CN106006925A - 臭氧催化氧化系统及其在有机难降解废水臭氧催化氧化中的应用 - Google Patents

臭氧催化氧化系统及其在有机难降解废水臭氧催化氧化中的应用 Download PDF

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Abstract

本发明涉及有机难降解废水的处理，特别是指臭氧催化氧化系统及其在有机难降解废水臭氧催化氧化中的应用。其中臭氧催化氧化系统包括储水池、催化氧化塔、中间水池、臭氧存储发生装置，臭氧存储发生装置的输出端与催化氧化塔的下端连通，储水池的输出端连接催化氧化塔的输入端，催化氧化塔的输出端连通中间水池；还包括回流管，回流管的两端分别开口于催化氧化塔内催化剂的上方及下方，催化氧化塔的顶部通过管路与臭氧存储发生装置连通，控制装置与臭氧存储发生装置电连接。本发明解决了现有技术存在的臭氧利用率低、生产成本高等问题。具有臭氧利用率高、催化氧化完全、生产成本低且环保效果好等优点。

Description

臭氧催化氧化系统及其在有机难降解废水臭氧催化氧化中的应用
技术领域
本发明涉及有机废水的处理，特别是指臭氧催化氧化系统及其在有机难降解废水臭氧催化氧化中的应用。
背景技术
随着我国经济的高速发展，城镇化和工业的迅速发展，工业污水和生活废水的排放逐渐增多，并对水体的污染也日趋广泛和严重，尤其工业排放废水，部分含有难降解有机物(B/C小于0.3，或含有有毒物质，难以进行生化处理)不能使用传统的生化处理工艺，或采用生化处理难以达标排放，必须采用物理化学手段对难降解废水进行预处理或深度处理，提高废水可生化性或进行最终降解。高级氧化技术是常用技术手段之一，利用氧化剂反应产生的自由基对有毒物质、难降解有机物污染物进行矿化或分解，降低废水毒性和实现大分子物质分解。臭氧催化氧化较其他氧化技术(超临界氧化、芬顿、实施氧化等)相比具有不产生二次污染，操作简单等优点，越来越受到人们的重视。但由于臭氧和有机物反应有较强选择性，臭氧向水中和催化剂中传质速度较慢，导致反应时间过长，反应不够充分，出水臭氧含量高，催化氧化的臭氧利用率低，从而臭氧投加量大，运行成本高。
目前大多研究集中在提高催化剂活性、改变气液流向或者改善装置属性来提高臭氧利用率，增加反应效率。而系统性的利用装置和工艺有机结合提高臭氧利用率和处理效率的相关报道较少。
申请人检索到的背景技术包括：
1、通过改变气液流向，由气液顺流改成气液逆流来增加气液混合体和固体催化剂的接触时间(如申请号为200820181029.4的专利文献)；
2、通过增加浮动组件，使得固体催化剂在悬浮作用下与气液混合体共同向上流动，从而增加气液固三相的接触时间(如申请号为201510440580.0的专利文献)；
3、通过在塔内设有内筒，增加隔档从而增加气液固三相在塔中折流次数和流动时间，实现延长催化氧化时间的目的(如申请号201410775077.6的专利文献)；
上述现有技术不同程度存在着以下技术问题：一是气液混合体与固体催化剂的接触时间相对较短，催化氧化深度不够；二是经过一段时间的反应，附有催化剂的载体表面会生成有机膜，如果不及时处理会减少催化剂的使用寿命，提高生产成本。
4、申请号为201410356624.7的专利文献针对传统臭氧催化氧化装置进行了改进，设计了一种改进反应装置，该装置通过导流筒将反应区分为三个区域，改变臭氧和水的流向，并带动活性炭处于循环流化状态，从而增加了活性炭床的空隙率，增加了有机废水在催化剂上的接触时间。
该现有技术存在以下缺点：装置成本较高，活性炭在流动过程中容易堵塞管路，活性炭在三个区域内分散广，在失活换新时增加了清理难度。
5、浙江中凯瑞普环境工程股份有限公司针对以上问题对传统的臭氧催化氧化装置进行了改进，设计了一种外循环污水处理臭氧催化氧化反应器及污水处理方法(申请号201410775121.3)，装置上设有尾气管和污水出水管，尾气管和出水管上均设有回流管，且尾气回流管和污水回流管分别连通至水射器的气相进口和水相进口，水射器出口通过管路连通至反应器内。
该现有技术存在以下缺点：一是臭氧催化氧化装置外循环系统是在污水出水管和尾气管上分流出来的，直接会影响到整个装置在系统中的处理量；二是回流是在气液分离后再通过回流管运送到水射器混合后输送到催化氧化装置中，增加设备投入。
6、中国科学院过程工程研究所(申请号201410194215.1)针对以上问题，设计了改进的臭氧催化氧化工艺，该工艺主要通过尾气处理再利用系统将尾气经处理后作为臭氧发生器的气源，避免二次污染，提高氧气利用率，降低处理成本。
该现有技术存在以下缺点：一是臭氧利用率无法在线监测，无法在线优化臭氧的供给量和回收量，从而造成了浪费。二是从催化氧化塔中流出的在出水池中处理后的废液臭氧含量高，直接释放空气会造成污染。
发明内容
本发明的目的在于提供臭氧催化氧化系统及其在有机难降解废水臭氧催化氧化中的应用，能够有效提高臭氧利用率，增加催化氧化反应深度，提高臭氧催化氧化系统的污水处理效率。
本发明的整体技术构思是：
臭氧催化氧化系统，包括储水池、催化氧化塔、中间水池、臭氧存储发生装置，臭氧存储发生装置的输出端与催化氧化塔的下端连通，储水池的输出端连接催化氧化塔的输入端，催化氧化塔的物料输出端连通中间水池；还包括回流管，回流管的两端分别开口于催化氧化塔内催化剂的上方及下方，催化氧化塔的顶部通过管路与臭氧存储发生装置连通，控制装置与臭氧存储发生装置电连接。
臭氧催化氧化系统在有机难降解废水臭氧催化氧化中的应用。
本发明的具体技术构思还有：
为充分利用中间水池溢出的臭氧，进一步提高臭氧利用率。优选的技术方案是，所述的中间水池上方设有臭氧回收装置，臭氧回收装置的输出端与臭氧存储发生装置连通。
臭氧收集装置的作用主要是尽可能收集中间水池溢出的臭氧，为保证收集的效果，优选采用如下的技术实现方式，所述的臭氧回收装置采用锥形的收集罩。可以显而易见的是，为确保收集效果，收集罩的入口面积应不小于中间水池的上表面面积，同时还可以在收集罩的输出管路中设置风机形成抽吸以实现臭氧的有效输送，因其属于现有技术，申请人在此不再赘述。
为减少自催化氧化塔顶部及臭氧收集装置回收的臭氧中含水率并使其满足使用需要，优选的技术实现方式是，所述的臭氧存储发生装置的输入端外侧设置有干燥单元。
为实现臭氧的存储并有效控制臭氧发生量，以实现工业化生产的连续及可控制，优选的技术实现方式是，所述的臭氧存储发生装置包括臭氧发生器及与其连通的臭氧储罐。可以显而易见的是，控制装置应与臭氧发生器实现电连接以实现对臭氧发生量的有效控制。
为有效监测催化氧化处理后的水中的COD指标，优选的技术实现方式是，所述的催化氧化塔的输出端通过管路连通中间水池，该管路中设有COD监测仪表。
为有效监测催化氧化塔顶部排放的尾气中包括臭氧含量的各项指标，优选的技术实现方式是，所述的与催化氧化塔顶部连通的管路中设有尾气监测仪表。
为便于对上述监测仪表中的各项数据实现实时采集，以便根据监测数据实现实时控制的需要，优选的技术实现方式是，控制装置分别与COD监测仪表、尾气监测仪表电连接。
为改变气液混合体的流向，增加其与催化剂的接触时间，提高催化氧化深度，提高催化剂使用寿命，优选的技术实现方式是，所述的催化氧化塔内催化剂的下方设有涡轮盘装置，该装置包括中心座、内端固定于中心座外壁且呈径向分布的涡轮叶片，涡轮叶片的外端与催化氧化塔的内壁固定连接。
为保证涡轮叶片与催化氧化塔内壁的连接强度，优选的技术实现方式是，所述的涡轮叶片的外端呈与催化氧化塔内壁适配的弧线形，中心座采用空心柱状结构。
所述的臭氧催化氧化系统在有机难降解废水臭氧催化氧化中的应用，包括如下工艺步骤：
A、有机难降解废水从储水池进入载有催化剂的催化氧化塔，臭氧存储发生装置产生的臭氧自催化氧化塔底部进入，有机难降解废水经处理后进入中间水池；控制装置接收COD监测仪表、尾气监测仪表传递的数据并输出指令控制臭氧存储发生装置输出的臭氧量；
B、中间水池溢出的臭氧经气体回收装置回收后经干燥单元干燥，输送至臭氧存储发生装置，回收管路将通过催化剂处理后废水回流到催化剂下方，循环进行臭氧催化氧化。
本发明所具备的实质性特点及取得的显著技术进步在于：
1、在不降低整体工艺处理量的情况下，通过设置回流管的技术措施提高了催化氧化塔的处理能力和效率，提高了臭氧利用率。
2、臭氧收集装置以及尾气回收技术措施的采用，进一步提高了臭氧利用率，通过在线监测尾气中臭氧的含量和出水COD的情况，实现在线自动调节臭氧存储发生装置输出的臭氧量，有效降低了尾气回收装置的尾气量，降低了运营成本且更加环保。
3、通过在中间水池顶部的臭氧回收装置，将中间水池的废水中多余的溶解臭氧收集起来并重新加以利用，既减少了催化氧化处理后水中臭氧的排放，又降低了臭氧存储发生装置的负担，既环保又节能。
4、本发明采用的涡轮盘装置能够改变气液混合体的流向，增加其与催化剂的接触时间，使催化氧化更加完全彻底。同时还增加了气液混合体进入催化剂载体内部的深度，进而更多的接触催化剂，提高催化氧化深度。
5、气液混合体经过涡轮叶片改变流向并对催化剂形成横向冲刷的作用力，能够对载体表面的有机膜完成冲刷清洗，从而有效提高催化剂使用寿命，减少催化剂的更换，从而降低了生产成本。
附图说明
本发明的附图有：
图1是本发明中臭氧催化氧化系统的结构示意图。
图2是本发明中涡轮盘的结构示意图。
图3是图2的俯视图。
附图中的附图标记如下：
1、催化氧化塔；2、臭氧发生器；3、中间水池；4、臭氧回收装置；5、控制装置；6、COD监测仪表；7、尾气监测仪表；8、回流管路；9、涡轮盘；10、储水池；11、干燥单元；12、臭氧储罐。
具体实施方式
附图给出了本发明的实施例，以下结合附图对本发明的实施例作进一步描述，但不应理解为对本发明的限定，本发明的保护范围以权利要求记载的内容为准，任何依据说明书所做出的等效技术手段替换，均不脱离本发明的保护范围。
本实施例的整体技术构思如图示，其中臭氧催化氧化系统，包括储水池10、催化氧化塔1、中间水池3、臭氧存储发生装置，臭氧存储发生装置的输出端与催化氧化塔1的下端连通，储水池10的输出端连接催化氧化塔1的输入端，催化氧化塔1的物料输出端连通中间水池3；还包括回流管8，回流管8的两端分别开口于催化氧化塔1内催化剂的上方及下方，催化氧化塔1的顶部通过管路与臭氧存储发生装置连通，控制装置5与臭氧存储发生装置电连接。
臭氧催化氧化系统在有机难降解废水臭氧催化氧化中的应用。
所述的中间水池3上方设有臭氧回收装置4，臭氧回收装置4的输出端与臭氧存储发生装置连通。
所述的臭氧回收装置4采用锥形的收集罩。收集罩的入口面积应等于中间水池的上表面面积，同时还可以在收集罩的输出管路中设置风机形成抽吸以实现臭氧的有效输送，因其属于现有技术，申请人在此不再赘述。
所述的臭氧存储发生装置的输入端外侧设置有干燥单元11。
所述的臭氧存储发生装置包括臭氧发生器2及与其连通的臭氧储罐12。可以显而易见的是，控制装置应与臭氧发生器实现电连接以实现对臭氧发生量的有效控制。
所述的催化氧化塔1的输出端通过管路连通中间水池3，该管路中设有COD监测仪表6。
所述的与催化氧化塔1顶部连通的管路中设有尾气监测仪表7。
控制装置5分别与COD监测仪表6、尾气监测仪表7电连接。
所述的催化氧化塔1内催化剂的下方设有涡轮盘装置，该装置包括中心座、内端固定于中心座外壁且呈径向分布的涡轮叶片，涡轮叶片的外端与催化氧化塔1的内壁焊接固定。
涡轮叶片的外端呈与催化氧化塔1内壁适配的弧线形，中心座采用空心柱状结构。
所述的臭氧催化氧化系统在有机难降解废水臭氧催化氧化中的应用，包括如下工艺步骤：
A、有机废水从储水池10进入载有催化剂的催化氧化塔1，臭氧存储发生装置产生的臭氧自催化氧化塔底部1进入，废水经处理后进入中间水池3；控制装置接收COD监测仪表6、尾气监测仪表7传递的数据并输出指令控制臭氧存储发生装置输出的臭氧量；
B、中间水池3溢出的臭氧经气体回收装置4回收后经干燥单元11干燥，输送至臭氧存储发生装置，回收管路8将通过催化剂处理后废水回流到催化剂下方，循环进行臭氧催化氧化。

Claims (12)

1.臭氧催化氧化系统，包括储水池(10)、催化氧化塔(1)、中间水池(3)、臭氧存储发生装置，臭氧存储发生装置的输出端与催化氧化塔(1)的下端连通，储水池(10)的输出端连接催化氧化塔(1)的输入端，催化氧化塔(1)的物料输出端连通中间水池(3)；其特征在于还包括回流管(8)，回流管(8)的两端分别开口于催化氧化塔(1)内催化剂的上方及下方，催化氧化塔(1)的顶部通过管路与臭氧存储发生装置连通，控制装置(5)与臭氧存储发生装置电连接。
2.根据权利要求1所述的臭氧催化氧化系统，其特征在于所述的中间水池(3)上方设有臭氧回收装置(4)，臭氧回收装置(4)的输出端与臭氧存储发生装置连通。
3.根据权利要求2所述的臭氧催化氧化系统，其特征在于所述的臭氧回收装置(4)采用锥形的收集罩。
4.根据权利要求1所述的臭氧催化氧化装置，其特征在于所述的臭氧存储发生装置的输入端外侧设置有干燥单元(11)。
5.根据权利要求1、2或4中任一项所述的臭氧催化氧化系统，其特征在于所述的臭氧存储发生装置包括臭氧发生器(2)及与其连通的臭氧储罐(12)。
6.根据权利要求1所述的臭氧催化氧化系统，其特征在于所述的催化氧化塔(1)的输出端通过管路连通中间水池(3)，该管路中设有COD监测仪表(6)。
7.根据权利要求1所述的臭氧催化氧化系统，其特征在于所述的与催化氧化塔(1)顶部连通的管路中设有尾气监测仪表(7)。
8.根据权利要求6或7中任一项所述的臭氧催化氧化系统，其特征在于所述的控制装置(5)分别与COD监测仪表(6)、尾气监测仪表(7)电连接。
9.根据权利要求1所述的臭氧催化氧化系统，其特征在于所述的催化氧化塔(1)内催化剂的下方设有涡轮盘装置，该装置包括中心座、内端固定于中心座外壁且呈径向分布的涡轮叶片，涡轮叶片的外端与催化氧化塔(1)的内壁固定连接。
10.根据权利要求9所述的臭氧催化氧化系统，其特征在于所述的涡轮叶片的外端呈与催化氧化塔(1)内壁适配的弧线形，中心座采用空心柱状结构。
11.臭氧催化氧化系统在有机难降解废水臭氧催化氧化中的应用。
12.根据权利要求11所述的臭氧催化氧化系统在有机难降解废水臭氧催化氧化中的应用，其特征在于包括如下工艺步骤：
A、有机难降解废水从储液池(10)进入载有催化剂的催化氧化塔(1)，臭氧存储发生装置产生的臭氧自催化氧化塔底部(1)进入，有机难降解废水经处理后进入中间水池(3)；控制装置接收COD监测仪表(6)、尾气监测仪表(7)传递的数据并输出指令控制臭氧存储发生装置输出的臭氧量；
B、中间水池(3)溢出的臭氧经气体回收装置(4)回收后经干燥单元(11)干燥，输送至臭氧存储发生装置，回收管路(8)将通过催化剂处理后废水回流到催化剂下方，循环进行臭氧催化氧化。
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