真空紫外光催化反应器、废水处理装置与处理方法与流程

本发明涉及一种用于处理废水的反应器，尤其涉及一种真空紫外光催化和化学催化氧化协同真空紫外光催化反应器，包含该催化反应器的废水处理装置以及处理方法，属于废水处理领域。

背景技术：

随着工业的发展，废水已逐渐成为重要的污染源之一，尤其是医药工业废水，由于其成分复杂、有机物含量高、生物毒性大、色度深、含盐量高、可生化性很差，很难处理。医药工业包括抗生素的生产过程，有原料药生产和药物制剂生产，生产过程具有的特点是：原辅材料种类多，生产流程长、工艺复杂、副产品多，三废多(如阿奇霉素废水COD为35000-60000mg/L、BOD为10000-20000mg/L、含盐量2000-10000mg/L)。医药工业废水在工业生产中产生的废水是我国污染最严重、最难处理的工业废水之一，具有有机物及无机盐含量高，BOD₅和CODcr比值低且波动大，可生化性很差，水量波动大等特点。

当前，废水的处理方法主要有物化法和生物法。物化法主要从物理、化学的角度来处理废水，例如抗生素废水，主要采用物理吸附、化学混凝、光化学降解、电解、膜分离等方法来降低抗生素废水的COD，提高废水的可生化性，但是物化法处理抗生素废水的工艺流程复杂，资金投入量大，而且处理后的副产物较多，容易造成二次污染。而生物法主要是利用不同种类的微生物，通过好氧、厌氧或者好氧-厌氧等复合工艺来降解抗生素废水。由于抗生素对微生物具有显著的杀灭作用，且微生物对温度、pH、含盐量、含氧量等非常敏感，用微生物法直接处理高浓度制药废水效果很差，而且对生化池会造成不可逆转的破坏。因此，在进入生化池之前，需要用大量清水和生活污水对抗生素废水进行稀释，然后经过较长的时间和多级复杂工序处理后，提高抗生素废水的可生化性，才能进入生化池后续处理。

现有的光催化反应器存在光催化功能单一、催化效率低和反应不彻底等问题。目前的废水处理装置的工艺流程复杂，降解时间长，副产物较多，容易造成二次污染。因此，亟待解决上述问题。

技术实现要素：

发明目的：本发明的第一目的是提供一种能协同进行光催化和化学催化反应的真空紫外光催化反应器；本发明的第二目的是提供包含该真空紫外光催化反应器的废水处理成套装置；本发明的第三目的是提供该废水处理装置的处理方法。

技术方案：本发明所述的真空紫外光催化反应器，包括由内管和外管组成的夹套结构，其中，内管壁为镂空结构且在内管中设置真空紫外灯，并在内外管之间的夹层中填充催化剂。该反应器利用真空紫外灯发射的高强紫外线，耦合参与化学氧化的催化剂，彻底处理废水中的有毒有害物质。

本发明所述的废水处理装置，包括与废水池依次连接的混合器、主催化反应器、真空紫外光催化反应器和气液分离器，其中，所述气液分离器的气体出口连接废水回收池，液体出口连接COD在线检测系统，该COD在线检测系统将检测达标的处理废水通过回收管路与废水回收池连通，将检测不达标的处理废水通过循环管路与混合器连通再次进行处理，同时，所述混合器还与双氧水箱连接。

其中，所述双氧水箱还与主催化反应器连通；进一步地，双氧水箱还可以连通真空紫外光催化反应器。主催化反应器中的催化剂和/或真空紫外光催化反应器高强紫外线，可以激发双氧水产生高活性羟基自由基，进一步降解废水。

所述真空紫外光催化反应器与气液分离器之间设置双氧水脱除器，具体是通过管路连接在真空紫外催化反应器的出液口上，将残留的双氧水进行分解，无二次污染。

所述废水池通过回收管路与混合器连接，并且在回收管路和循环管路之间设置用于废水池内废水与检测达标废水之间热量交换的换热器，利用反应后废水的余热加热待反应的废水，使其升温以提高后续反应的速率和效果，实现能量的循环利用。

所述废水回收池之前设置尾气吸收器，进一步脱除废水中的有毒有害气体。

所述混合器还与碱试剂箱连接。

本发明所述废水处理装置的处理方法，包括如下步骤：废水池中的废水与双氧水箱中的双氧水在混合器中混合，接着进入主催化反应器进行催化反应，再进入真空紫外光催化反应器中进行光催化和化学催化协同反应，处理后进入气液分离器，分离得到的气体进入废水回收池，液体进入COD在线检测系统，检测合格的处理废水通过回收管路进入废水回收池，检测不合格的处理废水通过循环管路进入混合器再次进行处理。

有益效果：与现有技术相比，本发明具有以下显著优点：

(1)本发明的真空紫外光催化反应器，可通过真空紫外光催化和化学氧化协同产生的·OH处理废水，原水不需稀释，对废水pH适用范围广，能在环境温度下大幅降低废水的COD值，在较短的时间内提高废水的可生化性，并通过真空紫外光矿化除去毒性较大的小分子有机物；该反应器可单独使用，也可用于成套装置中，且后者使用效果更佳，主要能够快速降解小分子有机物。

(2)本发明的废水处理装置结构合理，能够较好地降解高盐、高毒、高COD废水，抗冲击负荷能力强，占地少，投资省，快速高效，无二次污染；其中，所有管道和反应器均可采用耐高温玻璃棉进行保温，保温效率高，减少了热量散失，节省能耗；可采用尾气吸收器，实现有毒有害气体零排放，绿色环保；设置COD在线检测系统，水质参数实时自动测量；可以设置空气压缩机，既可以起到鼓泡搅拌作用，又可以起到管路排液放净的作用；同时设置有换热器，能够将反应中产生的热量很好的利用起来，节能降耗。

(3)本发明废水处理装置的处理方法简单高效便捷，容易实现规模化应用。本技术具有废水处理质量稳定、成本低，不受废水盐度影响，适用范围广等特点。

附图说明

图1为本发明真空紫外光催化反应器的结构示意图；

图2为本发明废水处理的工艺简化流程图；

图3为本发明废水处理装置整体的结构示意图；

其中，1废水池，2第一计量泵，3换热器，4混合器，5碱试剂箱，6碱计量泵，7双氧水箱，8双氧水泵，9主催化反应器，10空气压缩机，11第二计量泵，13双氧水脱除器，14气液分离器，15第三计量泵，16COD在线检测系统，17尾气吸收器，18废水回收池，19两位三通阀，20回收管路，21循环管路；12真空紫外光催化反应器，120内管，121外管，122孔，123接头。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的技术方案作进一步说明。

图1所示的真空紫外光催化反应器为夹套结构，由圆柱形的内管120和外管121组成，其中，内管120由短管构成，图示为两段短管，每段短管的首尾两端均设有接头123，通过拼接相邻短管的接头123可组装形成任意长度的内管120；内管120内设置真空紫外灯，并在内管管壁上开设孔122，真空紫外灯发出的高强紫外线可通过孔122射出，内外管之间的夹层中填充催化剂。真空紫外技术是一种新型的高级氧化技术，真空VUV发生器同步辐射UV254nm和185nm高强紫外线，高能光子的能量远远超过有机分子中所有化学键的键能，可以敏化难降解有机物，使之处于不稳定的敏化状态，再耦合催化剂产生的化学氧化作用，深度作用废水中有机物，使之断键矿化，尤其对小分子有机物(如甲醛、亚硝胺)有较好的的断键矿化作用。在水处理方面具有广阔的应用前景且无二次污染，是针对高浓度、有毒有害难降解废水达标处理的有效方法。

图3所示的废水处理装置，废水池1通过管路依次连接第一计量泵2、换热器3、混合器4、主催化反应器9、第二计量泵11、真空紫外光催化反应器12、双氧水脱除器13、气液分离器14；位于气液分离器14上部的气体出口通过管路依次连接尾气吸收器17和废水回收池18，位于气液分离器14下部的液体出口通过管路依次连接第三计量泵15、COD在线检测系统16和两位三通阀19；检测达标的处理废水通过回收管路20连接换热器3、尾气吸收器17和废水回收池18，检测不达标的处理废水通过循环管路21(也就是废水池留出后所经管路)与混合器4连通再次进行处理，其中，换热器3设于回收管路20和循环管路21之间；同时，双氧水箱7通过管路依次连接双氧水泵8，以及与混合器4联通的管路，碱试剂箱5通过碱计量泵6连接到与混合器4联通的管路。另外还有两个旁支结构，分别为：双氧水箱7通过管路依次连接双氧水泵8、主催化反应器9和真空紫外光催化反应器12。

其中，混合器4通过管路连接在换热器3的冷流出液口上，混合器4的出液口连接在主催化反应器9上；混合器4的主要作用是调节废水的pH值，方便其在主催化反应器9内的高效反应，但是由于催化反应需要一定的温度，通过了混合器4的废水需要经过换热器3进行加热，达到指定温度后才能通入到高级催化反应器9中进行反应。

主催化反应器9通过管路连接在混合器4的出液口上，换热器3的热流出液口通过管路连接在两位三通阀19上(例如三通电磁阀)；经过换热器3前的废水是温度较低的，而反应完成后的废水温度是较高的，因此通过反应完成后的废水为反应前的废水进行换热，热能利用率高，节省能耗。

混合器4上设有pH检测仪和pH混液管，所述的pH混液管通过碱计量泵6连接在碱试剂箱5上；催化反应需要合适的pH值，因此通过混合器4进行检测和调节，当pH值检测不合格时，需要通过碱试剂箱5通入相应的中和液体，使得废水处于合适的pH范围。

混合器4与主催化反应器9之间的管路上设有双氧水加料管，双氧水加料管通过双氧水泵8(例如蠕动泵)连接在双氧水箱7上；此处的双氧水在主催化反应器9中催化剂的激发下，产生高活性羟基自由基，快速彻底降解制药废水，双氧水通入到废水中，其与废水一起在催化反应床中进行氧化还原反应，完成水质净化。

COD在线检测系统16连接在气液分离器14和两位三通阀19之间，能够直观地观察到COD具体数值。

主催化反应器9上设有空气压缩机10，反应时可以起到鼓泡搅拌作用，排液时可以起到加快排液的作用。在排液过程中，当开出水阀，不开空气压缩机时，排尽残液所需时间为25分钟，当同时开出水阀和空气压缩机时，排尽残液所需时间为10分钟。

本发明所有管路均采用耐高温玻璃棉进行保温，耐高温玻璃棉保温效率高、轻质、抗菌防霉、耐老化、抗腐蚀保证健康环境。

如图2所示，废水池中的废水与双氧水箱中的双氧水在混合器中混合，接着进入主催化反应器进行催化反应，再进入真空紫外光催化反应器中进行光催化和化学催化协同反应，处理后进入气液分离器，分离得到的气体进入废水回收池，液体进入COD在线检测系统，检测合格的处理废水通过回收管路进入废水回收池，检测不合格的处理废水通过循环管路进入混合器再次进行处理。

具体来说，废水池中的废水通过第一计量泵进入到换热器中，经过换热后进入混合器，此时双氧水泵将双氧水注入混合器与废水混合，混合均匀后进入主催化反应器进行催化反应(其中也可通过双氧水泵加入少量双氧水)，反应后的废水进入到真空紫外光催化反应器，此时通过双氧水泵加入少量双氧水，充分反应后，进入到双氧水脱除器进行双氧水脱除，双氧水脱除过程中会产生气体，然后进入气液分离器进行气液分离，气体通过管路进入尾气吸收器后排放，液体进入COD在线监测系统，达标的废水进过换热器后通过回收管路进入到废水回收池，未达标的废水通过循环管路进入下一循环进行反应。

实施例1：某制药厂阿奇霉素废水COD为36000mg/L、色度为6000倍、含盐量28000mg/L、pH为8.7，采用本发明装置处理该阿奇霉素废水，其处理方法和结果如下：

(1)提供适量的双氧水，将废水和双氧水在混合器中进行混合；

(2)将混合后的废水加入到主催化反应器中，底部通入空气进行搅拌处理，反应时间为1.5hr；

(3)将主催化反应器中反应后的废水通入到真空紫外光催化反应器中，此时补加少量的双氧水，反应时间为20min；

(4)利用双氧水脱除器对真空紫外光催化反应器出水进行双氧水脱除处理；

(5)利用气液分离器对双氧水脱除器出水进行气液分离处理；

(6)利用尾气吸收器将气液分离器分离的气体进行吸收；

(7)将气液分离器出水进行COD在线检测，可直观读出COD数值为74.3mg/L,反应后pH为7.8，色度接近为0，小分子有机物为0mg/L。

本发明装置能在较短时间内降解高盐、高COD废水，降解率高，经过一次反应后，出水达到国家排放标准，处理后的水可直接排放。

实施例2：某制药厂乙腈废水COD为240000mg/L、pH为5.6，采用本发明装置处理该乙腈废水，其处理方法和结果如下：

(1)提供适量的双氧水，将废水和双氧水在混合器中进行混合；

(2)将混合后的废水加入到主催化反应器中，底部通入空气进行搅拌处理，反应时间为1h；

(3)将主催化反应器中反应后的废水通入到真空紫外光催化反应器中，此时补加少量的双氧水，反应时间为20min；

(4)利用双氧水脱除器对真空紫外光催化反应器出水进行双氧水脱除处理；

(5)利用气液分离器对双氧水脱除器出水进行气液分离处理；

(6)利用尾气吸收器将气液分离器分离的气体进行吸收；

(7)将气液分离器出水进行COD在线检测，COD降解率为91％。经检测反应后pH为7.2。

本发明装置能在较短时间内降解高盐、高COD废水，降解率高，经过多次循环反应后，出水达到国家排放标准，处理后的水可直接排放。

实施例3：某制药厂水杨酸废水COD为3200mg/L、pH为2，采用本发明装置处理该乙腈废水，其处理方法和结果如下：

(1)提供适量的双氧水(双氧水箱提供)和氢氧化钠(碱试剂箱提供)，将废水、双氧水、氢氧化钠在混合器中进行混合；

(2)将混合后的废水加入到主催化反应器中，底部通入空气进行搅拌处理，反应时间为40min；

(3)将主催化反应器中反应后的废水通入到真空紫外光催化反应器中，此时补加少量的双氧水，反应时间为15min；

(4)利用双氧水脱除器对真空紫外光催化反应器出水进行双氧水脱除处理；

(5)利用气液分离器对双氧水脱除器出水进行气液分离处理；

(6)利用尾气吸收器将气液分离器分离的气体进行吸收；

(7)将气液分离器出水进行COD在线检测，COD数值为96.1mg/L，COD降解率为97％，反应后pH为7.6。一次反应出水即可达到国家污水综合排放二级标准，处理后的水可直接排放。