CN108408828A - 螺旋式高效紫外臭氧催化氧化装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种螺旋式高效紫外臭氧催化氧化装置，涉及废水处理领域。该螺旋式高效紫外臭氧催化氧化装置包括反应塔箱体，所述反应塔箱体内部竖直的设置有紫外灯，所述紫外灯的外部套设有透明套管；围绕所述透明套管所述反应塔箱体内部还设置有螺旋隔板；所述反应塔箱体的底部设置有进气口，所述进气口与臭氧供气系统连通，所述臭氧供气系统用于提供臭氧；所述反应塔箱体的下端通过出水口连通有出水管；所述反应塔箱体的顶部设置有第一出气口，所述第一出气口通过回气管与所述臭氧供气系统连通；所述反应塔箱体的上端连通有进水管，所述进水管上设置有冷凝器。本发明解决了现有的废水处理臭氧氧化装置臭氧利用效率低的技术问题。
Description
技术领域
本发明涉及废水处理技术领域，尤其是涉及一种螺旋式高效紫外臭氧催化氧化装置。
背景技术
随着现代工业的不断发展，大量的有机化合物被广泛地应用于人类的生产和生活，各种含有难降解有机物的废水也随之增多。在工业生产的过程中，由于大量的有毒有机物污染物的使用，导致工业废水中含有大量的有毒有机物，工业废水普遍具有污染物浓度高、毒性大、可生化性差的特点，例如选矿废水、煤化工废水和石化行业废水等。如果这些废水得不到有效处理，势必会产生重大的环保隐患。目前对于此类废水的处理常采用物化法、化学法、生化法等，但由于水质的生物毒性，常规的生化处理技术很难达到令人满意的效果。
臭氧氧化作为一种实用、高效的高级氧化技术，具有氧化能力强、反应时间短、无二次污染、设备简单等优点，在多种工业废水的处理过程中有广泛的应用潜力。臭氧氧化技术不受废水色度、废水胶体物质和严格的pH限制，能将难生物降解的有机物氧化成二氧化碳和水等无机物，或者将有毒有害物质氧化成无害的物质，臭氧氧化已经成为去除水中高稳定性、难降解有机污染物的关键技术之一。但是连续的气体臭氧投加传质效率很低，大部分臭氧没有反应就已经逃逸出反应器，通过在反应器中填装固体催化剂可以提高臭氧的利用率，如果能将光催化氧化和臭氧催化氧化两者联合，使其产生协同效应，通过光催化促使臭氧分解产生比臭氧活性更高，且几乎无选择性的羟基自由基，由羟基自由基氧化降解水中的有机污染物，这将会极大的提升对水中有机污染物的去除。
但是现有的紫外臭氧氧化深度处理技术在实际应用中仍存在一些问题：(1)臭氧与废水的接触时间短，造成大量的臭氧未被利用就已排出的现象，使臭氧浪费，增加了运行成本；(2)一般的臭氧氧化处理设备存在气液接触时间短，设备占地面积大的问题；(3) 臭氧能够较容易的将大分子的有机物分解成小分子物质，但继续氧化矿化这些小分子物质的能力需要提高；(4)臭氧在水中的溶解度较低，利用率低，短时间内氧化效果有限，造成处理效果差；(5) 目前广泛使用的紫外臭氧氧化污水处理设备，存在反应器设计不合理、紫外灯配置不正确等问题，降低了臭氧与紫外的联合处理效果，存在成本高、效果差的问题。
为解决紫外灯与臭氧联合效果差，处理成本高，臭氧利用率低的问题，公告号为：CN 203613017 U，名称为“光催化臭氧氧化反应器”的中国实用新型专利提出了一种解决紫外灯配置不合理，臭氧利用率不高等问题的反应器。该实用新型提供一种光催化臭氧氧化反应器，包括：反应塔箱体、微孔臭氧布气盘、紫外灯模块和集气罩；其中，所述反应塔箱体下部设置进水管、上部设置出水管；所述微孔臭氧布气盘设置在所述反应塔箱体内底部，与所述反应塔箱体上设置的所述的臭氧进气管连接；所述紫外灯模块设置在所述反应塔箱体内的所述微孔布气盘上方；所述集气罩设置在所述反应塔箱体顶部，与所述反应塔箱体构成密封空间；所述集气罩上设有臭氧尾气出口。
虽然将紫外灯置于臭氧反应塔的箱体内，采用连续进出水的处理方式能够增强紫外灯与臭氧的协同氧化效应，实现连续流的废水处理。但是由废水在反应塔箱体中的流动方式为上流式，而且臭氧气体的流动方向也为上流式，这就导致了臭氧与水体的接触时间较短，臭氧在水体中的停留时间短，产生的大部分臭氧未被利用就已排出，这一方面会影响氧化效果，另一方面使得臭氧的利用率较低；由于实际废水受生产工艺或环境的影响会有一定的温度，但是臭氧在水中的溶解度受温度的影响很大，水温越高，臭氧的溶解度越低，臭氧在水中的半衰期越短，因此这种装置一旦当进水温度较高时很难实现有效的处理效果，对废水的处理效果不稳定；由于臭氧本身在水体中的利用率就不高，该装置对尾气的处理仅仅是破坏，这将造成资源的浪费，而且若想使废水得到更有效的处理效果，就必须增大臭氧浓度，这势必会增加废水的处理成本。没有催化剂的存在，导致臭氧的利用率较低。这些缺陷限制了该光催化臭氧氧化反应器的推广使用。
基于此，本发明提供了一种螺旋式高效紫外臭氧催化氧化装置以解决上述的技术问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种螺旋式高效紫外臭氧催化氧化装置，以解决现有的废水处理臭氧氧化装置臭氧利用效率低的技术问题。
基于上述第一目的，本发明提供了一种螺旋式高效紫外臭氧催化氧化装置，包括反应塔箱体，所述反应塔箱体内部竖直的设置有紫外灯，所述紫外灯的外部套设有透明套管；
围绕所述透明套管所述反应塔箱体内部还设置有螺旋隔板；
所述反应塔箱体的底部设置有进气口，所述进气口与臭氧供气系统连通，所述臭氧供气系统用于提供臭氧；
所述反应塔箱体的下端通过出水口连通有出水管；
所述反应塔箱体的顶部设置有第一出气口，所述第一出气口通过回气管与所述臭氧供气系统连通；
所述反应塔箱体的上端连通有进水管，所述进水管上设置有冷凝器。
可选的，所述反应塔箱体包括依次连接的圆柱状的塔身部和锥形的塔底部；
所述塔身部的底端设置有微孔布气盘；
所述进气口位于所述塔底部的锥尖处。
可选的，所述反应塔箱体固定在底座上。
可选的，所述臭氧供气系统包括通过进气管依次连通的氧气源、臭氧发生装置和增压泵；
所述回气管与所述进气管连通，且连通处位于所述增压泵之前。
可选的，所述增压泵与所述反应塔箱体之间的管路上设置有止逆阀。
可选的，所述反应塔箱体的顶部还通过尾气管与尾气破坏装置连通，用于破坏未反应的臭氧。
可选的，所述尾气破坏系统包括洗气罐，所述洗气罐与所述反应塔箱体的顶部通过所述尾气管连通；所述尾气管上设置有减压阀；
所述洗气罐的顶部还连通有出气管。
可选的，所述洗气罐的底部设置有出液口；所述出液口的管路上设置有出水电磁阀；
所述洗气罐的内部设置有液位计和色度检测仪。
可选的，所述洗气罐通过管路与加药泵和K1饱和溶液存储罐依次连通。
可选的，所述螺旋隔板的表面涂覆有固体催化剂。
本发明提供一种所述螺旋式高效紫外臭氧催化氧化装置，采用本螺旋式高效紫外臭氧催化氧化装置后，废水由冷凝器将进水水温降低至一定值后，由进水口进入罐体，并且水流沿着螺旋隔板逆时针螺旋向下流动，进气口进入的氧气泡沿水流的相反方向，顺时针向上流动，充分延长了废水与臭氧的接触时间，达到使臭氧与废水充分反应的目的，同时废水在流动过程中也能够与附着在隔板表面的固体催化剂接触，而且此时罐体内的各部分水体都能受到中间紫外灯的照射，起到臭氧与紫外协同氧化的作用；上升至顶部的臭氧通过尾气管重新回到臭氧供气系统中，重新打入罐体继续起到氧化降解的作用，同时也会使罐体中的臭氧分压增大，从而提高臭氧在废水中的溶解度。
本发明提供的所述螺旋式高效紫外臭氧催化氧化装置，这种装置将会极大的提高臭氧利用率以及臭氧在水中的溶解度，延长臭氧与废水的接触时间，能实现紫外与臭氧两种工艺的联合处理效应的协同，极大的提高了废水的处理效率，能够适合不同水温条件下的废水处理。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明的结构示意图；
图2是图1中反应塔箱体截面的俯视图。
图3是反应塔箱体中某一段内部结构的立体图。
图标：1-反应塔箱体；2-螺旋隔板；3-透明套管；4-紫外灯； 5-出水管；6-进水管；7-冷凝器；8-减压阀；9-回气管；10-微孔布气盘；11-增压泵；12-臭氧发生装置；13-氧气源；14-底座；15- 尾气管；16-进气管；17-止逆阀；18-洗气罐；19-出气管；20-出水电磁阀；21-加药泵；22-K1饱和溶液存储罐；23-液位计；24-色度检测仪。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
螺旋式高效紫外臭氧催化氧化装置实施例
如图1-图3所示，在本实施例中提供了一种螺旋式高效紫外臭氧催化氧化装置，所述螺旋式高效紫外臭氧催化氧化装置包括反应塔箱体1，所述反应塔箱体1内部竖直的设置有紫外灯4，所述紫外灯4的外部套设有透明套管3；
围绕所述透明套管3所述反应塔箱体1内部还设置有螺旋隔板 2；
所述反应塔箱体1的底部设置有进气口，所述进气口与臭氧供气系统连通，所述臭氧供气系统用于提供臭氧；
所述反应塔箱体1的下端通过出水口连通有出水管5；
所述反应塔箱体1的顶部设置有第一出气口，所述第一出气口通过回气管9与所述臭氧供气系统连通；
所述反应塔箱体1的上端连通有进水管6，所述进水管6上设置有冷凝器7。
优选的，所述反应塔箱体1包括依次连接的圆柱状的塔身部和锥形的塔底部；
所述塔身部的底端设置有微孔布气盘10；微孔布气盘10密布有透孔，用于使进入的臭氧均匀分散；
所述进气口位于所述塔底部的锥尖处。所述反应塔箱体1固定在底座14上。
进一步的，所述臭氧供气系统包括通过进气管16依次连通的氧气源13、臭氧发生装置12和增压泵11；
所述回气管9与所述进气管16连通，且连通处位于所述增压泵 11之前。
进一步的，所述增压泵11与所述反应塔箱体1之间的管路上设置有止逆阀17。
优选的，所述反应塔箱体1的顶部还通过尾气管15与尾气破坏装置连通，用于破坏未反应的臭氧。
进一步的，所述尾气破坏系统包括洗气罐18，所述洗气罐18 与所述反应塔箱体1的顶部通过所述尾气管15连通；所述尾气管 15上设置有减压阀8；
所述洗气罐18的顶部还连通有出气管19。
优选的，所述洗气罐18的底部设置有出液口；所述出液口的管路上设置有出水电磁阀20；
所述洗气罐18的内部设置有液位计23和色度检测仪24。
进一步的，所述洗气罐18通过管路与加药泵21和K1饱和溶液存储罐22依次连通。
优选的，螺旋隔板2位于透明套管3与罐体内壁之间，呈逆时针螺旋向下安装，螺旋隔板2可拆分，由多段隔板通过密封接头连接，隔板下端与罐体底部罐壁连接，螺旋隔板2与透明套管3外壁和反应塔箱体1内壁均密封连接，在螺旋隔板2上下表面附着了一层固体催化剂，以A l 2O3为载体，根据废水的水质不同，选择附着不同的稀有金属形成。并且隔板表面较粗糙，呈凹凸不平状态；反应塔箱体1的上部为半圆封头，下部为圆锥形封头，在上部半圆封头处设置有尾气管15和减压阀8，整个反应塔箱体1通过底座14固定于地面。
进水冷凝系统的作用在于对进水进行冷却，降低进入反应塔箱体1中的废水水温，该部分主要由冷凝器7和进水管6组成。臭氧氧化过程中，臭氧在水中的分解速度随水温和pH的升高而加快，同时水温是影响臭氧在水中溶解能力和半衰期的主要因素，通过降低水温来减缓臭氧在水中的分解速度，提高臭氧在水中的溶解度，下表中给出了低浓度臭氧在水中的溶解度随水温的变化情况。
低浓度臭氧在水中的溶解度/(mg/L)
尾气回收系统的主要作用是将未被利用的臭氧尾气输送至臭氧进气管16，通过加压，再次利用。
尾气处理系统的作用在于将多余的臭氧尾气进行破坏处理，以防污染空气。
下面参照图1-图3具体阐述本发明的技术实施方式，待处理的废水通过进水管6进入冷凝器7，水温得到降低后，废水由进水管6进入反应塔箱体1，进入反应塔箱体1后，在螺旋隔板2的作用下，废水绕透明套管3呈逆时针螺旋向下的状态向反应塔箱体 1底部流动，此时氧气源13提供的氧气通过进气管16进入臭氧供气系统的管路，产生的臭氧通过管路进入增压泵11增压后输送至微孔布气盘10，微孔布气盘10产生的臭氧微气泡沿水流的相反方向向上移动，同时反应塔中央位置的紫外灯4产生紫外光，溶解于水体中的臭氧气体在紫外光的照射下产生·OH，同时水体中还有部分臭氧存在，在·OH和臭氧分子的共同作用下，水中的难降解有机物被氧化分解，废水得到处理。处理后的出水经出水管5流出，排放或回用。反应塔箱体1顶部的未参加反应的臭氧气体通过回气管9 被输送回至进气管16，再经过增压泵11加压后被重新利用，当反应塔箱体1中的压力增大到一定值后，减压阀8自动打开，将尾气通过尾气管15输送至尾气破坏系统中。反应塔箱体1中的多余臭氧化气体通过管路进入洗气罐18中，臭氧气体与碘化钾发生发应被破坏，重新排放至空气中。尾气处理系统中，当洗气罐18中的KI溶液的色度达到一定值后，色度检测仪24会发出信号，此时洗气罐 18出水口的出水电磁阀20打开，开始排出已被利用的碘化钾溶液，等到液体排空后，出水口的出水电磁阀20关闭，此时进水管6上连接的加药泵21打开，加药泵21开始从KI饱和溶液储备罐中向KI 洗气罐18中补充KI溶液，直至达到原液位后关闭。
本发明针对煤液化生产过程中产生的废水进行了实验验证，通过氧化处理后，煤液化废水的水质得到了有效改善，苯并芘作为典型的多环芳香烃类化合物，其致癌性最强，同时也是煤液化废水中的特征有机污染物，高级氧化技术在去除这类有机物方面效果很好。本装置对在0.5mg/L，1mg/L，1.5mg/L 3种浓度条件下苯并芘的去除方面都表现出很好的效果，当控制流量使废水在氧化装置中的停留时间为1min时，苯并芘初始浓度为1.5mg/L和0.5mg/L 的条件下，废水中苯并芘的去除率分别达到了69％和40％，当停留时间为5min时，三种浓度条件下苯并芘的去除率基本上都接近于 100％，在苯并芘初始浓度为1.5mg/L的条件下，去除效果最好。在 pH值方面，在pH分别在3、7.73和11条件下，苯并芘在15min时都能达到接近100％的去除效果。由此可见，本发明装置有着最好的对难降解有毒有机污染物的氧化分解效果，当废水在氧化装置中的停留时间为15min时，苯并芘的残余量约为0.013ug/l，达到了污水综合排放标准的0.03ug/l。
由于实际工业废水中存在许多难以降解的有机污染物，单独的臭氧难以达到理想的氧化效果，而且由于臭氧在水中的溶解度较低，一般反应器中臭氧与水体的接触时间较短，导致臭氧的利用率较低，大部分臭氧未被利用就被排出，采用本发明后，通过在反应器内设置螺旋隔板2，改变废水在反应器中的流动方式，延长了废水在反应器中的停留时间，提高了臭氧的利用率。同时通过合理配置紫外灯4，使废水在紫外与臭氧的协同作用下产生氧化作用，极大的提高了废水的处理效果。通过将臭氧尾气循环利用，一方面降低成本，另一方面改变反应塔中的臭氧分压，提高了臭氧的溶解度。本装置从根本上解决了臭氧利用率低的问题，降低了废水的处理成本，提高了处理效率。因此，方案的可实施性非常强，有很好的市场应用前景。这种装置将会极大的提高臭氧利用率以及臭氧在水中的溶解度，延长臭氧与废水的接触时间，能实现紫外与臭氧两种工艺的联合处理效应的协同，极大的提高了废水的处理效率，能够适合不同水温条件下的废水处理。
最后应说明的是：对于本领域技术人员而言，显然本申请不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本申请的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本申请。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本申请的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本申请内。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
Claims (10)
1.一种螺旋式高效紫外臭氧催化氧化装置，其特征在于，包括反应塔箱体，所述反应塔箱体内部竖直的设置有紫外灯，所述紫外灯的外部套设有透明套管；
围绕所述透明套管所述反应塔箱体内部还设置有螺旋隔板；
所述反应塔箱体的底部设置有进气口，所述进气口与臭氧供气系统连通，所述臭氧供气系统用于提供臭氧；
所述反应塔箱体的下端通过出水口连通有出水管；
所述反应塔箱体的顶部设置有第一出气口，所述第一出气口通过回气管与所述臭氧供气系统连通；
所述反应塔箱体的上端连通有进水管，所述进水管上设置有冷凝器。
2.根据权利要求1所述的螺旋式高效紫外臭氧催化氧化装置，其特征在于，所述反应塔箱体包括依次连接的圆柱状的塔身部和锥形的塔底部；
所述塔身部的底端设置有微孔布气盘；
所述进气口位于所述塔底部的锥尖处。
3.根据权利要求1所述的螺旋式高效紫外臭氧催化氧化装置，其特征在于，所述反应塔箱体固定在底座上。
4.根据权利要求1所述的螺旋式高效紫外臭氧催化氧化装置，其特征在于，所述臭氧供气系统包括通过进气管依次连通的氧气源、臭氧发生装置和增压泵；
所述回气管与所述进气管连通，且连通处位于所述增压泵之前。
5.根据权利要求4所述的螺旋式高效紫外臭氧催化氧化装置，其特征在于，所述增压泵与所述反应塔箱体之间的管路上设置有止逆阀。
6.根据权利要求1所述的螺旋式高效紫外臭氧催化氧化装置，其特征在于，所述反应塔箱体的顶部还通过尾气管与尾气破坏装置连通，用于破坏未反应的臭氧。
7.根据权利要求6所述的螺旋式高效紫外臭氧催化氧化装置，其特征在于，所述尾气破坏系统包括洗气罐，所述洗气罐与所述反应塔箱体的顶部通过所述尾气管连通；所述尾气管上设置有减压阀；
所述洗气罐的顶部还连通有出气管。
8.根据权利要求7所述的螺旋式高效紫外臭氧催化氧化装置，其特征在于，所述洗气罐的底部设置有出液口；所述出液口的管路上设置有出水电磁阀；
所述洗气罐的内部设置有液位计和色度检测仪。
9.根据权利要求8所述的螺旋式高效紫外臭氧催化氧化装置，其特征在于，所述洗气罐通过管路与加药泵和K1饱和溶液存储罐依次连通。
10.根据权利要求1所述的螺旋式高效紫外臭氧催化氧化装置，其特征在于，所述螺旋隔板的表面涂覆有固体催化剂。
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