阅读说明：本技术 一种悬浮催化剂催化氧化煤化工废水的装置 (Device for catalytic oxidation of coal chemical wastewater by using suspension catalyst ) 是由 徐春艳 朱昊 韩洪军 于 2019-10-25 设计创作，主要内容包括：一种悬浮催化剂催化氧化煤化工废水的装置,涉及一种催化氧化煤化工废水的装置。本发明是要解决目前高级氧化技术在处理煤化工废水时催化剂固定在催化氧化塔内,固定催化剂在水体中较难分离的技术问题。本发明是由催化剂储存罐、进水泵、催化氧化塔、臭氧发生器、气水分布器、纳米挡网、臭氧尾气破坏器、电磁线圈、循环泵和进催化剂泵组成。本发明的催化氧化塔内的催化剂呈悬浮状态,增加了臭氧与催化剂的碰撞几率,大幅提高了煤化工废水中污染物的去除效能；本发明采用电磁型圈对催化氧化塔内的磁性臭氧催化剂进行回收,该过程操作简单且无二次污染。(A device for catalytic oxidation of coal chemical wastewater by using a suspension catalyst relates to a device for catalytic oxidation of coal chemical wastewater. The invention aims to solve the technical problem that a catalyst is fixed in a catalytic oxidation tower when the coal chemical industry wastewater is treated by the prior advanced oxidation technology, and the fixed catalyst is difficult to separate in a water body. The invention is composed of a catalyst storage tank, a water inlet pump, a catalytic oxidation tower, an ozone generator, a gas-water distributor, a nanometer blocking net, an ozone tail gas destructor, an electromagnetic coil, a circulating pump and a catalyst inlet pump. The catalyst in the catalytic oxidation tower is in a suspension state, so that the collision probability of ozone and the catalyst is increased, and the removal efficiency of pollutants in the coal chemical wastewater is greatly improved; the invention adopts the electromagnetic ring to recover the magnetic ozone catalyst in the catalytic oxidation tower, and the process is simple to operate and has no secondary pollution.)

一种悬浮催化剂催化氧化煤化工废水的装置

技术领域

本发明涉及一种催化氧化煤化工废水的装置。

背景技术

经预处理和生物处理后，煤化工废水二级出水中仍存在有毒、难生物降解污染物，这导致废水无法达标排放，有必要对其深度处理以满足日益严格的排放标准。

目前，研究者使用很多手段深度处理煤化工废水二级出水，如混凝法、吸附法、生物处理和高级氧化等。虽然混凝法可以有效降低废水的色度和浊度，但混凝剂对水处理管道具有一定的腐蚀性，其投加量需要严格控制，处理不当甚至造成二次污染，此外，混凝沉淀过程会产生大量污泥。吸附法能简单高效地吸附废水中污染物，可是吸附剂再生成本高和二次污染等问题限制其在煤化工废水深度处理中大规模应用。生物处理法在经济上可行，但煤化工废水二级出水中存在的难生物降解污染物往往抑制微生物的生长。二沉池污泥处理费用高，其大量堆积不仅占用土地资源，同时也对大气、水体和土壤产生污染。因此，探索一种高效、经济和稳定的深度处理技术，对于煤化工废水“零排放”具有重要的现实意义。

高级氧化技术在处理有毒、难生物降解废水方面有了很大的进展，操作简单迅速，无二次污染，而且可产生具有强烈氧化能力的·OH，处理效果更加高效。随研究的深入，发现催化臭氧氧化技术可产生大量自由基。然而大多装置将催化剂固定在催化氧化塔内，导致催化剂的催化功能没有得到充分发挥，同时固定催化剂在水体中较难分离。

发明内容

本发明是要解决目前高级氧化技术在处理煤化工废水时催化剂固定在催化氧化塔内，导致催化剂的催化功能没有得到充分发挥，同时固定催化剂在水体中较难分离的技术问题，而提供一种悬浮催化剂催化氧化煤化工废水的装置。

本发明的悬浮催化剂催化氧化煤化工废水的装置是由催化剂储存罐1、进水泵2、催化氧化塔3、臭氧发生器4、气水分布器5、纳米挡网6、臭氧尾气破坏器7、电磁线圈8、循环泵9和进催化剂泵10组成；

催化剂储存罐1的出液口与进催化剂泵10的进液口连通，进催化剂泵10的出液口与催化氧化塔3的进液口连通，所述的催化氧化塔3的进液口设置在催化氧化塔3的侧壁中部；进水泵2的出水口与催化氧化塔3的第一进水口连通，所述的第一进水口设置在催化氧化塔3的底部；所述的催化氧化塔3的顶部设置一个小盖体3-1；所述的催化氧化塔3的侧壁上部设置一个纳米挡网6；所述的催化剂储存罐1内设置搅拌装置；所述的催化剂储存罐1内的催化剂为Fe/污泥基活性炭与水的混合液，且Fe/污泥基活性炭的粒径为0.05mm～0.06mm，Fe/污泥基活性炭与水的混合液中Fe/污泥基活性炭的浓度为1g/L～1.5g/L；

所述的气水分布器5是由总进气管5-1、支撑盘5-2、多个分支进气管5-3和多个出气管5-4组成；所述的多个分支进气管5-3固定在支撑盘5-2的上表面；所述的支撑盘5-2上均匀布置多个进水孔5-5；总进气管5-1的出气口分别与全部的分支进气管5-3的进气口连通，每个分支进气管5-3上设置多个竖直向上的出气管5-4；支撑盘5-2的侧壁固定在催化氧化塔3内壁的中下部，总进气管5-1与分支进气管5-3在同一水平面上，总进气管5-1穿过催化氧化塔3的侧壁且与催化氧化塔3的侧壁密封；进水孔5-5的孔径小于催化剂储存罐1内催化剂中Fe/污泥基活性炭的粒径；

臭氧发生器4的出气口与气水分布器5的总进气管5-1连通；催化氧化塔3顶部的出气口与臭氧尾气破坏器7的进气口连通；催化氧化塔3侧壁上的纳米挡网6处设置出水口，出水口的出水一部分排出装置，另一部分出水与循环泵9的进水口连通，循环泵9的出水口与催化氧化塔3的第二进水口连通，第二进水口设置在化氧化塔3侧壁的中下部且在气水分布器5的下方；电磁线圈8设置在催化氧化塔3的外部。

本发明的悬浮催化剂催化氧化煤化工废水的装置的使用方法为：关闭催化氧化塔3顶部的小盖体3-1，催化氧化塔3顶部呈封闭状态，开启催化剂储存罐1内的搅拌装置使得催化剂呈悬浊液状态，开启进催化剂泵10向催化氧化塔3内加入催化剂，当催化氧化塔3内的Fe/污泥活性炭的浓度达到0.5g/L时，同时开启臭氧发生器4和进水泵2，煤化工废水12通过气水分布器5的多个进水孔5-5进到催化氧化塔3内，臭氧依次通过气水分布器5的多个分支进气管5-3和多个出气管5-4进到催化氧化塔3内与煤化工废水12发生反应，多余的臭氧经过催化氧化塔3顶部外的臭氧尾气破坏器7的作用后排到空气中；待催化氧化塔3内充满水后开启循环泵9参与循环回流至催化氧化塔3内，控制出水回流比为100％，其余出水11达标排放(COD小于50mg/L)；煤化工废水12处理完后，关闭进催化剂泵10、循环泵9、臭氧发生器4和进水泵2，打开催化氧化塔3顶部的小盖体3-1，将电磁线圈8伸入催化氧化塔3内的水中，开启电磁线圈8利用其磁性作用将废水中的悬浮催化剂Fe/污泥基活性炭吸附回收。

本发明的有益效果在于：

(1)本发明的催化剂有效利用了污水厂内废弃的二沉池中的剩余污泥，实现了以废治废的目标；

(2)本发明的催化氧化塔3内的催化剂在气水分布器5向上冒出的臭氧气体以及催化剂的密度和粒径的共同作用下呈悬浮状态，增加了臭氧与催化剂的碰撞几率，大幅提高了煤化工废水中污染物的去除效能，COD小于50mg/L；

(3)本发明采用电磁型圈8对催化氧化塔3内的磁性臭氧催化剂进行回收，该过程操作简单且无二次污染。

附图说明

图1为

具体实施方式

一的悬浮催化剂催化氧化煤化工废水的装置的示意图；

图2为图1中气水分布器5的俯视图。

具体实施方式

具体实施方式一：本实施方式为一种悬浮催化剂催化氧化煤化工废水的装置，如图1和图2所示，具体是由催化剂储存罐1、进水泵2、催化氧化塔3、臭氧发生器4、气水分布器5、纳米挡网6、臭氧尾气破坏器7、电磁线圈8、循环泵9和进催化剂泵10组成；

催化剂储存罐1的出液口与进催化剂泵10的进液口连通，进催化剂泵10的出液口与催化氧化塔3的进液口连通，所述的催化氧化塔3的进液口设置在催化氧化塔3的侧壁中部；进水泵2的出水口与催化氧化塔3的第一进水口连通，所述的第一进水口设置在催化氧化塔3的底部；所述的催化氧化塔3的顶部设置一个小盖体3-1；所述的催化氧化塔3的侧壁上部设置一个纳米挡网6；所述的催化剂储存罐1内设置搅拌装置；所述的催化剂储存罐1内的催化剂为Fe/污泥基活性炭与水的混合液，且Fe/污泥基活性炭的粒径为0.05mm～0.06mm，Fe/污泥基活性炭与水的混合液中Fe/污泥基活性炭的浓度为1g/L～1.5g/L；

所述的气水分布器5是由总进气管5-1、支撑盘5-2、多个分支进气管5-3和多个出气管5-4组成；所述的多个分支进气管5-3固定在支撑盘5-2的上表面；所述的支撑盘5-2上均匀布置多个进水孔5-5；总进气管5-1的出气口分别与全部的分支进气管5-3的进气口连通，每个分支进气管5-3上设置多个竖直向上的出气管5-4；支撑盘5-2的侧壁固定在催化氧化塔3内壁的中下部，总进气管5-1与分支进气管5-3在同一水平面上，总进气管5-1穿过催化氧化塔3的侧壁且与催化氧化塔3的侧壁密封；进水孔5-5的孔径小于催化剂储存罐1内催化剂中Fe/污泥基活性炭的粒径；

臭氧发生器4的出气口与气水分布器5的总进气管5-1连通；催化氧化塔3顶部的出气口与臭氧尾气破坏器7的进气口连通；催化氧化塔3侧壁上的纳米挡网6处设置出水口，出水口的出水一部分排出装置，另一部分出水与循环泵9的进水口连通，循环泵9的出水口与催化氧化塔3的第二进水口连通，第二进水口设置在化氧化塔3侧壁的中下部且在气水分布器5的下方；电磁线圈8设置在催化氧化塔3的外部。

本实施方式的悬浮催化剂催化氧化煤化工废水的装置的使用方法为：关闭催化氧化塔3顶部的小盖体3-1，催化氧化塔3顶部呈封闭状态，开启催化剂储存罐1内的搅拌装置使得催化剂呈悬浊液状态，开启进催化剂泵10向催化氧化塔3内加入催化剂，当催化氧化塔3内的Fe/污泥活性炭的浓度达到0.5g/L时，同时开启臭氧发生器4和进水泵2，煤化工废水12通过气水分布器5的多个进水孔5-5进到催化氧化塔3内，臭氧依次通过气水分布器5的多个分支进气管5-3和多个出气管5-4进到催化氧化塔3内与煤化工废水12发生反应，多余的臭氧经过催化氧化塔3顶部外的臭氧尾气破坏器7的作用后排到空气中；待催化氧化塔3内充满水后开启循环泵9参与循环回流至催化氧化塔3内，控制出水回流比为100％，其余出水11达标排放(COD小于50mg/L)；煤化工废水12处理完后，关闭进催化剂泵10、循环泵9、臭氧发生器4和进水泵2，打开催化氧化塔3顶部的小盖体3-1，将电磁线圈8伸入催化氧化塔3内的水中，开启电磁线圈8利用其磁性作用将废水中的悬浮催化剂Fe/污泥基活性炭吸附回收。

具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是：所述的进水泵2为蠕动泵。其他与具体实施方式一相同。

具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一或二不同的是：所述的纳米挡网6的孔径为50nm。其他与具体实施方式一或二相同。

具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一至三之一不同的是：所述的多个分支进气管5-3通过焊接固定在支撑盘5-2的上表面，且为均匀分布。其他与具体实施方式一至三之一相同。

具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式四不同的是：所述的Fe/污泥基活性炭的制备方法为：取二沉池中的剩余污泥完全浸渍至1mol/L的硝酸铁水溶液中，在室温下利用搅拌器在转速为150rpm的条件下搅拌24h，将沉淀放置在恒温烘干箱中，在105℃烘干；烘干后的样品放置在连续通高纯氮气且隔绝空气的马弗炉内，在500℃下煅烧2h，煅烧后的样品用超纯水清洗杂质，最后研磨至粒径为0.05mm，烘干即可得到Fe/污泥基活性炭；所述的二沉池中的剩余污泥与1mol/L的硝酸铁水溶液的质量相等。其他与具体实施方式四相同。

用以下试验对本发明进行验证：

试验一：本试验为一种悬浮催化剂催化氧化煤化工废水的装置，如图1和图2所示，具体是由催化剂储存罐1、进水泵2、催化氧化塔3、臭氧发生器4、气水分布器5、纳米挡网6、臭氧尾气破坏器7、电磁线圈8、循环泵9和进催化剂泵10组成；

催化剂储存罐1的出液口与进催化剂泵10的进液口连通，进催化剂泵10的出液口与催化氧化塔3的进液口连通，所述的催化氧化塔3的进液口设置在催化氧化塔3的侧壁中部；进水泵2的出水口与催化氧化塔3的第一进水口连通，所述的第一进水口设置在催化氧化塔3的底部；所述的催化氧化塔3的顶部设置一个小盖体3-1；所述的催化氧化塔3的侧壁上部设置一个纳米挡网6；所述的催化剂储存罐1内设置搅拌装置；所述的催化剂储存罐1内的催化剂为Fe/污泥基活性炭与水的混合液，且Fe/污泥基活性炭的粒径为0.05mm～0.06mm，Fe/污泥基活性炭与水的混合液中Fe/污泥基活性炭的浓度为1g/L～1.5g/L；

所述的气水分布器5是由总进气管5-1、支撑盘5-2、多个分支进气管5-3和多个出气管5-4组成；所述的多个分支进气管5-3固定在支撑盘5-2的上表面；所述的支撑盘5-2上均匀布置多个进水孔5-5；总进气管5-1的出气口分别与全部的分支进气管5-3的进气口连通，每个分支进气管5-3上设置多个竖直向上的出气管5-4；支撑盘5-2的侧壁固定在催化氧化塔3内壁的中下部，总进气管5-1与分支进气管5-3在同一水平面上，总进气管5-1穿过催化氧化塔3的侧壁且与催化氧化塔3的侧壁密封；进水孔5-5的孔径小于催化剂储存罐1内催化剂中Fe/污泥基活性炭的粒径；

臭氧发生器4的出气口与气水分布器5的总进气管5-1连通；催化氧化塔3顶部的出气口与臭氧尾气破坏器7的进气口连通；催化氧化塔3侧壁上的纳米挡网6处设置出水口，出水口的出水一部分排出装置，另一部分出水与循环泵9的进水口连通，循环泵9的出水口与催化氧化塔3的第二进水口连通，第二进水口设置在化氧化塔3侧壁的中下部且在气水分布器5的下方；电磁线圈8设置在催化氧化塔3的外部；

所述的进水泵2为蠕动泵，流量10L/h；所述的纳米挡网6的孔径为50nm；所述的多个分支进气管5-3通过焊接固定在支撑盘5-2的上表面，且为均匀分布；所述的催化剂储存罐1为圆柱形，材质为不锈钢，底面半径为10cm，高40cm，有效体积为12L；所述的催化氧化塔3为圆柱形，材质为不锈钢，底面半径为10cm，高80cm，有效体积为24L；

所述的Fe/污泥基活性炭的制备方法为：取二沉池中的剩余污泥完全浸渍至1mol/L的硝酸铁水溶液中，在室温下利用搅拌器在转速为150rpm的条件下搅拌24h，将沉淀放置在恒温烘干箱中，在105℃烘干；烘干后的样品放置在连续通高纯氮气且隔绝空气的马弗炉内，在500℃下煅烧2h，煅烧后的样品用超纯水清洗杂质，最后研磨至粒径为0.05mm，烘干即可得到Fe/污泥基活性炭；所述的二沉池中的剩余污泥与1mol/L的硝酸铁水溶液的质量相等。

本试验的悬浮催化剂催化氧化煤化工废水的装置的使用方法为：关闭催化氧化塔3顶部的小盖体3-1，催化氧化塔3顶部呈封闭状态，开启催化剂储存罐1内的搅拌装置使得催化剂呈悬浊液状态，开启进催化剂泵10向催化氧化塔3内加入催化剂，当催化氧化塔3内的Fe/污泥活性炭的浓度达到0.5g/L时，同时开启臭氧发生器4和进水泵2，煤化工废水12通过气水分布器5的多个进水孔5-5进到催化氧化塔3内，臭氧依次通过气水分布器5的多个分支进气管5-3和多个出气管5-4进到催化氧化塔3内与煤化工废水12发生反应，多余的臭氧经过催化氧化塔3顶部外的臭氧尾气破坏器7的作用后排到空气中；待催化氧化塔3内充满水后开启循环泵9参与循环回流至催化氧化塔3内，控制出水回流比为100％，其余出水11达标排放(COD小于50mg/L)；煤化工废水12处理完后，关闭进催化剂泵10、循环泵9、臭氧发生器4和进水泵2，打开催化氧化塔3顶部的小盖体3-1，将电磁线圈8伸入催化氧化塔3内的水中，开启电磁线圈8利用其磁性作用将废水中的悬浮催化剂Fe/污泥基活性炭吸附回收。

试验二：河南义马某气化厂生化系统处理出水，COD浓度为150mg/L，采用试验一中的悬浮催化剂催化氧化煤化工废水的装置进行处理：废水流量为4L/h，催化氧化塔3内的催化剂浓度为0.5g/L，臭氧发生器4产生的气体中臭氧浓度为4mg/L，出水COD浓度为32mg/L。

试验三：内蒙图克某气化厂生化系统处理出水，COD浓度为180mg/L，采用试验一中的悬浮催化剂催化氧化煤化工废水的装置进行处理：废水流量为4L/h，塔内催化剂浓度为0.5g/L，臭氧发生器产生的气体中臭氧浓度为4mg/L，出水COD浓度为43mg/L。