CN107879460A - 一种臭氧催化氧化处理废水的装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种臭氧催化氧化处理废水的装置，包括提升泵、微纳米气泡发生器、主反应器、次级反应器、微纳米气泡喷头、膜片式微孔曝气器、多孔催化剂填料隔板、自动投药系统、pH自动控制加液机（双泵）、臭氧检测器、气体泵、臭氧尾气进气管、臭氧尾气处理装置以及排空管，本发明提供的臭氧催化氧化处理废水的装置，可以实现臭氧微气泡化，并且设有臭氧尾气回流装置，大大提高了臭氧的利用率，同时两级反应器的设计使得在保证水力停留时间的前提下不间断处理，从而大大提高了经济效益，而且本发明采用全自动控制系统，运行过程无需人力操控，减少了运行成本。

Description

一种臭氧催化氧化处理废水的装置
技术领域
本发明涉及一种废水处理装置，尤其涉及一种催化剂催化臭氧/过硫酸盐协同氧化处理高浓度有机废水的装置与方法，属于污水处理领域。
背景技术
近些年来随着我国工业技术的不断发展，同时各种新兴材料的研制和利用，导致了各类废水的大量排放，造成我国的水环境日益恶劣，废水处理刻不容缓。
我国污水处理行业经过几十年的发展，特别是在改革开放以来，取得了优异的成绩，但是仍然很难满足城市的发展需要。仍然有很多污水处理项目因为混有各种高浓度有机废水等各种原因，使其经普通污水处理工艺处理过后的水不能正常达标排放。
臭氧以其强氧化能力著称，氧化还原电位为 2.07V，能够氧化大多数有机物，特别是氧化难以降解的物质，效果良好。是目前广泛应用的氧化剂中氧化性最强的氧化剂。其氧化能力是氯的两倍，臭氧氧化会产生大量的羟基自由基-OH,故而有很强的氧化能力，自由基作为二次氧化剂使得有机物迅速氧化，可以直接将污染物降解为水、二氧化碳和无害盐，同时还不会产生大量污泥，能有效避免二次污染，而且能够提高被处理废水的可生化性，而且反应过程容易控制，便于实现工业自动化，在废水处理方面的应用越来越受重视。臭氧用于污水处理中需要经历从气相到液相的两相之间的传质过程，从气相溶解到水中的臭氧有一部分分解成了氧气，有一部分没能与目标有机物发生反应，所以造成臭氧高级氧化工艺中臭氧的利用率很低。因此，针对臭氧的这些缺陷，有必要研究并发明一种臭氧利用率高的臭氧催化氧化的方法与装置。
发明内容
对于现有污水处理技术存在的不足，本发明旨在提供一种臭氧氧化效果好、臭氧利用率高、气液混合效果好且结构简单，运行成本低的不间断处理废水的臭氧催化氧化装置。
本发明的技术方案实现方法：
一种臭氧催化氧化处理废水的装置，包括：
主反应器、次级反应器，用于臭氧催化氧化处理废水；
原水罐，用于储存废水；
臭氧发生器，用于制备臭氧；
提升泵，用于将待处理废水提升进入主反应器中，与所述原水罐相连；
微纳米气泡发生器，用于将臭氧发生器产生的臭氧气体进一步处理成臭氧微气泡；
微纳米气泡喷头，用于将微纳米气泡发生器产生的臭氧微气泡通入主反应器中；
多孔催化剂填料隔板，用于放置催化剂填料；
气体收集装置，用于收集反应器内的残余气体；
臭氧检测器，用于检测残余气体中的臭氧，与所述气体收集装置相连；
臭氧尾气进气管，用于臭氧尾气回流；
气体泵，用于给回流臭氧加压；
膜片式微孔曝气器，用于回流臭氧的曝气；
臭氧尾气处理装置，用于系统内氧气和残留臭氧的处理排放；
自动投药系统，用于实时检测并控制主反应器中过氧化物的浓度；
pH自动控制加液机（双泵），用于实时检测并控制原水罐中待处理废液的pH值。
进一步地，所述废水经提升泵提升通入主反应器中，同时可通过控制泵叶轮的转速来控制废水的通入速度，从而控制反应时间。
进一步地，氧化反应器分为主反应器和环设于主反应器外的次级反应器，废水从主反应器的溢流口流入次级反应器中。
进一步地，所述臭氧发生器产生的臭氧气体经所述微纳米气泡发生器处理后，使臭氧微气泡化。
进一步地，产生的臭氧微气泡经所述微纳米气泡喷头通入主反应器中，与废水混合。
进一步地，所述废水上升通过催化剂填料，在这个过程中，大量污染物、臭氧与过氧化物被吸附在高效负载催化剂的表面及孔道中，通过臭氧与过氧化物的协同氧化并在催化剂的催化作用下，将目标污染物氧化分解。
进一步地，所述主反应器顶部的气体收集装置收集的气体经臭氧尾气进气管与气体泵相连，通过气体泵将未完全溶解反应的臭氧重新加压并通过膜片式微孔曝气器的曝气进入次级反应器中，实现臭氧的充分利用和废水的进一步处理。
进一步地，所述膜片式微孔曝气器曝气气泡直径小、气液界面直径小、气液界面面积大、气泡扩散均匀，从而使臭氧气体能够充分的溶解于废水中，与此同时膜片式微孔曝气器还不会产生孔眼堵塞，耐腐蚀性强，在特殊情况下需要更换时，只需要轻松地更换膜片即可，大大地降低了后期维护的难度和费用。
进一步地，臭氧发生器所产生的气体通常是氧气和臭氧的混合气体，其中臭氧能够被溶解利用，而氧气除了部分溶解外，还有一部分会溢出，通过所述气体收集装置收集后，经臭氧尾气处理装置处理后排出。
附图说明
图1是本发明的臭氧催化氧化处理废水装置的结构示意图。
图2是本发明的臭氧催化氧化处理废水的装置对垃圾渗滤液生化尾水进行处理的结果示意图。
图中，1-原水罐，2-主反应器，3-次级反应器，4-提升泵，5-微纳米气泡发生器，6-气体泵，7-止回阀，8-气体流量计，9-臭氧发生器，10-膜片式微孔曝气器，11-微纳米气泡喷头，12-催化剂填料板，13-溢流口，14-排空管，15-溢流出水口，16-抽样检测口，17-投药口，18-自动投药系统，19-气体收集装置，20-臭氧检测器，21-自动阀门，22-自动阀门，23-臭氧尾气进气管，24-尾气处理装置，25-pH检测头，26-加酸口，27-加碱口，28-pH自动控制加液机（双泵）。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清晰，以下将结合图1对本发明提供的臭氧催化氧化处理废水的装置进行详细的描述。
图1是本发明提供的臭氧催化氧化处理废水装置的一种结构示意图，包括主反应器2、提升泵4、微纳米气泡发生器5、臭氧发生器9、微纳米气泡喷头11，所述臭氧发生器9与所述微纳米气泡发生器5相连，并在臭氧发生器9与微纳米气泡发生器5的连通管路上设有止回阀7和气体流量计8，臭氧发生器9所产生的臭氧气体通过微纳米气泡发生器5处理后，产生臭氧微气泡，所产生的臭氧微气泡通过所述微纳米气泡喷头通入主反应器中与废水混合；废水经所述提升泵4提升后，通入所述主反应器2中。
有关氧化反应器的结构，本发明也做了精心的设计，所述氧化反应器包括主反应器2和环设于主反应器2外的次级反应器3，所述主反应器2中废水上升到一定程度后经设置于主反应器2边壁上的溢流口13流入次级反应器3中，同样所述次级反应器3中的废水上升到一定程度后经设置于次级反应器3边壁上的溢流出水口15出水，通过溢流的方式使得在保证了反应所需的最小水力停留时间的前提下，不间断的运行，这提高了经济效益，同时可以认为，当水满出到溢流出水口15时，废水已被充分处理过了。
优选地，所述臭氧发生器9还与气体泵6相连，并在其连通管路上设有自动阀门22，由臭氧检测器20控制。
优选地，所述主反应器和次级反应器中还设有多孔催化剂填料隔板，隔板上放置催化剂填料。
优选地，所述主反应器2顶部设有气体收集装置19，用于收集系统内残余气体，与臭氧检测器20相连，所收集气体经臭氧检测器20检测后，若臭氧浓度达到要求值时，与臭氧检测器20相连的自动阀门21打开、自动阀门22关闭，气体通过气体泵6的加压后，经设置于次级反应器3底部的膜片式微孔曝气器10曝气进入次级反应器中，实现了臭氧的循环利用；相反的，若所收集气体经臭氧检测器20检测后臭氧浓度没有达到要求值，则自动阀门21关闭、自动阀门22打开，所收集的残余气体通入臭氧尾气处理装置24进行处理后排放，避免残余气体污染环境，同时次级反应器内的臭氧由臭氧发生器9提供。
优选地，所述臭氧催化氧化处理废水的装置还包括自动投药系统18，所述自动投药系统18通过设置于主反应器内部的抽样检测口16来检测主反应器2内过氧化物的浓度，并同时通过设置于主反应器内部的投药口17来向主反应器2内加入过氧化物来使得主反应器2中过氧化物的浓度保持定值。
优选地，所述臭氧催化氧化处理废水的装置还包括pH自动控制加液机（双泵）28，所述pH自动控制加液机（双泵）28通过设于原水罐1内的pH检测头25来检测原水罐1内的待处理废液的pH值，并同时通过设于原水罐1内部的加酸口26和加碱口27来向原水罐1中加入酸或碱，从而调节待处理废液的pH值。
优选地，所述臭氧催化氧化处理废水的装置还包括储存废水的原水罐1，所述原水罐通过所述提升泵4与所述主反应器2相连，可通过控制泵叶轮的转速来控制废水通入的速度，从而控制反应时间。
使用本发明提供的臭氧催化氧化处理废水的装置时，待处理废水储存于原水罐1中，经过pH的调节后，经提升泵4提升进入主反应器2中，同时由臭氧发生器9产生的臭氧气体经微纳米气泡发生器处理后，使臭氧微气泡化，然后所产生的臭氧微气泡经微纳米气泡喷头通入主反应器2中与废水混合。在主反应器2中臭氧与过氧化物协同氧化并在催化剂的催化下处理废水，经过反应处理过后的废水经溢流口13流至次级反应器3中，主反应器2顶部的气体收集装置19所收集的气体经臭氧检测器20检测过后：（1）若臭氧浓度达到回流要求值，则自动阀门21打开、自动阀门22关闭，气体由气体泵6加压后经设置于次级反应器3底部的膜片式微孔曝气器10曝气进入次级反应器中再次利用；（2）若经检测臭氧浓度没有达到回流要求值，则自动阀门21关闭、自动阀门22打开，气体经臭氧尾气处理装置24处理后排放，此时次级反应器3中的臭氧由臭氧发生器9提供。次级反应器3中经过催化剂催化臭氧/过氧化物处理过后的水经出水溢流口15排出。
下面结合具体实施例对本发明的臭氧催化氧化处理废水的装置作进一步说明。
实施例：
采用本发明的臭氧催化氧化处理废水装置用于处理垃圾渗滤液生化尾水，所处理的垃圾渗滤液生化尾水水质如下：pH值为5.0-6.0，COD浓度为1000-1400mg/L，色度为650-750倍，呈黄褐色，有明显恶臭。采用本发明装置：在pH=10，反应时间为120min的实验条件下，分别采用O3、O3/ Na2S2O8、催化剂催化O3、催化剂催化O3/ Na2S2O8对渗滤液生化尾水进行处理。
图2为在pH=10，反应时间为120min的实验条件下，分别采用O3、O3/ Na2S2O8、催化剂催化O3、催化剂催化O3/ Na2S2O8对渗滤液生化尾水进行处理的结果。由图2可以看出，在相同的外部实验条件下，催化剂催化O3/Na2S2O8的耦合氧化体系的处理效果明显优于其它三种氧化方式，其COD和色度去除率分别达到了84.3%和98%。
上述实验说明，本发明装置通过臭氧与过氧化物的协同氧化并在催化剂催化作用下，同时控制反应时间到最佳时间、调节pH值到处理最佳值来处理废水，有效提高了臭氧的利用率，并提高了对高浓度有机废水的处理效果。
综上所述，本发明的臭氧催化氧化处理废水的装置通过利用臭氧发生器9产生的臭氧再通入微纳米气泡发生器5中，使臭氧微气泡化，最后通过置于主反应器2底部的微纳米气泡喷头11通入主反应器2中，增强了臭氧与废水的混合效果；同时通过控制提升泵4叶轮的转速来控制废水通入速度，从而控制反应时间，使其处于最佳反应时间，提高了反应的效率；由于主反应器2内过氧化物的投加，臭氧/过氧化物协同氧化并在催化剂的催化作用下进行废水的处理，同时pH自动控制加药机（双泵）28对原水罐1内待处理废液pH的控制，使其保持在最佳反应效率时的pH值，这大大提高了反应效率和处理效果，进而提高了臭氧的利用率；并且利用臭氧尾气回流，通入次级反应器3中，实现臭氧的循环利用，从而减少了臭氧的投入量，降低了成本。
本发明精心设计的氧化反应器，分为主反应器2和次级反应器3，并通过溢流的方式让废液流动，这使本发明用最小的占地面积保证了废水处理的水力停留时间，并且废水全程流动，使得装置不间断的运行，这大大提高了经济效益。
以上所述的实施例仅是本发明的较佳的具体实施样例。但是应当指出的是，本发明的权益保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的普通技术人员在本发明所公开的技术原理基础下，做出的变化和改进都应属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种臭氧催化氧化处理废水的装置，其特征在于：包括原水罐、提升泵、主反应器、自动投药系统、pH自动控制加液机（双泵）、臭氧发生器、臭氧检测器以及气体泵，所述原水罐内废水经所述提升泵提升进入到所述主反应器中。
2.如权利要求1所述的臭氧催化氧化处理废水的装置，其特征在于：还包括环设于所述主反应器外的次级反应器。所述主反应器内液体通过溢流口流入次级反应器中。
3.如权利要求1所述的臭氧催化氧化处理废水的装置，其特征在于：还包括微纳米气泡发生器和设于主反应器底部的微纳米气泡喷头，所述臭氧发生器产生的臭氧经所述微纳米气泡发生器处理后，使臭氧微气泡化，所产生的臭氧微气泡经所述微纳米气泡喷头通入主反应器中，与废水混合。
4.如权利要求2所述的臭氧催化氧化处理废水的装置，其特征在于：所述次级反应器内靠近底部位置设有膜片式微孔曝气器，所述膜片式微孔曝气器与所述气体泵相连。
5.如权利要求2所述的臭氧催化氧化处理废水的装置，其特征在于：所述主反应器和次级反应器内曝气器上方还设有多孔催化剂填料隔板，所述隔板固定在主反应器和次级反应器底部的曝气器上方，隔板上放置催化剂填料，所述催化剂填料为活性组分负载在纳米四氧化三铁上；所述催化剂活性组分为Fe、Mn的金属或金属氧化物。。
6.如权利要求2所述的臭氧催化氧化处理废水的装置，其特征在于：所述主反应器顶部还设有气体收集装置，其所收集的气体经臭氧检测器检测后，通过气体泵加压，经膜片式微孔曝气器曝气通入次级反应器中。
7.如权利要求1所述的臭氧催化氧化处理废水的装置，其特征在于：所述自动投药系统与主反应器相连，实时检测并保持主反应器内过氧化物的浓度，并在不同废水的水质情况条件下，通过更改投药系统的设置，来改变所投加的过氧化物的浓度，从而改变臭氧和过氧化物的比例，以达到处理的最佳效果；可投入的过氧化物有：过硫酸盐、过氧化氢等。
8.如权利要求1所述的臭氧催化氧化处理废水的装置，其特征在于：所述pH自动控制加液机（双泵）与所述原水罐相连，实时检测并保证待处理废液的pH为设定值，分别设有加酸口与加碱口。实现根据不同废水的水质情况来调节不同的pH值，以达到最佳处理效果。
9.如权利要求1所述的臭氧催化氧化处理废水的装置，其特征在于：还包括臭氧尾气处理装置，用于系统内氧气及残留臭氧气体的处理排放，与所述臭氧尾气进气管相连。
10.如权利要求2所述的臭氧催化氧化处理废水的装置，其特征在于：还包括设于主反应器和次级反应器底部的排空管，方便在检修时排空反应器内的废水。
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