CN109019824B - 一种高效催化氧化有机废水处理系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种高效催化氧化有机废水处理系统，包括集水箱、直接氧化反应池、催化氧化塔、臭氧发生器、溶气泵、混合器和出水箱，经过预处理后的有机废水存于集水箱中，集水箱由废水提升泵与直接氧化反应池的进水口连通，臭氧发生器通过溶气泵与废水混合后经混合器与直接氧化反应池底部的臭氧入口连接；直接氧化反应池的顶部通过催化提升泵与催化氧化塔连接；直接氧化反应池和催化氧化塔均与出水箱连通。本发明的反应系统灵活且适应性强，既能进行序批式处理也能完成连续式处理；可单独采用直接氧化反应池处理易降解有机废水，也可联合催化氧化塔深度处理难降解有机废水，处理效率高，节省运行成本。

Description

一种高效催化氧化有机废水处理系统

技术领域

本发明涉及废水处理技术领域，特别是涉及一种高效催化氧化有机废水处理系统。

背景技术

随着工业技术的迅速发展，有机废水不仅种类增多，污染物浓度高，成分也越来越复杂，特别是难降解有机废水，采用常规生化水处理工艺已无法满足要求。由于臭氧在水中有较高的氧化还原电位(2.07V)，臭氧氧化技术近年来已广泛应用在工业废水深度处理中。对于臭氧无法降解或无法完全降解的有机物，利用臭氧在水中分解所形成的高活性羟基自由基(·OH)对其进行深度氧化，将其转换为小分子化合物、水及二氧化碳，从而达到净化效果，这种工艺被称为“高级氧化工艺”。

臭氧在水中溶解度较低，当气液混合不充分时，传质效率低，使得臭氧损耗量大，且在低剂量和短时间内不能完全氧化污染物，难以达到处理效果。

CN104787941公开了一种高级氧化耦合装置，该装置将臭氧氧化、多维电催化-微电解-Fenton氧化进行耦合集成，采用电催化、Fenton氧化等技术强化氧化效果。CN103274514的专利公开了一种臭氧催化氧化深度处理石化废水的工艺，废水依次流经预氧化塔、催化塔I和催化塔II，塔内尾气接至臭氧破坏器收集处理。CN 104150578公开了一种多级臭氧催化高级氧化水处理装置，该处理装置在底部、中部、上部分别装有不同数量的臭氧投加单元，以及双氧水投加单元，尾气除沫后送至破坏系统。

现有的臭氧催化氧化处理废水工艺中均将重点放在催化工段，未充分发挥臭氧的“直接氧化”功能，而且未强化臭氧的传质，臭氧利用率较低，在催化工段液相中臭氧有效浓度不足，影响催化反应速度和效果，臭氧投加量高，损失大，反应时间长。有的工艺为了保证处理效果连接其他催化氧化技术进行弥补，如电催化、Fenton氧化技术，工艺和装置复杂，药耗、能耗较高，甚至增加了反应副产物(化学污泥等)。或者增加氧化工序和设备，采用多段多级氧化，来强化臭氧的反应能力。再者就是分段加入臭氧，以其他氧化剂补充，工艺调控困难，增加了物料和能量的消耗。

综上所述，目前的臭氧催化氧化技术大多依靠延长氧化处理时间，扩大反应器规模，增加反应循环次数来达到处理效果。或者通入过量的臭氧气体来保证反应效率，大量的未反应臭氧必须增设臭氧破坏装置处理后才能实现废气排放。

发明内容

本发明的目的是提供一种高效催化氧化有机废水处理系统，以解决上述现有技术存在的问题，能够进行更高效率的废水处理，并对废水具有更好的降解处理效果。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：本发明提供一种高效催化氧化有机废水处理系统，包括集水箱、直接氧化反应池、催化氧化塔、臭氧发生器、溶气泵、混合器和出水箱，经过预处理后的有机废水存于所述集水箱中，所述集水箱由废水提升泵与所述直接氧化反应池的进水口连通，所述臭氧发生器通过所述溶气泵与废水混合后经所述混合器与所述直接氧化反应池底部的臭氧入口连接；所述直接氧化反应池的顶部通过催化提升泵与所述催化氧化塔连接；所述直接氧化反应池和催化氧化塔均与所述出水箱连通；直接氧化反应池中的废水可由反应池下端出水口再次进入溶气泵溶入臭氧，以保证直接氧化反应池中充足的臭氧，反复循环至直接氧化出水合格。

优选的，所述直接氧化反应池包括内筒和外筒，所述直接氧化反应池的进水口和臭氧入口均设置在所述内筒的底端，所述内筒顶部与设置在其外侧的外筒连通；所述外筒的底侧开设有与所述溶气泵连接的直接氧化反应池出水口，所述外筒顶侧的溢流口与所述出水箱连接。

优选的，所述内筒中填有用于加强原水与臭氧混合的高效填料。

优选的，所述直接氧化反应池的顶端出气口处装有臭氧浓度计，所述臭氧浓度计与所述臭氧发生器电信号连接。

优选的，所述臭氧发生器与氧气瓶连接。

优选的，所述催化氧化塔的入水口位于塔的底部，塔底均匀布有下端布水系统，塔顶部设有上端集水系统。

优选的，所述催化氧化塔内填有球形催化剂，且塔侧设置有上部催化剂装卸口和下部催化剂装卸口。

优选的，所述催化氧化塔的上下端分别通过上端法兰和下端法兰进行固定。

优选的，所述催化氧化塔顶端的出水口与所述出水箱连接。

优选的，经过所述催化氧化塔处理的废水中未完全矿化的小分子有机物，回流到所述直接氧化反应池中继续进行反应。

本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：

1、采用溶气泵与高效混合器对臭氧气进行两次切割形成微纳米级气泡，气液混合均匀，微纳米气泡上升慢且比表面积大，增加了反应时间与反应接触面积，提高了传质与反应效率。

2、采用内外筒结构的直接氧化反应池，内筒内填有高效填料，为气液混合物提供了丰富的反应界面，大部分易降解的有机物质采用该装置即可达到处理效果。

3、采用溶气泵进行臭氧投加，与直接氧化反应池设有循环回路实现臭氧量的不断补充，保证直接氧化反应池中需要的臭氧量。

4、在反应池顶端设有臭氧浓度计，监控尾气中残余臭氧量，以此实现臭氧投加量的自动控制，减少物料消耗也避免了有害气体的排放。

5、采用催化氧化塔对有机废水进行深度处理，塔顶和底部均设有配水系统，保证料液分散均匀上升，与催化剂充分接触，有效避免塔内短流的发生。

6、反应系统灵活，适应性强，既能序批式处理也能连续式处理；可单独采用直接氧化反应池处理易降解有机废水，也可联合催化氧化塔深度处理难降解有机废水，处理效率高，节省运行成本。

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为有机废水处理系统整体结构示意图；

图2为直接氧化反应池结构示意图；

图3为催化氧化塔结构示意图；

其中，1集水箱；2废水提升泵；3直接氧化反应池；4OHR高效混合器；5溶气泵；6臭氧发生器；7氧气瓶；8出水箱；9催化氧化塔；10催化提升泵；11臭氧浓度计；21外筒；22内筒；23直接氧化反应池进水口；24臭氧入口；25直接氧化反应池出水口；26高效填料；27去催化塔出水口；28溢流口；29臭氧浓度计；30出气口；31催化氧化塔进水口；32下端布水系统；33下端法兰；34下部催化剂装卸口；35催化剂；36上部催化剂装卸口；37上端法兰；38上端集水系统；39催化氧化塔出水口。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，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。

本发明的目的是提供一种高效催化氧化有机废水处理系统，以解决上述现有技术存在的问题，能够进行更高效率的废水处理，并对废水具有更好的降解处理效果。

本发明提供的高效催化氧化有机废水处理系统，包括集水箱、直接氧化反应池、催化氧化塔、臭氧发生器、溶气泵、混合器和出水箱，经过预处理后的有机废水存于集水箱中，集水箱由废水提升泵与直接氧化反应池的进水口连通，臭氧发生器通过溶气泵与废水混合后经混合器与直接氧化反应池底部的臭氧入口连接；直接氧化反应池的顶部通过催化提升泵与催化氧化塔连接；直接氧化反应池和催化氧化塔均与出水箱连通。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

请参考图1-3，其中，图1为有机废水处理系统整体结构示意图；图2为直接氧化反应池结构示意图；图3为催化氧化塔结构示意图。

如图1-3所示，本发明提供一种高效臭氧直接氧化与催化氧化耦合的废水处理系统。

臭氧与有机物的反应分为直接反应与间接反应，臭氧直接反应为快速反应，当能够被臭氧直接氧化的有机物降低到临界浓度后，臭氧分解生成羟基自由基，转入间接反应阶段，此阶段为慢速反应，在此阶段使用不同类型的催化剂以提高间接反应的反应速度。

本发明为提高催化氧化反应的效果，从以下几个方面进行了创新：

1、臭氧直接氧化与臭氧分解反应是一种竞争关系，如果水中仍含有可被臭氧直接氧化的物质时，臭氧就不会分解产生羟基自由基，使催化反应器的效果下降。为此，在催化工段之前设计了高效臭氧直接氧化反应池，此池可采用间歇反应或连续反应的不同工况运行，其目的是彻底降解能够被臭氧直接氧化的物质，其特点是采用纳米气泡充入臭氧，增加了传质和气水混合反应界面，提高了直接氧化速度，出水中含有大量溶解性臭氧，且能达到无含臭氧尾气溢出。

2、非均相臭氧催化氧化速度的限速条件包括外部传质、催化剂内部孔隙扩散以及氧化本身的反应速率，本发明中直接氧化反应池的出水中，含有较高浓度的溶解性臭氧和纳米气泡，可以强化气-液，液-固相之间的传质，并利于臭氧在催化剂内部孔隙的扩散，为催化氧化反应的进行创造了良好的条件。

3、根据pH值对臭氧直接氧化与间接氧化效果的影响不同，为两个反应器创造不同的pH环境，在直接氧化段通过pH调节大量消除羟基自由基的捕获剂，而在催化氧化(间接氧化)段创造利于有机物水解和促进产生羟基自由基的pH条件，极大地提高了催化氧化的效果。

4、对于经过催化氧化未完全矿化但已变成较小分子的有机物，回流到直接氧化池继续进行反应，使系统处理有机物的效果整体提高。

本系统由直接氧化反应池3、循环溶气泵5、OHR高效混合器4、催化氧化塔9、臭氧发生器6、臭氧浓度计29组成。

经过预处理后并调节pH范围至4-10的有机废水存于集水箱1中，由废水提升泵2经过直接氧化反应池进水口23进入直接氧化反应池3的内筒22中。直接氧化反应池3结构由内外筒组成，外筒21与内筒22体积比为2-2.5:1，内筒内填有高效蜂窝或波纹状陶瓷高效填料26，用于加强原水与充臭氧水的混合。

臭氧发生器6与氧气瓶7连接，臭氧由臭氧发生器6以氧气制得，通过溶气泵5以气水比1:10与废水混合，气液混合物通过OHR高效混合器4将其中的小气泡切割成微纳米级气泡，从底部臭氧入口24喷入直接氧化反应池3的内筒22中。微纳米气泡由于体积小上升速度较慢，因此延长了臭氧与废水中有机物的反应时间。此外微纳米气泡还具有较大的比表面积，分散均匀，增加了臭氧与废水的反应接触面积，大大提高了传质与反应效率。对于含易降解污染物的的有机废水，在直接氧化反应池3中即可完成氧化反应(直接氧化反应池3中的废水可由反应池下端出水口再次进入溶气泵5溶入臭氧，以保证直接氧化反应池3中充足的臭氧，反复循环至直接氧化出水达到预期)，处理合格的废水通过溢流口28直接进入出水箱8。含有难降解有机物或在直接氧化反应池3中未达到处理效果的混合气液将从去催化塔出水口27排出由催化提升泵10转入臭氧催化氧化塔9中。

直接氧化反应池3上装有尾气臭氧浓度计29，监控反应剩余臭氧的浓度，并由此控制臭氧发生器6中臭氧发生量，实现臭氧加入量的自动控制，确保尾气中不含臭氧气，不含臭氧的尾气从由出气口30返回生化系统或前段水箱。

废水如果在直接氧化反应池3中氧化合格即进入产水箱，如果不合格则进入催化氧化塔9，催化氧化塔9出水不合格再回流至直接氧化反应池3中再次进行循环反应直至合格。需要进一步处理的废水调节pH为5-11，由催化氧化塔9底部催化氧化塔进水口31进入塔内，塔底均匀布有下端布水系统32(下端布水滤板滤头系统)，以保证入水在塔内均匀上升。塔内填有铝土材料类的球形催化剂35，直径约1-3mm，可通过塔侧上部催化剂装卸口36和下部催化剂装卸口34进行装卸。塔顶部设有上端集水系统38(上端集水滤板滤头系统)，进一步确保富含臭氧的污水与催化剂充分进行接触，消除料液短流的发生。催化塔上下端分别设有上端法兰37和下端法兰33，可根据工艺要求灵活调整内部装置，方便检修。处理合格的废水由上端催化氧化塔出水口39进入出水箱8。

实施例1：

某地受卤代烃污染的地下水处理量为50m³/d，经过预处理工序后，水温25℃左右，pH在4左右，含有氯代烃3.984mg/L，采用本发明的臭氧催化氧化系统进行深度处理。废水以2m³/h的流量进入直接氧化反应池3中，溶气泵5以气水比1:10对循环料液溶入臭氧，直接氧化反应池3的停留时间为40min，出口水的氯代烃浓度为0.448mg/L，去除率为88.75％。料液经催化提升泵10转入催化氧化塔9中进行催化氧化处理，塔内装填有颗径为2-3mm的催化剂，塔内上升流速为3m/h，停留时间为11min。反应结束后出口水的氯代烃浓度为0.0792mg/L，氯代烃去除率为98.01％。

实施例2：

某厂焦化废水回用车间的浓水含有大量难降解物质COD浓度为160-180mg/L，在室温下调至中性以60L/h的流速进入直接氧化反应池3中进行直接氧化反应，溶气泵5以气水比1:10对循环料液溶入臭氧，停留时间为1h。直接氧化池出水COD降为120-130mg/L，出水经由催化提升泵10转入催化氧化塔9进行催化氧化反应，塔内装填有颗径为1-3mm的催化剂，停留时间为13-15min，催化氧化处理结束出水COD降为80mg/L。将出水pH调节为5-7，再次单独进入直接氧化反应池，停留时间30min，出水COD降为40-50mg/L。

本发明中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (8)

1.一种高效催化氧化有机废水处理系统，其特征在于：包括集水箱、直接氧化反应池、催化氧化塔、臭氧发生器、溶气泵、混合器和出水箱，经过预处理后的有机废水存于所述集水箱中，所述集水箱由废水提升泵与所述直接氧化反应池的进水口连通，所述臭氧发生器通过所述溶气泵与废水混合后经所述混合器与所述直接氧化反应池底部的臭氧入口连接；所述直接氧化反应池的顶部通过催化提升泵与所述催化氧化塔连接；所述直接氧化反应池和催化氧化塔均与所述出水箱连通；

直接氧化反应池中的废水可由反应池下端出水口再次进入溶气泵溶入臭氧，以保证直接氧化反应池中充足的臭氧，反复循环至直接氧化达到预期效果；

所述直接氧化反应池包括内筒和外筒，所述直接氧化反应池的进水口和臭氧入口均设置在所述内筒的底端，所述内筒顶部与设置在其外侧的外筒连通；所述外筒的底侧开设有与所述溶气泵连接的直接氧化反应池出水口，所述外筒顶侧的溢流口与所述出水箱连接；

对于含易降解污染物的有机废水，在直接氧化反应池中即可完成氧化反应,直接氧化反应池中的废水可由反应池下端出水口再次进入溶气泵溶入臭氧，以保证直接氧化反应池中充足的臭氧，反复循环至直接氧化出水达到预期，处理合格的废水通过溢流口直接进入出水箱,含有难降解有机物或在直接氧化反应池中未达到处理效果的混合气液将从去催化塔出水口排出由催化提升泵转入臭氧催化氧化塔中。

2.根据权利要求1所述的高效催化氧化有机废水处理系统，其特征在于：所述直接氧化反应池的顶端出气口处装有臭氧浓度计，所述臭氧浓度计与所述臭氧发生器电信号连接。

3.根据权利要求1所述的高效催化氧化有机废水处理系统，其特征在于：所述臭氧发生器与氧气瓶连接。

4.根据权利要求1所述的高效催化氧化有机废水处理系统，其特征在于：所述催化氧化塔的入水口位于塔的底部，塔底均匀布有下端布水系统，塔顶部设有上端集水系统。

5.根据权利要求1所述的高效催化氧化有机废水处理系统，其特征在于：所述催化氧化塔内填有球形催化剂，且塔侧设置有上部催化剂装卸口和下部催化剂装卸口。

6.根据权利要求1所述的高效催化氧化有机废水处理系统，其特征在于：所述催化氧化塔的上下端分别通过上端法兰和下端法兰进行固定。

7.根据权利要求1所述的高效催化氧化有机废水处理系统，其特征在于：所述催化氧化塔顶端的出水口与所述出水箱连接。

8.根据权利要求1所述的高效催化氧化有机废水处理系统，其特征在于：经过所述催化氧化塔处理的废水中未完全矿化的小分子有机物，回流到所述直接氧化反应池中继续进行反应；

经过催化氧化塔处理的废水如仍有未完全矿化但已变成较小分子的有机物，回流到直接氧化反应池进行反应，使系统处理有机物的效果整体提高。

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