申请日2018.01.05
公开(公告)日2018.06.01
IPC分类号C02F1/72; C02F1/32; C02F101/30
摘要
本发明公布一种光催化氧化装置，包括高速反应柱、辅助降解柱、低速反应柱，高速反应柱、辅助降解柱、低速反应柱都设有进水分散系统、内循环系统、柱间水输送系统、氧化剂投加处、催化剂投加处、填料床、紫外光源、传热管、过滤层、维修孔，高速反应柱设置有废水进口，辅助降解柱设置有易降解有机物投加处，低速反应柱设置有处理水排放口。另外本发明还公布这种光催化氧化装置处理污水的方法，废水由废水进口泵入，经高速反应柱、辅助降解柱、低速反应柱依次催化氧化处理后，由处理水排放口排出。本发明能克服传统Fenton反应缺点，明显减少药剂使用量和污泥产量，显著提高催化效率，对难降解有机物降解充分，经济高效。
权利要求书
1.一种光催化氧化装置，其特征在于：包括高速反应柱(13)、辅助降解柱(14)和低速反应柱(15);所述高速反应柱(13)、辅助降解柱(14)和低速反应柱(15)内均设置有紫外光源(7)。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述高速反应柱(13)、辅助降解柱(14)和低速反应柱(15)均设置填料床(6)、传热管(8)、过滤层(9)、维修孔(16)、内循环系统(4)、进水分散系统(5)、柱间水输送系统(2);所述内循环系统(4)上均设置氧化剂投加处(10)、催化剂投加处(11)，所述辅助降解柱(14)的内循环系统(4)上设置易降解有机物投加处(12);所述高速反应柱(13)底端设置有废水进口(1)，所述低速反应柱(15)上端设置处理水排放口(3)。
3.根据权利要求1-2任一项所述的装置，其特征在于：所述高速反应柱(13)、辅助降解柱(14)和低速反应柱(15)的柱高与柱子内径的比例均为10:1～5:1，所述高速反应柱(13)、辅助降解柱(14)和低速反应柱(15)的温度均是45～60℃。
4.根据权利要求2所述的装置，其特征在于：所述填料床(6)填料为透紫外光石英珠。
5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述紫外光源(7)为低压紫外灯或中压紫外灯或紫外LED，所述低压紫外灯波段为183nm～254nm，中压紫外灯波段为254nm～400nm，紫外LED波段为260nm～400nm;所述紫外光源(7)外表面附有光源保护膜(17)，所述光源保护膜(17)的材料为石墨烯薄膜或PVDF薄膜，其厚度为0.5～1.0mm。
6.利用根据权利要求1-5任一项所述的装置的处理废水的方法，其特征在于：废水由所述废水进口(1)泵入，经所述高速反应柱(13)、辅助降解柱(14)、低速反应柱(15)依次处理后，由所述处理水排放口(3)排出;在氧化剂投加处(10)投加氧化剂，在催化剂投加处(11)投加催化剂，所述内循环系统使废水在反应柱内循环流动;并在废水进口(1)、处理水排放口(3)和柱间水输送系统(2)处均测量CODCr。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于：从所述废水进口(1)进入的废水的pH范围是4.0～6.0。
8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于：所述氧化剂与催化剂的质量比范围是2:1～10:1;所述氧化剂与从所述废水进口(1)进入的废水的原始CODCr的质量比范围是1:1～5:1;所述氧化剂为过氧化氢、过硫酸钾、臭氧中任一种，所述催化剂为铁系催化剂、铜系催化剂、钛系催化剂中任一种。
9.根据权利要求6所述的方法，其特征在于：在所述辅助降解柱(14)处理过程中添加易降解有机物。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于：所述易降解有机物为甲醇、乙醇、草酸中任一种，所述易降解有机物的投加量为通过柱间水输送系统(2)进入辅助降解柱(14)废水CODCr的10%～40%。
说明书
一种光催化氧化装置及其处理污水的方法
技术领域
本发明涉及水处理领域，尤其涉及一种光催化氧化装置及其处理污水的方法。
背景技术
工业化的快速推进和人口的持续增长，使越来越多的新兴持久性有机污染物进入水体，这些持久性有机污染物，如药物和各人护理用品等，即使在很低的浓度范围(ng/L～μg/L)也会对人类造成健康风险。很多实践和研究表明，传统水处理技术在面对这类持久性有机物污染时，没有表现出理想的处理效果，有使持久性污染物在水中持续累积的风险，因此寻找合适的技术对持久性有机污染物进行处理迫在眉睫。
高级氧化技术，由于氧化能力强和氧化的无选择性，被视为解决持久性有机污染物的有效技术。Fenton氧化技术作为高级氧化技术的一种，已被实践证明能够高效降解水体中的持久性有机污染物，但Fenton反应受pH限制，其最佳的反应pH为3左右，但随着反应的进行，水体的pH会逐渐升高，会形成Fe2+和Fe3+的氢氧化物，使得反应的速率降低，并且增加污泥产量，使后续处理成本提高。
发明内容
为克服现有技术的上述不足，本发明的目的在于提供一种光催化反应装置，以显著提高反应效能，减少污泥产量。
本发明的另一目的是提供这种光催化氧化装置处理污水的方法
为实现上述目的，本发明的技术方案为：
一种光催化氧化装置，包括高速反应柱(13)、辅助降解柱(14)和低速反应柱(15);所述高速反应柱(13)、辅助降解柱(14)和低速反应柱(15)均设置有紫外光源(7)。
优选的，所述高速反应柱(13)、辅助降解柱(14)和低速反应柱(15)柱内均设置填料床(6)、传热管(8)、过滤层(9)和维修孔(16)，内循环系统(4)、进水分散系统(5)、柱间水输送系统(2);所述内循环系统(4)上均设置氧化剂投加处(10)、催化剂投加处(11)，所述辅助降解柱(14)的内循环系统(4)上设置易降解有机物投加处(12);所述高速反应柱(13)底端设置有废水进口(1)，所述低速反应柱(15)上端设置处理水排放口(3)。
优选的，所述高速反应柱(13)、辅助降解柱(14)和低速反应柱(15)的柱高与柱子内径的比例均为10:1～5:1，所述高速反应柱(13)、辅助降解柱(14)和低速反应柱(15)的温度均是45～60℃。
优选的，所述填料床(6)填料为透紫外光石英珠。
优选的，所述紫外光源(7)为低压紫外灯或中压紫外灯或紫外LED，所述低压紫外灯波段为183nm～254nm，中压紫外灯波段为254nm～400nm，紫外LED波段为260nm～400nm;所述紫外光源(7)外表面附有光源保护膜(17)，所述光源保护膜(17)的材料为石墨烯薄膜或PVDF薄膜，其厚度为0.5～1.0mm。
上述装置的处理废水的方法，废水由所述废水进口(1)泵入，经所述高速反应柱(13)、辅助降解柱(14)、低速反应柱(15)依次处理后，由所述处理水排放口(3)排出;在氧化剂投加处(10)投加氧化剂，在催化剂投加处(11)投加催化剂，所述内循环系统使废水在反应柱内循环流动;并在废水进口(1)、处理水排放口(3)和柱间水输送系统(2)处测量CODCr。
优选的，从所述废水进口(1)进入的废水的pH范围是4.0～6.0。
优选的，所述氧化剂与催化剂的质量比范围是2:1～10:1;所述氧化剂与从所述废水进口(1)进入的废水的原始CODCr的质量比范围是1:1～5:1;所述氧化剂为过氧化氢、过硫酸钾、臭氧中任一种，所述催化剂为铁系催化剂、铜系催化剂、钛系催化剂中任一种。
优选的，在所述辅助降解柱(14)处理过程中添加易降解有机物。
优选的，所述易降解有机物为甲醇、乙醇、草酸中任一种，所述易降解有机物的投加量为通过柱间水输送系统(2)进入辅助降解柱(14)废水CODCr的10%～40%。
本发明与现有技术相比具有以下的有益效果：
(1)引入紫外光源，使反应效率显著提高，减少药剂的使用量，降低处理成本。
(2)流化床装置中的流态石英珠能够促进铁氧化物在其上结晶，减少污泥产量，附着在石英珠上呈流态化的铁氧化物能够充当Fenton反应的催化剂，成为·OH的另一来源，同时，流态化的铁氧化物会促进Fe3+还原成Fe2+，进一步提高催化效率。
(3)三段式反应柱的设置使得难降解有机物能够得到充分降解，同时传热管使得各反应柱始终处于最佳反应温度，节约成本，提高处理效能。
(4)高速反应柱处理对象主要为废水中的易降解有机物，辅助降解柱处理对象主要为废水中的难降解有机物，低速反应柱处理对象主要为残留低浓度有机物;在辅助降解柱处理过程中添加易降解有机物，引发自由基链式反应，提高难降解有机物的降解效率。
(5)过滤层能够防止所述石英珠填料流出反应柱。
