CN102897869A

CN102897869A - 一种转盘式紫外与臭氧催化氧化有机污水处理装置

Info

Publication number: CN102897869A
Application number: CN2012104221678A
Authority: CN
Inventors: 刘广民; 贾凡凹; 岳智红; 王爱军; 王丽娟
Original assignee: Harbin Engineering University
Current assignee: Harbin Engineering University
Priority date: 2012-10-30
Filing date: 2012-10-30
Publication date: 2013-01-30
Anticipated expiration: 2032-10-30
Also published as: CN102897869B

Abstract

本发明提供的是一种转盘式紫外与臭氧催化氧化有机污水处理装置。包括下部反应装置主体和上部封盖，下部反应装置主体内部中央设有一根转轴，转抽上固定一排转盘，转盘表面负载固体催化剂，下部反应装置主体内部与转轴平行的两侧表面固定有第一紫外LED光板，下部反应装置主体内部与转轴垂直的两侧表面负载固体催化剂，下部反应装置主体的一个侧壁上设置进水管、另一个侧壁上设置出水管，上部封盖的中央设有臭氧进气管，下部反应装置主体外设置有控制紫外LED光板的整流器和光强控制装置、驱动转盘转动的电机及转速控制器。本发明具有传质效率高，反应速度快，处理效果好，装置结构简单易操作，投资运行费用低等特点。

Description

一种转盘式紫外与臭氧催化氧化有机污水处理装置

技术领域

本发明涉及的是一种废水处理装置。具体地说是利用紫外与臭氧催化氧化技术和高效传质方式来处理工业废水的装置。

背景技术

工业废水多数具有污染物成分复杂、色度大、毒性强且可生化性差等特点，采用常规的物理法、生化法及物化法是难以达到排放要求的。目前，对于污染物含量高、毒害性大的工业废水有效地处理办法是采用焚烧处理，但是这样不仅能耗大，费用高，还可能产生二次污染等问题。

为了改善现有工艺处理工业废水存在的问题，作为一种高级氧化技术，臭氧氧化法得到国内外学者的重视和应用。但由于臭氧氧化降解水中有机物具有较强的选择性，导致废水中有机物降解不彻底，处理效果难以达到理想程度；同时由于臭氧与水相之间的传质较慢，废水中有机物浓度一般较高，导致反应时间长，臭氧投加量大，处理费用昂贵。已有的主要处理装置与方法包括：

1、专利申请号为200420029548.0的专利文件中公开的“臭氧催化氧化装置”中所涉及的臭氧反应装置，传质效果有限，设备结构复杂，运行管理难度大；

2、专利申请号为200820181029.4的专利中公开的“一种臭氧氧化反应器”所涉及的臭氧反应装置，设备要求较高，催化剂投量大，成本较高；

3、专利申请号为200910181072.x的发明专利中公开的“一种催化臭氧氧化-气浮一体化处理废水的方法”中所涉及的臭氧反应装置与方法，工艺复杂，臭氧投量大，催化剂损耗量较大，只适合处理石油化工废水。

4、专利申请号为201010039589.8的发明专利中公开的“臭氧/高锰酸钾联用处理有机废水的装置与方法”中所涉及的臭氧反应装置与方法，需要外加药剂量较大，容易造成二次污染。

发明内容

本发明的目的在于提供一种反应速度快，处理效果好的转盘式紫外与臭氧催化氧化有机污水处理装置。

本发明的目的是这样实现的：

包括下部反应装置主体和上部封盖，下部反应装置主体内部中央设有一根转轴，转抽上固定一排转盘，转盘表面负载固体催化剂，下部反应装置主体内部与转轴平行的两侧表面固定有第一紫外LED光板，下部反应装置主体内部与转轴垂直的两侧表面负载固体催化剂，下部反应装置主体的一个侧壁上设置进水管、另一个侧壁上设置出水管，上部封盖的中央设有臭氧进气管，下部反应装置主体外设置有控制紫外LED光板的整流器和光强控制装置、驱动转盘转动的电机及转速控制器。

本发明还可以包括这样一些特征：

1、上部封盖的内侧表面固定有第二紫外LED光板，第二紫外LED光板与第一紫外LED光板串联连接。

2、一排转盘中的各转盘相互平行。

3、下部反应装置主体与上部封盖之间设置有密封机构，所述密封机构包括设置在下部反应装置主体与上部封盖两端的锁扣、上部封盖封口四周的密封胶条。

4、所述的固体催化剂是以Al₂O₃为载体，附着TiO₂、MnO₂、Ni₂O₃、Fe₂O₃、CuO、ZnO、CoO、V₂O₅、Cr₂O₃或MoO形成的固相催化剂。

本发明的特点主要体现在：

1、利用转盘的转动加强臭氧与水相的传质。一方面，转盘表面形成一层较大面积的液膜，暴露在臭氧气体中，臭氧通过液膜进入水相；另一方面，在转盘转动下，装置内液体呈紊流状态，臭氧以细小气泡的形式进入液体进行气液传质；更重要的是，在转盘转动的作用下，部分液体转变为细小液滴存在于反应装置上方气相中，细小液滴形态更易与臭氧发生传质，从而加强传质效果。在以上三种传质方式的综合作用下，大大加快了臭氧的传质速率和效率，提高了臭氧利用率。

2、反应装置内存在两种催化方式。一方面，转盘表面和反应器内壁上附着有固体催化剂，可诱发臭氧产生强氧化物质·OH自由基，可与有机物进行无选择性的反应，提高了臭氧氧化的反应速率；另一方面，固体催化剂TiO₂、ZnO等本身具有光催化性能，而且活性高、性能稳定，在紫外光照的作用下，进一步促进·OH自由基的产生。在以上两种催化方式的综合作用下，臭氧的氧化能力得到显著提高，从而得到理想的处理效果。

3、采用紫外LED作为紫外光源。本发明所采用的紫外LED光源，具有寿命长，能耗小，效率高，光谱纯度高、尺寸小和环保无害的特点。LED光板的布置采用倾斜方式，使紫外光尽可能多地照射在附着催化剂的转盘和反应器内壁上，加强光催化效果。

4、装置采用整流器为LED光板提供直流电源。避免使用常规化学电源带来的不便，无需充电，可以提供源源不断的可控的直流电，有利于在实际工业生产应用。

5、装置不单独设置出气口。尾气以细小气泡的状态混入液体随出水排出，简化了实验装置，同时有利于装置内维持较高臭氧气体压力。

6、反应装置主体封闭性良好，同时得益于装置未设出气口的设计以及进、出水管的弯头式设计，可将装置内臭氧气体压力维持在较高水平，加快臭氧向水相中的传质速率。

7、反应装置与方法应用灵活。根据不同的处理要求，该反应装置即可以只使用一套，也可以将多套相同反应装置串联使用。即可以作为主要处理方式单独使用，也可以作为预处理或深度处理步骤与其他装置和方法联用。

8、整套装置各反应条件转速、光强等控制简单，便于实现自动化控制。

附图说明

图1为本发明的外部轴测图。

图2为本发明的内部结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图举例对本发明的具体实施方式做进一步说明。

本发明的转盘式紫外与臭氧催化氧化有机污水处理装置由下部反应装置主体10和上部封盖13组成。下部反应装置主体内部中央设有一根转轴17，转抽上固定平行转盘19若干个，转盘表面负载固体催化剂16。下部反应装置主体内部与转轴平行的两侧表面固定有紫外LED光板20，与转轴垂直的两侧表面负载固体催化剂18。下部反应装置主体前侧外壁中央装有整流器和光强控制装置9，前侧外壁左上角设有紫外LED光板正极5及导线6。下部反应装置主体左侧外壁中央设有驱动转盘转动的电机3及转速控制器4，左侧外壁左上角设有进水管1。下部反应装置主体右侧外壁设有出水管12。电机电线2接外电源，整流器电线7接外电源。

上部封盖顶部表面中央设有臭氧进气管15，臭氧进气管附近设有紫外LED光板负极14及导线8。上部封盖内侧表面固定有紫外LED光板，与下部反应装置主体内部的紫外LED光板20串联连接。

本发明中所述的反应装置主体，上盖封口四周有密封胶条，两端设有锁扣11，保证装置气密性。

本发明中所述的转盘呈圆盘状，中心轴与电机相连，在电机驱动下沿同一方向连续转动。

本发明中所述的紫外LED光板，包含一个基板，上面固定多个均匀分布的紫外发光二级管。

本发明中所述的固体催化剂，固定在转盘表面和反应器内壁上，以Al₂O₃为载体，可附着TiO₂、MnO₂、Ni₂O₃、Fe₂O₃、CuO、ZnO、CoO、V₂O₅、Cr₂O₃、MoO等，形成固相催化剂。

本发明中所述的整流器，一端与紫外LED光板正负极相连，另一端与交流电源相连，将交流电转化为直流电，通过导线向紫外LED光板提供直流电源。

本发明中所述的前述的进水管和出水管，均采用弯头设计，保证装置内液面高度高于装置内侧的进、出水口，维持装置良好气密性。

本发明的工作过程是：臭氧通过进气管，从反应装置上方进入反应器主体，打开电机开关，电机随之带动转盘转动，然后将转盘调节到适宜转速，接通紫外LED光板电源，调整至适宜光强，在转盘转动下臭氧传质到水样中，通过多种催化方式与污染物发生氧化反应。在转盘的高效传质、催化作用和主体内较高臭氧压强的综合作用下，水体中的污染物得以快速有效地去除。尾气以细小气泡的形式混入出水，与其共同由出水管排出。

本发明在针对某石化公司丙烯腈生产废水进行了实验验证。水质成黄褐色，色度在325~600倍，污染物成分复杂，低聚物含量高，导致COD浓度较高，可达960mg/L~2100mg/L，B/C小于0.2，可生化性差。采用该转盘式臭氧催化氧化反应装置进行处理，臭氧投加量1.70mg/(min·L废水)，转盘转速设为50r/min，静态处理水样2.4L。处理60min后，色度去除率可以达到87%以上，达到国家二级排放标准，废水脱色的臭氧成本为0.34～0.45元/m³，COD去除率47%以上，B/C提高到0.4，可生化性能得到较好的改善。是同传统臭氧曝气装置在相同条件下处理该废水60min后，色度去除率52%，COD去除率17%，同传统臭氧处理方式相比，色度去除率提高约67%，COD去除率提高约176%，说明本发明的应用行较强，适合处理工业废水。

Claims

1.一种转盘式紫外与臭氧催化氧化有机污水处理装置，其特征是：包括下部反应装置主体和上部封盖，下部反应装置主体内部中央设有一根转轴，转抽上固定一排转盘，转盘表面负载固体催化剂，下部反应装置主体内部与转轴平行的两侧表面固定有第一紫外LED光板，下部反应装置主体内部与转轴垂直的两侧表面负载固体催化剂，下部反应装置主体的一个侧壁上设置进水管、另一个侧壁上设置出水管，上部封盖的中央设有臭氧进气管，下部反应装置主体外设置有控制紫外LED光板的整流器和光强控制装置、驱动转盘转动的电机及转速控制器。

2.根据权利要求1所述的转盘式紫外与臭氧催化氧化有机污水处理装置，其特征是：上部封盖的内侧表面固定有第二紫外LED光板，第二紫外LED光板与第一紫外LED光板串联连接。

3.根据权利要求1或2所述的转盘式紫外与臭氧催化氧化有机污水处理装置，其特征是：一排转盘中的各转盘相互平行。

4.根据权利要求1或2所述的转盘式紫外与臭氧催化氧化有机污水处理装置，其特征是：下部反应装置主体与上部封盖之间设置有密封机构，所述密封机构包括设置在下部反应装置主体与上部封盖两端的锁扣、上部封盖封口四周的密封胶条。

5.根据权利要求3所述的转盘式紫外与臭氧催化氧化有机污水处理装置，其特征是：下部反应装置主体与上部封盖之间设置有密封机构，所述密封机构包括设置在下部反应装置主体与上部封盖两端的锁扣、上部封盖封口四周的密封胶条。

6.根据权利要求1或2所述的转盘式紫外与臭氧催化氧化有机污水处理装置，其特征是：所述的固体催化剂是以Al₂O₃为载体，附着TiO₂、MnO₂、Ni₂O₃、Fe₂O₃、CuO、ZnO、CoO、V₂O₅、Cr₂O₃或MoO形成的固相催化剂。

7.根据权利要求3所述的转盘式紫外与臭氧催化氧化有机污水处理装置，其特征是：所述的固体催化剂是以Al₂O₃为载体，附着TiO₂、MnO₂、Ni₂O₃、Fe₂O₃、CuO、ZnO、CoO、V₂O₅、Cr₂O₃或MoO形成的固相催化剂。

8.根据权利要求4所述的转盘式紫外与臭氧催化氧化有机污水处理装置，其特征是：所述的固体催化剂是以Al₂O₃为载体，附着TiO₂、MnO₂、Ni₂O₃、Fe₂O₃、CuO、ZnO、CoO、V₂O₅、Cr₂O₃或MoO形成的固相催化剂。

9.根据权利要求5所述的转盘式紫外与臭氧催化氧化有机污水处理装置，其特征是：所述的固体催化剂是以Al₂O₃为载体，附着TiO₂、MnO₂、Ni₂O₃、Fe₂O₃、CuO、ZnO、CoO、V₂O₅、Cr₂O₃或MoO形成的固相催化剂。