[发明专利]催化湿式氧化处理反应塔及使用该塔处理高浓有机废水的方法及装置

说明书

技术领域

本发明涉及环境保护和废水处理技术领域，具体涉及一种催化湿式氧化处理反应塔及使用该塔处理高浓有机废水的方法及装置。

背景技术

我国正面临水资源危机，随着经济的快速发展，废水排放总量迅速增加，全国2/3的河流受到污染，已失去饮用水功能。分析现行的废水治理现状，不难发现未经处理直接排放和经过一定处理仍达不到排放标准的工业废水，很大一部分是难处理的高浓度有机废水。部分高浓度难降解有机工业废水难以得到有效处理，如农药废水、染料废水、皮革废水和聚氨酯废水，因其生物难降解性及其对微生物具有毒害作用，用传统的微生物法难以得到有效降解，因此对高浓度难降解废水治理的技术需求变得日益迫切。国家水体污染控制与治理科技重大专项把“难降解高浓度有机废水深度氧化设备开发与产业化”作为国家“十二五”水专项研究重点，另一方面由于生产工艺不断革新，工业废水排放量减小，但浓度增大，因此高浓度废水的治理具有普遍性意义。

目前，高浓有机废水的有效处理方法主要有生化污泥法、焚烧法、超临界氧化法、催化湿式氧化法等，其中生化污泥法是采用生物和活性污泥的组合工艺，该工艺出水稳定，工艺运行成本低，但对废水条件要求严格，适用于可生化性强的废水，且该工艺占地面积大，产生的污泥需再处理；焚烧法处理看高效去除废水中的有机物，但废水焚烧过程中需要添加助燃剂，导致处理成本高（业界通常的重油焚烧法需300-400元/吨）；超临界氧化法和彻底去除废水中的有机物，但其反应条件苛刻（30-40MPa、400-600℃），设备投资大，能耗高；催化湿式空气氧化法（Catalytic Wet Air Oxidation，简称CWAO）是目前世界上处理高浓度、有毒、有害、生物难降解有机废水的最佳方法之一，该方法是上世纪八十年代中期在湿式氧化法（简称WAO）基础上发展起来的一种治理高浓度有机废水的先进环保技术，是在高温高压和催化剂的作用下，经空气氧化，使高浓度、难降解污水中的有机物及氨氮分别氧化分解成CO₂、H₂O及N₂等无害物质的废水净化处理技术，废水通过该技术处理后，BOD可以大幅提高，从而提高污水可生化降解性能。反应机理如图1所示。

CWAO技术可应用于聚氨酯行业，如二苯基甲烷二异氰酸酯（简称MDI）、异佛尔酮二异氰酸酯（简称IPDI）、聚酯/聚醚多元醇等产品合成，以及其上下游产业链相关生产过程中产生的易燃易爆物质及难生物降解的高浓度工业废水。此外，该技术还可广泛用于处理焦化、制药、石油化工、纺织印染和有机农药等产生的高浓有毒、难以用其他方法处理的工业污水。该技术具有应用范围广、净化效率高、占地面积小、能耗低、二次污染少等优点，具有广阔的应用前景。但高压高温条件下，气-液-固三相混合、废水盐析导致管线堵塞、设备腐蚀等问题严重制约了该技术的工业化开发和应用。

目前，我国CWAO技术尚处于产业化开发阶段，在许多公开的专利和出版物中描述了其催化剂的制备和研究，例如CN1358567、CN101185887、CN201110427159.8、CN102040274等，主要研究机构有中科院大连化学物理研究所、同济大学和清华大学等单位，其中中科院大连化学物理研究所在催化湿式氧化法用催化剂研究方面处于国内领先地位，贵金属-稀土双金属催化剂突破了国外单贵金属催化剂的范围，所申请的专利已经授权（授权公告号：1045076），其性能价格比要优于国外同类催化剂。但是对CWAO装置开发的描述方面，仅有少数几套实验研究设备的报道。

CN101372371，描述了一种采用CWAO工艺处理垃圾渗透废水中小分子有机酸和氨氮的方法，在专利中采用1L高压釜进行实验研究，通过反应釜中的快速搅拌来实现气液固三相混合反应。该工艺在CWAO工业化放大过程中难以实现，同时反应过程中易发生积炭而导致催化剂失活。

CN2668621Y，描述了一种实验室研究阶段的滴流床式小型CWAO反应装置，该装置的反应器中增加反冲洗设备，定期冲洗反应器中的催化剂，解决应用过程中，由于盐垢而导致催化剂失活的问题，其采用简单的混合罐进行气液混合，混合效果有限。该工艺较为复杂，工业化实现后无法稳定持续运行。

CN203079735U，描述了一种催化湿式氧化处理高COD废水的装置，其工艺中采用均相催化剂进行催化反应，处理后的废水中含有Cu、Fe、Mn等金属离子，造成再次污染，需要进行二次处理，另外装置中采用管道式的气液混合器，气液混合效率低，氧气无法充分混合反应，导致废水COD去除率下降，同时增加运行成本。