出水方式均為下進(jìn)上出，所述一級中間處理裝置(4)、所述二級中間處理裝置(6)的進(jìn)出水方式均為上進(jìn)下出，所述臭氧發(fā)生裝置(11)產(chǎn)出的臭氧的進(jìn)氣方式為氣水順流。

7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種高濃度有機(jī)廢水的多級臭氧催化氧化處理方法，其特征在于：所述一級中間處理裝置(4)、所述二級中間處理裝置(6)的外殼均為不透光材料，使用時所述紫外燈(10)的紫外線劑量為10～20mJ/cm2。

8.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種高濃度有機(jī)廢水的多級臭氧催化氧化處理方法，其特征在于：所述臭氧發(fā)生裝置(11)產(chǎn)生的臭氧量與所處理的高濃度有機(jī)廢水中的COD質(zhì)量比為1.0～3.0：1。

9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高濃度有機(jī)廢水的多級臭氧催化氧化處理系統(tǒng)，其特征在于：所述臭氧催化劑(9)為鐵基臭氧催化劑或錳基臭氧催化劑；所述鐵基臭氧催化劑為無規(guī)則壓縮碳鋼片，所述無規(guī)則壓縮碳鋼片的填充體積為臭氧反應(yīng)塔容積的40％～80％，體積密度為200～600kg/m3。

10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的一種高濃度有機(jī)廢水的多級臭氧催化氧化處理系統(tǒng)，其特征在于，所述錳基臭氧催化劑的制備方法包括如下步驟：將電解金屬錳生產(chǎn)過程產(chǎn)生的錳渣烘干，過60～100目篩，得過篩錳渣，用水將過篩錳渣調(diào)成質(zhì)量濃度為20％～30％的錳渣漿，在錳渣漿中加入所述過篩錳渣重量5％～10％的硝酸錳和所述過篩錳渣重量3％～5％的過硫酸鈉，邊攪拌邊加熱至錳渣漿溫度保持在80～100℃，繼續(xù)攪拌3～5h，過濾，烘干，得錳基臭氧催化劑初品；將錳基臭氧催化劑初品、水泥、羥丙基甲基纖維素以質(zhì)量比為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，混合均勻，轉(zhuǎn)至擠條機(jī)進(jìn)行擠條，獲得直徑為1～3cm，長度為2～5cm的錳基臭氧催化劑半成品，將錳基臭氧催化劑半成品在25～30℃溫度下養(yǎng)護(hù)3～5天，烘干，即可得到錳基臭氧催化劑；所述錳基臭氧催化劑的填充體積為臭氧反應(yīng)塔容積的30％～60％。

發(fā)明內(nèi)容

有鑒于此，本發(fā)明目的在于提供一種高濃度有機(jī)廢水多級臭氧催化氧化處理系統(tǒng)及方法，本發(fā)明提供的系統(tǒng)及方法能夠提升高濃度有機(jī)廢水污染物去除效果，且不消耗危險化學(xué)試劑，無濃縮液產(chǎn)生，無二次污染物生成。

為了實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明提供以下技術(shù)方案：

一種高濃度有機(jī)廢水的多級臭氧催化氧化處理系統(tǒng)，所述多級臭氧催化氧化處理系統(tǒng)包括混凝裝置、沉淀器、一級臭氧反應(yīng)塔、一級中間處理裝置、二級臭氧反應(yīng)塔、二級中間處理裝置、三級臭氧反應(yīng)塔、臭氧發(fā)生裝置、混凝劑儲存罐和助氧化劑儲存罐；

所述混凝裝置、所述沉淀器、所述一級臭氧反應(yīng)塔、所述一級中間處理裝置、所述二級臭氧反應(yīng)塔、所述二級中間處理裝置、所述三級臭氧反應(yīng)塔通過管道依次連接；

所述臭氧發(fā)生裝置通過管道分別與所述一級臭氧反應(yīng)塔、所述二級臭氧反應(yīng)塔、所述三級臭氧反應(yīng)塔連接；

所述混凝劑儲存罐通過管道與所述混凝裝置連接；

所述助氧化劑儲存罐通過管道分別與所述一級臭氧反應(yīng)塔、所述二級臭氧反應(yīng)塔、所述三級臭氧反應(yīng)塔連接；

所述一級臭氧反應(yīng)塔、所述二級臭氧反應(yīng)塔、所述三級臭氧反應(yīng)塔內(nèi)均填充臭氧催化劑；

所述一級中間處理裝置、所述二級中間處理裝置內(nèi)均設(shè)置紫外燈。

本發(fā)明還提供一種高濃度有機(jī)廢水的多級臭氧催化氧化處理方法，所述高濃度有機(jī)廢水使用上述的多級臭氧催化氧化處理系統(tǒng)進(jìn)行處理，所述處理方法包括如下步驟：

將高濃度有機(jī)廢水依次通過所述混凝裝置、所述沉淀器、所述一級臭氧反應(yīng)塔、所述一級中間處理裝置、所述二級臭氧反應(yīng)塔、所述二級中間處理裝置、所述三級臭氧反應(yīng)塔，進(jìn)行多級臭氧催化氧化處理；將所述臭氧發(fā)生裝置產(chǎn)生的臭氧氣體通過管道從臭氧反應(yīng)塔下端通入所述一級臭氧反應(yīng)塔、所述二級臭氧反應(yīng)塔、所述三級臭氧反應(yīng)塔中；將混凝劑通過管道從所述混凝劑儲存罐輸送至所述混凝裝置中；將助氧化劑通過管道從所述助氧化劑儲存罐輸送至所述一級臭氧反應(yīng)塔、所述二級臭氧反應(yīng)塔、所述三級臭氧反應(yīng)塔中。

進(jìn)一步的，所述高濃度有機(jī)廢水在所述混凝裝置內(nèi)的停留時間為10～30min；所述高濃度有機(jī)廢水在所述沉淀器內(nèi)的停留時間為40～80min；所述高濃度有機(jī)廢水在所述一級臭氧反應(yīng)塔、所述二級臭氧反應(yīng)塔、所述三級臭氧反應(yīng)塔的停留時間分別為20～90min；所述高濃度有機(jī)廢水在所述一級中間處理裝置、所述二級中間處理裝置的停留時間分別為20～40min。

進(jìn)一步的，所述混凝劑儲存罐內(nèi)有混凝劑，所述混凝劑包括聚合硫酸鐵、聚合氯化鋁，所述混凝劑的質(zhì)量濃度為10％～30％，使用時所述混凝劑的投加量為0.5～2.5kg/m3；所述助氧化劑儲存罐內(nèi)有助氧化劑，所述助氧化劑為過氧化氫和/或過硫酸鈉，使用時所述助氧化劑與所述高濃度有機(jī)廢水中的COD質(zhì)量比為0.5～3.0：1。

進(jìn)一步的，所述混凝裝置內(nèi)設(shè)置攪拌器，使用時所述攪拌器轉(zhuǎn)速為20～200rpm。

進(jìn)一步的，所述混凝裝置和所述沉淀器的進(jìn)出水方式為均上進(jìn)上出，所述沉淀器下端設(shè)泥斗及排泥管；所述一級臭氧反應(yīng)塔、所述二級臭氧反應(yīng)塔、所述三級臭氧反應(yīng)塔的進(jìn)出水方式均為下進(jìn)上出，所述一級中間處理裝置、所述二級中間處理裝置的進(jìn)出水方式均為上進(jìn)下出，所述臭氧發(fā)生裝置產(chǎn)出的臭氧的進(jìn)氣方式為氣水順流。

進(jìn)一步的，所述一級中間處理裝置、所述二級中間處理裝置的外殼均為不透光材料，使用時所述紫外燈的紫外線劑量為10～20mJ/cm2。

進(jìn)一步的，所述臭氧發(fā)生裝置產(chǎn)生的臭氧量與所處理的高濃度有機(jī)廢水中的COD質(zhì)量比為1.0～3.0：1。

進(jìn)一步的，所述臭氧催化劑為鐵基臭氧催化劑或錳基臭氧催化劑；所述鐵基臭氧催化劑為無規(guī)則壓縮碳鋼片，所述無規(guī)則壓縮碳鋼片的填充體積為臭氧反應(yīng)塔容積的40％～80％，體積密度為200～600kg/m3。

進(jìn)一步的，所述錳基臭氧催化劑的制備方法包括如下步驟：將電解金屬錳生產(chǎn)過程產(chǎn)生的錳渣烘干，過60～100目篩，得過篩錳渣，用水將過篩錳渣調(diào)成質(zhì)量濃度為20％～30％的錳渣漿，在錳渣漿中加入所述過篩錳渣重量5％～10％的硝酸錳和所述過篩錳渣重量3％～5％的過硫酸鈉，邊攪拌邊加熱至錳渣漿溫度保持在80～100℃，繼續(xù)攪拌3～5h，過濾，烘干，得錳基臭氧催化劑初品；將錳基臭氧催化劑初品、水泥、羥丙基甲基纖維素以質(zhì)量比為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，混合均勻，轉(zhuǎn)至擠條機(jī)進(jìn)行擠條，獲得直徑為1～3cm，長度為2～5cm的錳基臭氧催化劑半成品，將錳基臭氧催化劑半成品在25～30℃溫度下養(yǎng)護(hù)3～5天，烘干，即可得到錳基臭氧催化劑；所述錳基臭氧催化劑的填充體積為臭氧反應(yīng)塔容積的30％～60％。

有益效果：

本發(fā)明提供了一種高濃度廢水多級臭氧催化氧化處理系統(tǒng)及方法，包括以下步驟：將高濃度有機(jī)廢水依次通過混凝裝置、沉淀器、一級臭氧反應(yīng)塔、一級中間處理裝置、二級臭氧反應(yīng)塔、二級中間處理裝置、三級臭氧反應(yīng)塔，進(jìn)行多級臭氧催化氧化處理；混凝裝置、沉淀器、一級臭氧反應(yīng)塔、一級中間處理裝置、二級臭氧反應(yīng)塔、二級中間處理裝置、三級臭氧反應(yīng)塔通過管道依次相連；其中混凝裝置內(nèi)設(shè)置攪拌器；一級臭氧反應(yīng)塔、二級臭氧反應(yīng)塔、三級臭氧反應(yīng)塔內(nèi)填充臭氧催化劑；一級中間處理裝置、二級中間處理裝置內(nèi)設(shè)置紫外燈；將臭氧發(fā)生裝置產(chǎn)生的臭氧氣體通過管道從反應(yīng)器下端通入臭氧反應(yīng)塔；混凝劑儲存罐通過管道與混凝裝置相連；助氧化劑儲存罐通過管道與臭氧反應(yīng)塔的進(jìn)水端相連。本發(fā)明以高濃度廢水多級臭氧連續(xù)催化氧化處理系統(tǒng)及方法，通過增加混凝沉淀處理，去除高濃度有機(jī)廢水中大部分懸浮有機(jī)物和無機(jī)物；以鐵基催化劑作為臭氧催化氧化反應(yīng)的催化劑，可催化臭氧形成強(qiáng)氧化性的·OH，同時在被氧化過程中形成的Fe2+與助氧化劑反應(yīng)，生成大量的·OH，進(jìn)一步提升反應(yīng)效率；本發(fā)明還通過改性錳渣后制備成條形錳基催化劑，不僅能夠回收使用廢渣，而且實驗表明以錳基催化劑作為臭氧催化氧化反應(yīng)的催化劑具有更好的反應(yīng)效果；在上下兩級臭氧反應(yīng)塔之間增設(shè)中間反應(yīng)裝置，利用紫外線使上一級臭氧催化氧化反應(yīng)產(chǎn)生的導(dǎo)致催化劑催化性能下降的基團(tuán)光解，以提高下一級臭氧催化氧化反應(yīng)速率。實施例結(jié)果表明，本發(fā)明能夠?qū)⒏邼舛扔袡C(jī)廢水中的COD去除效率提升至80％以上。

（發(fā)明人：魏江州;李航;覃顯淳;李靈知;韋崇高;張小平;王淋藝;康坤;譚彬彬)