CN108467100B - 一种活性炭催化臭氧氧化装置及工业废水的处理工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种活性炭催化臭氧氧化装置及工业废水的处理工艺，该装置包括反应室，所述反应室的底部设有配水孔，上部设有出水口，顶部设有顶板，顶板上开有排气孔；所述反应室内部设有催化反应区，所述催化反应区的底部设有配水滤板，所述配水滤板上固定有纵向且间隔设置的若干个隔板，所述隔板将催化反应区分隔成多个小反应区；每个小反应区内由下至上均依次设有臭氧曝气层、承托层和活性炭层。本发明装置不仅能够均匀布水，防止短流、沟流，还能够使臭氧、催化剂、废水充分接触，强化了活性炭催化臭氧氧化过程中水、气、固三者之间的传质过程和化学反应过程，有利于提高臭氧氧化能力，提高臭氧的利用率，从而提高活性炭催化臭氧氧化效果。

Description

一种活性炭催化臭氧氧化装置及工业废水的处理工艺

技术领域

本发明涉及污水处理技术领域，尤其涉及一种活性炭催化臭氧氧化装置及工业废水的处理工艺。

背景技术

随着工业化的快速发展，工业废水的排放量越来越大，而且成分也越来越复杂，这使得在水处理及水污染治理方面出现了新的技术难题。随着工业废水排放量的不断增加，工业废水中出现了一些生物难降解的或有毒的有机污染物，而该有机污染物由于可生化性差，所以很难利用生物法直接处理并达到预期的目的；与此同时，为了保护环境和人赖以生存的水资源，环境保护和相关部门制订了更严格的标准和法律。在许多情况下，工业废水必需经过三级深度处理才能达到回用或排放标准。

臭氧具有极强的氧化性，可以氧化去除水中难以生物降解的污染物质或有毒有机污染物，提高废水的可生化性；并且，臭氧在水中可短时间内自行分解，没有二次污染，是理想的水处理用绿色氧化剂。近年来，臭氧在水处理领域中得到了广泛地应用。

但是，在单独使用臭氧氧化处理废水的过程中，通常存在一些缺点，例如：臭氧同某些有机物的反应速度慢，臭氧利用效率低以及很多情况下不能将有机物彻底氧化等问题。而催化剂被视为解决上述问题的有效途径，被越来越多的研究者所关注；研究者们进行了大量的小试、中试研究，均表现出较好的催化臭氧氧化效果，但却极少有成功的工程应用报道。这主要是因为：在工程扩大后，臭氧氧化池的布水难以均匀；另外，臭氧、催化剂和废水之间难以充分接触，存在短流、沟流等不利因素。上述因素造成臭氧在催化臭氧氧化过程中的利用率较低，催化剂难以正常发挥催化臭氧的作用，进而使得催化臭氧氧化技术的优势难以在工程扩大中体现出来，同时也导致催化臭氧氧化技术在工业废水的处理中成本偏高，进而限制了催化臭氧氧化技术的工程化应用。

因此，如何改善催化臭氧氧化系统中布水、布气的均匀性，使臭氧、催化剂和废水之间充分接触，进而提高臭氧氧化能力和臭氧的利用率，将是催化臭氧氧化技术实现工程化应用开发的一个重要途径。

发明内容

本发明的目的在于针对催化臭氧氧化技术工程化应用过程中存在的不足，提供一种活性炭催化臭氧氧化装置以及利用该装置处理工业废水的工艺；该装置能够有效改善催化臭氧氧化系统中布水、布气的均匀性，显著提高活性炭催化臭氧氧化过程中臭氧的利用效率和氧化能力；运用该装置处理工业废水能够提高工业废水中难降解污染物的去除效率，有效去除特征污染物，降低工业废水的处理成本。

具体技术方案如下：

一种活性炭催化臭氧氧化装置，包括反应室，所述反应室的底部设有配水孔，上部设有出水口，顶部设有顶板，顶板上开有排气孔；所述反应室的内部设有催化反应区，催化反应区的底部设有配水滤板，配水滤板位于配水孔上方，配水滤板上固定有纵向且间隔设置的若干隔板，所述隔板将催化反应区分隔成多个小反应区；每个小反应区内由下至上均依次设有配水曝气层、承托层和活性炭层。

所述隔板可有效防止短流、沟流现象，从而使臭氧、活性炭、废水充分接触，提高活性炭催化臭氧氧化效果，提高臭氧氧化能力和臭氧的利用率。所述配水滤板与反应室的底部形成配水区，有利于从配水孔进入的废水在该区域内控制流速，以延长废水、催化剂和臭氧之间接触时间。所述隔板上方为清水紊流区，此区域有利于残余臭氧的再利用，提高臭氧的利用效率。所述活性炭层的顶部低于隔板顶部所在的水平面。

进一步地，所述配水曝气层内设有臭氧曝气管和扩散器，所述臭氧曝气管固定在所述配水滤板上。该扩散器为微孔臭氧扩散器，外套半球形孔板罩。更进一步地，所述臭氧曝气管和扩散器的安装密度为2～5个/m²。

进一步地，所述配水滤板上还设有配水滤头，该配水滤头与配水滤板的上表面持平，通过设置配水滤头可保证布水的均匀性。更进一步地，所述配水滤头的安装密度为8～36个/m²，有利于进一步提高活性炭催化臭氧氧化装置内布水的均匀性。

进一步地，所述承托层位于配水曝气层上方，由鹅卵石铺设而成。作为优选，所述承托层的厚度为15～30cm，鹅卵石的直径为1.5～5.0cm。

作为优选，两两隔板之间的间隔为0.5～3.0m。设置合理间距的隔板可改变气流、水流的流动方向，增加流程，有效延长催化剂、废水以及臭氧的接触时间，使活性炭颗粒、废水以及臭氧，水气固三相充分接触。

作为优选，所述的活性炭催化臭氧氧化装置还设有搅拌装置，所述搅拌装置包括贯穿每块隔板的横向转轴以及固定在转轴上的若干组叶轮，叶轮设置于每个小反应区的活性炭层内，所述转轴由电机驱动旋转。搅拌装置的设置可更有效的增加流程，延长活性炭颗粒、废水以及臭氧的接触时间，使活性炭颗粒、废水以及臭氧，水气固三相充分接触。

更优选，所述搅拌装置设有上、下两根转轴，每根转轴上均设有若干组叶轮，每个小反应区内总共设有四组叶轮。

更优选，所述叶轮包括内圈板和固定于内圈板上的若干弧形叶片；弧形叶片在旋转过程中给予活性炭颗粒微动力，使得活性炭颗粒处理流动悬浮状态，剪切气流和水流，使活性炭颗粒与废水和臭氧气流充分接触，提高臭氧的催化氧化效果。

进一步地，所述活性炭催化臭氧氧化装置还设有配水渠、集水渠和出水渠；所述配水渠的顶部设有进水口，底部与所述配水孔连通；所述集水渠的上部与所述出水口连通，底部与出水渠连通；所述出水渠的顶部开口；所述集水渠和出水渠构成U型水封结构；有利于布水均匀性的提高。

作为优选，所述U型水封结构的水深大于0.3m，可以使配水和出水均匀，防止短流现象。

作为优选，所述顶板设为向一侧倾斜的斜坡，斜坡底部设有安装孔，斜坡顶部设有与臭氧尾气破坏装置连接的排气孔，可确保尾气的集中排放和收集。

更优选，所述斜坡的坡度为1.5～5.0‰，既可以使气体向斜坡顶部尾气破坏装置处集聚，也可以保持池顶相对的平整。

本发明还提供了一种利用所述活性炭催化臭氧氧化装置处理工业废水的工艺，包括：工业废水通过配水孔进入反应室后，控制臭氧曝气装置向催化反应区内持续曝气，进行催化反应，反应结束后，从出水口收集出水。

作为优选，催化反应区内，工业废水的流速为2.0～12.0m/h，水力停留时间为30～180min。

作为优选，通过测定进水和出水中COD的含量调控臭氧的曝气量；每去除1mg/LCOD投加0.5～1.5mg/L的臭氧。

对于安装有搅拌装置的活性炭催化臭氧氧化装置，在工业废水通过配水孔进入反应室后，还需开启电机驱动转轴转动，控制转轴速度，如存在上、下转轴时，控制上转轴的旋转速度为10～25r/min，下转轴的旋转速度为5～15r/min。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

(1)本发明活性炭催化臭氧氧化装置在催化反应区内设置配水滤板和隔板，利用隔板将催化反应区分隔成多个小反应区，并在每个小反应区内由下至上设置配水曝气层、承托层和活性炭层；不仅能够均匀布水，防止短流、沟流等不利问题，还能够使臭氧、催化剂、废水充分接触，强化了活性炭催化臭氧氧化过程中水、气、固三者之间的传质过程和化学反应过程，有利于提高臭氧氧化能力，提高臭氧的利用率，从而提高活性炭催化臭氧氧化效果，在工程化应用中体现活性炭催化臭氧氧化技术的优势，降低废水的处理成本，从而有利于活性炭催化臭氧氧化技术的工程化应用。

(2)本发明利用特殊结构的活性炭催化臭氧氧化装置，并配合相应的控制条件，实现了对工业废水中难降解污染物的有效去除，显著降低处理成本，去除效率高。

(3)本发明利用特殊结构的活性炭催化臭氧氧化装置，提高对AOX(可吸收卤化物，Absorbable Organic Halogen)，抗生素等特征性有机物污染物的去除效果。

附图说明

图1为本发明活性炭催化臭氧氧化装置的主视结构示意图。

图2为图1所示活性炭催化臭氧氧化装置中叶轮的结构示意图。

图3为应用例1中进出水COD含量的监测结果。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明活性炭催化臭氧氧化装置进行详细的描述。

如图1所示，一种活性炭催化臭氧氧化装置，包括配水渠1、反应室2、集水渠3和出水渠4；该装置为一体化结构。

其中，配水渠1的顶部设有进水口5，进水管通过进水口5与配水渠1连通；配水渠1的底部与反应室2的配水孔6相通；集水渠3的上部与反应室2的出水口7连通，集水渠3的底部与出水渠4连通；出水渠4的顶部设有开口8，出水管通过开口8与出水渠4连通。

如图1所示，反应室2由下至上依次分为配水区9(净空0.5m)、催化反应区10、清水紊流区11(水深4.2m)和超高安全区12，配水区9的底部设有配水孔6；清水紊流区11的顶部设有出水口7。反应室2的顶部设有顶板13，位于超高安全区上方，顶板13(用于密封，混凝土现浇而成)设为向一侧倾斜的斜坡，坡度为3.0‰；斜坡的坡底部位设有安装孔14(1.5m×1.5m)用于检修通道，斜坡的坡顶部位设有与臭氧尾气破坏装置连接的收集孔15。

催化反应区10的底部固定有混凝土材质的配水滤板16，厚度为100mm，配水滤板16上安装有纵向且间隔设置的若干个隔板17(浇筑而成，间距为2.0m²，高度为1.5m)，隔板17将催化反应区10分隔成多个小反应区。每个小反应区内由下至上均依次设有配水曝气层18、承托层19和活性炭层(活性炭颗粒)20。

配水滤板16上还设有配水滤头，配水滤头与配水滤板16的上表面持平；配水滤头的安装密度为15个/m²。配水曝气层内设有臭氧曝气管和扩散器，臭氧曝气管固定在配水滤板16上，扩散器为微孔臭氧扩散器，外套半径为400mm的半球形孔板罩，；臭氧曝气管和扩散器的安装密度为4个/m²。承托层19位于配水曝气层18上方，由鹅卵石铺设而成；承托层19的厚度为20cm，鹅卵石的直径为4.5cm。活性炭层20由活性炭粉末铺设在承托层上，铺设厚度为1.2m。

如图1和图2所示，催化反应区10内设有搅拌装置，搅拌装置包括贯穿每块隔板的横向转轴21以及固定在转轴上的若干组叶轮22，每组扇形叶轮间隔设置于每个小反应区的活性炭层20内，而且每个小反应区内设有两组叶轮22，转轴21由电机27驱动旋转。叶轮22由内圈板23和固定在内圈板23上的6片弧形叶片24构成，叶轮22通过内圈板23与转轴21固定。所述弧形叶片24由不锈钢框架和固定于框架内的不锈钢叶片组成。搅拌装置设有两根转轴，分别为上转轴和下转轴，每根转轴上设置的叶轮位置均相互对应。

实施例1

利用上述活性炭催化臭氧氧化装置处理某纺织印染工业废水二级生物处理出水，设计处理规模为1500吨/d。该工业废水的进水水质情况如下图3。

具体步骤如下：

通过进水管将工业废水通入配水渠内，工业废水经配水孔进入反应室内，随着工业废水通入量的增加，反应室内水位逐渐升高，直至填满整个反应室。在水位上升至催化反应区后，开始臭氧曝气，并开启电机驱动转轴和叶轮转动，进行活性炭催化臭氧氧化反应，反应后的净水通过出水口进入集水渠内，并通过出水渠进行收集。

控制上述过程中的臭氧投加量为40mg/L，上转轴的转速为15r/min；下转轴的转速为5r/min；催化反应区内，工业废水的流速为0.5m/h，水力停留时间为60min。

由图3可以看出，本发明活性炭催化臭氧氧化装置可显著降低水体中的CODcr，每投加1mg臭氧平均对CODcr的去除效果高达1.3mg，保持高效的COD去除效果。其出水AOX浓度均在0.1mg/L以下，甚至无检出，且变化幅度不大。

实施例2

将实施例1提供的活性炭催化臭氧氧化装置等比例缩小至千分之一，拆除催化反应区内设有的隔板和搅拌装置，利用其相同的纺织印染工业废水二级生物处理出水，设计处理规模为1500L/d。具体步骤如下：

通过进水管将工业废水通入配水渠内，工业废水经配水孔进入反应室内，随着工业废水通入量的增加，反应室内水位逐渐升高，直至填满整个反应室。在水位上升至催化反应区后，开始臭氧曝气，进行活性炭催化臭氧氧化反应，反应后的净水通过出水口进入集水渠内，并通过出水渠进行收集。

控制上述过程中的臭氧投加量为40mg/L，催化反应区内，工业废水的流速为0.5m/h，水力停留时间为60min，出水COD在50～65mg/L范围内波动，每投加1mg臭氧，平均仅可去除0.8mg的CODcr，单位臭氧投加量对COD的去除效果明显降低了。同时对AOX的去除效果也降低了，其出水AOX浓度在0.5mg/L以上，甚至达到1mg/L以上，且变化幅度较大。

Claims (3)

1.一种利用活性炭催化臭氧氧化装置处理工业废水的工艺，其特征在于，包括：工业废水通过配水孔进入反应室后，控制臭氧曝气装置向催化反应区内持续曝气，进行催化反应，反应结束后，从出水口收集出水；

所述催化反应区内，工业废水的水力停留时间为30～180min；通过测定进水和出水中COD的含量调控臭氧的曝气量；每去除1mg/LCOD投加0.5～1.5mg/L的臭氧；

所述活性炭催化臭氧氧化装置，包括反应室，所述反应室的底部设有配水孔，上部设有出水口，顶部设有顶板，顶板上开有排气孔；

所述反应室的内部由下至上设有配水区、催化反应区、清水紊流区和超高安全区，所述催化反应区的底部设有配水滤板，配水滤板位于配水孔上方，配水滤板上固定有纵向且间隔设置的若干隔板，两两隔板之间的间隔为0.5～3.0m；

所述隔板将催化反应区分隔成多个小反应区；每个小反应区内由下至上均依次设有配水曝气层、承托层和活性炭层；

所述反应室的内部还设有搅拌装置，所述搅拌装置包括贯穿每块隔板的横向转轴以及固定在转轴上的若干组叶轮，叶轮设置于每个小反应区的活性炭层内，所述转轴由电机驱动旋转；所述搅拌装置设有上、下两根转轴，每根转轴上均设有若干组叶轮，每个小反应区内总共设有四组叶轮；所述叶轮包括内圈板和固定于内圈板上的若干弧形叶片；控制上转轴的旋转速度为10～25r/min，下转轴的旋转速度为5～15r/min。

2.如权利要求1所述的工艺，其特征在于，还设有配水渠、集水渠和出水渠；所述配水渠的顶部设有进水口，底部与所述配水孔连通；所述集水渠的上部与所述出水口连通，底部与出水渠连通；所述出水渠的顶部开口；所述集水渠和出水渠构成U型水封结构。

3.如权利要求1所述的工艺，其特征在于，所述顶板设为向一侧倾斜的斜坡，斜坡底部设有安装孔，斜坡顶部设有与臭氧尾气破坏装置连接的排气孔。

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