专利名称：一种高级氧化降解硝基苯类废水的工艺方法及装置的制作方法
技术领域：
本发明属于硝基苯类废水的处理的技术领域，具体涉及一种高级氧化降解硝基苯类废水的工艺方法，其采用臭氧技术、超声波技术和电解技术的耦合处理共同作用。
背景技术：
硝基苯类化合物属于难降解的有毒有机类污染物，由于其较强的物质毒性，被国内外列为优先控制污染物。该类废水的传统处理方法有萃取法、吸附法和
生物法，但是由于硝基苯结构稳定，在实际工程应用中，用常规的工艺和生物处理方法来处理该类废水往往难以取得令人满意的处理效果。
近些年来，国内外对深度高级氧化技术降解污染物做了大量的研究，尝试了许多新的处理方法，例如光辐射氧化法、臭氧氧化法、紫外线氧化法、超声波氧化法、电化学氧化法和超声波/臭氧法。这些方法具有共同的特点具有强氧化性，可有效降解硝基苯类污染物；工艺流程简单，操作安全；无二次污染，符合"绿色化工"的环保理念，高级氧化法是最具有工业应用潜力的方法。然而，研究表明，单独使用任何一种氧化方法处理硝基苯类水，硝基苯降解速率都极其缓慢，无法在一个较短的时间内达到处理买求。超声波/臭氧法作为一种联合方法虽然在一定程度上提高了处理效率，但耗时之长、成本之高令企业仍然无法接受。因此，提高处理效率、缩短处理时间是高级氧化法工业化应用的关键因素。
发明内容
本发明为了解决现有降解硝基苯类废水的方法存在的上述不足，提供了一种臭氧-超声波-电解的高级氧化降解硝基苯类废水的工艺方法及装置。本发明釆用如下的技术方案实现
高级氧化降解硝基苯类废水的工艺方法，其特征在于步骤如下将废水在气液传质设备中与臭氧充分接触反应，接触反应后的废水进入由超声波场和电解场组成的耦合反应器屮，废水中的硝基苯类物质在超声波和微电解的协同作用下得到降解。
废水进入气液传质设备之前采用碱性化合物调节pH值为9 11。废水在气液传质设备中与臭氧的液气体积比(液体流量和气体流量的比)为50~500L/m3，臭氧浓度为8~18mg/L。
实现高级氧化降解硝基苯类废水的工艺方法的装置，包括气液传质设备，气液传质设备上设进气口、出气口、进液口、出液口，迸气口连接臭氧发生器，进液口连接硝基苯类废水池，出液口连接废水耦合反应器，所述的废水耦合反应器内设置若干组交错排列的阴电极和阳电极，各阴阳电极之间形成矩形通道，各矩形通道依次相通，构成多次折流的废水流动通道，废水耦合反应器底部设置超声波发生器。
气液传质设备为填料塔或旋转填料床。
阴电极为不锈钢片或铜片，阳电极为二氧化铅或表面涂有Ti的Ru02。
超声波发生器的超声波频率为28kHz 500kHz，超声波声强为1W/cm2 100W/cm2，电流密度为10mA/cm2 40mA/cm2。
本发明利用臭氧-超声波-电解三种技术的协同作用来预处理硝基苯类废水，使之在较短的时间达到可生化的效果。与现有技术相比，本发明处理效率提高10%，反应时间30%縮短，臭氧利用率提高20%，大大减少了水处理成本。
本发明具有如下有益效果工艺流程简单，操作方便，把三种技术巧妙耦合，各种技术发挥最大作用，最大限度的减少了处理成本，可应用于处理各种有机工业废水如含酚废水、炸药废水、染料废水、石化企业废水、洗涤剂废水等。
图1是利用高级氧化降解硝基苯类废水的工艺流程图；图2为旋转填料床结构示意3为填料塔结构示意图
图中l-硝基苯类废水池，2-液泵I， 3-液体流量计，4-气体流量计，5-气液传质反应设备，6-臭氧发生器，7-废水中间储槽，8-液泵n， 9-KI吸收液，10-超声波发生器，11-阴电极(用实线——表示)，12-阳电极(用虚线--—表示)，13-废水流动通道，14-处理后废水出口， 15-废水耦合反应器；
2.1-旋转填料床气体进口， 2.2-转子，2.3-填料，2.4-超重力装置内腔，2.5-旋转填料床液体进口， 2.6-旋转填料床气体出口， 2.7-密封，2.8-喷嘴，2.9-超重力装置外腔，2.10-外壳，2.11-中央分布器，2.12-转轴，2.13-旋转填料床液体出
3.1-填料塔气体出口， 3.2-填料塔液体进口， 3.3-填料塔气体进口， 3.4-填料塔液体出口， 3.5-底座
具体实施例方式
一种高级氧化降解硝基苯类废水的工艺方法，步骤如下
1、 用碱性化合物将硝基苯类废水的pH值调节至9 11，碱性化合物可采用NaOH或氨水；
2、 臭氧从臭氧发生器6通过气体流量计4计量后进入气液传质反应设备5，硝基苯类废水在液泵I 2的作用下经液体流量计3计量后由液体进口进入气液传质反应设备5，废水与臭氧充分接触反应，在此过程中完成硝基苯类废水的初步氧化，其中部分臭氧溶解于废水中，同时部分废水中硝基本类物质被臭氧氧化，
分解为有机中间体。气液完成反应后，剩余的臭氧气体从顶部排出进入KI吸收液9中完成臭氧的吸收，初步氧化后的废水进入废水中间储槽7。
气液传质反应设备可以是填料塔(如图3所示)或者旋转填料床(如图2所示)
3、废水中间储槽的废水在液泵IIS的作用下经液体流量计进入废水耦合反应器15:废水耦合反应器15底部安装有超声波发生器IO和电解槽，预处理废水首先进入电解槽的多级废水流动通道13中，废水流动通道13由若干阴阳电极相互交错排列形成。硝基类废水从第一级阴阳电极板依次通过逐级阴阳电极板，由最后一级电极板排出。通过交错排列的阴阳电极板进行电解，交错排列的阴阳电极板增加了溶解于废水中臭氧与极板的接触面积，也就是延长了废水的电解时间，同时增加了超声波的辐射面积，又能使声能分布均匀。在此过程中超声波场和电场协同作用将有效氧化废水中的有机物，然后废水由处理后废水出口排出进行生化处理。上述过程中电流密度为10mA/cm2 40mA/cm2，超声波声强1W/cm2 100W/cm2,频率为28kHz 500kHz。
阴电极11为不锈钢片或铜片，阳电极12为二氧化铅或表面涂有Ti的Ru02。
本发明所述的工艺方法中，电解场有两个作用
1、在阴极，臭氧得到一个电子，生成03一， O厂是比臭氧分子更强的离子基团，与水反应生成氧化能力更强的 OH，提高了臭氧的氧化能力，加快了反应速率，反应机理如下
03 +e_ ~> .03—(aq) (1) Or+H，0+OH+ 0，+ OH m2、在阴极，难被氧化的硝基苯物质还原为易被氧化的苯胺类物质，促进反 应更快、更易进行，以二硝基苯为例反应机理如下
R-Ph (N02)2 "4>r 〉R-Ph (NCg(NHOH) (3) R-Ph (N02)(NHOH)^^^R-Ph(NHOH)2 (4) R-Ph(NHOH)2 4c+4Ht >R-Ph(NH2)2 (5)
本发明所述的工艺方法中，超声波的作用如下
1、 超声波空化气泡对有机物的热解；
2、 超声波强化臭氧产生更多的*OH;
3、 超声波提高了传质速率，使在阴极产生的 OH及时向外扩散，同时废 水中的有机物向阴极扩散，强化混合效果，提高反应速率。在超声波、臭氧和 电解三种技术的联合作用下硝基苯类废水处理时间大大縮减，在一个较短的时 间内就能达到可生化效果。
实施例1:处理火炸药厂废水中的二硝基甲苯(DNT)。废水中二硝基甲苯 初始浓度为195mg/L。采用臭氧氧化法对10L/h废水处理，废水与臭氧的液气体 积比为500L/m3，臭氧浓度为13.5mg/L，降解180min后，二硝基甲苯的去除率 只有10%;采用超声波/臭氧法处理，处理量不变，臭氧浓度不变，超声波声强 为1W/cm2，频率为28kHz， pH=ll， 180min后，二硝基甲苯的去除率为30%; 臭氧与DNT废水在旋转填料床中进行气液传质反应，完成废水的初步降解，然 后废水进入装有超声波-电解的废水反应槽中进行处理。超声波声强、频率与臭 氧的浓度不变，采用氨水调节pH-10，电流密度为20mA/cm2， 二氧化铅电极为 阳极，不锈钢为阴极，处理180min后，二硝基甲苯的去除率达到70%，氧化效 率比臭氧法提高了 7倍，比超声波/臭氧法提高了 2 3倍。
实施例2:处理氯代硝基苯类废水。废水中含硝基的苯系有机物主要有硝基酚、硝基苯、氯硝基酚，总浓度为21mg/L，废水COD为1103mg/L。采用臭氧/ 电解法对80L/h废水进行处理，臭氧浓度为10mg/L，表面涂有Ti的Ru02为阳 极，不锈钢为阴极，电流密度为40mA/cm2，降解180min后，硝基酚、硝基苯、 氯硝基酚总去除率为70%， COD去除率为20X;臭氧与氯代硝基苯类废水在旋 转填料床中进行气液传质反应，废水与臭氧的液气体积比为50L/m\臭氧浓度 为10mg/L,完成废水的初步降解，然后废水进入装有超声波V电解的废水反应槽 中进行处理。超声波声强、频率与臭氧的浓度不变，超声波声强为40W/cm2， 频率为500kHz电流密度为30mA/cm2，采用NaOH调节pH=9处理30min后， 硝基酚、硝基苯、氯硝基酚总去除率达到82%， COD去除率为87X，处理时间 縮短到原来的六分之一，COD去除率提高了4倍，大大提高了处理效率。
实施例3:处理硝基苯酚废水。配置100mg/L的硝基苯酚溶液，处理量为 5L/h，臭氧与硝基苯酚废水在填料塔中进行气液传质反应，废水与臭氧的液气体 积比为100L/ni3，臭氧浓度为18mg/L,完成废水的初步降解，然后废水进入装有 超声波-电解的废水反应槽中进行处理。超声波声强为50W/cm2，频率为40kHz， 采用NaOH调节pH40，电流密度为10mA/cm2， 二氧化铅电极为阳极，不锈钢 为阴极处理60min后，硝基苯酚的去除率达到98%。
实施例4:处理弹药销毁废水。弹药销毁废水的主要污染成分为三硝基甲苯 (TNT)，浓度为60mg/L，处理量为100L/h,臭氧与硝基TNT废水在旋转填料 床填料塔中进行气液传质反应，废水与臭氧的液气体积比为50L/m3，臭氧浓度 为8mg/L,完成废水的初步降解，然后废水进入装有超声波-电解的废水反应槽中 进行处理。二氧化铅电极为阳极，铜板为阴极，超声波声强为100W/cm2，频率 为50kHz电流密度为40mA/cm2，采用氨水调节pH=9降解30min， TNT去除率 达到99%。
权利要求
1、一种高级氧化降解硝基苯类废水的工艺方法，其特征在于步骤如下将废水在气液传质设备中与臭氧充分接触反应，接触反应后的废水进入由超声波场和电解场组成的耦合反应器中，废水中的硝基苯类物质在超声波和微电解的协同作用下得到降解。
2、 根据权利要求1所述的高级氧化降解硝基苯类废水的工艺方法，其特征在于废水进入气液传质设备之前采用碱性化合物调节pH值为9 11 。
3、 根据权利要求1所述的高级氧化降解硝基苯类废水的工艺方法，其特征在于废水在气液传质设备中与臭氧的液气体积比为50~500 L/m3，臭氧浓度为8 18mg/L。
4、 一种实现如权利要求1或2或3所述的高级氧化降解硝基苯类废水的工艺方法的装置，其特征在于包括气液传质设备(5)，气液传质设备(5)上设进气口、出气口、进液口、出液口，进气口连接臭氧发生器(6)，进液口连接硝基苯类废水池(1)，出液口连接废水耦合反应器(15)，所述的废水耦合反应器(15)内设置若干组交错排列的阴电极(11)和阳电极(12)，各阴阳电极之间形成矩形通道，各矩形通道依次相通，构成多次折流的废水流动通道(13)，废水耦合反应器(15)底部设置超声波发生器(10)。
5、 根据权利要求4所述的高级氧化降解硝基苯类废水的装置，其特征在于所述的气液传质设备为填料塔或旋转填料床。
6、 根据权利要求4所述的高级氧化降解硝基苯类废水的装置，其特征在于阴电极(11)为不锈钢片或铜片，阳电极(12)为二氧化铅或表面涂有Ti的Ru02。
7、 根据权利要求4所述的高级氧化降解硝基苯类废水的装置，其特征在于超声波发生器(10)的超声波频率为28kHz 500kHz，超声波声强为1W/cm2 100W/cm2，电流密度为10mA/cm2 40mA/cm2。
全文摘要
本发明属于硝基苯类废水处理的技术领域，具体涉及一种高级氧化降解硝基苯类废水的工艺方法，解决了现有降解硝基苯类废水的方法耗时长、成本高的问题。方法为将废水在气液传质设备中与臭氧充分接触反应，接触反应后的废水进入由超声波场和电解场组成的耦合反应器中，废水中的硝基苯类物质在超声波和微电解的协同作用下得到降解。装置包括气液传质设备，其进气口连接臭氧发生器，进液口连接硝基苯类废水池，出液口连接废水耦合反应器，废水耦合反应器底部设置超声波发生器。本发明具有如下有益效果工艺流程简单，操作方便，最大限度的减少了处理成本，可应用于处理各种有机工业废水如含酚废水、炸药废水、染料废水、石化企业废水、洗涤剂废水等。
文档编号C02F1/58GK101462788SQ20091007366
公开日2009年6月24日 申请日期2009年1月14日 优先权日2009年1月14日
发明者刘有智, 焦纬洲, 祁贵生, 袁志国 申请人:中北大学