公布日：2023.05.26
申請日：2022.12.14
分類號：C02F3/12(2023.01)I;C02F1/72(2023.01)I;F23G7/04(2006.01)I;B01J23/755(2006.01)I;B01J23/745(2006.01)I;C02F101/30(2006.01)N
摘要
本發(fā)明公開了一種高級氧化法耦合生物法處理高濃度有機廢水的工藝及裝置，本申請的工藝為：高濃度有機廢水與空氣分別預熱后通入催化燃燒反應器，進行催化燃燒反應，處理后的廢水蒸汽經(jīng)過換熱和冷凝后送入生物反應器，進行活性污泥法處理，處理后的廢水可達標排放。第一催化燃燒器中的催化劑失活后，可切換到第二催化燃燒器反應，失活后的催化劑可通入空氣在高溫下原位再生。本發(fā)明通過電磁加熱技術、催化燃燒技術和生物活性污泥處理技術結合，解決了普遍高濃度有機廢水處理方法占地面積大、能耗大等問題，實現(xiàn)了高濃度有機廢水的高效處理，處理后廢水的化學需氧量可達到工業(yè)污水二級排放標準。
權利要求書
1.一種高級氧化法耦合生物法處理高濃度有機廢水工藝，其特征在于包括以下步驟：1）高濃度有機廢水的凈化：在進料泵（1）的輸送作用下，高濃度有機廢水通過液體流量計（3）進入換熱器（4）的冷流體通道進行換熱，再通過第一預熱器（5）進行二次預熱，使高濃度有機廢水形成廢水蒸汽，廢水蒸汽與經(jīng)過第二預熱器的空氣一并通入到填充有催化劑的第一催化燃燒反應器（6）內進行凈化反應，凈化后的高溫蒸汽流入換熱器（4）的熱流體通道與高濃度有機廢水進行換熱，經(jīng)冷凝器（9）冷凝后儲存在產(chǎn)物罐（10）內，產(chǎn)物罐（10）內的有機廢水排入生物反應器（11）進行活性污泥法處理，二次處理后的廢水可作為凈化廢水排出；2）催化劑的再生：待第一催化燃燒器（6）內的催化劑失活后，將廢水蒸汽切換至第二條反應路線，即與空氣一并進入填充有催化劑的第二催化燃燒器（7）進行凈化反應，凈化后的高溫蒸汽流入換熱器（4）的熱流體通道與高濃度有機廢水進行換熱，第一催化燃燒器（6）內通入空氣于500~600℃下進行再生活化，排出的再生尾氣可集中凈化處理。
2.如權利要求1所述的一種高級氧化法耦合生物法處理高濃度有機廢水的工藝，其特征在于，高濃度有機廢水的初始COD在20000mg/L~100000mg/L，經(jīng)過催化燃燒處理可使其COD降低98%以上，催化燃燒處理后的儲存在產(chǎn)物罐（10）內的有機廢水再進一步經(jīng)過活性污泥法處理，可使其COD進一步降低90%以上。
3.如權利要求1所述的一種高級氧化法耦合生物法處理高濃度有機廢水的工藝，其特征在于，第一催化燃燒器（6）或第二催化燃燒器（7）采用電磁加熱的方式進行加熱，進行凈化反應的溫度為200~400℃，其內部填充的催化劑為泡沫鎳整體式催化劑或泡沫鐵整體式催化劑。
4.如權利要求2所述的一種高級氧化法耦合生物法處理高濃度有機廢水的工藝，其特征在于，所述泡沫鎳整體式催化劑是以整片泡沫鎳為載體，先在載體上沉積Al2O3再負載Fe2O3，其組成結構為Fe2O3/Al2O3/泡沫鎳，Al2O3的沉積量占Al2O3與泡沫鎳兩者總質量的35~45%，Fe2O3負載量占Fe2O3、Al2O3與泡沫鎳三者總質量的5~15%；所述泡沫鐵整體式催化劑是以整片泡沫鐵為載體，先在載體上沉積Al2O3再負載Fe2O3，其組成結構為Fe2O3/Al2O3/泡沫鐵，Al2O3的沉積量占Al2O3與泡沫鐵兩者總質量的35~45%，Fe2O3負載量占Fe2O3、Al2O3與泡沫鐵三者總質量的5~15%。
5.如權利要求4所述的一種高級氧化法耦合生物法處理高濃度有機廢水的工藝，其特征在于，催化劑的制備包括：首先進行泡沫金屬的預處理，將整片泡沫金屬依次放入乙醇、1mol/LHCl溶液、1mol/LNaOH溶液、去離子水的溶液中超聲清洗，干燥備用，然后進行涂層的負載，將泡沫金屬放入納米氧化鋁溶膠中浸漬1h，取出烘干2h，馬弗爐450℃焙燒4h，重復步驟直至涂層負載量為40%，負載量為涂層占基體的質量分數(shù)，最后是進行活性組分的負載，將已負載好涂層的泡沫金屬放入1mol/LFe(NO3)3溶液中過量浸漬1h，取出烘干2h，馬弗爐500℃焙燒5h，重復步驟直至Fe2O3負載量達到目標值。
6.如權利要求1所述的一種高級氧化法耦合生物法處理高濃度有機廢水的工藝，其特征在于，生物反應器（11）采用活性污泥法處理，配有曝氣系統(tǒng)和PLC自動控制系統(tǒng)，PLC自動控制系統(tǒng)控制生物反應器的運行周期，每次通入高濃度有機廢水完成后，進行曝氣150~300min，曝氣結束后進行沉淀，使混合液處于靜止狀態(tài)，以便后續(xù)分離，沉淀結束后進行上層清液的排出，排出的上清液即為凈化廢水，排水結束進行靜置，靜置下來的污泥為下一次周期的回流污泥，整個過程的操作溫度(25±5)℃，廢水pH為7~8，曝氣時溶氧量為2~3mg/L。
7.如權利要求6所述的一種高級氧化法耦合生物法處理高濃度有機廢水的工藝，其特征在于，每個處理周期的曝氣時間為200~240min，沉淀時間20~60min，靜置時間10~30min。
8.如權利要求6所述的一種高級氧化法耦合生物法處理高濃度有機廢水的工藝，其特征在于，生物反應器（11）接種污泥為好氧污泥顆粒，每次通入高濃度有機廢水完成后，生物反應器內部的活性污泥的懸浮固體濃度MLSS達3000~4000mg/L。
9.如權利要求1所述的一種高級氧化法耦合生物法處理高濃度有機廢水的工藝所使用的裝置，其特征在于，包括進料泵（1）、液體流量計（3）、換熱器（4）、第一預熱器（5）、并聯(lián)設置的第一催化燃燒器（6）和第二催化燃燒器（7）、冷凝器（9）、產(chǎn)物罐（10）以及生物反應器（11）；換熱器（4）的冷流體通道進口通過液體流量計（3）管路連接進料泵（1），換熱器（4）的冷流體通道出口與第一預熱器（5）的進口由管路連接，第一預熱器（5）的出口分為兩路，一路通過第二閥門（22）與第一催化燃燒器（6）頂部由管路連接，另一路通過第三閥門（23）與第二催化燃燒器（7）頂部由管路連接；所述第一催化燃燒器（6）底部出口分為兩路，一路通過第五閥門（25）排出再生尾氣，另一路通過第四閥門（24）與換熱器（4）熱流體通道進口由管路連接；所述第二催化燃燒器（7）底部出口分為兩路，一路通過第六閥門（26）排出再生尾氣，另一路通過第七閥門（27）與換熱器（4）熱流體通道進口由管路連接；換熱器（4）的熱流體通道進口流入的高溫蒸汽用作熱源對高濃度有機廢水加熱；換熱器（4）的熱流體通道出口通過冷凝器（9）和產(chǎn)物罐（10）由管路連接；生物反應器（11）和產(chǎn)物罐（10）由管路連接。
10.如權利要求9所述的一種高級氧化法耦合生物法處理高濃度有機廢水的工藝所使用的裝置，其特征在于，還包括第二預熱器（8），第二預熱器（8）的進口端通入空氣，第二預熱器（8）的出口分為兩路，分別通過第八閥門（28）和第九閥門（29）與第一催化燃燒器（6）頂部進口和第二催化燃燒器（7）頂部進口由管路連接。
發(fā)明內容
針對現(xiàn)有技術存在的上述技術問題，本發(fā)明的目的在于提供一種高級氧化法耦合生物法處理高濃度有機廢水的工藝及裝置。
所述的一種高級氧化法耦合生物法處理高濃度有機廢水工藝，其特征在于包括以下步驟：1）高濃度有機廢水的凈化：在進料泵的輸送作用下，高濃度有機廢水通過液體流量計進入換熱器的冷流體通道進行換熱，再通過第一預熱器進行二次預熱，使高濃度有機廢水形成廢水蒸汽，廢水蒸汽與經(jīng)過第二預熱器的空氣一并通入到填充有催化劑的第一催化燃燒反應器內進行凈化反應，凈化后的高溫蒸汽流入換熱器的熱流體通道與高濃度有機廢水進行換熱，經(jīng)冷凝器冷凝后儲存在產(chǎn)物罐內，產(chǎn)物罐內的有機廢水排入生物反應器進行活性污泥法處理，二次處理后的廢水可作為凈化廢水排出；2）催化劑的再生：待第一催化燃燒器內的催化劑失活后，將廢水蒸汽切換至第二條反應路線，即與空氣一并進入填充有催化劑的第二催化燃燒器進行凈化反應，凈化后的高溫蒸汽流入換熱器的熱流體通道與高濃度有機廢水進行換熱，第一催化燃燒器內通入空氣于500~600℃下進行再生活化，排出的再生尾氣可集中凈化處理。
所述的一種高級氧化法耦合生物法處理高濃度有機廢水的工藝，其特征在于，高濃度有機廢水的初始COD在20000mg/L~100000mg/L，經(jīng)過催化燃燒處理可使其COD降低98%以上，催化燃燒處理后的儲存在產(chǎn)物罐內的有機廢水再進一步經(jīng)過活性污泥法處理，可使其COD進一步降低90%以上。
所述的一種高級氧化法耦合生物法處理高濃度有機廢水的工藝，其特征在于，第一催化燃燒器或第二催化燃燒器采用電磁加熱的方式進行加熱，進行凈化反應的溫度為200~400℃，其內部填充的催化劑為泡沫鎳整體式催化劑或泡沫鐵整體式催化劑。
所述的一種高級氧化法耦合生物法處理高濃度有機廢水的工藝，其特征在于，所述泡沫鎳整體式催化劑是以整片泡沫鎳為載體，先在載體上沉積Al2O3再負載Fe2O3，其組成結構為Fe2O3/Al2O3/泡沫鎳，Al2O3的沉積量占Al2O3與泡沫鎳兩者總質量的35~45%，Fe2O3負載量占Fe2O3、Al2O3與泡沫鎳三者總質量的5~15%；所述泡沫鐵整體式催化劑是以整片泡沫鐵為載體，先在載體上沉積Al2O3再負載Fe2O3，其組成結構為Fe2O3/Al2O3/泡沫鐵，Al2O3的沉積量占Al2O3與泡沫鐵兩者總質量的35~45%，Fe2O3負載量占Fe2O3、Al2O3與泡沫鐵三者總質量的5~15%。
進一步地，催化劑的制備包括：首先進行泡沫金屬的預處理，將整片泡沫金屬依次放入乙醇、1mol/LHCl、1mol/LNaOH、去離子水的溶液中超聲清洗，干燥備用。然后進行涂層的負載，將泡沫金屬放入納米氧化鋁溶膠中浸漬1h，取出烘干2h，馬弗爐450℃焙燒4h，重復步驟直至涂層負載量為40%，負載量為涂層占基體的質量。最后是進行活性組分的負載，將已負載好涂層的泡沫金屬放入1mol/LFe(NO3)3溶液中過量浸漬1h，取出烘干2h，馬弗爐500℃焙燒5h，重復步驟直至Fe2O3負載量達到目標值。
所述的一種高級氧化法耦合生物法處理高濃度有機廢水的工藝，其特征在于，生物反應器采用活性污泥法處理，配有曝氣系統(tǒng)和PLC自動控制系統(tǒng)，PLC自動控制系統(tǒng)控制生物反應器的運行周期，每次通入高濃度有機廢水完成后，進行曝氣150~300min，曝氣結束后進行沉淀，使混合液處于靜止狀態(tài)，以便后續(xù)分離，沉淀結束后進行上層清液的排出，排出的上清液即為凈化廢水，排水結束進行靜置，靜置下來的污泥為下一次周期的回流污泥，整個過程的操作溫度(25±5)℃，廢水pH為7~8，曝氣時溶氧量為2~3mg/L。
所述的一種高級氧化法耦合生物法處理高濃度有機廢水的工藝，其特征在于，每個處理周期的曝氣時間為200~240min，沉淀時間20~60min，靜置時間10~30min。
所述的一種高級氧化法耦合生物法處理高濃度有機廢水的工藝，其特征在于，生物反應器接種污泥為好氧污泥顆粒，每次通入高濃度有機廢水完成后，生物反應器內部的活性污泥的懸浮固體濃度MLSS達3000~4000mg/L。
所述的一種高級氧化法耦合生物法處理高濃度有機廢水的工藝所使用的裝置，其特征在于，包括進料泵、液體流量計、換熱器、第一預熱器、并聯(lián)設置的第一催化燃燒器和第二催化燃燒器、冷凝器、產(chǎn)物罐以及生物反應器；換熱器的冷流體通道進口通過液體流量計管路連接進料泵，換熱器的冷流體通道出口與第一預熱器的進口由管路連接，第一預熱器的出口分為兩路，一路通過第二閥門與第一催化燃燒器頂部由管路連接，另一路通過第三閥門與第二催化燃燒器頂部由管路連接；所述第一催化燃燒器底部出口分為兩路，一路通過第五閥門排出再生尾氣，另一路通過第四閥門與換熱器熱流體通道進口由管路連接；所述第二催化燃燒器底部出口分為兩路，一路通過第六閥門排出再生尾氣，另一路通過第七閥門與換熱器熱流體通道進口由管路連接；換熱器的熱流體通道進口流入的高溫蒸汽用作熱源對高濃度有機廢水加熱；換熱器的熱流體通道出口通過冷凝器和產(chǎn)物罐由管路連接；生物反應器和產(chǎn)物罐由管路連接。
所述的一種高級氧化法耦合生物法處理高濃度有機廢水的工藝所使用的裝置，其特征在于，還包括第二預熱器，第二預熱器的進口端通入空氣，第二預熱器的出口分為兩路，分別通過第八閥門和第九閥門與第一催化燃燒器頂部進口和第二催化燃燒器頂部進口由管路連接。
本發(fā)明有益的效果：1）本發(fā)明采用高級氧化法耦合生物法對高濃度有機廢水進行高效降低COD。高濃度廢水在經(jīng)過催化燃燒器后，COD可以從100000mg/L降低到2000mg/L以內，再經(jīng)過生物反應器，COD可以降低到200mg/L以內，保證了COD的高去除率。
2）本發(fā)明采用回收蒸汽熱源，將催化燃燒后的廢水蒸汽送入換熱的熱流體通道，和冷流體通道的高濃度有機廢水進行逆流換熱，換熱后的廢水蒸汽經(jīng)過冷凝通過管路輸送到進入后續(xù)的裝置進行反應。減少了第一預熱器的熱負荷，極大降低了能耗。
3）催化燃燒反應器采用電磁加熱的方式，配合泡沫鎳整體催化或者泡沫鐵整體催化劑。電磁加熱相對于電加熱，整體加熱，加熱速度快，熱損失小，熱效率高，安全且環(huán)保。填充的泡沫金屬催化劑較傳統(tǒng)催化劑機械強度更高，催化劑性質更穩(wěn)定，不易結焦，床層溫度更加穩(wěn)定，催化效率更高。同時采用催化劑原位再生方式，保證了裝置的連續(xù)穩(wěn)定運行。
4）本發(fā)明相對于目前國內外常用的廢水處理技術，具有低能耗、高效率、運行穩(wěn)定等優(yōu)點。
（發(fā)明人：于尚志;翁千惠;章金富;聶勇;王艷濤;梁曉江;傅俊紅;解慶龍;華小燕）
