申请日2017.12.07
公开(公告)日2018.04.17
IPC分类号C02F1/76
摘要
本发明公开了一种基于复合催化床层的高效催化次氯酸钠中水处理系统，包括氧化塔，氧化塔内设置有活性炭催化剂床层和分子筛催化剂床层。本发明还公开了一种基于复合催化床层的高效催化次氯酸钠中水处理工艺。本发明实现了该催化床层对次氯酸钠的激活作用，有效降低了中水中难降解有机物的含量，实现了中水的深度处理。不仅极大提高了催化剂的利用效率，显著提高次氯酸钠的氧化效果，机械强度和表面抗污染性能均的到有效提高，避免了催化剂在使用过程中的损失，有效提高了该工艺的稳定性。该工艺不仅充分保证了催化剂的利用效率，使得该催化床层可以用于多种城市中水的处理，同时延长催化剂的使用周期，使得该工艺的应用性得到极大提高。
权利要求书
1.一种基于复合催化床层的高效催化次氯酸钠中水处理系统，其特征在于：包括氧化塔(1)，所述氧化塔(1)内设置有活性炭催化剂床层(2)和分子筛催化剂床层(5)，所述活性炭催化剂床层(2)位于氧化塔(1)的底部，所述分子筛催化剂床层(5)位于活性炭催化剂床层(2)的上部。
2.如权利要求1所述的一种基于复合催化床层的高效催化次氯酸钠中水处理系统，其特征在于：所述氧化塔(1)能够从中部拆开;氧化塔(1)底部设有液体分布盘，能够推动中水均匀通过床层;所述氧化塔(1)为柱式氧化塔，所述氧化塔(1)高度与底部直径比超过3:1。
3.一种基于复合催化床层的高效催化次氯酸钠中水处理工艺，其特征在于：包括催化剂制备步骤，所述催化剂制备步骤中催化剂包括硝酸镍、硝酸铁、硝酸镁;硝酸镍、硝酸铁、硝酸镁的质量比为5:2:1。
4.如权利要求3所述的一种基于复合催化床层的高效催化次氯酸钠中水处理工艺，其特征在于：将硝酸镍、硝酸铁、硝酸镁的粉末放入球磨机研磨混匀，而后将混合粉末配置成5%的水溶液两份，分别将分子筛和活性炭投入其中，侵泡12h后，放入烘箱内105℃烘6h，而后用马弗炉进行煅烧，冷却后得到活性炭催化剂和分子筛催化剂。
5.如权利要求4所述的一种基于复合催化床层的高效催化次氯酸钠中水处理工艺，其特征在于：所述分子筛选用MCM41类型的分子筛，活性炭选用椰壳类活性炭;
所述活性炭催化剂的煅烧温度为400-500℃，煅烧时间为1-3h，分子筛催化剂的煅烧温度为600-800℃，煅烧时间为3-5h。
6.如权利要求4所述的一种基于复合催化床层的高效催化次氯酸钠中水处理工艺，其特征在于：所述分子筛的比表面积超过1000m2/g，相对结晶度超过90%，灼烧减量不超过5%，孔径在2-5nm范围内分布;
所述活性炭目数为12-30目，强度超过95%，含水量不超过5%，碘吸附值为1100-1200mg/g，比表面积为1100-1150m2/g。
7.如权利要求3所述的一种基于复合催化床层的高效催化次氯酸钠中水处理工艺，其特征在于：包括催化床层制备步骤，所述催化床层制备步骤中，将活性炭催化剂和分子筛催化剂填入到氧化塔。
8.如权利要求7所述的一种基于复合催化床层的高效催化次氯酸钠中水处理工艺，其特征在于：将活性炭催化剂和分子筛催化剂以1:1的质量比依次填入到氧化塔中，活性炭催化剂置于氧化塔底部，分子筛催化剂置于活性炭催化剂上部。
9.如权利要求7所述的一种基于复合催化床层的高效催化次氯酸钠中水处理工艺，其特征在于：先将活性炭催化剂填装在氧化塔底部并进行压实，活性炭催化剂床层高度占氧化塔的15%，而后将分子筛催化剂填装在氧化塔内，分子筛催化剂床层高度占氧化塔的15%;活性炭催化剂和分子筛催化剂需填装紧实。
10.如权利要求3所述的一种基于复合催化床层的高效催化次氯酸钠中水处理工艺，其特征在于：包括次氯酸钠催化氧化步骤，将中水和次氯酸钠溶液预先进行混合，而后从氧化塔(1)的底部通入，中水在氧化塔(1)内进行停留，平均停留时间为3-5h，对中水进行催化氧化;次氯酸钠溶液浓度通常控制在1-5%，次氯酸钠溶液与中水混合方式为管道内混合，次氯酸钠溶液与中水的体积比为1：200-1000。
说明书
一种基于复合催化床层的高效催化次氯酸钠中水处理系统及其工艺
技术领域
本发明涉及一种次氯酸钠中水处理系统，具体的说，涉及一种基于复合催化床层的高效催化次氯酸钠中水处理系统及其工艺，属于中水处理技术领域。
背景技术
随着目前越来越多的水体被污染，而社会对用水的需求量越来越大，因此，中水回用成为当前解决用水困难的一项重要途径。而中水通常为生物池出水，达到二级排放标准，中水中仍会有一定的污染物，这些污染物通常为难以生物降解的有机物为主，而此类有机物会影响中水的后续使用，目前由于缺少高效廉价的去除方法，而会对中水回用造成一定的影响。
化学氧化法，特别是催化氧化工艺具有降解有机物效率高，降解迅速等优势，可以快速降解中水水体中难以通过生物降解的有机物。催化氧化技术包括湿式氧化技术、芬顿/类芬顿技术、臭氧催化氧化技术以及次氯酸钠催化氧化技术等工艺。通常催化氧化技术需要借助特定的手段来提高臭氧、双氧水或次氯酸钠的氧化电位，从而来提高氧化效率，目前所借助的特定手段中由于非均相催化剂具有易于反应体系分离，不会造成二次污染，催化效率高等优点，而被应用为催化氧化的最常用手段，非均相催化剂种类繁多，可以提高臭氧、过氧化氢和次氯酸钠等氧化剂的氧化性能。而由于过氧化氢通常无法现场制备，而臭氧则使用成本过高，因此，次氯酸钠所应用的范围较其它两种氧化剂更为宽泛。
目前，次氯酸钠催化氧化工艺的催化剂通常为负载镍的催化剂，通过浸渍法、混合煅烧法所制备，主要载体有分子筛、沸石和活性炭等。通过掺杂其它特定金属，可以有效提高催化剂的催化性能，并可以有效改善载体性能，提高载体抗污染的性能等，使得载体稳定性得到提高。可以让载体在充分发挥非均相介质的同时，增加载体的吸附、过滤等物理性能。研究有效的催化剂添加剂，在催化剂制备过程中掺入可以同时提高催化剂化学性能和物理性能的特定金属，是本领域的研究热点。
发明内容
本发明要解决的技术问题是针对以上不足，提供一种基于复合催化床层的高效催化次氯酸钠中水处理系统及其工艺，其实现了该催化床层对次氯酸钠的激活作用，有效降低了中水中难降解有机物的含量，实现了中水的深度处理。不仅极大提高了催化剂的利用效率，显著提高次氯酸钠的氧化效果，机械强度和表面抗污染性能均的到有效提高，避免了催化剂在使用过程中的损失，有效提高了该工艺的稳定性。该工艺不仅充分保证了催化剂的利用效率，使得该催化床层可以用于多地区的城市中水的处理，同时延长催化剂的使用周期，使得该工艺的应用性得到极大提高。其催化剂制备过程易实现，工艺过程规模可大可小，易于控制;该系统，操作简易，日常维护方便，处理成本低。
为解决以上技术问题，本发明采用以下技术方案：一种基于复合催化床层的高效催化次氯酸钠中水处理系统，包括氧化塔，所述氧化塔内设置有活性炭催化剂床层和分子筛催化剂床层，所述活性炭催化剂床层位于氧化塔的底部，所述分子筛催化剂床层位于活性炭催化剂床层的上部。
一种优化方案，所述氧化塔能够从中部拆开;氧化塔底部设有液体分布盘，能够推动中水均匀通过床层;所述氧化塔为柱式氧化塔，所述氧化塔高度与底部直径比超过3:1。
本发明还提供一种基于复合催化床层的高效催化次氯酸钠中水处理工艺，包括催化剂制备步骤，所述催化剂制备步骤中催化剂包括硝酸镍、硝酸铁、硝酸镁;硝酸镍、硝酸铁、硝酸镁的质量比为5:2:1。
一种优化方案，将硝酸镍、硝酸铁、硝酸镁的粉末放入球磨机研磨混匀，而后将混合粉末配置成5%的水溶液两份，分别将分子筛和活性炭投入其中，侵泡12h后，放入烘箱内105℃烘6h，而后用马弗炉进行煅烧，冷却后得到活性炭催化剂和分子筛催化剂。
进一步地，所述分子筛选用MCM41类型的分子筛，活性炭选用椰壳类活性炭;
所述活性炭催化剂的煅烧温度为400-500℃，煅烧时间为1-3h，分子筛催化剂的煅烧温度为600-800℃，煅烧时间为3-5h。
进一步地，所述分子筛的比表面积超过1000m2/g，相对结晶度超过90%，灼烧减量不超过5%，孔径在2-5nm范围内分布。
所述活性炭目数为12-30目，强度超过95%，含水量不超过5%，碘吸附值为1100-1200mg/g，比表面积为1100-1150m2/g。
进一步地，包括催化床层制备步骤，所述催化床层制备步骤中，将活性炭催化剂和分子筛催化剂填入到氧化塔。
进一步地，将活性炭催化剂和分子筛催化剂以1:1的质量比依次填入到氧化塔中，活性炭催化剂置于氧化塔底部，分子筛催化剂置于活性炭催化剂上部。
进一步地，先将活性炭催化剂填装在氧化塔底部并进行压实，活性炭催化剂床层高度占氧化塔的15%，而后将分子筛催化剂填装在氧化塔内，分子筛催化剂床层高度占氧化塔的15%;活性炭催化剂和分子筛催化剂需填装紧实。
进一步地，包括次氯酸钠催化氧化步骤，将中水和次氯酸钠溶液预先进行混合，而后从氧化塔的底部通入，中水在氧化塔内进行停留，平均停留时间为3-5h，对中水进行催化氧化;次氯酸钠溶液浓度通常控制在1-5%，次氯酸钠溶液与中水混合方式为管道内混合，次氯酸钠溶液与中水的体积比为1：200-1000。
本发明采用以上技术方案后，与现有技术相比，具有以下优点：
(1)本发明所述活性炭催化剂，除具有优异的催化活性之外，还具有优异的稳定性和耐氧化性，同时具有优异的机械强度，既可以避免活性炭催化剂因床层压力而出现被压碎的情况，又可以长时间保持高催化活性，降低反应运行成本;
(2)本发明所述分子筛催化剂，具有优异的催化活性，较单纯负载镍的分子筛催化剂，催化活性有显著提高，充分保证了催化剂的利用效率;同时分子筛本身的稳定性可以得到极大提高，极大降低分子筛因水流冲刷而发生损失;
(3)本发明所述催化剂制备过程无需用到极端条件或者难购买试剂，催化剂制备过程易实现，工艺过程规模可大可小，易于控制;
(4)本发明所述中水深度处理工艺，实现了该催化床层对次氯酸钠的激活作用，有效降低了中水中难降解有机物的含量，实现了中水的深度处理，该工艺不仅充分保证了催化剂的利用效率，使得该催化床层可以用于多地区的城市中水的处理，对于多地区的城市中水均具有良好的COD和TOC去除率，适用性广，同时延长催化剂的使用周期，使得该工艺的应用性得到极大提高。
(5)本发明不仅极大提高了催化剂的利用效率，显著提高次氯酸钠的氧化效果，机械强度和表面抗污染性能均的到有效提高，避免了催化剂在使用过程中的损失，有效提高了该工艺的稳定性，所述中水深度处理系统，操作简易，日常维护方便，处理成本低。
