本發(fā)明涉及一種利用撬裝式光催化反應處理系統(tǒng)處理廢水的工藝，屬于工業(yè)廢水處理技術(shù)領域。
背景技術(shù)：
現(xiàn)代工業(yè)廢水的處理方法主要分為物理處理法、化學處理法及生物處理法三類。物理處理法是指通過物理作用分離、回收廢水中不溶解的懸浮狀態(tài)污染物包括油膜和油珠的方法，可分為重力分離法、離心分離法和篩濾截留法等?；瘜W處理法是指通過化學反應和傳質(zhì)作用來分離，去除廢水中呈溶解、膠體狀態(tài)污染物或?qū)⑵滢D(zhuǎn)化為無害物質(zhì)的方法。在化學處理中以投加藥劑產(chǎn)生化學反應為基礎的單元有混凝、中和、氧化還原等；而以傳質(zhì)作用為基礎地處理單元有萃取、汽提、吹脫、吸附、離子交換及電滲析和反滲透等。運用傳質(zhì)作用的處理既有化學作用又有于之相關的物理作用，所以也可以從化學分離法中分出來，成為另一類處理法，即為物理化學處理法。生物處理法通過微生物的代謝作用，使廢水中呈溶解、膠體以及微細懸浮狀態(tài)的有機污染物轉(zhuǎn)化為穩(wěn)定、無害的物質(zhì)的方法。根據(jù)微生物的不同，生物處理法又可分為好氧生物處理和厭氧生物處理。廢水生物處理廣泛使用的是好氧生物處理法。按傳統(tǒng)，好氧生物處理法又分為活性污泥法和生物膜法。厭氧生物處理法又名生物還原處理法，主要用于處理高濃度的有機廢水和污泥。
廢水中的污染物多種多樣，用一種處理單元往往難以把所有的污染物除盡，通常需要通過幾種方法和幾個處理單元組成的處理系統(tǒng)處理后，才能達到要求。
光催化的基本原理是:當半導體氧化物(如tio2)納米粒子受到大于禁帶寬度能量的光子照射后,電子從價帶躍遷到導帶,產(chǎn)生了電子—空穴對,電子具有還原性,空穴具有氧化性,空穴與氧化物半導體納米粒子表面的oh-反應生成氧化性很高的羥基自由基,活潑的羥基自由基可以把許多難降解的有機物氧化為二氧化碳和水等無機物。羥基自由基的氧化能力是水體中存在的氧化劑中最強的,能氧化大多數(shù)的有機物及部分無機污染物,并將其最終降解為co2和h2o等無害物質(zhì)。因此，光催化氧化法對水中酚類物質(zhì)及其他有機物都有較高的降解率，因而被視為一項極有前景的水處理技術(shù)。但如果只用單純的二氧化鈦加紫外線的普通光催化，由于二氧化鈦比表面積一般較低，活性也受限制，尤其是開放式流動水體系統(tǒng)內(nèi)物理、化學、生物化學反應過程不易進行完全?，F(xiàn)有商用tio2光催化劑的比表面積通常較小，其活性往往滿足不了實際需要。尤其在處理污水流量大時，停留時間較長，增加占地面積，而且污染物去除不徹底。為此，本發(fā)明所用光催化劑為“以植物皮、膜為模板制備介孔二氧化鈦光催化劑的方法(已授權(quán)：zl200710065939.6)”。
雖然眾多學者對水中含有的各種有機污染物的光催化降解機理、性能方面做了大量的基礎研究。但涉及到光反應器應用的報道相對較少。因為在裝置在放大的過程中受到光源、光反應器形式、催化劑存在形態(tài)等因素的制約[1]。目前用光催化處理水中有機污染物的研究仍停留在實驗室和小規(guī)模階段。眾多研究者在產(chǎn)業(yè)化應用方面進行了許多嘗試。張?zhí)煊赖妊兄屏艘惶兹莘e為10l×3的連續(xù)光催化凈化染料廢水的放大實驗工藝裝置[2]。puma等用一種管式膜流光反應器進行了污水處理的研究[3]。但是這些裝置的處理量離產(chǎn)業(yè)化還有很大的距離。
本發(fā)明擬提供一種撬裝式光催化反應處理系統(tǒng)來處理工業(yè)廢水的工藝，可以解決光催化反應裝置僅限于實驗室，處理效率與效果低下的問題，每小時的處理量可達1-5噸廢水，并可根據(jù)實際水質(zhì)靈活調(diào)節(jié)流速以控制最終處理量，可真正用于實際生產(chǎn)中。
參考文獻：
[1].朱健楊祝紅陸小華馮新鄭仲，光催化水處理中試裝置研究，《全國化學工程與生物化工年會》，2004.
[2].張?zhí)煊溃x銀德，趙進才，連續(xù)光催化凈化染料廢水放大實驗的研究，《影像科學與光化學》,1999,17(4):303-308。
[3]pumagl,yuepl,enhancedphotocatalysisinapilotlaminarfallingfilmslurryreactor,1999,indengchemres,1999,38(9):3246-3254。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
針對以上技術(shù)問題，本發(fā)明擬提供一種撬裝式光催化反應處理系統(tǒng)來處理工業(yè)廢水的工藝。本發(fā)明的技術(shù)方案如下：
一種利用撬裝式光催化反應處理系統(tǒng)處理廢水的工藝，包括以下步驟：
1)預處理將待處理的高濃度(cod8000mg/l)有機廢水引入預處理池，預處理池中格柵之后可去除較大顆粒的懸浮物；
2)光催化處理經(jīng)格柵處理后的廢水泵入撬裝式內(nèi)擴散光催化反應系統(tǒng)，加入主催劑和助催化劑充分進行光催化處理，去除多種有機污染物；
3)將經(jīng)光催化處理的后的廢水水泵入清水過濾沉淀池，對清水儲存并進一步過濾沉淀。
進一步地，步驟3)中過濾沉淀后可加入ph調(diào)節(jié)劑調(diào)節(jié)ph值至中性，以達到較好出水效果。
優(yōu)選地，步驟(1)中所述的預處理池中還設曝氣系統(tǒng)，該系統(tǒng)具有攪拌和曝氣作用。
優(yōu)選地，所述的撬裝式內(nèi)擴散光催化反應系統(tǒng)中所用的光源為35-1000w紫外光源。
優(yōu)選地，步驟2)中所述的主催化劑為生物模板所制備的介孔二氧化鈦或者氧化鋅其它光催化劑。
優(yōu)選地，所述的助催化劑為二氧化錳、雙氧水或高錳酸鉀。
優(yōu)選地，步驟3中所述的ph調(diào)節(jié)劑為生石灰或稀酸。
進一步地，所述的撬裝式內(nèi)擴散光催化反應處理系統(tǒng)(4)包括內(nèi)擴散光催化反應器組(2)、集裝箱(8)、撬座(7)，內(nèi)擴散光催化反應器組(2)設置在集裝箱(8)內(nèi)，集裝箱(8)安裝在撬座(7)上，數(shù)個內(nèi)擴散光催化反應器組(2)相互之間以串聯(lián)、并聯(lián)或串并聯(lián)的方式連接，集裝箱(8)頂部安裝有連接至各內(nèi)擴散光催化反應器組(2)中的第一個光催化反應器(21)的廢水槽(5)，石英套管位于每個光催化反應器(21)中，且與每個光催化反應器(21)同軸，紫外燈燈管(25)設置在石英套管內(nèi)，光催化劑托盤(26)燈架中間為空腔，紫外燈燈管(25)套設在石英套管上，光催化反應器(21)設有下部進水口和下側(cè)部進水口，另一側(cè)上端設有出水口。
進一步地，所述的光催化反應器組的數(shù)量大于2個。
進一步地，所述的光催化反應器組中光催化反應器的數(shù)目為2個以上，光催化反應器組中兩個相鄰光催化反應器(21)之間設有連接槽(28)。
進一步地，所述的集裝箱(8)內(nèi)還設有1個蠕動泵(27)，蠕動泵(27)一端連接至藥劑箱(22)，蠕動泵(27)的另一端通過軟管連接至各光催化反應器(21)中。
工作原理：
本裝置利用撬裝式內(nèi)擴散豎式推流光催化反應器和光催化反應器組之間的串聯(lián)、并聯(lián)或串并聯(lián)的連接方式，提高廢水處理的速度和效率。各內(nèi)擴散豎式推流光催化反應器之間采用串并聯(lián)多級反應的形式，提高了廢水處理的效果，另外，結(jié)合主催化劑和助催化劑的協(xié)同作用，進一步提高了光催化反應的效率。除此之外，本發(fā)明的內(nèi)擴散豎式推流光催化反應器從下至上進水，通過控制進入反應器內(nèi)的廢水的流速，使廢水中的有機物在內(nèi)擴散的作用下，與光催化反應器中的催化劑充分反應，有效提高了光催化反應的效果。所述的光催化反應器為平推流反應器，是理想狀態(tài)下在流動方向上完全沒有返混，而在垂直于流動方向的平面上達到最大程度的混合，進一步地提高光催化反應的效率。
內(nèi)擴散是分子擴散的一種形式，主要是指反應物從外表面向催化劑的孔道內(nèi)部擴散以及產(chǎn)物從內(nèi)表面擴散到外表面這兩個過程。所以反應物的從外表面向催化劑的孔道內(nèi)部擴散以及產(chǎn)物從內(nèi)表面擴散到外表面這兩個“內(nèi)擴散”過程中，不需要外部水壓(有壓力，會產(chǎn)生相反的作用，阻礙反應物催化劑的孔道擴散過程，降低實際反應效率)。平推流是理想狀態(tài)下在流動方向上完全沒有返混，而只是在垂直于流動方向的平面上達到最大程度的混合；在平推流反應器內(nèi)，流體以平推流方式流動，是連續(xù)流動反應器。在穩(wěn)態(tài)下，平推流反應器內(nèi)的狀態(tài)只隨軸向位置而變，不隨時間而變，平推流反應器，又稱理想置換反應器、活塞流反應器，平推流中的物料在徑向截面上物質(zhì)參數(shù)均相同，濃度、溫度與軸向距離有關系。
本發(fā)明將“內(nèi)擴散”和“平推流”結(jié)合在一起，讓平推流與內(nèi)擴散之間相互配合，滿足“內(nèi)擴散”過程分子擴散的需求，使廢水與催化劑接觸反應過程都不被打攪、中斷，讓每次反應都徹底完整，最大限度地節(jié)約時間，實際工業(yè)級生產(chǎn)效率。內(nèi)擴散豎式推流光催化反應器組(2)為本發(fā)明平推流反應器。
廢水串聯(lián)流動方式：每個光催化反應器(21)的上部開有出水孔、下部開有進水孔(23b)、中部裝有石英套管的燈管(25)和負載催化劑的載體(26)，連接槽(28)連接在兩個相鄰光催化反應器(21)之間。這樣，廢水在無壓狀態(tài)下，緩緩從其中相鄰兩個光催化反應器(21)中的一個光催化反應器(21)下部進水孔(23b)流入，廢水自下而上流動，到達上部后從開有的出水孔流入連接槽(28)內(nèi)；廢水在連接槽內(nèi)再自上而下流到連接槽(28)底部，從另一個光催化反應器(21)下部開有的進水孔(23b)流進另一個光催化反應器(21)內(nèi)，廢水再從另一個光催化反應器(21)下部流入，在另一個光催化反應器(21)內(nèi)自下而上流動，到達另一個連接槽。此過程不斷重復，擬處理廢水在平推流反應器中不斷流動，最后從內(nèi)擴散豎式推流光催化反應器組(2)的出水口(24)流出。
首先，將待處理的工業(yè)廢水引入預處理池，通過池中格柵處理后可去除較大顆粒的懸浮物，其目的是為了防止之后的工藝設備發(fā)生堵塞。然后將處理后的廢水引入特制的撬裝式光催化反應處理系統(tǒng)中，加入主催化劑，通過蠕動泵加入助催化劑，打開光催化反應器中的紫外燈，廢水進入光催化反應器組中的各個光催化反應器，廢水從各個光催化反應器下端流入，漸漸浸過光催化反應器中的催化劑，通過控制廢水的流速，廢水中的有機物在廢水內(nèi)擴散的作用下與催化劑一次性完成整個反應，減少反應過程中因流速或其它因素導致反應中止、或者中止后重新進行反應的時間，讓每次光催化反應充分、完整。隨后已反應處理好的水經(jīng)光催化反應器頂部側(cè)的出水管出水，光催化反應器組中的各個光催化反應器獨立連續(xù)反應，形成工業(yè)化生產(chǎn)效率。通過主催化劑與助催化劑的協(xié)同作用，使催化劑與廢水中的有機物充分反應，去除其中的有機物，同時，根據(jù)廢水的特點，可在光催化反應器上部設置捕沫器除去泡沫，如萬壽菊廢水泡沫多，經(jīng)光催化反應器上的捕沫器除去泡沫。
通過撬裝設備集裝箱頂部的廢水槽，同時向多個光催化反應器組中的光催化反應器注入待處理的廢水，打開光催化反應器中的紫外燈，廢水進入光催化反應器組中的光催化反應器，廢水從光催化反應器下端流入，漸漸浸過光催化反應器中的催化劑，通過控制廢水的流速，廢水中的有機物在廢水內(nèi)擴散的作用下與催化劑充分反應，反應完畢后，處理后的廢水從光催化反應器的頂側(cè)部出水，多個光催化反應器連續(xù)進行反應。多個光催化反應器組同時進行，解決了工業(yè)應用上，廢水處理量小的問題，提高了廢水處理的效率；各反催化反應器組中的多個光催化反應器串聯(lián)，連續(xù)反應，解決了工業(yè)應用上廢水處理效果不好，達不到排放標準的問題。
與現(xiàn)有的光催化反應器相比，該內(nèi)擴散式光催化反應器沒有設置攪拌器或攪拌裝置，而是通過人為控制，如電磁閥來控制進水的流速，使廢水在自擴散的作用下，與光催化劑充分反應，進一步去除其中的有機物。
最后，將以上處理后的廢水引入過濾沉淀池，對清水儲存并進一步過濾沉淀，以達到較好出水效果，出水可達gb8978-1996《污水綜合排放標準》中的一級排放標準。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果如下：
1)本發(fā)明利用特制的撬裝式內(nèi)擴散光反應處理系統(tǒng)進一步去除其中的有機物，該發(fā)明不但工藝和設備制造簡單，并且出水水質(zhì)可達gb8978-1996《污水綜合排放標準》中的一級排放標準，另外還能從廢水中得到具有很大實用價值的肥料，含量為廢水的1％-2％。
2)本發(fā)明的處理系統(tǒng)采用撬裝式內(nèi)擴散式光催化反應系統(tǒng)，無需攪拌，通過人為控制進水的流速，ph值，使廢水在自擴散的作用下，與光催化劑充分反應，同時，經(jīng)過串并聯(lián)相結(jié)合式的光催化反應器催化處理，通過控制廢水的流速，廢水中的有機物在廢水內(nèi)擴散的作用下與催化劑一次性完成整個充分反應，減少反應過程中因流速或其它因素導致反應中止、或者中止后重新進行反應的時間，讓每次光催化反應充分、完整。隨后已反應處理好的水經(jīng)光催化反應器頂部側(cè)的出水管出水，光催化反應器組中的名個光催化反應器獨立連續(xù)反應，形成工業(yè)化生產(chǎn)效率。一方面提高了廢水處理的速度，另一方面提高了廢水處理的效率和效果，進一步去除其中的有機物，反應效率更高，該裝置每小時可處理1-5噸廢水，并可根據(jù)水質(zhì)靈活調(diào)節(jié)流速，從而控制處理量。3)常溫常壓下工作，運行成本、設備投資低、工藝流程及操作簡單，而且無需過多復雜的化學處理方法，便于實現(xiàn)工業(yè)化。
4)與現(xiàn)有技術(shù)工藝相比，簡化了工序，節(jié)約了經(jīng)濟成本。
附圖說明:
圖1為本發(fā)明中撬裝式光催化反應裝置結(jié)構(gòu)示意圖
圖2為帶絮凝沉淀的光催化處理廢水反應裝置結(jié)構(gòu)示意圖；
圖3為光催化反應器組結(jié)構(gòu)示意圖；
圖4為光催化反應器組串并聯(lián)示意圖
其中，11-預處理池，2-光催化反應器組，21-光催化反應器，22-藥劑箱，23-進水口，24-出水口，25-燈管，26-光催化劑托盤，27-蠕動泵，21a-通氣孔,21b-捕沫器，28-連接糟，29-廢水管，3-過濾沉淀池，4-撬裝式內(nèi)擴散光催化反應設備，5-廢水槽，7-撬座，8-集裝箱，9-操作柜。
具體實施方式
下面結(jié)合具體實施例與附圖對本發(fā)明作進一步說明。
實施例1
萬壽菊廢水的處理
1)預處理將待處理的codph值為4-6的萬壽菊廢水引入預處理池11，通過池中格柵去除較大顆粒的懸浮物，避免堵塞光催化反應處理裝置；
2)光催化處理事先在光催化反應器中加入主催劑介孔二氧化鈦，經(jīng)格柵處理后的廢水泵入撬裝式內(nèi)擴散光催化反應系統(tǒng)，如圖1-4所示，充分進行光催化反應處理。打開光催化反應器中的紫外燈燈管25，廢水進入光催化反應器組中的光催化反應器21，廢水從光催化反應器下端流入，控制廢水的流速為2m3/h，漸漸沒過光催化反應器21中的主催化劑介孔二氧化鈦，通過控制電磁閥控制廢水的流速，廢水中的有機物在廢水內(nèi)擴散的作用下與介孔二氧化鈦充分反應，反應0.6小時，反應完畢后，處理后的廢水光催化反應器21的頂側(cè)部出水。光催化反應器組2中光催化反應器連續(xù)反應出水。多個光催化反應器組2同時進行，解決了工業(yè)應用上，廢水處理量小的問題，提高了廢水處理的效率；多個光催化反應器串聯(lián)，連續(xù)反應，去除多種有機污染物；并利用光催化反應器上端的捕沫器21b去泡沫；為了進一步增強處理效果，增強主催化劑的作用，可以通過蠕動泵27加入助催化劑高錳酸鉀至各光催化反應器中。
3)將經(jīng)光催化處理的后的廢水水泵入清水過濾沉淀池3，在廢水中加入ph調(diào)節(jié)劑生石灰對清水儲存并進一步過濾沉淀，經(jīng)排出的水，最后出水的cod為83mg/l、nh3-n為9mg/l、ph值為7.5、色度小于50，達到gb8978-1996《污水綜合排放標準》中的一級排放標準。
實施例2
造紙廢水的處理
與實施例1不同之處在于：所處理的廢水為造紙廠廢水，水質(zhì)如下：原水cod約為2700mg/l，ph為堿性，呈墨綠色，氣味難聞。
控制廢水的流速為1.5m3/h，漸漸沒過光催化反應器中的主催化劑氧化鋅，反應0.8小時，助催化劑為二氧化錳。ph調(diào)節(jié)劑稀酸，最后出水的cod小于150mg/l、ph值呈中性、色度小于50，達到gb8978-1996《污水綜合排放標準》中的一級排放標準。
實施例3
焦化廢水的處理
與實施例1不同之處在于，處理的廢水為焦化廠焦化廢水，該廢水經(jīng)蒸氨后廢水水質(zhì)如下：codcr3000-3800mg/l、酚600-900mg/l、氰10mg/l、油50-70mg/l、氨氮300mg/l，所用的主催化劑為介孔二氧化鈦，所用的助催化劑為過氧化氫。
控制廢水的流速為1m3/h，反應1小時，最后出水的cod小于80mg/l、ph值呈中性、色度小于50，達到gb8978-1996《污水綜合排放標準》中的一級排放標準。處理后的出水可作為環(huán)境水使用。
該工藝簡單，易于操作，處理效率高，處理效果好，可以達到國家污染物排放一級排放標準。