本發(fā)明涉及一種用于處理廢水的反應器，尤其涉及一種真空紫外光催化和化學催化氧化協同真空紫外光催化反應器，包含該催化反應器的廢水處理裝置以及處理方法，屬于廢水處理領域。

背景技術：

隨著工業(yè)的發(fā)展，廢水已逐漸成為重要的污染源之一，尤其是醫(yī)藥工業(yè)廢水，由于其成分復雜、有機物含量高、生物毒性大、色度深、含鹽量高、可生化性很差，很難處理。醫(yī)藥工業(yè)包括抗生素的生產過程，有原料藥生產和藥物制劑生產，生產過程具有的特點是：原輔材料種類多，生產流程長、工藝復雜、副產品多，三廢多(如阿奇霉素廢水COD為35000-60000mg/L、BOD為10000-20000mg/L、含鹽量2000-10000mg/L)。醫(yī)藥工業(yè)廢水在工業(yè)生產中產生的廢水是我國污染最嚴重、最難處理的工業(yè)廢水之一，具有有機物及無機鹽含量高，BOD₅和CODcr比值低且波動大，可生化性很差，水量波動大等特點。

當前，廢水的處理方法主要有物化法和生物法。物化法主要從物理、化學的角度來處理廢水，例如抗生素廢水，主要采用物理吸附、化學混凝、光化學降解、電解、膜分離等方法來降低抗生素廢水的COD，提高廢水的可生化性，但是物化法處理抗生素廢水的工藝流程復雜，資金投入量大，而且處理后的副產物較多，容易造成二次污染。而生物法主要是利用不同種類的微生物，通過好氧、厭氧或者好氧-厭氧等復合工藝來降解抗生素廢水。由于抗生素對微生物具有顯著的殺滅作用，且微生物對溫度、pH、含鹽量、含氧量等非常敏感，用微生物法直接處理高濃度制藥廢水效果很差，而且對生化池會造成不可逆轉的破壞。因此，在進入生化池之前，需要用大量清水和生活污水對抗生素廢水進行稀釋，然后經過較長的時間和多級復雜工序處理后，提高抗生素廢水的可生化性，才能進入生化池后續(xù)處理。

現有的光催化反應器存在光催化功能單一、催化效率低和反應不徹底等問題。目前的廢水處理裝置的工藝流程復雜，降解時間長，副產物較多，容易造成二次污染。因此，亟待解決上述問題。

技術實現要素：

發(fā)明目的：本發(fā)明的第一目的是提供一種能協同進行光催化和化學催化反應的真空紫外光催化反應器；本發(fā)明的第二目的是提供包含該真空紫外光催化反應器的廢水處理成套裝置；本發(fā)明的第三目的是提供該廢水處理裝置的處理方法。

技術方案：本發(fā)明所述的真空紫外光催化反應器，包括由內管和外管組成的夾套結構，其中，內管壁為鏤空結構且在內管中設置真空紫外燈，并在內外管之間的夾層中填充催化劑。該反應器利用真空紫外燈發(fā)射的高強紫外線，耦合參與化學氧化的催化劑，徹底處理廢水中的有毒有害物質。

本發(fā)明所述的廢水處理裝置，包括與廢水池依次連接的混合器、主催化反應器、真空紫外光催化反應器和氣液分離器，其中，所述氣液分離器的氣體出口連接廢水回收池，液體出口連接COD在線檢測系統，該COD在線檢測系統將檢測達標的處理廢水通過回收管路與廢水回收池連通，將檢測不達標的處理廢水通過循環(huán)管路與混合器連通再次進行處理，同時，所述混合器還與雙氧水箱連接。

其中，所述雙氧水箱還與主催化反應器連通；進一步地，雙氧水箱還可以連通真空紫外光催化反應器。主催化反應器中的催化劑和/或真空紫外光催化反應器高強紫外線，可以激發(fā)雙氧水產生高活性羥基自由基，進一步降解廢水。

所述真空紫外光催化反應器與氣液分離器之間設置雙氧水脫除器，具體是通過管路連接在真空紫外催化反應器的出液口上，將殘留的雙氧水進行分解，無二次污染。

所述廢水池通過回收管路與混合器連接，并且在回收管路和循環(huán)管路之間設置用于廢水池內廢水與檢測達標廢水之間熱量交換的換熱器，利用反應后廢水的余熱加熱待反應的廢水，使其升溫以提高后續(xù)反應的速率和效果，實現能量的循環(huán)利用。

所述廢水回收池之前設置尾氣吸收器，進一步脫除廢水中的有毒有害氣體。

所述混合器還與堿試劑箱連接。

本發(fā)明所述廢水處理裝置的處理方法，包括如下步驟：廢水池中的廢水與雙氧水箱中的雙氧水在混合器中混合，接著進入主催化反應器進行催化反應，再進入真空紫外光催化反應器中進行光催化和化學催化協同反應，處理后進入氣液分離器，分離得到的氣體進入廢水回收池，液體進入COD在線檢測系統，檢測合格的處理廢水通過回收管路進入廢水回收池，檢測不合格的處理廢水通過循環(huán)管路進入混合器再次進行處理。

有益效果：與現有技術相比，本發(fā)明具有以下顯著優(yōu)點：

(1)本發(fā)明的真空紫外光催化反應器，可通過真空紫外光催化和化學氧化協同產生的·OH處理廢水，原水不需稀釋，對廢水pH適用范圍廣，能在環(huán)境溫度下大幅降低廢水的COD值，在較短的時間內提高廢水的可生化性，并通過真空紫外光礦化除去毒性較大的小分子有機物；該反應器可單獨使用，也可用于成套裝置中，且后者使用效果更佳，主要能夠快速降解小分子有機物。

(2)本發(fā)明的廢水處理裝置結構合理，能夠較好地降解高鹽、高毒、高COD廢水，抗沖擊負荷能力強，占地少，投資省，快速高效，無二次污染；其中，所有管道和反應器均可采用耐高溫玻璃棉進行保溫，保溫效率高，減少了熱量散失，節(jié)省能耗；可采用尾氣吸收器，實現有毒有害氣體零排放，綠色環(huán)保；設置COD在線檢測系統，水質參數實時自動測量；可以設置空氣壓縮機，既可以起到鼓泡攪拌作用，又可以起到管路排液放凈的作用；同時設置有換熱器，能夠將反應中產生的熱量很好的利用起來，節(jié)能降耗。

(3)本發(fā)明廢水處理裝置的處理方法簡單高效便捷，容易實現規(guī)?；瘧?。本技術具有廢水處理質量穩(wěn)定、成本低，不受廢水鹽度影響，適用范圍廣等特點。

附圖說明

圖1為本發(fā)明真空紫外光催化反應器的結構示意圖；

圖2為本發(fā)明廢水處理的工藝簡化流程圖；

圖3為本發(fā)明廢水處理裝置整體的結構示意圖；

其中，1廢水池，2第一計量泵，3換熱器，4混合器，5堿試劑箱，6堿計量泵，7雙氧水箱，8雙氧水泵，9主催化反應器，10空氣壓縮機，11第二計量泵，13雙氧水脫除器，14氣液分離器，15第三計量泵，16COD在線檢測系統，17尾氣吸收器，18廢水回收池，19兩位三通閥，20回收管路，21循環(huán)管路；12真空紫外光催化反應器，120內管，121外管，122孔，123接頭。

具體實施方式

下面結合附圖對本發(fā)明的技術方案作進一步說明。

圖1所示的真空紫外光催化反應器為夾套結構，由圓柱形的內管120和外管121組成，其中，內管120由短管構成，圖示為兩段短管，每段短管的首尾兩端均設有接頭123，通過拼接相鄰短管的接頭123可組裝形成任意長度的內管120；內管120內設置真空紫外燈，并在內管管壁上開設孔122，真空紫外燈發(fā)出的高強紫外線可通過孔122射出，內外管之間的夾層中填充催化劑。真空紫外技術是一種新型的高級氧化技術，真空VUV發(fā)生器同步輻射UV254nm和185nm高強紫外線，高能光子的能量遠遠超過有機分子中所有化學鍵的鍵能，可以敏化難降解有機物，使之處于不穩(wěn)定的敏化狀態(tài)，再耦合催化劑產生的化學氧化作用，深度作用廢水中有機物，使之斷鍵礦化，尤其對小分子有機物(如甲醛、亞硝胺)有較好的的斷鍵礦化作用。在水處理方面具有廣闊的應用前景且無二次污染，是針對高濃度、有毒有害難降解廢水達標處理的有效方法。

圖3所示的廢水處理裝置，廢水池1通過管路依次連接第一計量泵2、換熱器3、混合器4、主催化反應器9、第二計量泵11、真空紫外光催化反應器12、雙氧水脫除器13、氣液分離器14；位于氣液分離器14上部的氣體出口通過管路依次連接尾氣吸收器17和廢水回收池18，位于氣液分離器14下部的液體出口通過管路依次連接第三計量泵15、COD在線檢測系統16和兩位三通閥19；檢測達標的處理廢水通過回收管路20連接換熱器3、尾氣吸收器17和廢水回收池18，檢測不達標的處理廢水通過循環(huán)管路21(也就是廢水池留出后所經管路)與混合器4連通再次進行處理，其中，換熱器3設于回收管路20和循環(huán)管路21之間；同時，雙氧水箱7通過管路依次連接雙氧水泵8，以及與混合器4聯通的管路，堿試劑箱5通過堿計量泵6連接到與混合器4聯通的管路。另外還有兩個旁支結構，分別為：雙氧水箱7通過管路依次連接雙氧水泵8、主催化反應器9和真空紫外光催化反應器12。

其中，混合器4通過管路連接在換熱器3的冷流出液口上，混合器4的出液口連接在主催化反應器9上；混合器4的主要作用是調節(jié)廢水的pH值，方便其在主催化反應器9內的高效反應，但是由于催化反應需要一定的溫度，通過了混合器4的廢水需要經過換熱器3進行加熱，達到指定溫度后才能通入到高級催化反應器9中進行反應。

主催化反應器9通過管路連接在混合器4的出液口上，換熱器3的熱流出液口通過管路連接在兩位三通閥19上(例如三通電磁閥)；經過換熱器3前的廢水是溫度較低的，而反應完成后的廢水溫度是較高的，因此通過反應完成后的廢水為反應前的廢水進行換熱，熱能利用率高，節(jié)省能耗。

混合器4上設有pH檢測儀和pH混液管，所述的pH混液管通過堿計量泵6連接在堿試劑箱5上；催化反應需要合適的pH值，因此通過混合器4進行檢測和調節(jié)，當pH值檢測不合格時，需要通過堿試劑箱5通入相應的中和液體，使得廢水處于合適的pH范圍。

混合器4與主催化反應器9之間的管路上設有雙氧水加料管，雙氧水加料管通過雙氧水泵8(例如蠕動泵)連接在雙氧水箱7上；此處的雙氧水在主催化反應器9中催化劑的激發(fā)下，產生高活性羥基自由基，快速徹底降解制藥廢水，雙氧水通入到廢水中，其與廢水一起在催化反應床中進行氧化還原反應，完成水質凈化。

COD在線檢測系統16連接在氣液分離器14和兩位三通閥19之間，能夠直觀地觀察到COD具體數值。

主催化反應器9上設有空氣壓縮機10，反應時可以起到鼓泡攪拌作用，排液時可以起到加快排液的作用。在排液過程中，當開出水閥，不開空氣壓縮機時，排盡殘液所需時間為25分鐘，當同時開出水閥和空氣壓縮機時，排盡殘液所需時間為10分鐘。

本發(fā)明所有管路均采用耐高溫玻璃棉進行保溫，耐高溫玻璃棉保溫效率高、輕質、抗菌防霉、耐老化、抗腐蝕保證健康環(huán)境。

如圖2所示，廢水池中的廢水與雙氧水箱中的雙氧水在混合器中混合，接著進入主催化反應器進行催化反應，再進入真空紫外光催化反應器中進行光催化和化學催化協同反應，處理后進入氣液分離器，分離得到的氣體進入廢水回收池，液體進入COD在線檢測系統，檢測合格的處理廢水通過回收管路進入廢水回收池，檢測不合格的處理廢水通過循環(huán)管路進入混合器再次進行處理。

具體來說，廢水池中的廢水通過第一計量泵進入到換熱器中，經過換熱后進入混合器，此時雙氧水泵將雙氧水注入混合器與廢水混合，混合均勻后進入主催化反應器進行催化反應(其中也可通過雙氧水泵加入少量雙氧水)，反應后的廢水進入到真空紫外光催化反應器，此時通過雙氧水泵加入少量雙氧水，充分反應后，進入到雙氧水脫除器進行雙氧水脫除，雙氧水脫除過程中會產生氣體，然后進入氣液分離器進行氣液分離，氣體通過管路進入尾氣吸收器后排放，液體進入COD在線監(jiān)測系統，達標的廢水進過換熱器后通過回收管路進入到廢水回收池，未達標的廢水通過循環(huán)管路進入下一循環(huán)進行反應。

實施例1：某制藥廠阿奇霉素廢水COD為36000mg/L、色度為6000倍、含鹽量28000mg/L、pH為8.7，采用本發(fā)明裝置處理該阿奇霉素廢水，其處理方法和結果如下：

(1)提供適量的雙氧水，將廢水和雙氧水在混合器中進行混合；

(2)將混合后的廢水加入到主催化反應器中，底部通入空氣進行攪拌處理，反應時間為1.5hr；

(3)將主催化反應器中反應后的廢水通入到真空紫外光催化反應器中，此時補加少量的雙氧水，反應時間為20min；

(4)利用雙氧水脫除器對真空紫外光催化反應器出水進行雙氧水脫除處理；

(5)利用氣液分離器對雙氧水脫除器出水進行氣液分離處理；

(6)利用尾氣吸收器將氣液分離器分離的氣體進行吸收；

(7)將氣液分離器出水進行COD在線檢測，可直觀讀出COD數值為74.3mg/L,反應后pH為7.8，色度接近為0，小分子有機物為0mg/L。

本發(fā)明裝置能在較短時間內降解高鹽、高COD廢水，降解率高，經過一次反應后，出水達到國家排放標準，處理后的水可直接排放。

實施例2：某制藥廠乙腈廢水COD為240000mg/L、pH為5.6，采用本發(fā)明裝置處理該乙腈廢水，其處理方法和結果如下：

(1)提供適量的雙氧水，將廢水和雙氧水在混合器中進行混合；

(2)將混合后的廢水加入到主催化反應器中，底部通入空氣進行攪拌處理，反應時間為1h；

(3)將主催化反應器中反應后的廢水通入到真空紫外光催化反應器中，此時補加少量的雙氧水，反應時間為20min；

(4)利用雙氧水脫除器對真空紫外光催化反應器出水進行雙氧水脫除處理；

(5)利用氣液分離器對雙氧水脫除器出水進行氣液分離處理；

(6)利用尾氣吸收器將氣液分離器分離的氣體進行吸收；

(7)將氣液分離器出水進行COD在線檢測，COD降解率為91％。經檢測反應后pH為7.2。

本發(fā)明裝置能在較短時間內降解高鹽、高COD廢水，降解率高，經過多次循環(huán)反應后，出水達到國家排放標準，處理后的水可直接排放。

實施例3：某制藥廠水楊酸廢水COD為3200mg/L、pH為2，采用本發(fā)明裝置處理該乙腈廢水，其處理方法和結果如下：

(1)提供適量的雙氧水(雙氧水箱提供)和氫氧化鈉(堿試劑箱提供)，將廢水、雙氧水、氫氧化鈉在混合器中進行混合；

(2)將混合后的廢水加入到主催化反應器中，底部通入空氣進行攪拌處理，反應時間為40min；

(3)將主催化反應器中反應后的廢水通入到真空紫外光催化反應器中，此時補加少量的雙氧水，反應時間為15min；

(4)利用雙氧水脫除器對真空紫外光催化反應器出水進行雙氧水脫除處理；

(5)利用氣液分離器對雙氧水脫除器出水進行氣液分離處理；

(6)利用尾氣吸收器將氣液分離器分離的氣體進行吸收；

(7)將氣液分離器出水進行COD在線檢測，COD數值為96.1mg/L，COD降解率為97％，反應后pH為7.6。一次反應出水即可達到國家污水綜合排放二級標準，處理后的水可直接排放。