申请日2018.04.18
公开(公告)日2018.10.19
IPC分类号C02F9/04; C02F101/38
摘要
本发明属硝基苯废水处理的技术领域，为解决现有处理硝基苯废水的方法存在的不足，提供一种超重力强化萃取‑催化O3/Mn2+处理高浓度硝基苯废水的方法及装置。用萃取法处理高浓度硝基苯废水，使废水中硝基苯浓度降低，采用O3/Mn2+法进一步处理达到排放标准;高浓度硝基苯废水中硝基苯浓度为1000mg/L～2000mg/L，采用的萃取剂为环己烷，相比V环己烷：V废水为1:2～2:1，pH为5～9，温度为25℃，液体流量为40～60L/h。处理效率提高了20%‑30%，时间缩短了30%‑40%，减小了水处理成本。工艺流程简单，操作方便，可应用于各种有机工业废水如炸药废水、含酚废水、染料废水、医药废水等。
权利要求书
1.一种超重力强化萃取-催化O3/Mn2+处理高浓度硝基苯废水的方法，其特征在于：采用萃取法处理高浓度硝基苯废水，使废水中硝基苯浓度降低，然后采用O3/Mn2+法进一步处理达到排放标准;高浓度硝基苯废水中硝基苯浓度为1000mg/L～2000mg/L，采用的萃取剂为环己烷，相比V环己烷：V废水为1:2～2:1，pH为5～9，温度为25℃，液体流量为40L/h～60L/h。
2.根据权利要求1所述的一种超重力强化萃取-催化O3/Mn2+处理高浓度硝基苯废水的方法，其特征在于：萃取后废水中硝基苯浓度为62.49mg/L～125.85mg/L，COD为120.96mg/L～227.51mg/L。
3.根据权利要求1所述的一种超重力强化萃取-催化O3/Mn2+处理高浓度硝基苯废水的方法，其特征在于：O3/Mn2+法处理的硝基苯浓度为62.49mg/L～125.85mg/L，Mn2+浓度为1mmol/L～2mmol/L，臭氧浓度为30mg/L～50mg/L，pH为1.5～3.5，温度为25℃，液体流量为80L/h～160L/h，气体流量为30L/h～50L/h。
4.一种实现如权利要求1至3所述的任意一种超重力强化萃取-催化O3/Mn2+处理高浓度硝基苯废水方法的装置，其特征在于：包括液液传质设备(6)，液液传质设备(6)上设有进液口(6.1)、液体出口(6.2)、喷嘴(6.3)、电机(6.4)、壳体(6.5)、转子(6.6);液体储槽I(1)和液体储槽II(7)通过液泵I(2)和液泵II(4)、液体流量计I(3)和液体流量计II(5)与进液口(6.1)相连，液体出口(6.2)与混合澄清槽(8)相连。
5.根据权利要求4所述的实现超重力强化萃取-催化O3/Mn2+处理高浓度硝基苯废水方法的装置，其特征在于：混合澄清槽(8)设有轻液出口(8.1)和重液出口(8.2)。
6.根据权利要求5所述的实现超重力强化萃取-催化O3/Mn2+处理高浓度硝基苯废水方法的装置，其特征在于：所述的液液传质设备(6)为撞击流-旋转填料床(IS-RPB)，转子(6.6)内为不锈钢丝网填料，直径为0.275mm，内径和外径分别为60mm和160mm，轴向高度60mm，转速为300～500r/min;喷嘴(6.3)直径为1.5mm，撞击初速为6.3m/s～9.45m/s。
7.一种实现如权利要求1所述的超重力强化萃取-催化O3/Mn2+处理高浓度硝基苯废水方法的装置，其特征在于：包括气液传质设备(12)，气液传质设备(12)上设有转子(12.1)、液体进口(12.4)、气体进口(12.2)、液体出口(12.5)、气体出口(12.6)、液体分布器(12.3)、电机(12.7);萃余相储槽(15)通过液泵III(14)、液体流量计III(13)与液体进口(12.4)相连，通过液体分布器(12.3)进入转子(12.1)中;纯氧钢瓶(9)经过臭氧发生器(10)，通过气体流量计(11)后与气体进口(12.2)相连，气体出口(12.5)与KI溶液储槽(16)相连。
8.根据权利要求7所述的实现超重力强化萃取-催化O3/Mn2+处理高浓度硝基苯废水方法的装置，其特征在于：所述的气液传质设备(12)为旋转填料床(RPB)，转子(12.1)内为不锈钢丝网填料，直径为0.275mm，内径和外径分别为60mm和160mm，轴向高度60mm，超重力因子β为60～100。
9.根据权利要求8所述的实现超重力强化萃取-催化O3/Mn2+处理高浓度硝基苯废水方法的装置，其特征在于：RPB-O3/Mn2+法处理后废水中硝基苯浓度为0.16mg/L～11.44mg/L，COD为28.16mg/L～61.2mg/L。
说明书
超重力强化萃取-催化O3/Mn2+处理高浓度硝基苯废水的方法及装置
技术领域
本发明属于硝基苯废水处理的技术领域，具体涉及一种处理高浓度硝基苯废水的工艺方法，采用超重力技术、萃取和催化臭氧化技术的耦合处理共同作用。
背景技术
硝基苯常用作有机合成中间体，广泛应用于化工、燃料、材料、焦化等行业中。但硝基苯中的取代基硝基为吸电子基团，化学性质比较稳定，不易被生物降解，可稳定存在于水体中。一旦进入环境中，能够引起动物神经系统异常症状、贫血、肝脏疾病等，现已被我国列入68种重点污染物之一。
目前国内处理该类废水的方法主要有物理法、化学法和生物法。物理法处理含硝基苯废水时，硝基苯只是从一相转移到另一相，硝基苯并未发生改变。对于初始浓度较高的含硝基苯废水，利用物理法来处理，可以达到降低废水中硝基苯的浓度，又可以回收部分硝基苯，实现资源利用最大化。其中，萃取法具有能耗低、处理水量大、设备简单、操作安全等优点，在含苯环化合物的回收利用上使用广泛，但对于萃取法而言，萃取剂选择不合适，易导致二次污染;在传统萃取塔或者搅拌震荡中进行萃取，存在液滴直径大，运动速度较慢，湍动程度小，液液萃取过程中传质推动力小，传质系数低，萃取级效率低等问题。化学方法是根据化学反应过程电子得失情况将难降解有机物转化为较易降解物质。其中，臭氧因其杀菌能力强，无二次污染等优点被广泛的应用于饮用水和污水的处理中。臭氧对有机物的氧化作用有两条途径：(1)臭氧直接有机物发生反应;(2)臭氧被分解成氧化能力更强的·OH，·OH无选择性，与有机物发生快速反应。但是臭氧化技术依然存在着一些问题，如：(1)臭氧直接氧化反应选择性较高，与有机物反应速率较低，对有机物矿化度较低。为了解决或改善这个问题，科研工作者从臭氧本身出发进行改进，即催化臭氧化技术，产生更多的·OH，增加氧化作用中间接反应发生，降解水中有机污染物。根据催化剂的不同可分别非均相催化臭氧化技术和均相催化臭氧化技术。其中，均相催化臭氧化技术(常用的催化剂有H2O2、过渡金属离子(Fe2+、Mn2+、Ti4+、H2O2)等)因反应条件温和，氧化效率高，无需催化剂制备等优点而被广泛的研究。(2)催化剂的加入提高了有机物的降解效率，但降解废水的速率控制步骤为臭氧在气液界面的传质，臭氧在水中溶解度较低，这依然限制着臭氧的应用。超重力技术以旋转填料床(rotating packed bed, RPB)为载体，在地球上实现了超重力环境。液体被剪切成液膜、液丝、液滴，增大了相际表面，同时气液相际表面得到快速更新，极大地强化了传质过程。郭亮等对超重力场中臭氧传质性能进行了研究，结果表明，臭氧的溶解速率明显提高，旋转填料床设备中KLa值是传统曝气反应装置中KLa值的2.5倍。同时，对于高浓度硝基苯废水而言，各种方法的单独使用存在处理效果差或者处理费用高等问题。
Mn2+催化O3机理：
发明内容
本发明为解决现有处理硝基苯废水的方法存在的上述不足，提出了一种超重力强化萃取-臭氧高级氧化法处理高浓度硝基苯废水的工艺及装置。
本发明采用如下的技术方案实现：
处理高浓度硝基苯废水的工艺方法，其步骤如下：使用萃取法将高浓度硝基苯废水降低到一定浓度，然后采用O3/Mn2+法进一步处理达到排放标准。废水中硝基苯浓度为1000mg/L～2000mg/L，采用的萃取剂为环己烷，相比(V环己烷：V废水)为1:2～2:1，pH为5～9，温度为25℃，液体流量为40L/h～60L/h。
处理高浓度硝基苯废水的工艺方法的装置，包括液液传质设备，液液传质设备上设有进液口、液体出口、喷嘴、电机、壳体、转子。液体储槽中的液体在泵的作用下经过液体流量计与进液口相连，液体出口与分液器相连。分液器设有轻液出口和重液出口。
液液传质设备为撞击流-旋转填料床(IS-RPB)，转子内为不锈钢丝网填料，直径为0.275mm，内径和外径分别为60mm和160mm，轴向高度60mm，转速为300～500r/min。喷嘴(6.3)直径为1.5mm，撞击初速为6.3m/s～9.45m/s。
萃取后废水中硝基苯浓度为62.49mg/L～125.85mg/L，COD为120.96mg/L～227.51mg/L。
O3/Mn2+法处理的硝基苯浓度为62.49mg/L～125.85mg/L，Mn2+浓度为1mmol/L～2mmol/L，臭氧浓度为30mg/L～50mg/L，pH为1.5～3.5，温度为25℃，液体流量为80L/h～160L/h，气体流量为30L/h～50L/h。
处理硝基苯废水的工艺方法的装置，包括气液传质设备，气液传质设备上设有转子、液体进口、气体进口、液体出口、气体出口、液体分布器、电机。萃余相储槽中的液体在泵的作用下经过液体流量计与液体进口相连，通过液体分布器进入转子中。纯氧自钢瓶经过臭氧发生器，通过气体流量计后与气体进口相连，气体出口与KI溶液储槽相连。
气液传质设备为旋转填料床(RPB)，转子内为不锈钢丝网填料，直径为0.275mm，内径和外径分别为60mm和160mm，轴向高度60mm，超重力因子β为60～100。
RPB-O3/Mn2+法处理后废水中硝基苯浓度为0.16mg/L～11.44mg/L，COD为28.16mg/L～61.2mg/L。
本发明采用超重力技术强化萃取-催化臭氧化技术共同处理高浓度硝基苯废水，使之在短时间内得到较好的处理效果。与现有技术相比，处理效率提高了20%-30%，时间缩短了30%-40%，大大减小了水处理成本。
本发明具有如下有益效果：工艺流程简单，操作方便，将超重力技术与萃取-催化臭氧化技术联用，解决了现在技术存在的一些问题，减少了水处理成本，可应用于各种有机工业废水如炸药废水、含酚废水、染料废水、医药废水等。
