用于水處理的催化氧化裝置、其制作方法及水處理工藝與流程

本發明屬于水處理領域，具體涉及一種用于水處理的催化氧化裝置、其制作方法及水處理工藝。
背景技術：
：水污染及突發性水污染事故時有發生。地震、洪水等天災，戰爭、事故等人為因素造成的供水困難，對居民生活、生產影響極大，危害嚴重。突發性污染及災害條件下飲用水供給技術研究受到世界各國的普遍關注。美國、日本、以色列、德國等發達國家十分重視應對突發性污染事故的用水安全保障的技術研究。我國近年來對應急水處理系統技術展開了大量研究。有機污染物的有效控制是水處理所面臨的關鍵問題之一。特別是水源受到突發性污染，其中的一些人工合成有機化合物由于化學結構十分穩定，更難于被常規的處理工藝去除。而污廢水中的有毒有機污染物由于其化學結構的穩定性，毒性大，處理難度高，殘留率高，容易出現在非標準的臨時水源(地表水或地下水)中。對其應用常規處理技術，如物化法、生化法及其組合的方法，很難達到滿意的處理效果，至今仍缺乏經濟有效的實用技術。催化氧化技術通過添加催化劑引發高活性羥基自由基(oh·)的產生，利用oh·的強氧化能力以及與絕大多數有機化合物都可以快速反應的特性來氧化分解水中有機污染物。該技術在飲用水除有機微污染及廢水中難降解有機物方面顯示出巨大的應用潛力。過氧化氫(雙氧水)作為清潔、安全的氧化劑具有適度的氧化能力，在一定條件下可能形成自由基，對多種水中的雜質具備極強的去除能力，具備良好的、獨特的催化氧化特性，且反應產物為h2o和o2，較為安全。過氧化氫較臭氧成本低，易于控制，藥劑穩定，傳質效率好。由此，過氧化氫作為催化氧化藥劑的優點非常突出。技術實現要素：本發明的目的是解決現有水處理技術難以除去污染水源中的有機污染物以及凈水效率低的技術問題，提供一種用于水處理的催化氧化裝置、其制作方法及水處理工藝。為解決上述技術問題，本發明采用的技術方案是：一種用于應急水處理的催化氧化裝置，由反應器的殼體、填充在殼體內的催化氧化填料、填充在殼體上部的活性炭吸附層、不銹鋼網、蓋板和止水閥組成；所述殼體為圓柱形筒體，殼體的下端設有排空口，殼體的下部兩側分別設有進水口和過氧化氫進口，殼體的上部一側設有出水口，所述催化氧化填料的上下端分別設有不銹鋼網，所述殼體的上端設有蓋板，所述進水口、過氧化氫進口和排空口上分別設有一個止水閥，所述催化氧化填料由活性炭和石英砂以2～5:1的比例組成。進一步地，所述殼體的材質為有機玻璃或不銹鋼。一種上述用于應急水處理的催化氧化裝置的制作方法，包括以下步驟：1)選取圓柱形管材作為反應器的殼體，在殼體的下端設置排空口，在殼體的下部兩側分別設置進水口和過氧化氫進口，在殼體的上部一側設置出水口，在進水口、過氧化氫進口和排空口上分別安裝止水閥；2)篩選粒度為0.6-2.5mm活性炭以及粒度為0.6-1.2mm石英砂；3)在殼體底部安裝第一個不銹鋼網，將上述活性炭和石英砂以2～5:1的比例混勻作為催化氧化填料進行裝柱，裝柱高度為殼體有效高度的1/3～1/2，且裝柱高度大于15cm，裝柱完成后在催化氧化填料的上端再安裝第二個不銹鋼網；4)關閉進水口、過氧化氫進口和排空口上的止水閥，向殼體中加入濃度0.1～2.0m、ph0.8-1.2的鐵鹽溶液，浸沒催化氧化填料區10～30min后，開啟下部排空口的止水閥，放掉鐵鹽溶液，用純水沖洗催化氧化填料至出水無色；5)再次關閉殼體下部的進水口、過氧化氫進口和排空口的止水閥，向殼體中加入濃度0.1～2.0m的堿液，浸沒催化氧化填料區堿化活化2～6hr后，開啟排空口的止水閥放掉堿液，用純水沖洗催化氧化填料至ph近中性；6)以活性炭為填料填充殼體上部剩余的有效容積作為活性炭吸附層，并在殼體的上端安裝蓋板，即制成用于應急水處理的催化氧化裝置。進一步地，步驟4)中所述的鐵鹽為硫酸鐵、硫酸亞鐵、氯化鐵或氯化亞鐵中的任意一種。進一步地，步驟5)所述的堿液為碳酸鈉溶液或碳酸氫鈉溶液。一種使用上述用于應急水處理的催化氧化裝置的水處理工藝，包括多介質過濾階段、膜分離階段和活性炭催化氧化階段，具體步驟如下：1)多介質過濾階段：將待處理水源進行多介質過濾，除去水中較大粒徑的雜質；2)膜分離階段：采用微濾膜或超濾膜對水進行精濾，去除粒徑較小的顆粒物及膠體粒子；3)活性炭催化氧化階段：將步驟2)中得到精濾水通過催化氧化裝置的進水口輸入殼體中，同時通過過氧化氫進口向殼體中加入30％的過氧化氫溶液，每輸入1l精濾水，加入16.0mg30％的過氧化氫溶液，殼體中的水經催化氧化處理后，再經過殼體上部的活性炭吸附層進一步吸附處理，并對水中殘留的過氧化氫進行降解，最后通過出水口引出，即得到干凈的飲用水。本發明的有益效果是：1)本發明利用活性炭和石英砂混合堿化活化形成具有發達的孔隙結構和巨大的比表面積，并且吸附容量大、速度快的催化氧化填料；石英砂在適度堿化活化和鐵離子存在的條件下，表面可形成具備一定聚合度的活性聚硅酸和聚硅鐵結構，活性炭與上述石英砂載鐵和堿化活化過程中形成表面聚硅酸結構和聚鐵結構，該結構更有利于對更多種難降解有機物的催化作用，對多種難降解有機物有快速、高效的降解能力；2)本發明的水處理工藝中過氧化氫投量控制范圍廣，利用率高，活性炭可促進過氧化氫更大幅度地轉化為自由基，大幅提高礦化有機物的能力；3)本發明的水處理工藝采用多介質過濾和膜分離系統處理原水中的顆粒物，澄清速率快，壓力損失小；4)本發明的催化氧化裝置為循環再生系統，可通過調整過氧化氫的投量，對活性炭-堿化活化石英砂催化劑和后續的活性炭發揮良好的再生效果，保持其催化效能和吸附效能；5)本發明催化氧化裝置的殼體上部填充有未經活化的活性炭吸附層，對過氧化氫有良好的降解作用，可以保證出水沒有過氧化氫殘留，同時對反應后殘留的有機物有進一步控制作用；6)本發明催化氧化裝置制備工藝簡捷，投資少，原料成本低、能耗低，屬于低碳技術發展方向，符合國家社會節能減排發展方向。附圖說明圖1為本發明中用于應急水處理的催化氧化裝置的結構示意圖。圖2為本發明中水處理工藝的流程圖。具體實施方式下面結合附圖和實施例對本發明作進一步說明。如圖1所示，本實施例中的一種用于應急水處理的催化氧化裝置，由反應器的殼體1、填充在殼體1內的催化氧化填料2、填充在殼體1上部的活性炭吸附層10、不銹鋼網3和11、蓋板8和止水閥9組成，所述殼體1為圓柱形筒體，其材質為有機玻璃或不銹鋼，殼體1的下端設有排空口6，殼體1的下部兩側分別設有進水口4和過氧化氫進口5，殼體1的上部一側設有出水口7，所述催化氧化填料2的上下端分別設有不銹鋼網3和11，所述殼體1的上端設有蓋板8，所述進水口4、過氧化氫進口5和排空口6上分別設有一個止水閥9，所述催化氧化填料2由活性炭和石英砂以2～5:1的比例組成。一種上述實施例中用于應急水處理的催化氧化裝置的制作方法，包括以下步驟：1)選取圓柱形管材作為反應器的殼體1，在殼體1的下端設置排空口6，在殼體1的下部兩側分別設置進水口4和過氧化氫進口5，在殼體1的上部一側設置出水口7，在進水口4、過氧化氫進口5和排空口6上分別安裝止水閥9；2)篩選粒度為0.6-2.5mm活性炭以及粒度為0.6-1.2mm石英砂；3)在殼體1底部安裝第一個不銹鋼網3，將上述活性炭和石英砂以2～5:1的比例混勻作為催化氧化填料進行裝柱，裝柱高度為殼體1有效高度的1/3～1/2，且裝柱高度大于15cm，裝柱完成后在催化氧化填料2的上端再安裝第二個不銹鋼網11；4)關閉進水口4、過氧化氫進口5和排空口6上的止水閥9，向殼體1中加入濃度0.1～2.0m、ph0.8-1.2的鐵鹽溶液，浸沒催化氧化填料區10～30min后，開啟下部排空口6的止水閥9，放掉鐵鹽溶液，用純水沖洗催化氧化填料至出水無色，所述鐵鹽為硫酸鐵、硫酸亞鐵、氯化鐵或氯化亞鐵中的任意一種；5)再次關閉殼體1下部的進水口4、過氧化氫進口5和排空口6的止水閥9，向殼體1中加入濃度0.1～2.0m的堿液，浸沒催化氧化填料區堿化活化2～6hr后，開啟排空口6的止水閥9放掉堿液，用純水沖洗催化氧化填料至ph近中性，所述的堿液為碳酸鈉溶液或碳酸氫鈉溶液；6)以活性炭為填料填充殼體1上部剩余的有效容積作為活性炭吸附層10，并在殼體1的上端安裝蓋板8，即制成用于應急水處理的催化氧化裝置。如圖2所示，一種使用上述實施例中用于應急水處理的催化氧化裝置的水處理工藝，包括多介質過濾階段、膜分離階段和活性炭催化氧化階段，具體步驟如下：1)多介質過濾階段：將待處理水源進行多介質過濾，除去水中較大粒徑的雜質；2)膜分離階段：采用微濾膜或超濾膜對水進行精濾，去除粒徑較小的顆粒物及膠體粒子；3)活性炭催化氧化階段：將步驟2)中得到精濾水通過催化氧化裝置的進水口4輸入殼體1中，同時通過過氧化氫進口5向殼體1中加入30％的過氧化氫溶液，每輸入1l精濾水，加入16.0mg30％的過氧化氫溶液，殼體1中的水經催化氧化處理后，再經過殼體1上部的活性炭吸附層10進一步吸附處理，并對水中殘留的過氧化氫進行降解，最后通過出水口7引出，即得到干凈的飲用水。實施例1本實施例中的一種用于應急水處理的催化氧化裝置，由反應器的殼體1、填充在殼體1內的催化氧化填料2、填充在殼體1上部的活性炭吸附層10、不銹鋼網3和11、蓋板8和止水閥9組成，所述殼體1為有機玻璃制成的圓柱形管材，殼體1的下端設有排空口6，殼體1的下部兩側分別設有進水口4和過氧化氫進口5，殼體1的上部一側設有出水口7，所述催化氧化填料2的上下端分別設有不銹鋼網3和11，所述殼體1的上端設有蓋板8，所述進水口4、過氧化氫進口5和排空口6上分別設有一個止水閥9，所述催化氧化填料2由活性炭和石英砂以4:1的比例組成。一種上述實施例中用于應急水處理的催化氧化裝置的制作方法，包括以下步驟：1)選取直徑為6cm、長度為60cm的有機玻璃管材作為反應器的殼體1，其有效高度為中間40cm，在殼體1的下端設置排空口6，在殼體1的下部兩側分別設置進水口4和過氧化氫進口5，在殼體1的上部一側設置出水口7，在進水口4、過氧化氫進口5和排空口6上分別安裝止水閥9；2)篩選粒度為0.6-2.5mm活性炭以及粒度為0.6-1.2mm石英砂；3)在殼體1底部安裝第一個不銹鋼網3，將上述活性炭和石英砂以4:1的比例混勻作為催化氧化填料進行裝柱，裝柱高度為20cm，裝柱完成后在催化氧化填料2的上端再安裝第二個不銹鋼網11；4)關閉進水口4、過氧化氫進口5和排空口6上的止水閥9，向殼體1中加入濃度0.5m、ph0.8-1.2的硫酸鐵溶液，浸沒催化氧化填料區30min后，開啟下部排空口6的止水閥9，放掉硫酸鐵溶液，用純水沖洗催化氧化填料至出水無色；5)再次關閉殼體1下部的進水口4、過氧化氫進口5和排空口6的止水閥9，向殼體1中加入濃度1.0m的碳酸鈉溶液，浸沒催化氧化填料區堿化活化4hr后，開啟排空口6的止水閥9放掉碳酸鈉溶液，用純水沖洗催化氧化填料至ph近中性；6)以活性炭為填料填充殼體1上部剩余的有效容積作為活性炭吸附層10，并在殼體1的上端安裝蓋板8，即制成用于應急水處理的催化氧化裝置。一種使用上述實施例中用于應急水處理的催化氧化裝置的水處理工藝，包括多介質過濾階段、膜分離階段和活性炭催化氧化階段，具體步驟如下：1)多介質過濾階段：將待處理水源進行多介質過濾，除去水中較大粒徑的雜質；2)膜分離階段：采用微濾膜或超濾膜對水進行精濾，去除粒徑較小的顆粒物及膠體粒子；3)活性炭催化氧化階段：將步驟2)中得到精濾水通過催化氧化裝置的進水口4輸入殼體1中，同時通過過氧化氫進口5向殼體1中加入30％的過氧化氫溶液，每輸入1l精濾水，加入16.0mg30％的過氧化氫溶液，殼體1中的水經催化氧化處理后，再經過殼體1上部的活性炭吸附層10進一步吸附處理，并對水中殘留的過氧化氫進行降解，最后通過出水口7引出，即得到干凈的飲用水，將該水的各項指標進行檢測，并與原水比較，結果如表1所示：水樣濁度(ntu)toc(mg/l)糞大腸桿菌(個/l)原水17.83.693501hr出水0.740.3802hr出水0.780.3903hr出水0.720.37010hr出水0.740.370表1由表1可知，使用本實施例中的催化氧化裝置處理原水時，在連續處理10hr時，濁度去除率達到95％左右，糞大腸桿菌數未檢出，toc降解率達90％左右，這說明該催化氧化裝置運行良好，對濁度和微生物有高效、穩定的處理效果。實施例2本實施例中的一種用于應急水處理的催化氧化裝置，由反應器的殼體1、填充在殼體1內的催化氧化填料2、填充在殼體1上部的活性炭吸附層10、不銹鋼網3和11、蓋板8和止水閥9組成，所述殼體1為不銹鋼制成的圓柱形管材，殼體1的下端設有排空口6，殼體1的下部兩側分別設有進水口4和過氧化氫進口5，殼體1的上部一側設有出水口7，所述催化氧化填料2的上下端分別設有不銹鋼網3和11，所述殼體1的上端設有蓋板8，所述進水口4、過氧化氫進口5和排空口6上分別設有一個止水閥9，所述催化氧化填料2由活性炭和石英砂以2:1的比例組成。一種上述實施例中用于應急水處理的催化氧化裝置的制作方法，包括以下步驟：1)選取直徑為8cm、長度為80cm的有機玻璃管材作為反應器的殼體1，其有效高度為中間60cm，在殼體1的下端設置排空口6，在殼體1的下部兩側分別設置進水口4和過氧化氫進口5，在殼體1的上部一側設置出水口7，在進水口4、過氧化氫進口5和排空口6上分別安裝止水閥9；2)篩選粒度為0.6-2.5mm活性炭以及粒度為0.6-1.2mm石英砂；3)在殼體1底部安裝第一個不銹鋼網3，將上述活性炭和石英砂以2:1的比例混勻作為催化氧化填料進行裝柱，裝柱高度為20cm，裝柱完成后在催化氧化填料2的上端再安裝第二個不銹鋼網11；4)關閉進水口4、過氧化氫進口5和排空口6上的止水閥9，向殼體1中加入濃度0.1m、ph0.8-1.2的硫酸鐵溶液，浸沒催化氧化填料區20min后，開啟下部排空口6的止水閥9，放掉硫酸鐵溶液，用純水沖洗催化氧化填料至出水無色；5)再次關閉殼體1下部的進水口4、過氧化氫進口5和排空口6的止水閥9，向殼體1中加入濃度0.5m的碳酸鈉溶液，浸沒催化氧化填料區堿化活化2hr后，開啟排空口6的止水閥9放掉碳酸鈉溶液，用純水沖洗催化氧化填料至ph近中性；6)以活性炭為填料填充殼體1上部剩余的有效容積作為活性炭吸附層10，并在殼體1的上端安裝蓋板8，即制成用于應急水處理的催化氧化裝置。一種使用上述實施例中用于應急水處理的催化氧化裝置的水處理工藝與實施例1中的相同。實施例3本實施例中的一種用于應急水處理的催化氧化裝置，由反應器的殼體1、填充在殼體1內的催化氧化填料2、填充在殼體1上部的活性炭吸附層10、不銹鋼網3和11、蓋板8和止水閥9組成，所述殼體1為不銹鋼制成的圓柱形管材，殼體1的下端設有排空口6，殼體1的下部兩側分別設有進水口4和過氧化氫進口5，殼體1的上部一側設有出水口7，所述催化氧化填料2的上下端分別設有不銹鋼網3和11，所述殼體1的上端設有蓋板8，所述進水口4、過氧化氫進口5和排空口6上分別設有一個止水閥9，所述催化氧化填料2由活性炭和石英砂以5:1的比例組成。一種上述實施例中用于應急水處理的催化氧化裝置的制作方法，包括以下步驟：1)選取直徑為8cm、長度為80cm的有機玻璃管材作為反應器的殼體1，其有效高度為中間60cm，在殼體1的下端設置排空口6，在殼體1的下部兩側分別設置進水口4和過氧化氫進口5，在殼體1的上部一側設置出水口7，在進水口4、過氧化氫進口5和排空口6上分別安裝止水閥9；2)篩選粒度為0.6-2.5mm活性炭以及粒度為0.6-1.2mm石英砂；3)在殼體1底部安裝第一個不銹鋼網3，將上述活性炭和石英砂以5:1的比例混勻作為催化氧化填料進行裝柱，裝柱高度為24cm，裝柱完成后在催化氧化填料2的上端再安裝第二個不銹鋼網11；4)關閉進水口4、過氧化氫進口5和排空口6上的止水閥9，向殼體1中加入濃度2.0m、ph0.8-1.2的硫酸鐵溶液，浸沒催化氧化填料區10min后，開啟下部排空口6的止水閥9，放掉硫酸鐵溶液，用純水沖洗催化氧化填料至出水無色；5)再次關閉殼體1下部的進水口4、過氧化氫進口5和排空口6的止水閥9，向殼體1中加入濃度0.1m的碳酸鈉溶液，浸沒催化氧化填料區堿化活化6hr后，開啟排空口6的止水閥9放掉碳酸鈉溶液，用純水沖洗催化氧化填料至ph近中性；6)以活性炭為填料填充殼體1上部剩余的有效容積作為活性炭吸附層10，并在殼體1的上端安裝蓋板8，即制成用于應急水處理的催化氧化裝置。一種使用上述實施例中用于應急水處理的催化氧化裝置的水處理工藝與實施例1中的相同。上述實施例中的硫酸鐵可用硫酸亞鐵、氯化鐵或氯化亞鐵來代替；所述碳酸鈉溶液可用碳酸氫鈉溶液代替。當前第1頁12