[00694266]三相内循环流化床光催化反应处理污水的方法

随着中国工业化的不断发展，浓度高，成分复杂，含有有毒难降解物质，可生化降解性差的工业污水处理已成为水处理关注的热点。例如石油、化工、农药、制药、印染污水等，常规污水处理工艺很难实现稳定，高效处理，对于这类有毒有害污水一般采用高级氧化法。其中TiO<,2>光催化技术是一种高效的深度氧化过程，可有效地将水体中的卤代烃类、表面活性剂、染料、含氮有机物、抗生素、杀虫剂等迅速矿化，达到消毒、脱色、除臭目的。而且，这类材料还具重复使用性，具有省资、高效、节能、不存在二次污染等优点，是一种应用前景广阔的绿色环境治理技术。近20年来，研究者们对光催化机理、催化剂材料的制备和改性以及处理各种难降解有机物的研究取得了大量成果，但该技术在实现工业化推广和应用过程中，仍存在光反应效率低，难以高效连续运行，催化剂难以回收的问题。因此，高效、实用的反应器设计显得尤为必要。光催化反应器设计的问题比传统化学反应器复杂，涉及光照辐射、质量传递与混合、流动方式、反应动力学、催化剂的负载与分离等等。反应器设计中存在光源照射效率不高、催化剂和污染物的传质效果不好、催化剂、污染物分离困难等问题。在流动相反应器中，按催化剂的存在方式可以分为桨式反应器，固定床反应器和流化床反应器。固定床反应器优点是反应分离容易，但催化剂比表面积大，光源利用率低，而且在长期运行中可能会有污染物附着于载体表面而导致光催化效率降低。桨式反应器催化剂多为纳米TiO<,2>粉末，通过桨叶搅拌的形式混合。由于工业污水中SS很高，紫外光透射能力低，靠近光源的地方反应速率快，催化剂表面污染物更新快，而远离光源的地方催化剂表面污染物更新慢，反应效率低。单一的搅拌混合方式可能存在传质不均匀的问题，而且分离效果不好。采用内循环流化床反应器并设分离装置是能有效解决上述问题。周亚松等人采用流化床反应器（发明专利公开号CN1199870C）通过底部曝气方式实现催化剂的流化态和充分混合，催化剂不断上下流动和摩擦，混合均匀，传质效果好；反应器上下采用多孔烧结板，将催化剂固定于一个区域，易于实现催化剂分离。但也存在以下问题:内置套管光源中紫外光在SS高的工业污水中衰减很快，反应器允许环隙宽度窄底部曝气使催化剂流化，但是没有设置适当导流板控制流态，实现内循环流动；多孔烧结板长期运行可能会导致堵塞，没有实质上解决分离的问题。尤宏等人设计的多光源三相循环流化床光化学反应器和Fe/无机载体催化剂的制备及其污水处理方法（发明专利公开号CN1994546A）中，反应器实现了内循环，但只通过设置导流板进行固、液、气三相的分离，会产生相互干扰，分离效果不好；另外采用芬顿试剂作为催化剂，pH必须控制在酸性，容易产生铁泥，限制其应用范围。该发明的目的是针对光催化反应中存在的光源利用率低问题，提供一种光源利用率高，催化剂传质效果好，反应与分离实现一体化，能够连续运行并且简单实用的三相内循环光催化反应处理污水的方法。该发明采用的技术方案如下：一种三相内循环流化床光催化反应处理污水的方法，采用该发明人设计的三相内循环光催化反应器，将污水反应与分离一体化处理，其工艺过程是：催化剂填装→曝气反应→静置→排泥，具体操作为：将处理污水和催化剂加入反应器，同时开动鼓风机通过进气管鼓入空气在曝气器不断曝气；上升的空气推动反应液和催化剂加速光催化反应，并从导流管中上升，在导流罩的作用下，反应液折流到反应器的沉淀池下段，再经曝气上升，形成流化和内循环的状态，同时一部分处理后废水从导流罩外部的沉淀区缓慢上升，经反应器的锥形斜板进一歨除尘，得到处理后清水，部分未反应的催化剂和一些污染物经过沉淀作用到达反应器底部，并与连续加入的污水一起在气流和水流作用下重新进入反应器的导流管继续参与光催化反应；处理后清水在反应器上段设置的出水管排出，气体经反应器顶部的出气管排出；反应经过一段时间后，打开排泥阀将底泥和催化剂排出更换催化剂；排出的催化剂催化剂经过清洗和采用常规方法再生，继续用于下一个周期的光催化反应。该三相内循环流化床光催化反应处理污水的方法，应用于污水处理和化学工程光催化反应技术领域。该发明的优点和积极效果：在反应器内的石英套管外部设置圆柱形导流管和导流罩，底部液体经过曝气气流带动，从导流管往上流动，到导流罩顶部后反应液折流到反应器的沉淀池下段，再缓慢上升经锥斜板后固体物下沉，再经曝气上升，形成流化和内循环的状态，同时一部分处理后废水从导流罩外部的沉淀区缓慢上升，经反应器的锥形斜板进一歨除尘，得到处理后清水，部分未反应的催化剂和一些污染物经过沉淀作用到达反应器底部，并与连续加入的污水一起在气流和水流作用下重新进入反应器的导流管继续参与光催化反应；催化剂和污染物在反应器内保持流化状态和循环流动，可以实现充分混合，催化剂表面不断碰撞摩擦，污染物与催化剂不断接触与分离，从而实现高效传质。该发明中的导流管和导流罩内壁镀有水银的玻璃作为反射紫外光的材料，紫外光经光源发射到导流管和导流罩被反射回来，整个导流管和导流罩内部形成一个紫外光强很高，照射很强的反应空间，称为反应区；催化剂负载的污染物在反应区内得到高效降解，经过内循环进入导流罩外部后反应速率降低，催化剂内循环流动到底部后，与进水管进入的污水在曝气扰动的作用下重新混合，进行下一周期的反应。通过这种方式，催化剂表面污染经常得到更新，保持较高的活性反应速率得以加强，效率提高。通常的光催化反应器，由于紫外光在COD和SS很高的污水中透射能力很低，能有效接收光源并参与反应的催化剂实际上只存在于紫外光源周围。因此，光源内置的同轴套管式反应器允许的狭缝宽度很窄。该发明的固、液、气三相的分离由一体化的三相内循环光催化反应器完成，催化剂与污泥颗粒进入沉淀区，沉淀区较宽，水流缓慢，催化剂与污泥等颗粒经过斜板沉淀作用落回反应器中，继续参与循环反应。反应器可以有效实现污染物、催化剂、气体和出水的三相分离，出水水质得到提高，污染物去除率接近100%。实现反应与分离一体化，能够连续运行并且简单实用，易于实现工业化应用。