污水凈化裝置提高反應速度淺析

（攀枝花攀鋼集團設計研究院有限公司，四川 攀枝花 617023）

污水凈化裝置提高反應速度淺析

彭建軍

（攀枝花攀鋼集團設計研究院有限公司，四川 攀枝花 617023）

通過一種催化裝置加快化學反應的反應速度，在水處理中提高效率、節約成本。

催化裝置；催化劑；反應速度

1 催化裝置簡述

1.1 催化反應水處理裝置

由給水和加藥系統、催化反應系統、催化劑排放系統、濃縮分離排泥系統組成。與主要的“成床過濾”、“攪拌接觸”催化方式相比，催化劑利用效率高，投資少；選擇性寬，水質適應范圍廣；反應質量高，出水量大；故障率低，易維修，能廣泛用于投加化學藥劑的所有凈水過程。

1.2 催化反應的應用

傳統的水處理催化（多相催化）方式，只是把催化作為“反應”過程中單純的一個工藝階段，而沒有把“反應”中各種內在因素同時綜合考慮。加上催化反應的選擇性（非通用性、個性）特征，因而在“水處理”領域，多相催化反應一直停留在主工藝以外的消毒、殺菌等輔助工藝方面；而對各種廢水的處理，僅停留在實驗室和個別工程，沒有能夠深入和普及。

目前主要 的多相催化水處理方式主要有兩類：一類是從合成氨、硫酸生產裝置中演變過來的“成床過濾型”（見圖1）；另一類是從制藥、精細化工裝置中演變過來的“攪拌接觸型”（見圖2）。它們共同的優點是：處理質量高、出水效果好等。缺點是：原水選擇性窄，故障率高，投資費用大。

圖1 成床過濾型催化方式工況

圖2 攪拌接觸型催化方式工況

本裝置是一種催化劑裝填數量少利用效率高，投資少；選擇性寬，水質適應范圍廣；催化反應質量高，出水量大；故障率低，易維修。能廣泛用于投加化學藥劑的凈水裝置。 本裝置是通過以下技術措施實現的。結合圖3說明如下。

圖3 本裝置的主視剖面圖

上述催化反應水處理裝置，其特征是所述“催化反應系統”，進水管（1）由設備頂部沿筒罐（17）錐體（18）軸線進入噴嘴（2）、喉管（3）和催化反應室（4），催化反應室內部存放30～100mm厚，粒徑φ2～4mm，釩鈦鐵渣過渡金屬催化劑（5），由連通管（6）連通第一反應室（7），第一反應室外設第二反應室（8）。“催化劑排放系統”，由催化劑排放管（14）執行，催化劑的裝填由設備頂部，經第一反應室（7）放入。“濃縮分離排泥系統”由濃縮分離區（9），清液穩定區（10），集水槽（11），出、溢水管（12）組成。 “排泥系統”由濃縮泥斗（16），排泥管系（15）組成。

欲讓反應物發生化學反應，必須使其化學鍵發生改變。改變或者斷裂化學鍵需要一定的能量支持，使化學鍵發生改變所需要的最低能量閾值稱之為活化能，而催化劑通過降低化學反應物的活化能而使化學反應更易進行，且能夠大大提高反應速率。

2 催化反應水處理裝置有以下突出的優點

2.1 提高了對催化劑的利用效率和選擇性

由于廢水的種類千差萬別，在實際過程又千變萬化。一種催化劑只對某一類反應具有明顯的加速作用，對其他反應則加速作用甚小，甚至沒有加速作用。這一性能就是催化劑的選擇性。催化劑的選擇性決定了催化作用的定向性。本裝置設計了一個“催化劑排放系統”，根據不同的凈化對象，選用不同的催化劑種類，在反應室低部設置30～100mm厚的催化層。可通過選擇不同的催化劑來控制或改變化學反應的方向，從而提高設備對催化劑的選擇性。

2.2 可以節約巨大的藥劑成本

本裝置與傳統的“成床過濾型” 和“攪拌接觸型”催化方式相比，催化劑裝填數量少（是傳統的1/30～50），利用效率高，投資少；選擇性寬，水質適應范圍廣；催化反應質量高，出水量大效率高；故障率低，設備結構簡單，可節省可觀的投資和運行（電耗、藥耗）費用，易維修。

2.3 極大地提高了設備的工作效率

傳統的多相“成床過濾型”和“攪拌接觸型”催化方式，由于過濾阻力、維修量、流態、反應效率等方面的原因，其工作流速一般都不會超過15米/小時；“催化反應水處理裝置”的工作流速60米/小時。是傳統的4倍，提高了單位時間的產水能力。

2.4 降低了設備的故障率

傳統的多相“成床過濾型”催化方式（見圖2）在廢水處理過程，與“床層”堵塞是相伴的，催化反應越強烈，反應效率越高，“床層”堵塞就越快，故障率就越高。維修非常困難，損失也相當巨大。傳統的 “攪拌接觸型”催化方式（見圖3）在廢水處理過程，流速越快，催化劑損失越多，故障率越高；流速越低，反應效率越低；其可調的正常工作參數范圍非常窄。“催化反應水處理裝置”由于不同于傳統的反應方式，不僅催化劑投量少，效率高，而且故障率低，調整和維修也非常方便。

2.5 優化了反應環境，提高了反應質量

本裝置對現有的催化反應作了全面系統分析研究和大量廢水處理工程實踐的基礎上，從反應學、反應動力學、催化學和對精典反應器的關鍵參數對比等不同角度，將反應過程內在的主要因素進行了系統的研究。

本裝置將“催化”作為反應中與其它方面有聯系又有區別的一個重要因素，按照凈化過程內在的不同特征，把這些因素合理地營造和安排在恰當的位置，巧妙地改變了傳統的催化方式。形成了區別于傳統方式的“催化反應水處理裝置”。

本裝置通過采用下向流進水，用高能量的反應動力沖擊底板（反應器底部），在反應器底部作連續猛烈的撞擊，對廢水雜質的電荷產生機械激化；被撞擊的催化劑呈倒蘑菇狀隨水流沸騰。噴嘴處不僅能夠吸入老絮團，增大反應物的濃度；同時，高壓水還將凈化對象、藥、老熟泥吸入喉管，提高了催化劑的比表面利用效率。盡而提高了反應速度和反應質量。也改變了催化劑“成床過濾”或“攪拌接觸”的傳統方式。

圖4 催化反應催化方式工況

（1）增大反應物濃度（6000～18000mg/L）。（2）縮短初始反應時間（0.4秒）。（3）合理配置進藥時機（在反應前廢水和藥品同時進入）。（4）有效激發電荷。（5）增大催化劑比表面（被連續猛烈撞擊的催化劑呈倒蘑菇狀隨水流沸騰）。（6）鞏固催化反應質量。（7）增大循環反應物濃度（8000～20000mg/L）。以上措施，優化了反應環境，從而提高了反應質量。

以下結合圖3、4和實施的實例對本裝置作進一步闡述。

本裝置在對一種污水進行處理之前，需先將設備內原有的催化劑排掉，另外保存。將進水管（1）開啟，由排放管（14）流出。根據處理工藝的杯瓶試驗，確定催化劑的類型和數量。催化劑裝填由設備頂部經第一反應室（7）放入。

2011年8月10日～8月28日在攀鋼5～6號排放口超濾水池旁預留空地上，就以上催化裝置做了一個中試試驗。反滲透產生的濃水CODcr為150～200mg/L，濃水流量：5m3/h，由進水管（1）φ200mm經設備頂部沿筒罐（17）錐體（18）軸線進入噴嘴（2）、喉管（3）和催化反應室（4），催化反應室內部存放30mm厚，粒徑φ2～4mm，過渡金屬釩鈦鐵渣催化劑（5），石灰乳由加藥泵（13）同時引入催化反應室（4），進入喉管（3），反應物由連管（6）連通第一反應室（7），第一反應室外設第二反應室（8）。成熟的絮團進入濃縮分離區（9），清液穩定區（10），集水槽（11），出、溢水管（12）。多余的的絮團一部分進入循環反應系統，另一部分進入 “排泥系統”濃縮泥斗（16），由排泥管系（15）排出。設備直徑1.5m，高度3.5m。

試驗表明在石灰濃度1%、流量：1m3/h，濃水中CODcr在150～200之間時該裝置能迅速將CODcr處理降至100以下。從進水到出水只要2～3分鐘，可實現連續進水、連續反應、連續出水，連續達標。

處理后的污水CODcr<100 mg/L滿足《污水綜合排放標準GB8978-1996 》的規定。

X703.3

：A

：1671-0711（2017）06（上）-0096-02