CN108408976A - 一种有机废水臭氧催化氧化处理系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种有机废水臭氧催化氧化处理系统，包括：有机废水处理系统，其为包括原水罐、过滤器、一级反应塔、二级反应塔和产水罐依次连接构成的处理系统；以及臭氧发生与输送系统，作用为产生臭氧，并将臭氧输送入一级反应塔和二级反应塔内，进行有机废水的臭氧催化氧化处理。本发明将水力空化技术、溶气释放技术和臭氧催化氧化技术进行耦合集成，并通过工艺优化，在二级反应塔内的处理过程增设内循环回路，提高了臭氧的利用率，可用来高效、低成本地对含有难降解有机污染物的废水进行处理。

Description

一种有机废水臭氧催化氧化处理系统及方法

技术领域

本发明涉及有机废水处理领域，具体涉及一种有机废水臭氧催化氧化处理系统，以及使用该系统的废水臭氧催化氧化处理方法。

背景技术

近些年，随着我国经济的飞速发展，工业化发展也进入了中后期，但是一些重污染行业，如化工、制药、印染等行业粗放型的发展模式还没有彻底改变，导致大量难降解有机废水的排放。

这些难降解有机废水有毒有害，成分复杂，常有致癌、致畸、致突变的三致作用，一旦进入生态圈后会对人类健康构成严重威胁。随着排放标准要求的日趋严格，现有的以生化处理为主体的水处理工艺已不能满足更高的有机污染物去除率要求。因此，在生化处理工艺的基础上，在生化处理的前处理或者深度处理阶段加入高效的物化处理技术，是目前实现难降解有机废水达标排放的必然趋势。

高级氧化技术是近年来物化水处理技术的研究热点。在高级氧化过程中可以产生具有极强氧化性的羟基自由基，对各种难降解有机污染物均可以非选择地去除。研究较多的高级氧化技术包括臭氧氧化、臭氧催化氧化、芬顿氧化、光催化、湿式氧化、催化湿式氧化、超临界水氧化等。其中，臭氧催化氧化技术以其反应高效、反应条件温和、无二次污染产生的优点，在难降解有机废水领域有着广阔的应用前景，也有研究者做了大量的研究，并取得了一定的成果。但是，大多数的研究还是针对催化剂的研制和优化，而对工艺流程本身的优化研究报道较少。特别是对于在臭氧催化氧化过程中，如何有效提高臭氧利用率鲜有报道。

鉴于此，特提出本发明。

发明内容

本发明的第一目的在于提供一种有机废水臭氧催化氧化处理系统。

本发明的第二目的在于提供使用该系统的废水臭氧催化氧化处理方法。

为实现上述目的，本发明的技术方案如下：

本发明涉及一种有机废水臭氧催化氧化处理系统，包括：

有机废水处理系统，其为包括原水罐、过滤器、一级反应塔、二级反应塔和产水罐依次连接构成的处理系统；以及

臭氧发生与输送系统，用于产生臭氧，并将臭氧输送入所述一级反应塔和二级反应塔内，进行有机废水的臭氧催化氧化处理；

其中，所述原水罐用于注入有机废水，并在原水罐内调节有机废水的pH值；

所述过滤器用于过滤有机废水中的悬浮物；

所述一级反应塔用于对有机废水进行初级臭氧催化氧化处理，除去有机废水中的大部分有机污染物；

所述二级反应塔用于对有机废水进行深化臭氧催化氧化处理，除去有机废水中余下的有机污染物；

所述产水罐用于收集处理完成的有机废水。

优选地，所述处理系统还包括二级处理循环系统，其为包括稳定罐、溶气释放器和二级反应塔依次连接构成的循环系统；从二级反应塔排出的有机废水在所述循环系统内循环流动；

其中，所述臭氧发生与输送系统将产生的臭氧输送入稳定罐；

所述稳定罐用于对从所述二级反应塔排出的有机废水进行加压，使输入的臭氧溶于有机废水中；

所述溶气释放器用于使溶解在有机废水中的臭氧变成气泡排出，与余下的有机污染物进一步反应。

优选地，所述二级处理循环系统为包括循环泵、稳定罐、溶气释放器和二级反应塔依次连接构成的循环系统；从二级反应塔排出的有机废水在所述循环系统内循环流动；

其中，所述臭氧发生与输送系统将产生的臭氧输送入循环泵；

所述循环泵用于使有机废水和臭氧混合，然后将混合的有机废水和臭氧输送入稳定罐；

所述稳定罐用于对从所述二级反应塔排出的有机废水进行加压，使输入的臭氧溶于有机废水中；

所述溶气释放器用于使溶解在有机废水中的臭氧变成气泡排出，与余下的有机污染物进一步反应。

优选地，在所述原水罐的出口和所述过滤器的入口之间设有进水泵，用于将原水罐内积存的有机废水输送到过滤器。

优选地，在所述过滤器的出口和所述一级反应塔的入口之间设有水力空化器，

所述臭氧发生与输送系统将产生的臭氧输送入水力空化器，

所述水力空化器用于产生高温高压，使有机废水和臭氧形成气液混合物，对有机污染物进行裂解。

优选地，所述臭氧发生与输送系统包括相互连接的氧气罐和臭氧发生器，

所述臭氧发生器用于将从氧气罐输出的氧气转化为臭氧，并将臭氧输送入水力空化器、一级反应塔和循环泵。

优选地，所述一级反应塔内设有布水管，用于使从水力空化器输送入的有机废水经过所述布水管，均匀流入所述一级反应塔。

优选地，所述一级反应塔内设有纳米曝气盘，用于使进入有机废水的臭氧均匀扩散到所述一级反应塔内。

优选地，所述系统还包括臭氧尾气破坏器，用于除去臭氧催化氧化处理过程中未反应的臭氧，

所述一级反应塔与所述二级反应塔的顶部通过管路与臭氧尾气破坏器连接。

本发明还涉及一种有机废水臭氧催化氧化处理方法，所述方法采用本发明所述的有机废水臭氧催化氧化处理系统，包括：

有机废水注入原水罐调节pH值后，得到第一有机废水，所述第一有机废水经过进水泵传输进入过滤器，除去悬浮物后得到第二有机废水，

所述第二有机废水经过水力空化器，与臭氧形成气液混合物，在高温高压下有机污染物进行裂解，得到第三有机废水，

所述第三有机废水通过布水管均匀流入一级反应塔内，在臭氧作用下发生纳米曝气，进行初级臭氧催化氧化处理，除去有机废水中的大部分有机污染物，得到第四有机废水，

所述第四有机废水进入二级反应塔内，在二级反应塔的催化反应区进行反应后，得到第五有机废水，所述第五有机废水从二级反应塔输出，经循环泵传输的同时携带臭氧进入稳定罐，所述第五有机废水在稳定罐内经过加压，臭氧大量溶解于其中，得到第六有机废水，所述第六有机废水进入溶气释放器内，臭氧溶出产生大量微小臭氧气泡，得到第七有机废水，所述第七有机废水再次进入二级反应塔内进行深化臭氧催化氧化处理，除去有机废水中余下的有机污染物，

将经过处理的有机废水从二级反应塔输出，送入产水罐进行贮存，臭氧催化氧化处理结束。

本发明的有益效果：

本发明提出了一种有机废水臭氧催化氧化处理系统与方法，该方法将水力空化技术、溶气释放技术和臭氧催化氧化技术进行耦合集成，并通过工艺优化，在二级反应塔内的处理过程增设内循环回路，提高了臭氧的利用率，可用来高效、低成本地对含有难降解有机污染物的废水进行处理。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例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，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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是本发明有机废水臭氧催化氧化处理系统的示意图。

图中1-原水罐；2-进水泵；3-过滤器；4-水力空化器；5-一级反应塔；6-布水管；7-纳米曝气盘；8-二级反应塔；9-溶气释放器；10-稳定罐；11-循环泵；12-产水罐；13-氧气罐；14-臭氧发生器；15-臭氧尾气破坏器。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明的技术方案进行详细的描述。显然，所描述的实施例仅仅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的前提下所得到的所有其它实施方式，都属于本发明所保护的范围。

本发明涉及的有机废水臭氧催化氧化处理系统，包括有机废水处理系统和臭氧发生与输送系统。

有机废水处理系统为包括原水罐、过滤器、一级反应塔、二级反应塔和产水罐依次连接构成的处理系统。工业上产生的有机废水输入原水罐，在该有机废水处理系统内流动，依次经过上述装置完成有机污染物的降解。其中，原水罐用于注入有机废水，并在原水罐内调节有机废水的pH值；过滤器用于过滤有机废水中的悬浮物；一级反应塔用于对有机废水进行初级臭氧催化氧化处理，除去有机废水中的大部分有机污染物；二级反应塔用于对有机废水进行深化臭氧催化氧化处理，除去有机废水中余下的有机污染物；产水罐用于收集处理完成的有机废水。

臭氧发生与输送系统用于产生臭氧，并将臭氧输送入一级反应塔和二级反应塔内，进行有机废水的臭氧催化氧化处理。

在本发明的一个实施例中，二级处理循环系统为包括循环泵、稳定罐、溶气释放器和二级反应塔依次连接构成的循环系统。从二级反应塔排出的有机废水依次经过循环泵、稳定罐、溶气释放器，然后重新回到二级反应塔进行深化臭氧催化氧化处理。

其中，循环泵接受由臭氧发生与输送系统产生的臭氧，用于使有机废水和臭氧混合，然后将混合的有机废水和臭氧输送入稳定罐；稳定罐用于对从二级反应塔排出的有机废水进行加压，使输入的臭氧溶于有机废水中；溶气释放器用于使溶解在有机废水中的臭氧变成气泡排出，与余下的有机污染物进一步反应。也可以不设置循环泵，直接将臭氧输入稳定罐内，采用其它方式为二级处理循环系统提供动力。

在本发明的一个实施例中，在原水罐的出口和过滤器的入口之间设有进水泵，用于将原水罐内积存的有机废水输送到过滤器。

在本发明的一个实施例中，在过滤器的出口和一级反应塔的入口之间设有水力空化器，用于产生高温高压，使有机废水和臭氧形成气液混合物，对有机污染物进行裂解。上述臭氧是由臭氧发生与输送系统提供的。

在本发明的一个实施例中，臭氧发生与输送系统包括相互连接的氧气罐和臭氧发生器。氧气罐用于贮存氧气；臭氧发生器用于将从氧气罐输出的氧气转化为臭氧，并将臭氧输送入水力空化器、一级反应塔和循环泵。

一级反应塔和二级反应塔内均含有催化剂，其主要是利用臭氧在催化剂表面产生更高氧化性的羟基自由基来彻底降解有机物。该方法具有反应完全、速度快、不产生二次污染等优点，同时催化剂的存在可以提高臭氧的氧化能力和利用效率。催化剂还可以加速臭氧在水中的自分解，增加羟基自由基的浓度，提高处理效果。常用的催化剂为在载体上负载锰、钴、镍等金属元素的氧化物。载体可以选自二氧化钛、二氧化硅、三氧化二铁或氧化铝，优选氧化铝，更优选γ-Al₂O₃分子筛。

在本发明的一个实施例中，一级反应塔内设有布水管，用于使从水力空化器输送入的有机废水经过布水管，均匀流入一级反应塔。优选一级反应塔内设有纳米曝气盘，用于使进入有机废水的臭氧均匀扩散到一级反应塔内。

在本发明的一个实施例中，系统还包括臭氧尾气破坏器，用于除去臭氧催化氧化处理过程中未反应的臭氧。一级反应塔与二级反应塔的顶部通过管路与臭氧尾气破坏器连接。

本发明还涉及一种有机废水臭氧催化氧化处理方法，该方法采用本发明的有机废水臭氧催化氧化处理系统，包括：

有机废水注入原水罐调节pH值后，得到第一有机废水，第一有机废水经过进水泵传输进入过滤器，除去悬浮物后得到第二有机废水，第二有机废水经过水力空化器，与臭氧形成气液混合物，在高温高压下有机污染物进行初步降解，得到第三有机废水。第三有机废水通过布水管均匀流入一级反应塔内，在臭氧作用下发生纳米曝气，进行初级臭氧催化氧化处理，除去有机废水中的大部分有机污染物，得到第四有机废水。第四有机废水进入二级反应塔内，在二级反应塔的催化反应区进行反应后，得到第五有机废水。第五有机废水从二级反应塔输出，经循环泵传输的同时携带臭氧进入稳定罐，第五有机废水在稳定罐内经过加压，臭氧大量溶解于其中，得到第六有机废水。第六有机废水进入溶气释放器内，臭氧溶出产生大量微小臭氧气泡，得到第七有机废水。第七有机废水再次进入二级反应塔内进行深化臭氧催化氧化处理，除去有机废水中余下的有机污染物。将经过处理的有机废水从二级反应塔输出，送入产水罐进行贮存，臭氧催化氧化处理结束。

在本发明的一个具体实施例中，可结合图1，对该方法的工艺步骤作进一步说明：

有机废水首先进入原水罐1，可以向原水罐1内加入30％的盐酸和/或30％的碱液，将有机废水的pH值调节至8-8.5。然后有机废水通过进水泵2进入精度为10微米的过滤器3，除去有机废水中的悬浮物。这样一方面降低了后续在一级反应塔5内催化剂的污堵风险，另一方面减少了悬浮物消耗的臭氧量。经过过滤的有机废水进入水力空化器4，在水力空化器4的负压抽吸作用下臭氧被吸入。吸入的臭氧经过空化气核的产生、空泡的生长、空泡的溃灭过程后，与有机废水形成了气液混合物。其中空泡溃灭产生的高温高压直接作用于空泡周围的难降解有机物上，可以将其直接裂解，生成中间产物；同时，高温高压也会作用于臭氧，诱导其产生氧化性极强的羟基自由基，因此水力空化器4对臭氧的利用率优于传统的文丘里管。由水力空化器4输出的气液混合物通过一级反应塔5底部的布水管6进行均匀布水后，进入一级反应塔5。同时臭氧发生器14将臭氧输送给一级反应塔5内的纳米曝气盘7，在纳米曝气盘7产生的微小的臭氧气泡。进入一级反应塔5的有机废水与上述臭氧气泡均匀混合后，进入一级反应塔5中部的催化反应区。在催化反应区内，催化剂诱导产生大量的羟基自由基，作用于部分难降解有机物质和前述水力空化器4产生的中间产物上，将其分解成小分子的有机酸、二氧化碳和水。经一级反应塔5处理的有机废水从一级反应塔5的上部溢流出来，进入二级反应塔8。有机废水从二级反应塔8底部进入后，由下至上再次经过二级反应塔8的催化反应区。在二级反应塔8的顶部，大量的气液混合物被循环泵11抽吸同时携带臭氧进入稳定罐10，经过稳定罐10的加压溶气作用，有机废水进入二级反应塔8底部的溶气释放器9进行降压消能，然后再次进入二级反应塔8，在二级反应塔8内产生大量的极细微小臭氧气泡。在催化剂作用下，这些气泡与残余的难降解有机物质和未被彻底分解的中间产物发生反应，将有机污染物彻底降解。二级反应塔8的内循环设计和溶气释放技术进一步提高了臭氧的利用率。最后，处理完毕的有机废水从二级反应塔8的塔顶溢流出去，进入产水罐12贮存。上述过程中所用臭氧由臭氧发生与输送系统制备得到。具体为氧气罐13将纯氧输送至臭氧发生器14，臭氧发生器14放电生成臭氧。由于本方法对臭氧的利用率较高，一级反应塔5和二级反应塔8产生的臭氧尾气量很少，收集后通过臭氧尾气破坏器15加热分解成氧气即可，不会对环境造成不良影响。因此本发明提供了一种高效、低成本、无二次污染的难降解有机废水臭氧催化氧化处理的方法。

实施例1

利用本发明提供的装置和方法，对某造纸废水的反渗透浓缩液进行了中试处理。处理量为24m³/d，一级反应塔的有效容积为2.85m³，二级反应塔的有效容积为0.65m³，内循环回流比为150-200％，臭氧发生器出口的臭氧浓度110-130mg/L。

原水COD值为430-450mg/L，经一级反应塔进行臭氧催化氧化反应后，出水COD值为130-140mg/L。由一级反应塔出水，经二级反应塔进行臭氧催化氧化反应后，出水COD值降至90-95mg/L，臭氧的消耗量与COD的消解量比值为1.0。

对比例1

在二级反应塔上未设置包括循环泵、稳定罐和溶气释放器的二级处理循环系统，其它设备条件同实施例1。

原水COD值为430-450mg/L，经一级反应塔进行臭氧催化氧化反应后，出水COD值为130-140mg/L。由一级反应塔出水，经二级反应塔进行臭氧催化氧化反应后，出水COD值降至120-110mg/L，臭氧的消耗量与COD的消解量比值为1.2。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种有机废水臭氧催化氧化处理系统，其特征在于，包括：

有机废水处理系统，其为包括原水罐、过滤器、一级反应塔、二级反应塔和产水罐依次连接构成的处理系统；以及

臭氧发生与输送系统，用于产生臭氧，并将臭氧输送入所述一级反应塔和二级反应塔内，进行有机废水的臭氧催化氧化处理；

其中，所述原水罐用于注入有机废水，并在原水罐内调节有机废水的pH值；

所述过滤器用于过滤有机废水中的悬浮物；

所述一级反应塔用于对有机废水进行初级臭氧催化氧化处理，除去有机废水中的大部分有机污染物；

所述二级反应塔用于对有机废水进行深化臭氧催化氧化处理，除去有机废水中余下的有机污染物；

所述产水罐用于收集处理完成的有机废水。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，还包括二级处理循环系统，其为包括稳定罐、溶气释放器和二级反应塔依次连接构成的循环系统；从二级反应塔排出的有机废水在所述循环系统内循环流动；

其中，所述臭氧发生与输送系统将产生的臭氧输送入稳定罐；

所述稳定罐用于对从所述二级反应塔排出的有机废水进行加压，使输入的臭氧溶于有机废水中；

所述溶气释放器用于使溶解在有机废水中的臭氧变成气泡排出，与余下的有机污染物进一步反应。

3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，还包括二级处理循环系统，其为包括循环泵、稳定罐、溶气释放器和二级反应塔依次连接构成的循环系统；从二级反应塔排出的有机废水在所述循环系统内循环流动；

其中，所述臭氧发生与输送系统将产生的臭氧输送入循环泵；

所述循环泵用于使有机废水和臭氧混合，然后将混合的有机废水和臭氧输送入稳定罐；

所述稳定罐用于对从所述二级反应塔排出的有机废水进行加压，使输入的臭氧溶于有机废水中；

所述溶气释放器用于使溶解在有机废水中的臭氧变成气泡排出，与余下的有机污染物进一步反应。

4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，在所述原水罐的出口和所述过滤器的入口之间设有进水泵，用于将原水罐内积存的有机废水输送到过滤器。

5.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，在所述过滤器的出口和所述一级反应塔的入口之间设有水力空化器，

所述臭氧发生与输送系统将产生的臭氧输送入水力空化器，

所述水力空化器用于产生高温高压，使有机废水和臭氧形成气液混合物，对有机污染物进行初步降解。

6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述臭氧发生与输送系统包括相互连接的氧气罐和臭氧发生器，

所述臭氧发生器用于将从氧气罐输出的氧气转化为臭氧，并将臭氧输送入水力空化器、一级反应塔和循环泵。

7.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述一级反应塔内设有布水管，用于使从水力空化器输送入的有机废水经过所述布水管，均匀流入所述一级反应塔。

8.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述一级反应塔内设有纳米曝气盘，用于使进入有机废水的臭氧均匀扩散到所述一级反应塔内。

9.根据权利要求1至8任一项所述的系统，其特征在于，所述系统还包括臭氧尾气破坏器，用于除去臭氧催化氧化处理过程中未反应的臭氧，

所述一级反应塔与所述二级反应塔的顶部通过管路与臭氧尾气破坏器连接。

10.一种有机废水臭氧催化氧化处理方法，其采用权利要求1至9任一项所述的有机废水臭氧催化氧化处理系统，其特征在于，所述方法包括：

有机废水注入原水罐调节pH值后，得到第一有机废水，所述第一有机废水经过进水泵传输进入过滤器，除去悬浮物后得到第二有机废水，

所述第二有机废水经过水力空化器，与臭氧形成气液混合物，在高温高压下有机污染物进行裂解，得到第三有机废水，

所述第三有机废水通过布水管均匀流入一级反应塔内，在臭氧作用下发生纳米曝气，进行初级臭氧催化氧化处理，除去有机废水中的大部分有机污染物，得到第四有机废水，

所述第四有机废水进入二级反应塔内，在二级反应塔的催化反应区进行反应后，得到第五有机废水，所述第五有机废水从二级反应塔输出，经循环泵传输的同时携带臭氧进入稳定罐，并在稳定罐内经过加压，臭氧大量溶解于其中，得到第六有机废水，所述第六有机废水进入溶气释放器内，臭氧溶出产生大量微小臭氧气泡，得到第七有机废水，所述第七有机废水再次进入二级反应塔内进行深化臭氧催化氧化处理，除去有机废水中余下的有机污染物，

将经过处理的有机废水从二级反应塔输出，送入产水罐进行贮存，臭氧催化氧化处理结束。