CN104761088B - 臭氧氧化与气浮组合处理系统及工艺 - Google Patents

Abstract

本发明涉及臭氧氧化与气浮组合处理系统及工艺，该系统包括反应罐、气液混合器、催化剂加入装置和旋流气浮罐，气液混合器将含臭氧气体和污水混合成含微气泡气液混合液后送入反应罐中，反应罐内设有至少一个超声波空化装置，催化剂加入装置用于将催化剂与臭氧、污水一起送入反应罐中，然后在超声波空化作用下进行催化氧化反应，旋流气浮罐中央竖直设有导流管，导流管上端开口，下端贯穿旋流气浮罐底部，旋流气浮罐底部还设有污水出口，导流管底部装有涡流板，旋流气浮罐连通于反应罐，用于使经反应罐中反应的气液混合液在旋流作用下继续反应以及经过浮洗分离处理。该系统产生的微气泡与污染物接触几率大，反应更彻底，臭氧利用率高，停留时间短，污染物去除效果好。

Description

臭氧氧化与气浮组合处理系统及工艺

技术领域

本发明涉及污水处理技术领域，具体涉及一种臭氧氧化与气浮组合处理系统及工艺。

背景技术

在工业生产中，特别是在油田、炼油厂、石油化工、冶金、钢铁、造纸等生产行业中，产生大量含油、含有机物等各种污染物的污水，给环境造成了很大的危害。随着人们对环保的重视，国家对污水处理排放标准越加严格，对污水处理设备提出了更高的要求。

在污水深度处理中，基于臭氧的氧化技术特别臭氧高级氧化技术越来越广泛地用于降低水中有机物、色度、浊度及细菌等，但当前采用的臭氧氧化接触反应器大多为平流式和接触塔式，反应器底部配有曝气头或释放器来释放臭氧气体与污水中污染物接触反应，普遍存在臭氧气泡过大，与污染物接触几率小，上升速度过快，臭氧反应不充分，导致臭氧利用率较低，影响处理效果，增加处理成本。

另一方面，气浮作为一种常用油水（或固液） 分离技术，广泛应用于污水处理领域，今年来以旋流溶气气浮为代表的气浮新技术得到快速发展。但是目前旋流溶气气浮如中国第201320375994.6号专利，其采用氮气为气浮气源，虽然能够该专利技术能够很好地去除乳化油，油水分离效果较好，但仍然无法去除超微乳化油、溶解油、溶解态有机物等。

臭氧气浮技术集气浮和臭氧氧化为一体，既能去除污水中悬浮物（颗粒或油滴）又能利用臭氧氧化水中有机物、降低色度等，如公告号为CN 202558671 U和CN 203513318 U的中国专利。但目前臭氧气浮主要存在两个问题，第一，仍采用传统气浮工艺，气浮效果差，臭氧利用率低，停留时间过长，占地面积大等诸多问题，第二，臭氧利用方式简单，仅将原气浮气源改成臭氧，仅仅靠臭氧自身氧化，导致氧化选择性较强，氧化能力不足，只能降解部分污染物，通用性差。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种反应气泡与污染物接触几率大，氧化反应更充分彻底，臭氧利用率高，停留时间短，污染物去除效果好的臭氧氧化与气浮组合处理系统及工艺。

一种臭氧氧化与气浮组合处理系统，用于处理污水，其包括气液混合器、催化剂加入装置、反应罐和旋流气浮罐，所述气液混合器与反应罐连接，用于将含臭氧气体和污水混合成含微气泡的气液混合液后送入反应罐中，所述催化剂加入装置连接至污水和/或臭氧进入反应罐的管道上，用于将催化剂与臭氧、污水一起送入反应罐中，所述反应罐内设有至少一个超声波空化装置，用于使催化剂、臭氧及污水在超声波空化作用下进行氧化反应，所述旋流气浮罐中央竖直设有导流管，所述导流管上端开口，下端贯穿旋流气浮罐底部，所述旋流气浮罐底部还设有污水出口，所述导流管底部装有涡流板，所述旋流气浮罐连通于反应罐，用于接收经反应罐处理后的气液混合液，并使气液混合液在旋流作用下继续反应以及经过浮洗分离处理。

以及，一种臭氧氧化与气浮组合处理工艺，其采用上述的臭氧氧化与气浮组合处理系统对污水进行处理，其包括下列步骤：

使污水与臭氧混合，并加入催化剂，形成含微气泡的气液混合物；

将含微气泡的气液混合物送到反应罐中，在超声波空化和催化剂作用下，使污水与臭氧进行氧化反应；

将反应后的气液混合物送入于旋流气浮罐中，使气液混合液在旋流作用下继续反应以及进行浮洗分离处理。

上述臭氧氧化与气浮组合处理系统及工艺至少具有以下优点：

第一、克服传统臭氧氧化技术的不足，提供一种产生臭氧气泡小，气泡与污染物接触几率大，臭氧利用率高，污染物去除效果好的一体化装置；

第二、通过反应罐中将臭氧、污水在超声波空化及催化双重作用，预先进行催化氧化反应，然后再于旋流气浮罐中，在旋流作用下更进一步充分地反应，以及通过旋流作用，处理污染物迅速被微气泡捕捉并逐步形成浮渣，实现污染物与污水分离，充分利用在反应罐中的停留时间先进行氧化反应，缩短停留时间，而在旋流气浮罐中通过旋流作用，使反应进一步进行同时促使微气泡迅速捕扑捉污染物，进一步缩短停留时间。

第三、针对传统气浮和旋流溶气气浮的不足，引入臭氧高级氧化技术，通过臭氧氧化和絮凝作用强化气浮效果，使常规气浮无法去除的超微乳化油、溶解油和溶解有机物等有效去除；

第四、针对目前传统臭氧气浮的不足，融合旋流溶气气浮技术、臭氧高级氧化、超声波催化氧化、水力空化等技术，在极大地提高臭氧氧化能力、溶气气浮效率的同时，大幅降低臭氧消耗量，缩短停留时间，降低运行费用。

附图说明

图1是本发明实施例的臭氧氧化与气浮组合处理系统的结构示意图。

具体实施方式

以下将结合具体实施例和附图对本发明进行详细说明。

请参阅图1，显示本发明实施例的臭氧氧化与气浮组合处理系统100，用于处理污水，其包括旋流气浮罐10、反应罐20、气液混合器30以及催化剂加入装置40，气液混合器30与反应罐20连接，用于将含臭氧气体和污水混合成含微气泡的气液混合液后送入反应罐20中，催化剂加入装置40连接至污水和/或臭氧进入反应罐20的管道上，用于将催化剂与臭氧、污水一起送入反应罐20中，所述反应罐20内设有至少一个超声波空化装置21，用于使催化剂、臭氧及污水在超声波空化作用下进行催化氧化反应，所述旋流气浮罐10中央竖直设有导流管12，所述导流管12上端开口，下端贯穿旋流气浮罐10底部，所述旋流气浮罐10底部还设有污水出口15，所述导流管12底部装有涡流板14，所述旋流气浮罐10连通于反应罐20，用于接收经反应罐20处理后的气液混合液，并使气液混合液在旋流作用下继续反应以及经过浮洗分离处理。旋流气浮罐10简称为CDOF罐。

如图所示，CDOF罐10的侧壁上部设有污水入口11，与一个空气混合装置50连接。涡流板14由导流管12底部外壁向外延伸出，优选为呈锥形，涡流板14的边缘与CDOF罐10侧壁底部间存在间隙，在CDOF罐10底部开有污水出口15。污水出口15连接一个液位控制阀17，CDOF罐10顶部设有液位计18，液位计18与液位控制阀17连接。

所述系统100还包括设于反应罐20和旋流气浮罐10连通路线上的絮凝剂加入装置51、释放装置52，释放装置52位于空气混合装置50和絮凝剂加入装置51之间。絮凝剂加入装置51往经反应罐20处理后的气液混合液中加入絮凝剂，絮凝剂迅速与氧化后污染物作用生成絮体，并快速成长成絮团后与微气泡快速碰撞后被吸附。所述释放装置52用于使混合有絮凝剂后的气流混合物进行减压释放，产生超微气泡，空化混合装置50使絮体与微气泡混合体进行混合，再送入旋流气浮罐10。

反应罐20底部设有整流板，所述至少一个超声波空化装置21包括均匀分布于反应罐20内壁的两个以上超声波空化器21，所述至少一个超声波空化装置21位于反应罐20的中下部，整流板的上方。超声波空化装置21采用的超声波频率为14~40KHZ，其中，16~28KHZ最佳。通过超声波空化，使局部产生高温、高压的超临界状态，使臭氧分子快速分解，产生大量强氧化性羟基自由基，大幅提高臭氧氧化能力，加快反应速率。反应罐20顶部具有排气口22，以将未参加反应的臭氧等气体放出。反应罐20上部，如在高于超声波空化器21的位置设有出口24。

如图所示，气液混合器为一个射流器30，系统100还包括臭氧产生装置35，所述臭氧产生装置35将氧气转化成臭氧。臭氧产生装置35优选为由制氧系统和臭氧发生系统组成。污水通过一个污水管道31输送，污水管道31中加入一个增压泵32，经其增压后，与催化剂汇合进入到射流器30中。催化剂加入装置40可以是置于送入到反应罐20路径的任意位置，图示优选为在进入射流器30前先与污水进行混合均匀，当然也可以是在臭氧进入反应罐20或射流器30的路径上，或者在经过射流器20混合后的污水、臭氧混合液进入反应罐的路径上。由于臭氧氧化主要是处理污水，因此，在进入射流器30前先与催化剂混合更有利于催化剂均匀分散于污水中，更好地发挥催化剂的催化作用。其中，催化剂优选为H₂O₂和金属离子，金属离子可以是但不限于Fe（II)、Mn(II)、Ni(1I)、Co(II)、Cd(II)、Cu(ii)、Ag(I)、Cr(II)、Zn(II)等，金属离子优选Fe²⁺离子。

臭氧产生装置35的臭氧直接输送到射流器30中。污水经增压泵32增压后，加入催化剂混合后，与臭氧于射流器30内混合。具体地，污水和催化剂混合液经射流器30喷射口形成高速流体，高速流体在喷射口处产生压降，将来自臭氧产生装置35产生的臭氧吸入，含臭氧气体在高速流体的剪切下，形成大量微小气泡，形成气液混合物，进入到射流器渐扩段减速升压，在此过程中臭氧不断溶解于污水中，溶臭氧污水经管道从底部进入到反应罐20内。

系统100还包括气液分离罐60，所述气液分离罐60的入口与导流管12贯穿CDOF罐10底部的下端端口连接，反应罐20顶部具有排气口22，所述反应罐20的排气口22连接到气液分离罐60的入口。图示是与导流管12的下端端口一并汇入连接到气液分离罐60的靠近底部的入口。排气口22设有排气阀23以控制气体排放。进一步地，气液分离罐60顶部连接有排气管道61，所述气液分离罐60的排气管道61与废气净化装置65连接，所述气液分离罐60底部具有排渣出口62，将分离出的浮渣排出。

本发明实施例还提供一种臭氧氧化与气浮组合处理工艺，其用上述的臭氧氧化与气浮组合处理系统对污水进行处理，该工艺包括下列步骤：

S10：使污水与臭氧混合，并加入催化剂，形成含微气泡的气液混合物；

S20：将含微气泡的气液混合物送到反应罐20中，在超声波空化和催化剂作用下，使污水与臭氧进行氧化反应；

S30：将反应后的气液混合物送入于旋流气浮罐10中，使气液混合液在旋流作用下继续反应以及进行浮洗分离处理。

具体地，在步骤S10中，催化剂先与污水混合，再进入射流器30与臭氧混合，经射流器30作用，产生大量微小气泡，形成含微气泡的气液混合物。步骤S20中，在混合液送入于旋流气浮罐10之前，进一步在气液混合物中加入絮凝剂凝絮，然后，进一步通过释放装置52进一步减压释放，再于空化混合装置50中混合，送入到旋流气浮罐中。所述处理工艺还包括对由导流管贯穿旋流气浮罐底部下端端口排出的浮渣、废气进行气液分离，分离出的气体再经过废气净化装置净化。

以下结合图1详细说明该工艺的处理过程。

污水先经增压泵32增压后，与催化剂混合，进入射流器30，污水经增压泵增压后，与加入催化剂混合后，进入射流器30入口，混合液经射流器30喷射口形成高速流体，高速流体在喷射口处产生压降，将来自臭氧产生装置35产生的臭氧吸入，含臭氧气体在高速流体的剪切下，形成大量微小气泡，形成气液混合物，进入到射流器30渐扩段减速升压，在此过程中臭氧不断溶解于污水中，溶臭氧污水经管道从底部进入到反应罐20内。进入反应罐20的气液混合物进入反应罐20底部，经整流板整流后，污水向上进入超声波反应区，污水和臭氧、催化剂在超声速空化催化作用下迅速与污染物进行催化氧化反应，其中，溶解油氧化后失稳聚结后析出，有机物氧化分解（部分大分子有机物分解成小分子有机物析出），细菌微生物等杀灭形成悬浮物，污水通过超声波空化区域快速反应后继续上升，从反应罐上部出口与絮凝剂混合后，进入释放装置52，含有污水和臭氧的气液混合液经释放装置减压释放后，溶解气析出产生大量超微气泡，同时絮凝剂与污染物（包括但不限于析出溶解油、部分有机物、细菌等）迅速作用产生絮体，再经空化混合装置50混合作用后，絮体迅速成长，微气泡也快速与污染物和絮体碰撞粘附后，进入CDOF罐10，在旋流的作用下，微气泡与絮体、析出溶解油、悬浮物等快速碰撞粘附后，向CDOF罐10中间积聚形成浮渣向上进入到导流管12，从底部端口排渣后进入到气液分离罐60。而经浮选处理后污水向下经底部污水出口17排出，分离出来的含污染物废水则进行到废水处理流程。在气液分离罐60内，含少量臭氧的气体析出向上通过排气管道61进入废气净化装置65将未反应臭氧气体及其它危险气体净化后排入大气，浮渣经过气液分离罐60的底部排渣出口62排出。

在上述工艺及系统100中，将超声波和催化剂在进入CDOF罐10前在反应罐20中对污水先进行处理，使污水在反应罐20中催化臭氧，超声波通过空化作用，大大提高臭氧氧化能力、强化臭氧传质效率，加速臭氧氧化反应。臭氧催化氧化反应主要集中于反应罐20，由于反应罐20压力高于CDOF罐10，臭氧溶解度更高，分散更均匀，臭氧与污水中污染物反应速率更快，利用效率更高。再配合超声波空化作用，从而不用将超声波置于CDOF罐10内进行空化作用，不至于破坏微气泡与污染物接触，不会影响微气泡与污染物粘附，保证CDOF罐10内的旋流气浮效果。

催化剂在进入射流器30前加入，通过射流器30高速剪切作用快速均匀与臭氧快速均匀地与污水混合，在反应罐20中诱发臭氧快速分解并产生氧化性更强的羟基自由基，从而提高臭氧氧化能力和反应速率。本实施例的絮凝剂在反应罐20中经过臭氧催化氧化后再添加，这样能够大幅降低絮凝剂用量，混凝效果更好，还减少污泥产水量，降低污泥处理设备投资和运行费用。

在CDOF罐10的气液混合液经切向入口和涡流板14作用下，形成旋涡流，（含臭氧）微气泡在旋涡流、催化剂等作用下，产生大量强氧化性基团，污水进一步反应，例如，污染物被迅速催化氧化，由于有絮凝剂存在，氧化析出的溶解油、胶体等形成絮团被微气泡吸附并通过旋涡流作用向中间积聚后形成浮渣，进入中间导流管12后由底部排出CDOF罐10。

另外，上述臭氧氧化与气浮组合处理系统100及工艺还至少具有以下优点：

第一、克服传统臭氧氧化技术的不足，提供一种产生臭氧气泡小，气泡与污染物接触几率大，臭氧利用率高，污染物去除效果好的一体化装置；

第二、通过反应罐20中将臭氧、污水在超声波空化及催化双重作用，预先进行催化氧化反应，然后再于旋流气浮罐10中，在旋涡流作用下更进一步充分地反应，以及通过旋涡流作用，处理污染物后，使浮渣、气体与污水分离，充分利用在反应罐10中的停留时间先进行氧化反应，缩短停留时间，而在旋流气浮罐中通过旋涡流作用，使反应迅速进行，进一步缩短停留时间。

第三、针对传统气浮和旋流溶气气浮的不足，引入臭氧高级氧化技术，通过臭氧氧化和絮凝作用强化气浮效果，使常规气浮无法去除的超微乳化油、溶解油和溶解有机物等有效去除；

第四、针对目前传统臭氧气浮的不足，融合旋流溶气气浮技术、臭氧高级氧化、超声波催化氧化、水力空化等技术，在极大地提高臭氧氧化能力、溶气气浮效率的同时，大幅降低臭氧消耗量，缩短停留时间，降低运行费用。

需要说明的是，本发明并不局限于上述实施方式，根据本发明的创造精神，本领域技术人员还可以做出其他变化，这些依据本发明的创造精神所做的变化，都应包含在本发明所要求保护的范围之内。

Claims (10)

1.一种臭氧氧化与气浮组合处理系统，用于处理污水，其特征在于，包括气液混合器、催化剂加入装置、反应罐、旋流气浮罐和气液分离罐，所述气液混合器与反应罐连接，用于将含臭氧气体和污水混合成含微气泡的气液混合液后送入反应罐中，所述催化剂加入装置连接至污水和/或臭氧进入反应罐的管道上，用于将催化剂与臭氧、污水一起送入反应罐中，所述反应罐内设有至少一个超声波空化装置，用于使催化剂、臭氧及污水在超声波空化作用下进行催化氧化反应，所述旋流气浮罐中央竖直设有导流管，所述导流管上端开口，下端贯穿旋流气浮罐底部，所述旋流气浮罐底部还设有污水出口，所述导流管底部装有涡流板，所述旋流气浮罐连通于反应罐，用于接收经反应罐处理后的气液混合液，并使气液混合液在旋流作用下继续反应以及经过浮洗分离处理；所述气液分离罐的入口与导流管贯穿旋流气浮罐底部的下端端口连接，所述反应罐顶部具有排气口，所述反应罐的排气口连接到气液分离罐的入口，所述气液分离罐顶部连接有排气管道，所述气液分离罐底部具有排渣出口。

2.如权利要求1所述的臭氧氧化与气浮组合处理系统，其特征在于，在所述反应罐和旋流气浮罐连通路线上增设有絮凝剂加入装置，所述絮凝剂加入装置往经反应罐处理后的气液混合液中加入絮凝剂，使絮凝剂与气液混合液形成絮体。

3.如权利要求2所述的臭氧氧化与气浮组合处理系统，其特征在于，在所述絮凝剂加入装置和旋流气浮罐之间的路线上增设有释放装置和空化混合装置，所述释放装置用于使混合有絮凝剂后的气流混合物进行减压释放，产生超微气泡，同时絮凝剂与污染物产生絮体，所述空化混合装置使絮体与微气泡混合体进行混合。

4.如权利要求2所述的臭氧氧化与气浮组合处理系统，其特征在于，所述反应罐底部设有整流板，所述至少一个超声波空化装置包括均匀分布于反应罐内壁的两个以上超声波空化器，所述至少一个超声波空化装置位于整流板上方。

5.如权利要求1所述的臭氧氧化与气浮组合处理系统，其特征在于，所述气液混合器为射流器，所述催化剂加入装置位于射流器入口前。

6.如权利要求1所述的臭氧氧化与气浮组合处理系统，其特征在于，所述处理系统还包括废气净化装置，所述排气管道与废气净化装置连接。

7.一种臭氧氧化与气浮组合处理工艺，其用如权利要求1-6任一项所述的臭氧氧化与气浮组合处理系统对污水进行处理，其包括下列步骤：

使污水与臭氧混合，并加入催化剂，形成含微气泡的气液混合物；

将含微气泡的气液混合物送到反应罐中，在超声波空化和催化剂作用下，使污水与臭氧进行氧化反应；

将反应后的气液混合物送入于旋流气浮罐中，使气液混合液在旋流作用下继续反应以及进行浮洗分离处理；

将由旋流气浮罐内的导流管贯穿旋流气浮罐底部下端端口排出的浮渣以及由反应罐排出的废气混合后再进行气液分离。

8.如权利要求7所述的臭氧氧化与气浮组合处理工艺，其特征在于，在送入于旋流气浮罐之前进一步在气液混合物中加入絮凝剂凝絮。

9.如权利要求8所述的臭氧氧化与气浮组合处理工艺，其特征在于，在加入絮凝剂后进一步通过释放装置进一步减压释放，再进行混合，然后送入到旋流气浮罐中。

10.如权利要求7所述的臭氧氧化与气浮组合处理工艺，其特征在于，所述处理工艺还包括对气液分离后分离出的气体再经过废气净化装置净化。