CN110589953A - 一种臭氧催化氧化废水处理装置及其处理方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于环保领域，具体地说是一种臭氧催化氧化废水处理装置及其处理方法，处理装置包括进水系统、催化氧化塔、喷淋塔以及臭氧处理系统，利用过氧化氢对废水进行氧化预处理，减轻后续处理单元负荷；利用催化氧化后剩余臭氧对预处理后废水进行喷淋处理，提高臭氧利用率；催化氧化塔内设有性能优异的臭氧催化剂填料层，催化臭氧生成大量强氧化性的羟基自由基，极大增强体系的氧化能力，促进反应效果的提升。本发明具有臭氧利用率高、运行成本低、处理效果好的优点，具有较好的应用前景。

Description

一种臭氧催化氧化废水处理装置及其处理方法

技术领域

本发明属于环保领域，具体地说是一种臭氧催化氧化废水处理装置及其处理方法。

背景技术

随着国家环境标准和行业标准越来越严格，许多原有的废水处理设施难以满足处理要求，尤其是一些化工行业废水可生化性差，二级生化处理后达标困难，因此对废水深度处理技术的研究开发已成为全社会关注的热点问题。

现有的废水深度处理技术主要有活性炭吸附、Fenton(芬顿)氧化、电催化氧化以及膜分离技术等，但都存在不同程度的应用瓶颈。活性炭吸附工艺运行费用较高，容易吸附饱和且不易解吸，并且在使用后很容易被鉴定成危废；Fenton氧化技术处理效果不稳定，且铁泥量大；电催化氧化技术一次性投资较大、极板消耗较快，且运行费用高；膜分离技术投资较大、运行成本高，并且产生的膜法浓水难处理，同样存在较大缺陷。

臭氧催化氧化技术是一种高效的废水深度处理技术，与其它深度处理技术相比，臭氧催化氧化技术应用较为成熟，处理效果较好。其原理是催化剂催化臭氧生成强氧化性的羟基自由基，羟基自由基具有极强的氧化性，可将废水中难生化降解的大分子有机污染物氧化分解成易生化降解的小分子有机物或者是直接氧化分解成水和二氧化碳，因此处理效果十分明显。

臭氧催化氧化技术在广泛应用的同时，也存在着一定程度的缺陷和不足。比如，现有臭氧催化氧化装置普遍存在着臭氧利用率低以及气液传质效果差的现象。因此，有必要对现有臭氧催化氧化装置进行优化，从而提升催化反应效率，强化处理效果。

发明内容

为了解决现有臭氧催化氧化装置普遍存在的臭氧利用率低以及气液传质效果差的问题，本发明的目的在于提供一种臭氧催化氧化废水处理装置及其处理方法。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

本发明的处理装置包括进水系统、喷淋塔、催化氧化塔及臭氧处理系统，其中进水系统包括储水箱、进水泵A及进水泵B，所述喷淋塔分别开设有喷淋塔进水口、喷淋塔排水口、喷淋塔进气口及喷淋塔排气口，该喷淋塔进水口通过进水管道与存放废水的所述储水箱相连，在进水管道上分别安装有进水泵A及管道混合器，并在该进水管道上开设有过氧化氢投加口，所述喷淋塔内设有填料层，在填料层的上方设有与所述喷淋塔进水口连接的喷淋嘴；所述催化氧化塔分别开设有催化氧化塔进水口、催化氧化塔排水口、催化氧化塔进气口及催化氧化塔排气口，该催化氧化塔内部设有填料层，所述喷淋塔排水口通过排水管道与催化氧化塔进水口相连，该排水管道上安装有所述进水泵B，所述臭氧处理系统包括臭氧发生装置及臭氧尾气破坏装置，该臭氧发生装置通过进气管道A与催化氧化塔进气口相连，所述喷淋塔排气口通过排气管道与该臭氧尾气破坏装置相连，所述催化氧化塔排气口通过进气管道B与喷淋塔进气口相连。

其中：所述喷淋塔进水口位于喷淋塔内部填料层的上方，所述喷淋塔进气口位于喷淋塔内部填料层的下方，由喷淋塔进气口进入的催化反应剩余臭氧与由喷淋塔进水口进入的废水逆向接触。

所述喷淋塔进气口位于喷淋塔内部填料层的下方，靠近所述喷淋塔的底部，所述喷淋塔排气口位于喷淋塔内部填料层的上方。

所述喷淋塔内部设置的填料层为鲍尔环填料层。

所述催化氧化塔进水口及催化氧化塔进气口位于催化氧化塔内部设置的填料层的下方，靠近所述催化氧化塔的底部，所述催化氧化塔排水口及催化氧化塔排气口位于催化氧化塔内部设置的填料层的上方。

所述催化氧化塔内部设置的填料层为臭氧催化剂填料层。

所述进水管道、排气管道、进气管道A、排水管道及进气管道B上均设有控制管道开关的阀门。

本发明臭氧催化氧化废水处理装置的处理方法为：包括以下步骤：

步骤一，待处理的废水由储水箱通过进水泵A泵入进水管道，过氧化氢经过氧化氢投加口进入进水管道，废水与过氧化氢在所述进水管道上设置的管道混合器内充分混合，发生氧化反应；

步骤二，所述管道混合器内氧化反应后的废水由喷淋塔进水口进入喷淋塔，再经所述喷淋嘴喷洒到喷淋塔内部；所述喷淋塔内的废水通过进水泵B经喷淋塔排水口、排水管道、催化氧化塔进水口泵入催化氧化塔；

步骤三，臭氧由所述臭氧发生装置产生后经进气管道A、催化氧化塔进气口进入催化氧化塔，臭氧与废水在所述催化氧化塔内的填料层的作用下发生催化氧化反应；反应结束后，废水由所述催化氧化塔排水口排出，催化氧化反应剩余的臭氧经所述催化氧化塔排气口、进气管道B、喷淋塔进气口进入喷淋塔，在所述喷淋塔内的填料层的作用下，氧化反应过程传质得到提升；

步骤四，所述喷淋塔内的臭氧经喷淋塔排气口、排气管道进入臭氧尾气破坏装置。

其中：进入所述喷淋塔的废水由上至下喷洒，由所述喷淋塔进气口进入的臭氧由下至上流动，废水与臭氧逆向接触。

本发明的优点与积极效果为：

本发明具有臭氧利用率高、运行成本低、处理效果好等优点，具有良好的应用前景。具体为：

1.强化传质效率，提高臭氧利用率。本发明的处理装置在喷淋塔内设置了鲍尔环填料层，鲍尔环填料的加入不仅可以提高催化氧化剩余臭氧与废水的氧化传质过程，进而提高废水的处理效果，而且能调高臭氧利用率，臭氧利用率可提高至99％以上。同传统臭氧催化氧化技术相比，该发明具有明显的优越性，具有较好的应用前景。

2.提升工艺稳定性，降低运行成本。本发明处理装置的催化氧化塔内设有性能优异的臭氧催化剂填料层，在臭氧催化剂的作用下，臭氧被氧化分解为强氧化性的羟基自由基，羟基自由基具有氧化能力强的优点，几乎可将所有有机物氧化分解，因此对COD去除效果显著；即使进水COD指标会有波动，但是通过调节臭氧进气量便可保证废水处理效果，因此整个发明工艺的稳定性较强；另外过氧化氢的前端加入以及臭氧尾气的喷淋吸收也会提升废水处理效果，提高臭氧利用率，降低运行成本。

3.多种反应协同耦合，促进处理效果提升。本发明方法处理废水工艺流程为：“过氧化氢预氧化处理+臭氧尾气喷淋处理+臭氧催化氧化处理”。废水首先通过过氧化氢预氧化处理，过氧化氢的加入不仅可以提高废水处理效果，而且能减轻后续单元运行负荷；预氧化处理后废水进入喷淋塔，对催化氧化剩余臭氧进行喷淋吸收，废水处理效果进一步提升；喷淋后废水进入催化氧化塔，臭氧催化剂催化臭氧生成强氧化性的羟基自由基，可大大提高废水COD去除率，处理效果也会明显提高。由此可见，本发明为多种工艺的耦合集成，因此处理效果显著。

附图说明

图1本发明处理装置的结构示意图；

其中：1为储水箱，2为进水泵A，3为过氧化氢投加口，4为管道混合器，5为喷淋塔，6为喷淋塔进水口，7为喷淋嘴，8为鲍尔环填料层，9为喷淋塔进气口，10为喷淋塔排水口，11为进水泵B，12为催化氧化塔，13为催化氧化塔进水口，14为臭氧发生装置，15为催化氧化塔进气口，16为臭氧催化剂填料层，17为催化氧化塔排水口，18为催化氧化塔排气口，19为喷淋塔排气口，20为臭氧尾气破坏装置，21为进水管道，22为排气管道，23为进气管道A，24为排水管道，25为进气管道B。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详述。

如图1所示，本发明的处理装置包括进水系统、喷淋塔5、催化氧化塔12及臭氧处理系统，其中进水系统包括储水箱1、进水泵A2及进水泵B11，喷淋塔5分别开设有喷淋塔进水口6、喷淋塔排水口10、喷淋塔进气口9及喷淋塔排气口19，喷淋塔5内设有填料层；本实施例的喷淋塔5底部设置喷淋塔进气口9以及喷淋塔排水口10，填料层设置在喷淋塔5内的中部，本实施例喷淋塔5内的填料层为鲍尔环填料层8，鲍尔环填料层8的上部设有喷淋嘴7，该喷淋嘴7与喷淋塔进水口6连接；喷淋塔5的上部设有喷淋塔进水口6以及喷淋塔排气口19。喷淋塔进水口6、喷淋塔排气口19位于鲍尔环填料层8的上方，喷淋塔进气口9、喷淋塔排水口10位于鲍尔环填料层8的下方，由喷淋塔进气口9进入的催化反应剩余臭氧与由喷淋塔进水口6进入的废水逆向接触。本实施例的喷淋塔进水口6通过进水管道21与存放废水的储水箱1相连，在进水管道21上分别安装有进水泵A2及管道混合器4，并在该进水管道21上开设有过氧化氢投加口3。

催化氧化塔12分别开设有催化氧化塔进水口13、催化氧化塔排水口17、催化氧化塔进气口15及催化氧化塔排气口18，该催化氧化塔12内部设有填料层；本实施例的催化氧化塔12底部设有催化氧化塔进水口13以及催化氧化塔进气口15，填料层设置在催化氧化塔12内的底部，本实施例催化氧化塔12内的填料层为臭氧催化剂填料层16；催化氧化塔12上部设有催化氧化塔排水口17以及催化氧化塔排气口18。本实施例的喷淋塔排水口10通过排水管道24与催化氧化塔进水口13相连，该排水管道24上安装有进水泵B11。

臭氧处理系统包括臭氧发生装置14及臭氧尾气破坏装置20，该臭氧发生装置14通过进气管道A23与催化氧化塔进气口15相连，喷淋塔排气口19通过排气管道22与该臭氧尾气破坏装置20相连，催化氧化塔排气口18通过进气管道B25与喷淋塔进气口9相连。本实施例的进水管道21、排气管道22、进气管道A23、排水管道24及进气管道B25上均设有控制管道开关的阀门。

本发明的臭氧发生装置14为臭氧发生器，臭氧尾气破坏装置20为现有技术，在此不再赘述。

本发明臭氧催化氧化废水处理装置的处理方法，包括以下步骤：

步骤一，待处理的废水由储水箱1通过进水泵A2泵入进水管道21，过氧化氢经过氧化氢投加口3进入进水管道21(投加过氧化氢与废水的体积比为0.05‰～1‰)，废水与过氧化氢在进水管道21上设置的管道混合器4内充分混合，发生氧化反应；

步骤二，管道混合器4内氧化反应后的废水由喷淋塔进水口6进入喷淋塔5，再经喷淋嘴7喷洒到喷淋塔5内部；喷淋塔5内的废水通过进水泵B11经喷淋塔排水口10、排水管道24、催化氧化塔进水口13泵入催化氧化塔12；

步骤三，臭氧由臭氧发生装置14产生后经进气管道A23、催化氧化塔进气口15进入催化氧化塔12，臭氧与废水在催化氧化塔12内的臭氧催化剂填料层16的作用下发生催化氧化反应；反应结束后，废水由催化氧化塔排水口17排出，催化氧化反应剩余的臭氧经催化氧化塔排气口18、进气管道B25、喷淋塔进气口9进入喷淋塔5，进入喷淋塔5的废水由上至下喷洒，由喷淋塔进气口9进入的臭氧由下至上流动，废水与臭氧逆向接触，在喷淋塔5内的鲍尔环填料层8的作用下，氧化反应过程传质得到提升；

步骤四，喷淋塔5内的臭氧经喷淋塔排气口19、排气管道22进入臭氧尾气破坏装置20。

本发明利用过氧化氢对废水进行氧化预处理，减轻后续处理单元负荷；利用催化氧化后剩余臭氧对预处理后废水进行喷淋处理，提高臭氧利用率；催化氧化塔内设有性能优异的催化剂，催化臭氧生成大量强氧化性的羟基自由基，极大增强体系的氧化能力，促进反应效果的提升。本发明的处理装置具有臭氧利用率高、运行成本低、处理效果好的优点，具有较好的应用前景。

实验例

以某化工企业生化出水为例，对比传统臭氧氧化、一般臭氧催化氧化+过氧化氢氧化以及本发明对废水的处理效果。

传统臭氧氧化对废水处理效果

一般臭氧催化氧化+过氧化氢氧化对废水处理效果

本发明对废水处理效果

由上述三个处理效果，可以看出，本发明的处理方法对废水有更好的处理效果，说明本发明具有较好的应用前景。

Claims (9)

1.一种臭氧催化氧化废水处理装置，其特征在于：包括进水系统、喷淋塔(5)、催化氧化塔(12)及臭氧处理系统，其中进水系统包括储水箱(1)、进水泵A(2)及进水泵B(11)，所述喷淋塔(5)分别开设有喷淋塔进水口(6)、喷淋塔排水口(10)、喷淋塔进气口(9)及喷淋塔排气口(19)，该喷淋塔进水口(6)通过进水管道(21)与存放废水的所述储水箱(1)相连，在进水管道(21)上分别安装有进水泵A(2)及管道混合器(4)，并在该进水管道(21)上开设有过氧化氢投加口(3)，所述喷淋塔(5)内设有填料层，在填料层的上方设有与所述喷淋塔进水口(6)连接的喷淋嘴(7)；所述催化氧化塔(12)分别开设有催化氧化塔进水口(13)、催化氧化塔排水口(17)、催化氧化塔进气口(15)及催化氧化塔排气口(18)，该催化氧化塔(12)内部设有填料层，所述喷淋塔排水口(10)通过排水管道(24)与催化氧化塔进水口(13)相连，该排水管道(24)上安装有所述进水泵B(11)，所述臭氧处理系统包括臭氧发生装置(14)及臭氧尾气破坏装置(20)，该臭氧发生装置(14)通过进气管道A(23)与催化氧化塔进气口(15)相连，所述喷淋塔排气口(19)通过排气管道(22)与该臭氧尾气破坏装置(20)相连，所述催化氧化塔排气口(18)通过进气管道B(25)与喷淋塔进气口(9)相连。

2.根据权利要求1所述的臭氧催化氧化废水处理装置，其特征在于：所述喷淋塔进水口(6)位于喷淋塔(5)内部填料层的上方，所述喷淋塔进气口(9)位于喷淋塔(5)内部填料层的下方，由喷淋塔进气口(9)进入的催化反应剩余臭氧与由喷淋塔进水口(6)进入的废水逆向接触。

3.根据权利要求1所述的臭氧催化氧化废水处理装置，其特征在于：所述喷淋塔进气口(9)位于喷淋塔(5)内部填料层的下方，靠近所述喷淋塔(5)的底部，所述喷淋塔排气口(19)位于喷淋塔(5)内部填料层的上方。

4.根据权利要求1所述的臭氧催化氧化废水处理装置，其特征在于：所述喷淋塔(5)内部设置的填料层为鲍尔环填料层(8)。

5.根据权利要求1所述的臭氧催化氧化废水处理装置，其特征在于：所述催化氧化塔进水口(13)及催化氧化塔进气口(15)位于催化氧化塔(12)内部设置的填料层的下方，靠近所述催化氧化塔(12)的底部，所述催化氧化塔排水口(17)及催化氧化塔排气口(18)位于催化氧化塔(12)内部设置的填料层的上方。

6.根据权利要求1所述的臭氧催化氧化废水处理装置，其特征在于：所述催化氧化塔(12)内部设置的填料层为臭氧催化剂填料层(16)。

7.根据权利要求1所述的臭氧催化氧化废水处理装置，其特征在于：所述进水管道(21)、排气管道(22)、进气管道A(23)、排水管道(24)及进气管道B(25)上均设有控制管道开关的阀门。

8.一种权利要求1至7任一权利要求所述臭氧催化氧化废水处理装置的处理方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤一，待处理的废水由储水箱(1)通过进水泵A(2)泵入进水管道(21)，过氧化氢经过氧化氢投加口(3)进入进水管道(21)，废水与过氧化氢在所述进水管道(21)上设置的管道混合器(4)内充分混合，发生氧化反应；

步骤二，所述管道混合器(4)内氧化反应后的废水由喷淋塔进水口(6)进入喷淋塔(5)，再经所述喷淋嘴(7)喷洒到喷淋塔(5)内部；所述喷淋塔(5)内的废水通过进水泵B(11)经喷淋塔排水口(10)、排水管道(24)、催化氧化塔进水口(13)泵入催化氧化塔(12)；

步骤三，臭氧由所述臭氧发生装置(14)产生后经进气管道A(23)、催化氧化塔进气口(15)进入催化氧化塔(12)，臭氧与废水在所述催化氧化塔(12)内的填料层的作用下发生催化氧化反应；反应结束后，废水由所述催化氧化塔排水口(17)排出，催化氧化反应剩余的臭氧经所述催化氧化塔排气口(18)、进气管道B(25)、喷淋塔进气口(9)进入喷淋塔(5)，在所述喷淋塔(5)内的填料层的作用下，氧化反应过程传质得到提升；

步骤四，所述喷淋塔(5)内的臭氧经喷淋塔排气口(19)、排气管道(22)进入臭氧尾气破坏装置(20)。

9.根据权利要求8所述的处理方法，其特征在于：进入所述喷淋塔(5)的废水由上至下喷洒，由所述喷淋塔进气口(9)进入的臭氧由下至上流动，废水与臭氧逆向接触。