申请日2011.05.24
公开(公告)日2011.11.02
IPC分类号C02F1/72; C02F1/30; C02F1/32; C02F101/30; C02F101/34; C02F101/36; C02F101/38; C02F101/32
摘要
本发明提供了一种可连续降解芳香化合物废水的均相光氧化反应装置及其处理方法。将待处理废水输送至调节器内与调节器上部加入的光催化剂混合，调节pH值为3～4，再输送至搅拌混合器与从搅拌混合器上部加入的H2O2混合，混合后通过恒流泵进入光反应器，进行连续光Fenton氧化降解，最终得到合格的净化水。本发明的处理方法不存在催化剂的污染与再生问题，催化剂和氧化剂无二次污染，反应在常温常压下进行，占地面积小，运行管理简便，废水处理能力及处理效果可调可控，能连续处理难降解芳香化合物废水。本发明采用该处理方法连续处理难降解芳香化合物废水，母体芳香化合物的去除率达到98%以上。
权利要求书 [支持框选翻译]
1.一种可连续降解芳香化合物废水的方法，包括以下步骤：
a.将待处理废水输送至调节器(1)内与调节器(2)上部加入的光催 化剂混合，调节pH值为3～4;
b.来自调节器(1)的待处理废水进入搅拌混合器(2)与从搅拌混合 器(2)上部加入的过氧化氢混合;
c.混合后的含有光催化剂和过氧化氢的待处理废水通过恒流泵(3)以 50mL/min～1000mL/min流速从光反应器(4)的进料口(4.1)进入光反应 器(4)，在反应过程中同时向光反应器(4)内通入压缩空气使位于反应池 (4.8)底部的鼓泡管(4.7)鼓泡，并在来自光反应器(4)的内槽(4.4) 的光源的照射下，进行连续光Fenton氧化降解，反应结束后的处理水从光 反应器(4)的出料口(4.2)流出，该流出水经加碱沉淀分离出催化剂后， 得到合格的净化水。
2.根据权利要求1所述可连续降解芳香化合物废水的方法，其特征在 于：所述光反应器(4)还可并联或串联1～2个光反应器(4)。
3.根据权利要求1或2所述可连续降解芳香化合物废水的方法，其特 征在于：所述光催化剂为硫酸亚铁、氯化亚铁、硝酸亚铁、硫酸铁、氯化 铁或硝酸铁;所述过氧化氢投加量为化学需氧量所对应的过氧化氢理论投 加量的30%～90%，所述催化剂投加的物质的量为过氧化氢投加的物质的量 的1/15～1/30。
4.一种可连续降解芳香化合物废水的均相光氧化反应装置，其特征在 于：它包括调节器(1)、内设无级调速电机及机械搅拌装置的搅拌混合器 (2)、将搅拌混合器(2)中的物料输送到光反应器(4)的恒流泵(3)以 及光反应器(4)，所述光反应器(4)为设置有进料口(4.1)和出料口(4.2) 的敞口容器，所述光反应器(4)内设置有透明的内槽(4.4)，所述内槽(4.4) 内设置有2～5支人造光源灯管(4.6)，所述靠近内槽(4.4)的人造光源灯 管(4.6)与内槽(4.4)内壁的距离为0.5～1.0厘米;所述光反应器(4)的 外壳(4.3)和内槽(4.4)构成反应池(4.8)，所述反应池(4.8)的底部设 置有鼓泡管(4.7)。
5.根据权利要求4所述可连续降解芳香化合物废水的均相光氧化反应 装置，其特征在于：所述反应池(4.8)内在进料口(4.1)的后方设有一块 进水挡板(4.5)。
6.根据权利要求4所述可连续降解芳香化合物废水的均相光氧化反应 装置，其特征在于：所述反应池(4.8)单侧的长度为50～100厘米，所述反 应池(4.8)的宽度为2.5～3.0厘米，高度为40～50厘米。
7.根据权利要求4所述可连续降解芳香化合物废水的均相光氧化反应 装置，其特征在于：所述鼓泡管(4.7)的一端封闭，另一端与光反应器(4) 上部通入的压缩空气的软管相连接，所述鼓泡管(4.7)为中空长管，每个 鼓泡管(4.7)均匀布置有15～20个出气孔，所述鼓泡管(4.7)的长度小于 反应池(4.8)的长度，所述鼓泡管(4.7)的内径为1.0～2.0厘米。
8.根据权利要求4所述可连续降解芳香化合物废水的均相光氧化反应 装置，其特征在于：所述人造光源灯管(4.6)为功率24W～55W的紫外线 杀菌灯或低压汞灯，所述人造光源灯管(4.6)的长度与内槽(4.4)的长度 或高度相匹配。
9.根据权利要求4所述可连续降解芳香化合物废水的均相光氧化反应 装置，其特征在于：所述内槽(4.4)采用石英玻璃板或硅酸盐超白玻璃板， 玻璃板的厚度为3～4毫米。
说明书 [支持框选翻译]
可连续降解芳香化合物废水的均相光氧化反应装置及其处理方法
技术领域
本发明涉及均相光氧化降解废水的装置及其方法，具体是指可连续降 解芳香化合物废水的均相光氧化反应装置及其处理方法。
背景技术
现代工业的迅速发展带来了大量含高浓度有毒有机污染物的工业废水， 其中包括大量含苯、苯酚、氯酚、苯胺、苯醌、硝基苯、蒽醌等芳香化合 物的化工废水、医药生产废水、农药生产废水、印染废水等芳香化合物废 水，这类废水生物降解性差，采用传统的生物处理技术效率低;而采用气 提、吸附、混凝、萃取等物化方法则存在废料堆积与二次污染等问题。如 何经济而有效地处理这类废水一直是国内外研究的重要课题，近几十年发 展起来的高级氧化技术(Advanced Oxidation Processes，简称AOPs)，利用 产生高活性自由基(·OH)的强氧化作用，可将有机物氧化降解为CO2及其 它无毒或低毒的小分子物质，特别适于难生物降解有毒有机废水的处理。 Esplugas和Huang等比较了各种高级氧化技术的优缺点，提出光Fenton技 术是最有前景的处理技术之一。光Fenton氧化技术由于反应条件温和(常 温、常压)、设备简单、Fenton试剂(Fe2+-H2O2组合)无二次污染，氧化能 力强，与半导体光催化氧化技术相比，光Fenton氧化不存在催化剂的回收 与固定、催化剂的污染与活化等问题，因而具有极大应用潜力，日益受到 国内外环境工作者的重视。
目前，已有的光反应器按使用催化剂的形态可分为两大类：
一类是以二氧化钛等纳米半导体材料为催化剂的非均相光反应器，这 类反应器使用纳米半导体分散体系或使用负载型纳米半导体多相光催化体 系，催化剂的制备复杂，存在分离回收及再生等问题，且催化剂的光量子 效率低、光催化处理效率受限。为此，中国专利公开号CN1431155公开的 一种连续降解含有机污染物废水的光催化反应装置及其处理方法中通过投 加助氧化剂H2O2来提高处理效率，中国专利公开号CN1301668公开的一种 有机废水的光催化处理方法及其装置中采用H2O2、O3和二价铁盐作辅助氧 化剂来增强处理效率。
另一类是以铁离子(Fe2+或Fe3+)为催化剂的均相光氧化反应器，如 CN1289728公开的可连续均相光氧化净化含有机污染物废水的方法及设 备，这类光反应器的降解效率高，不存在催化剂的回收与再生问题，操作 简单易行，无二次污染。
目前已有的光反应器中光源的放置方式主要有两种。其一是，将光源 插入浸没在待处理废水中的玻璃套管中，如前所述的CN1431155、 CN1301668及CN1289728。这种光源放置方式为单灯单套管，光程短，光 源与待处理废水之间的距离较大，单个光反应器的光源利用效率及处理效 率不高，需串联多级反应器方可达到较好效果。其二是，将光源置于待处 理废水反应池之上的平板型反应器，如CN 2399374公开的废水光催化处理 器、CN 2354931公开的倾角连续可调的固定膜平板型光催化水处理装置。 这种光源放置方式存在光源与待处理废水之间的距离大、光能利用效率不 高、处理量较小、不适合连续处理等问题。
发明内容
本发明的目的是针对上述问题的不足，提供一种可连续降解芳香化合 物废水的均相光氧化反应装置及其处理方法。
本发明所提供的可连续降解芳香化合物废水的方法，包括以下步骤：
a.将待处理废水输送至调节器内与调节器上部加入的光催化剂混合， 用酸或碱调节pH值为3～4;
b.来自调节器的待处理废水进入搅拌混合器与从搅拌混合器上部加入 的过氧化氢混合;
c.混合后的含有光催化剂和过氧化氢的待处理废水通过恒流泵以 50mL/min～1000mL/min流速从光反应器一侧底部的进料口进入光反应器， 在反应过程中同时从光反应器的上部通入压缩空气使位于反应池底部的鼓 泡管鼓泡，并在来自光反应器的内槽的光源的照射下，进行连续光Fenton 氧化降解，反应结束后的处理水从光反应器的出料口流出，该流出水经常 规方法如加碱沉淀分离出催化剂后，得到合格的净化水。
本发明中可根据处理量的要求，可只使用一个光反应器，也可在第一 级光反应器处理后的水自出料口流出后，再并联或串联1～2个光反应器， 将上一级出水输送到下一级光反应器的进料口，至最后一级光反应器的出 料口流出。
本发明中所用的光催化剂二价铁或三价铁的可溶性无机盐，具体为硫 酸亚铁、氯化亚铁、硝酸亚铁、硫酸铁、氯化铁或硝酸铁。催化剂投加的 物质的量为过氧化氢投加的物质的量的1/15～1/30。
本发明中所用过氧化氢投加量为化学需氧量所对应的过氧化氢理论投 加量的30%～90%。
过氧化氢(H2O2)的理论投加量是指化学需氧量(COD)所对应的理 论过氧化氢量。由于每2mol过氧化氢产生1mol氧分子，因此，1mg/L COD 对应的过氧化氢理论投加量为2.125mg/L。
本发明可依据处理程度的要求增加或减少过氧化氢的投加量。通过投 加较高剂量的过氧化氢进行深度处理，可达到高效净化的目的。有时为降 低成本，可通过投加低剂量的过氧化氢只进行预处理，将毒性较大的芳香 化合物破坏，使之转变为毒性较小的中间产物，以显著提高难降解芳香化 合物废水的生物降解性，再与生物法联用(生物法是最经济的处理方法)， 从而达到经济高效的目的。
本发明所提供的可连续降解芳香化合物废水的均相光氧化反应装置， 它包括调节器、内设无级调速电机及机械搅拌装置的搅拌混合器、将搅拌 混合器中的物料输送到光反应器的恒流泵以及光反应器，所述光反应器为 设置有进料口和出料口的敞口容器，所述光反应器内设置有透明的内槽， 所述内槽内设置有2～5支人造光源灯管，所述靠近内槽的人造光源灯管与 内槽内壁的距离为0.5～1.0厘米;所述光反应器的外壳和内槽构成反应池， 所述反应池的底部设置有鼓泡管。
优选地，所述反应池内在进料口的后方设有一块进水挡板，使水流均 匀地分布在整个光反应池宽的横断面，从而使反应液充分接受光照，提高 光能利用效率和光反应效率;当流速大时，其作用更明显，由于挡板的阻 挡缓冲作用，可避免形成股流。
优选地，所述内槽采用石英玻璃板或硅酸盐超白玻璃板，以石英玻璃 最佳，玻璃板的厚度为3～4毫米。
具体地，所述反应池单侧的长度为50～100厘米，所述反应池的宽度为 2.5～3.0厘米，高度为40～50厘米。
具体地，本发明所用的鼓泡管的一端封闭，另一端与光反应器上部通 入的压缩空气的软管相连接，所述鼓泡管为中空长管，每个鼓泡管均匀布 置有15～20个出气孔，所述鼓泡管的长度小于反应池的长度，所述鼓泡管 的内径为1.0～2.0厘米。鼓泡管置于光氧化反应池底部，均匀鼓气，使反应 池中的反应液在垂直方向均匀接受光照。
具体地，本发明所用的人造光源灯管为功率24W～55W的紫外线杀菌 灯或低压汞灯，优选紫外线杀菌灯。所述人造光源灯管的长度与内槽的长 度或高度相匹配。
本发明的有益效果：单个光反应器中可放置多个人造光源灯管，人造 光源灯管距离反应液的距离短，废水在反应池中以平推流方式流动，接受 的光程长，光能利用效率高，光反应效率高，可连续运行。本发明可通过 改变光反应器的内槽中间放置的灯管数目及串联光反应器的级数，达到提 高处理效率及增大废水处理能力的目的。本发明的处理方法不存在催化剂 的污染与再生问题，催化剂和氧化剂无二次污染，反应在常温常压下进行， 占地面积小，运行管理简便，废水处理能力及处理效果可调可控，能连续 处理难降解芳香化合物废水。本发明有效克服了单灯单套管、混合流式的 传统光反应器停留时间短、光能利用率不高以及半导体光催化氧化的光量 子效率较低、催化剂的回收与再生难等缺点。采用该处理方法连续处理难 降解芳香化合物废水，母体芳香化合物的去除率达到98%以上。本发明的 处理方法不仅适用于难降解芳香化合物废水，如含苯、苯酚、氯酚、苯胺、 苯醌、蒽醌等芳香化合物的化工废水、医药生产废水、农药生产废水、印 染废水等，也可用于其他有机废水的连续处理。
