CN108083418A - 一种利用臭氧处理废水的系统及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种利用臭氧处理废水的系统及其方法，属于废水处理技术领域。所述系统包括：臭氧源；至少3个串联的反应器，所述臭氧源与第一个反应器连接，最后一个所述反应器设有压力控制阀；各个所述反应器内装有浓度相同的待处理废水。本发明首次提出了至少3个串联且可以控制压力的反应器，由于提高了系统压力故臭氧在废水中的溶解度也大大增加，加之反应器内待处理废水与臭氧的浓度差，进而提高了臭氧催化氧化的效率。

Description

一种利用臭氧处理废水的系统及其方法

技术领域

本发明涉及一种利用臭氧处理废水的系统及其方法，属于废水处理技术领域。

背景技术

臭氧是一种氧化性极强的不稳定气体，须现场制备使用，并且臭氧能够氧化废水中大多数的有机物，特别是对生物氧化难以降解的物质效果良好。目前，国内外学者对臭氧氧化法的臭氧浓度、体系的pH、体系的温度进行了较多研究，但是，在实际应用中仍存在以下问题：首先，臭氧的发生成本较高，但臭氧的利用率并不高；其次，臭氧将有机物彻底矿化的效率还有待提高。如何提高臭氧氧化的效率，如何提高臭氧的利用率，如何降低臭氧氧化的成本，如何进一步提高对污染物的去除效率，是很多学者下一步的研究方向。

目前，现有的臭氧氧化法均采用单体立式反应器，在臭氧催化氧化处理废水的过程中，反应器均在常压下运行，气体对废水具有搅拌作用，导致废水中污染物均一的逐步降低，在臭氧浓度一定的情况下，废水中污染物降解的速率随反应时间延长而逐步降低，并且在废水的COD高时，臭氧消耗量多，臭氧含量降低，随着废水中污染物的降解，臭氧消耗量低，臭氧含量逐步升高。并且尾气经臭氧分解后或直接排放，造成氧气及臭氧的浪费。

发明内容

本发明通过将臭氧通入至少3个串联且可以控制压力的反应器中，使相对高浓度的臭氧与低COD的废水反应，相对低浓度的臭氧与高COD的废水反应，不仅提高了臭氧在废水中的溶解度，还大幅提高了臭氧的利用率，解决了上述问题。

本发明提供了一种利用臭氧处理废水的系统，所述系统包括：臭氧源；至少3个串联的反应器，所述臭氧源与第一个反应器连接，最后一个所述反应器设有压力控制阀；各个所述反应器内装有浓度相同的待处理废水。

本发明所述臭氧源优选为包括氧气源与臭氧发生器；所述氧气源与臭氧发生器连接；所述臭氧发生器与第一个反应器连接。

本发明所述系统优选为包括气体压缩机、除水装置、干燥装置、除CO₂装置；最后一个所述反应器依次与气体压缩机、除水装置、干燥装置、除CO₂装置连接；所述除CO₂装置与臭氧发生器连接。

本发明优选为至少3个所述反应器首尾串联连接，相邻2个所述反应器之间设有阀门；所述臭氧源与各个反应器独立连接，所述臭氧源与各个反应器之间设有各自的阀门；各个所述反应器与气体压缩机独立连接，各个所述反应器与气体压缩机之间设有各自的阀门；各个所述反应器设有各自的压力控制阀。

本发明所述氧气源优选为与各个反应器独立连接，所述氧气源与各个反应器之间设有各自的阀门。

本发明另一目的为提供一种利用上述系统的废水处理方法，所述方法包括如下步骤：

①向各个所述反应器内加入催化剂、浓度相同的待处理废水，采用氧气置换所述系统内的空气；

②将臭氧通入至少3个相邻所述反应器内进行第一次反应，从所述反应器内排出的尾气经气体压缩机、除水装置、干燥装置、除CO₂装置返回至臭氧发生器；

③当第一个与臭氧接触的所述反应器内待处理废水反应结束时，将臭氧从第二个与臭氧接触的所述反应器通入，由最后一个与臭氧接触的所述反应器相邻未参与第一次反应的反应器排出，经所述气体压缩机、除水装置、干燥装置、除CO₂装置返回至臭氧发生器，以此类推，可循环反应。

本发明所述反应压力优选为0.4-0.9MPa。

本发明所述系统包括：臭氧源；至少3个串联的反应器，所述臭氧源与第一个反应器连接，最后一个所述反应器设有压力控制阀；各个所述反应器内装有浓度相同的待处理废水。本发明首次提出了至少3个串联且可以控制压力的反应器，由于提高了系统压力故臭氧在废水中的溶解度也大大增加，加之反应器内待处理废水与臭氧的浓度差，进而提高了臭氧催化氧化的效率。

附图说明

本发明附图1幅，

图1为实施例1所述利用臭氧处理废水系统的结构示意图；

其中，1、氧气钢瓶，2、臭氧发生器，3、2L的反应器Ⅰ，4、2L的反应器Ⅱ，5、2L的反应器Ⅲ，6、2L的反应器Ⅳ，7、隔膜式气体压缩机，8、除水装置，9、冷干机，10、除CO₂装置，1001、阀门a，1002、阀门b，1003、阀门c，1004、阀门d，1005、阀门e，1006、阀门f，1007、阀门g，1008、阀门h，1009、阀门i，1010、阀门j，1011、阀门k，1012、阀门l，1013、阀门m，1014、阀门n，1015、阀门o，1016、阀门p，1017、阀门q，1018、阀门r，1019、阀门s，1020、阀门t，1021、阀门u，1022、阀门v，1023、阀门w。

具体实施方式

下述非限制性实施例可以使本领域的普通技术人员更全面地理解本发明，但不以任何方式限制本发明。

下述催化剂为氧化铝载体担载活性组份锰的催化剂。

实施例1

一种利用臭氧处理废水的系统，所述系统包括：氧气钢瓶1、臭氧发生器2、2L的反应器Ⅰ3、2L的反应器Ⅱ4、2L的反应器Ⅲ5、2L的反应器Ⅳ6、隔膜式气体压缩机7、除水装置8、冷干机9、除CO₂装置10；

所述氧气钢瓶1依次通过臭氧发生器2、阀门d1004、反应器Ⅰ3、阀门k1011、阀门h1008、阀门e1005、反应器Ⅱ4、阀门l1012、阀门i1009、阀门f1006、反应器Ⅲ5、阀门m1013、阀门j1010、阀门g1007、反应器Ⅳ6、阀门n1014、阀门r1018、气体压缩机7、除水装置8、冷干机9与除CO₂装置10的入口连接，所述除CO₂装置10的出口与臭氧发生器2连接；

阀门o1015的入口连接在所述阀门k1011与阀门h1008之间，所述阀门o1015的出口与气体压缩机7之间；

阀门p1016的入口连接在所述阀门l1012与阀门i1009之间，所述阀门p1016的出口与气体压缩机7之间；

阀门q1017的入口连接在所述阀门m1013与阀门j1010之间，所述阀门q1017的出口与气体压缩机7之间；

阀门s1019的入口连接在所述阀门n1014与阀门r1018之间，所述阀门s1019的出口连接在阀门d1004与反应器Ⅰ3之间；

阀门a1001的入口连接在所述臭氧发生器2与阀门d1004之间，所述阀门a1001的出口连接在阀门h1008与阀门e1005之间；

阀门b1002的入口连接在所述阀门a1001与阀门e1005之间，所述阀门b1002的出口连接在阀门i1009与阀门f1006之间；

阀门c1003的入口连接在所述臭氧发生器2与阀门d1004之间，所述阀门c1003的出口连接在阀门j1010与阀门g1007之间；

所述氧气钢瓶1通过阀门t1020与反应器Ⅰ3连接；

所述氧气钢瓶1通过阀门u1021与反应器Ⅱ4连接；

所述氧气钢瓶1通过阀门v1022与反应器Ⅲ5连接；

所述氧气钢瓶1通过阀门w1023与反应器Ⅳ6连接。

实施例2

一种利用实施例1所述系统的废水处理方法，所述方法包括如下步骤：

向所述反应器Ⅰ3、反应器Ⅱ4、反应器Ⅲ5、反应器Ⅳ6内分别加入1kg的催化剂、1.4L浓度相同的待处理废水，待处理废水中COD为400mg/L，采用氧气置换所述系统内的空气，置换后关闭所有阀门；

开启氧气钢瓶1、臭氧发生器2、阀门d1004、阀门k1011、阀门h1008、阀门e1005、阀门l1012、阀门i1009、阀门f1006、阀门m1013、阀门q1017、气体压缩机7、除水装置8、冷干机9、除CO₂装置10，使反应器Ⅰ3、反应器Ⅱ4与反应器Ⅲ5串联使用，臭氧发生器2入口的流量为80L/h，臭氧发生器2出口的臭氧浓度为70mg/L，通过调节阀门q1017使反应器Ⅲ5的压力为0.4MPa，此时反应器Ⅰ3与高浓度臭氧反应，反应器Ⅰ3中有机物得到降解的同时，臭氧被消耗，被消耗的臭氧到达反应器Ⅱ4时，虽然到达反应器Ⅱ4臭氧的浓度低于到达反应器Ⅰ3臭氧的浓度，但反应器Ⅱ4中待处理废水的有机物浓度高于反应器Ⅰ3中处理后废水的有机物浓度，故反应器Ⅱ4依然可维持臭氧催化氧化的高速率，同理反应器Ⅲ5也可维持臭氧催化氧化的高速率；

当反应器Ⅰ3内废水COD降至80mg/L时，关闭阀门d1004、阀门k1011、阀门h1008、阀门q1017，开启阀门a1001、阀门j1010、阀门g1007、阀门n1014、阀门r1018，使反应器Ⅱ4、反应器Ⅲ5与反应器Ⅳ6串联使用，通过调节阀门r1018使反应器Ⅳ6的压力为0.4MPa，开启反应器Ⅰ3的废水进、出口阀门及阀门t1020，通过氧气将反应器Ⅰ3内的处理后废水排出，再加入同体积、同浓度的待处理废水，关闭反应器Ⅰ3的废水进、出口阀门及阀门t1020；

当反应器Ⅱ4内废水COD降至80mg/L时，关闭阀门e1005、阀门l1012、阀门i1009、阀门r1018，开启阀门b1002、阀门s1019、阀门k1011、阀门o1015，使反应器Ⅲ5、反应器Ⅳ6与反应器Ⅰ3串联使用，通过调节阀门o1015使反应器Ⅰ3的压力为0.4MPa，开启反应器Ⅱ4的废水进、出口阀门及阀门u2021，通过氧气将反应器Ⅱ4内的处理后废水排出，再加入同体积、同浓度的待处理废水，关闭反应器Ⅱ4的废水进、出口阀门及阀门u2021；

当反应器Ⅲ5内废水COD降至80mg/L时，关闭阀门a1001、阀门b1002、阀门f1006、阀门m1013、阀门j1010、阀门o1015，开启阀门c1003、阀门h1008、阀门e1005、阀门l1012、阀门p1016，使反应器Ⅳ6、反应器Ⅰ3与反应器Ⅱ4串联使用，通过调节阀门p1016使反应器Ⅱ4的压力为0.4MPa，开启反应器Ⅲ5的废水进、出口阀门及阀门v1022，通过氧气将反应器Ⅲ5内的处理后废水排出，再加入同体积、同浓度的待处理废水，关闭反应器Ⅲ5的废水进、出口阀门及阀门v1022；

当反应器Ⅳ6内废水COD降至80mg/L时，恢复反应器Ⅰ3、反应器Ⅱ4与反应器Ⅲ5串联使用的状态，开启反应器Ⅳ6的废水进、出口阀门及阀门w1023，通过氧气将反应器Ⅳ6内的处理后废水排出，再加入同体积、同浓度的待处理废水，关闭反应器Ⅳ6的废水进、出口阀门及阀门w1023。

实施例3

一种利用实施例1所述系统的废水处理方法，与实施例2的区别为：各个反应器的控制压力为0.5MPa。

实施例4

一种利用实施例1所述系统的废水处理方法，与实施例2的区别为：各个反应器的控制压力为0.6MPa。

实施例5

一种利用实施例1所述系统的废水处理方法，与实施例2的区别为：各个反应器的控制压力为0.7MPa。

实施例6

一种利用实施例1所述系统的废水处理方法，与实施例2的区别为：各个反应器的控制压力为0.8MPa。

实施例7

一种利用实施例1所述系统的废水处理方法，与实施例2的区别为：各个反应器的控制压力为0.9MPa。

对比例1

一种利用臭氧处理废水的现有系统，所述系统包括：氧气钢瓶、臭氧发生器、6L的反应器；

所述氧气钢瓶通过臭氧发生器与6L的反应器连接；

上述系统的使用方法为：向6L的反应器内加入3kg的催化剂、4.2L待处理废水，待处理废水中COD为400mg/L，采用氧气置换所述系统内的空气；

开启氧气钢瓶、臭氧发生器，臭氧发生器入口的流量为80L/h，臭氧发生器出口的臭氧浓度为70mg/L，臭氧通过6L的反应器后直接排空，当6L的反应器内废水COD降至80mg/L时停止反应。

对比例2

一种利用臭氧处理废水的系统，所述系统包括：氧气钢瓶、臭氧发生器、3L的反应器Ⅰ、3L的反应器Ⅱ、隔膜式气体压缩机、除水装置、冷干机、除CO₂装置；

所述氧气钢瓶依次通过臭氧发生器、3L的反应器Ⅰ、3L的反应器Ⅱ、气体压缩机、除水装置、冷干机与除CO₂装置连接；

所述除CO₂装置与臭氧发生器连接；

上述系统的使用方法为：向3L的反应器Ⅰ、3L的反应器Ⅱ内分别加入1.5kg催化剂、2.1L待处理废水，待处理废水中COD为400mg/L，采用氧气置换所述系统内的空气；

开启氧气钢瓶、臭氧发生器、气体压缩机、除水装置、冷干机、除CO₂装置，臭氧发生器入口的流量为80L/h，臭氧发生器出口的臭氧浓度为70mg/L，臭氧依次通过3L的反应器Ⅰ、3L的反应器Ⅱ，控制3L的反应器Ⅱ的压力为0.7MPa，当3L的反应器Ⅰ内废水COD降至80mg/L时停止反应。

本实施例2-7、对比例1-2中每小时废水处理量及氧气补充量的数据见表1。

表1 本实施例2-7、对比例1-2中每小时废水处理量及氧气补充量数据

Claims (7)

1.一种利用臭氧处理废水的系统，其特征在于：所述系统包括：

臭氧源；

至少3个串联的反应器，所述臭氧源与第一个反应器连接，最后一个所述反应器设有压力控制阀；

各个所述反应器内装有浓度相同的待处理废水。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：所述臭氧源包括氧气源与臭氧发生器；

所述氧气源与臭氧发生器连接；

所述臭氧发生器与第一个反应器连接。

3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于：所述系统包括气体压缩机、除水装置、干燥装置、除CO₂装置；

最后一个所述反应器依次与气体压缩机、除水装置、干燥装置、除CO₂装置连接；

所述除CO₂装置与臭氧发生器连接。

4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于：至少3个所述反应器首尾串联连接，相邻2个所述反应器之间设有阀门；

所述臭氧源与各个反应器独立连接，所述臭氧源与各个反应器之间设有各自的阀门；

各个所述反应器与气体压缩机独立连接，各个所述反应器与气体压缩机之间设有各自的阀门；

各个所述反应器设有各自的压力控制阀。

5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于：所述氧气源与各个反应器独立连接，所述氧气源与各个反应器之间设有各自的阀门。

6.一种利用权利要求1、2、3、4或5所述系统的废水处理方法，其特征在于：所述方法包括如下步骤：

①向各个所述反应器内加入催化剂、浓度相同的待处理废水，采用氧气置换所述系统内的空气；

②将臭氧通入至少3个相邻所述反应器内进行第一次反应，从所述反应器内排出的尾气经气体压缩机、除水装置、干燥装置、除CO₂装置返回至臭氧发生器；

③当第一个与臭氧接触的所述反应器内待处理废水反应结束时，将臭氧从第二个与臭氧接触的所述反应器通入，由最后一个与臭氧接触的所述反应器相邻未参与第一次反应的反应器排出，经所述气体压缩机、除水装置、干燥装置、除CO₂装置返回至臭氧发生器，以此类推，可循环反应。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于：所述反应压力为0.4-0.9MPa。