CN110615521A - 用于处理废水的臭氧催化氧化池 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于处理废水的臭氧催化氧化池，包括池体、臭氧曝气系统以及催化剂填料层，池体内依次间隔设有第一分隔板、第二分隔板以及第三分隔板，以将腔体分隔为废水区、臭氧混合区以及臭氧催化氧化区，臭氧曝气系统安装于臭氧混合区内，臭氧曝气系统的顶面低于第一分隔板的第二端的顶面，臭氧曝气系统的底面高于第二分隔板的第二端的底面，催化剂填料层安装于臭氧催化氧化区并与臭氧催化氧化区连通，催化剂填料层的顶面低于第三分隔板的第二端的顶面，催化剂填料层的底面高于第二分隔板的底面，且催化剂填料层内设有颗粒状的催化剂。其能够保证臭氧与分水充分混合，提高臭氧生成羟基自由基的转化效率，从而提高高级氧化反应的效率。
Description
技术领域
本发明涉及废水处理技术领域，尤其涉及一种用于处理废水的臭氧催化氧化池。
背景技术
近年来，随着经济的快速发展和人们生活水平的不断提高，我国城市工业废水问题也越来越严峻。为改善全国水环境质量，各地方政府相继出台了废水处理厂污染物排放标准。
新排放标准的发布使得现有的废水处理厂面临着提标改造的问题。目前市政废水处理厂的来水中也时常会混入一部分工业废水，使得原水组分比较复杂，难降解有机物含量较高，可生化性较差，这对废水处理厂COD达标造成很大的困难，尤其是水体中难降解的有毒有害有机物含量的增加，增大了对废水处理厂深度处理技术选择的难度，也对废水处理厂的提标改造工作影响很大。据此，需要采用比常规生化处理工艺更有效的处理技术。
近年来，高级氧化技术在废水处理厂的深度处理中的应用越来越多，常用到的技术包括Fenton试剂氧化技术、电催化氧化以及臭氧氧化技术等。
其中，Fenton试剂氧化技术是在酸性条件下利用Fe2+催化H2O2产生氧化性强、无反应选择性的羟基自由基(·OH，氧化还原电位为2.80V)，它能将难降解有机物氧化成二氧化碳、水，或者将有毒有害物质氧化成无害的物质，但该技术的缺点是引入杂盐，反应条件苛刻，运营费用较高。
电催化氧化技术在工程化的应用过程中，尚存在氧化降级效率较低、运行成本偏高的问题。
在这些高级氧化技术中，值得一提的是臭氧氧化技术或臭氧催化氧化技术。臭氧氧化技术也是利用羟基自由基(·OH)去除废水中难降解有机物，由于其无二次污染、氧化效率高、操作简单等优点，已经成为去除废水中高稳定性、难降解有机物的关键技术之一，在废水处理厂提标改造废水深度处理过程中获得了越来越多的青睐。
现有用于废水处理的臭氧催化氧化装置，比如专利申请号为CA201420640029.1所公开的一种废水臭氧催化氧化池装置，其包括臭氧催化氧化池，该臭氧催化氧化池主要包括多级设置的臭氧催化剂流化池、多级设置的臭氧催化剂过滤池和清水池，其中，废水进水管与首级臭氧催化剂流化池的底部相连通，以供废水进入，在该臭氧催化剂流化池的底部位置设有用于臭氧曝气的臭氧曝气盘，该臭氧曝气盘与臭氧进气管相连通，以提供臭氧，在臭氧催化剂流化池的中部位置设有催化剂流化床，该催化剂流化床上设有颗粒状的催化剂，废水和臭氧气体自池底向上流经催化剂流化床进行臭氧催化氧化反应，经该废水臭氧催化氧化池装置处理的废水，废水COD去除效率大于50％，色度去除效率大于80％。
然而，由于上述的废水臭氧催化氧化装置中，将臭氧曝气盘和催化剂流化床设置在同一区域，并没有进行分隔设置，导致臭氧与废水没有充分混合，造成气、液两相传质较差，降低了臭氧的利用率，成本高，同时，由于臭氧与废水在没有充分混合的情况下就与催化剂发生催化氧化反应，导致对废水的催化氧化效率较低，对废水的处理效率较低。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种用于处理废水的臭氧催化氧化池，能够保证臭氧与废水充分混合，提高臭氧利用率，提高废水处理效率，降低成本。
本发明的目的采用如下技术方案实现：
用于处理废水的臭氧催化氧化池，包括：
池体，所述池体为具有腔体的封闭结构，所述池体内依次间隔设有第一分隔板、第二分隔板以及第三分隔板，以将所述腔体分隔为废水区、臭氧混合区以及臭氧催化氧化区，所述池体靠近所述废水区的一端开设有供废水进入的进水口，所述进水口靠近所述废水区的底部设置，所述进水口与所述废水区连通，所述第一分隔板的第一端与所述腔体的底壁连接，所述第一分隔板的第二端与所述腔体的顶壁之间间隔设置并形成第一通道，所述第一通道连通所述废水区与所述臭氧混合区，所述第二分隔板的第一端与所述腔体的顶壁连接，所述第二分隔板的第二端与所述腔体的底壁之间间隔设置并形成第二通道，所述第二通道连通所述臭氧混合区与所述臭氧催化氧化区，所述第三分隔板的第一端与所述腔体的底壁连接，所述第三分隔板的第二端与所述腔体的顶壁之间间隔设置并形成第三通道，所述池体靠近所述臭氧催化氧化区的一端开设有出水口，所述出水口与所述第三通道连通；
臭氧曝气系统，所述臭氧曝气系统用于与臭氧发生器连通，所述臭氧曝气系统安装于所述臭氧混合区内，所述臭氧曝气系统的顶面低于所述第一分隔板的第二端的顶面，所述臭氧曝气系统的底面高于所述第二分隔板的第二端的底面；
催化剂填料层，所述催化剂填料层安装于所述臭氧催化氧化区并与所述臭氧催化氧化区连通，所述催化剂填料层的顶面低于所述第三分隔板的第二端的顶面，所述催化剂填料层的底面高于所述第二分隔板的底面，且所述催化剂填料层内设有颗粒状的固定床催化剂。
进一步地，所述催化剂填料层包括承托滤板，所述承托滤板的底面高于所述第二分隔板的第二端的底面，所述承托滤板、第二分隔板、第三分隔板与所述腔体之间围合形成填料腔，所述填料腔与所述臭氧催化氧化区连通，所述填料腔内根据污水的水质需要填充一定高度的所述颗粒状的固定床催化剂，所述承托滤板上设有若干个均匀分布的长柄滤头，所述长柄滤头连通所述臭氧催化氧化区的底部与所述填料腔。进一步地，所述用于处理废水的臭氧催化氧化池还包括反冲洗系统，所述反冲洗系统用于对所述催化剂填料层进行冲洗，所述反冲洗系统位于所述催化剂填料层的下方，且所述催化剂填料层的顶部还设有排水渠，所述排水渠连通填料腔，所述排水渠低于所述第三分隔板的顶面，所述池体还开设有排水口，所述排水口连通所述排水渠与外界。
进一步地，所述排水渠呈U型。
进一步地，所述反冲洗系统包括水泵和若干反冲洗水管，所述水泵连通水源，若干反冲洗水管的一端均与所述水泵连通，另一端与所述臭氧催化氧化区的底部连通。
进一步地，所述承托滤板为混凝土浇筑板，所述承托滤板上开设有与所述长柄滤头配合的安装孔。
进一步地，所述臭氧混合区设置有至少一个，所述臭氧催化氧化区的数量与所述臭氧混合区的数量一致。
进一步地，所述臭氧曝气系统为微孔曝气器、辐流曝气器或溶气机中的一种或组合。
进一步地，所述催化剂为活性炭负载铁锰催化剂、活化矿渣催化剂、含铁锰化合物陶粒基催化剂三者中的任意一种或组合。
进一步地，所述池体使用混凝土浇筑而成、或者使用不锈钢材料制成。
相比现有技术，本发明的有益效果在于：
通过在池体内依次间隔设置有第一分隔板、第二分隔板以及第三分隔板，将该池体的腔体分隔为废水区、臭氧混合区以及臭氧催化氧化区，而第一分隔板的第一端与腔体的底壁连接，其第二端与腔体的顶壁间隔设置并形成第一通道，第二分隔板的第一端与腔体的顶壁连接，其第二端与腔体的底壁间隔设置并形成第二通道，第三分隔板的第一端与腔体的底壁连接，其第二端与腔体的顶壁间隔设置并形成第三通道，如此，可将废水区、臭氧混合区以及臭氧催化氧化区依次分隔开，并使第一通道与第二通道错位设置，而第二通道与第三通道错位设置，使废水以自下而上、自上而下的方式循环流通，以此达到气液逆向充分接触的目的。由于羟基自由基生成数量取决于催化剂表面积，而且羟基自由基氧化反应没有选择性，所以所述臭氧混合区一方面能够使臭氧直接与水中容易氧化的污染物反应，另一方面使不参与反应的臭氧在混合区充分溶解入废水中准备进行下一步的催化氧化反应，提高了臭氧的利用率，同时提高了废水的处理效率和催化剂的利用效率；
另外，通过合理设置臭氧曝气系统的位置，能够对臭氧起到一定的拦截作用，在一定程度上可避免臭氧扩散至废水区，提高臭氧的利用率，还可避免废水直接流向臭氧催化氧化区，废水、臭氧能够与第二分隔板的凸出部分发生碰撞，起到搅拌的作用，使臭氧更加容易溶解于废水当中，从而可进一步保证臭氧与废水充分混合，提高臭氧的催化氧化效率，从而提高废水的处理效率；
此外，通过合理设置催化剂填料层的位置，可增大臭氧混合区与臭氧催化氧化区之间的间距，从而可使废水与臭氧能够充分混合，同时，还可使溶解有臭氧的废水能够在该催化剂填料层中充分催化氧化后，再流向出水口，使废水的净化效果更好。
附图说明
图1为本发明的用于处理废水的臭氧催化氧化池的A-A立面剖面图；
图2为图1所示的用于处理废水的臭氧催化氧化池的B-B剖面图；
图3为图1所示的用于处理废水的臭氧催化氧化池的C-C剖面图。
图中：1、池体；11、第一分隔板；12、第二分隔板；13、第三分隔板；14、废水区；15、臭氧混合区；16、臭氧催化氧化区；17、进水口；18、出水口；19、排水渠；110、排水口；2、微孔曝气器；3、催化剂填料层；31、催化剂；32、承托滤板；321、长柄滤头。
具体实施方式
下面，结合附图以及具体实施方式，对本发明做进一步描述，需要说明的是，在不相冲突的前提下，以下描述的各实施例之间或各技术特征之间可以任意组合形成新的实施例。
参见图1-图3，示出了本发明一较佳实施例的一种用于处理废水的臭氧催化氧化池，其包括池体1、臭氧曝气系统以及催化剂填料层3。
其中，池体1为具有腔体的封闭结构，如图1所示，该池体1内依次间隔设有第一分隔板11、第二分隔板12以及第三分隔板13，以将腔体分隔为废水区14、臭氧混合区15以及臭氧催化氧化区16，该池体1靠近废水区14的一端开设有供废水进入的进水口17，该进水口17靠近废水区14的底部设置，该进水口17与废水区14连通，以供废水流进该废水区14，继续参见图1，第一分隔板11的第一端与腔体的底壁固定连接，第一分隔板11的第二端与腔体的顶壁之间间隔设置并形成第一通道，该第一通道连通废水区14与臭氧混合区15，如此，可使废水区14与臭氧混合区15分隔开，使得废水由下至上地流向臭氧混合区15，同时，可最大程度地避免臭氧朝向废水区14扩散而提高臭氧的利用率，继续参见图2，第二分隔板12的第一端与腔体的顶壁连接，该第二分隔板12的第二端与腔体的底壁之间间隔设置并形成第二通道，第二通道连通臭氧混合区15与臭氧催化氧化区16，如此，可使臭氧混合区15与臭氧催化氧化区16分隔开，使得臭氧混合区15与臭氧催化氧化区16之间相隔一段距离，增加废水在该段距离内的流通时间，继而使废水能够在该段距离流通的过程中与臭氧充分混合，再通过第二通道由下至上地流向臭氧催化氧化区16，避免了废水未与臭氧充分混合就流向臭氧催化氧化区16，继续参见图1，第三分隔板13的第一端与腔体的底壁连接，该第三分隔板13的第二端与腔体的顶壁之间间隔设置并形成第三通道，池体1靠近臭氧催化氧化区16的一端开设有出水口18，出水口18与第三通道连通，以供经处理后的废水流出该池体1。
具体地，臭氧曝气系统用于与臭氧发生器连通，以为该臭氧曝气系统提供臭氧，如图1以及图2所示，该臭氧曝气系统安装于臭氧混合区15内，该臭氧曝气系统的顶面低于第一分隔板11的第二端的顶面，该臭氧曝气系统的底面高于第二分隔板12的第二端的底面，如此，第一分隔板11凸出于该臭氧曝气系统的部分可对臭氧起到一定的拦截作用，在一定程度上可避免臭氧扩散至废水区14，提高臭氧的利用率，而第二分隔板12凸出于该臭氧曝气系统的部分可对位于该臭氧混合区15内的废水起到拦截作用，避免废水直接流向臭氧催化氧化区16的同时，废水、臭氧能够与该第二分隔板12的凸出部分发生碰撞，起到搅拌的作用，使臭氧更加容易溶解于废水当中，从而可进一步保证臭氧与废水充分混合，提高臭氧的催化氧化效率，从而提高废水的处理效率。
催化剂填料层3安装于臭氧催化氧化区16并与臭氧催化氧化区16连通，以供废水能够自由穿过该催化剂填料层3，该催化剂填料层3的顶面低于第三分隔板13的第二端的顶面，该催化剂填料层3的底面高于第二分隔板12的底面，且催化剂填料层3内设有颗粒状的催化剂31，如此，可增大臭氧混合区15与臭氧催化氧化区16之间的间距，从而可使废水与臭氧能够充分混合，同时，还可使溶解有臭氧的废水能够在该催化剂填料层3中充分催化氧化后，再流向出水口18，使废水的净化效果更好。
继续参见图1，作为优选的实施方式，催化剂填料层3包括承托滤板32，承托滤板32的底面高于第二分隔板12的第二端的底面，承托滤板32、第二分隔板12、第三分隔板13与腔体之间围合形成填料腔，填料腔与臭氧催化氧化区16连通，填料腔内填充有颗粒状的催化剂31，承托滤板32上设有若干个均匀分布的长柄滤头321，长柄滤头321连通臭氧催化氧化区16的底部与填料腔，如此，若干长柄滤头321可对溶解有臭氧的废水起到均匀分配的作用，使溶解有臭氧的废水能够有序地流向填料腔，保证溶解有臭氧的废水能够与催化剂31之间的催化氧化反应更加充分，进一步提高废水的处理效率。
另外，在进行催化氧化反应的过程中，水中的Ca，Mg等硬度离子以及反应产物可能会在催化剂表面析出，导致催化剂填料层3容易板结。因此，该用于处理废水的臭氧催化氧化池还包括反冲洗系统，该反冲洗系统用于对催化剂填料层3进行冲洗，该反冲洗系统位于催化剂填料层3的下方，且催化剂填料层3的顶部还设有排水渠19，该排水渠19连通填料腔，且该排水渠19低于第三分隔板13的顶面，反冲洗时，以供反冲洗水流进该排水渠19，并避免反冲洗水流向直接流向出水口18，从而避免反冲洗水与经净化后的水混合而影响净化水质，池体1还开设有排水口110，排水口110连通排水渠19与外界，以供冲洗催化剂填料层3的废水能够流向外界。通过设置反冲洗系统对催化剂填料层3进行冲洗，冲洗水以自下而上的方式流向该催化剂填料层3，对该催化剂填料层3中的催化剂31起到冲洗的作用，能够冲散催化剂31，避免若干催化剂31之间堆积在一起而阻碍废水的流通，保证设施的连续可靠运行，同时，也可对催化剂31的表面起到清洗的作用，避免催化剂31表面堆积残留物而影响其与溶解有臭氧的废水之间的催化反应，以提高催化氧化效率。
具体地，如图3所示，该排水渠19呈U型，如此，使排水渠19的面积足够大，可降低污水水流阻力。具体地，该反冲洗系统包括水泵和若干反冲洗水管，水泵连通水源，若干反冲洗水管的一端均与水泵连通，另一端与臭氧催化氧化区16的底部连通。
具体地，池体1使用混凝土浇筑而成，承托滤板32为混凝土浇筑板，承托滤板32上开设有与长柄滤头321配合的安装孔。使用混凝土浇筑板的承托滤板32、使用混凝土浇筑而成的池体1可避免腐蚀，能够提高使用寿命，同时，其制作难度低，可降低成本。当然，在本实施例当中，池体1、承托滤板32还可以使用不锈钢材料制成。
作为优选的实施方式，臭氧混合区15设置有至少一个，臭氧催化氧化区16的数量与臭氧混合区15的数量一致。
在本实施例当中，臭氧混合区15设置有至少两个，臭氧混合区15与臭氧催化氧化区16相邻设置，通过设置多级臭氧混合区15和多级臭氧催化氧化区16，可提高废水的处理效率，可进一步提高废水的净化效果。
具体地，臭氧曝气系统为微孔曝气器2、辐流曝气器或溶气机中的一种或组合，该微孔曝气器2上设有多个臭氧通过孔，该臭氧通过孔连通臭氧混合区15与臭氧发生器。
作为优选的实施方式，催化剂31为活性炭复合二氧化锰催化剂、活化矿渣催化剂、含锰化合物陶粒催化剂三者中的任意一种或组合。
上述实施方式仅为本发明的优选实施方式，不能以此来限定本发明保护的范围，本领域的技术人员在本发明的基础上所做的任何非实质性的变化及替换均属于本发明所要求保护的范围。
Claims (10)
1.用于处理废水的臭氧催化氧化池，其特征在于，包括：
池体，所述池体为具有腔体的封闭结构，所述池体内依次间隔设有第一分隔板、第二分隔板以及第三分隔板，以将所述腔体分隔为废水区、臭氧混合区以及臭氧催化氧化区，所述池体靠近所述废水区的一端开设有供废水进入的进水口，所述进水口靠近所述废水区的底部设置，所述进水口与所述废水区连通，所述第一分隔板的第一端与所述腔体的底壁连接，所述第一分隔板的第二端与所述腔体的顶壁之间间隔设置并形成第一通道，所述第一通道连通所述废水区与所述臭氧混合区，所述第二分隔板的第一端与所述腔体的顶壁连接，所述第二分隔板的第二端与所述腔体的底壁之间间隔设置并形成第二通道，所述第二通道连通所述臭氧混合区与所述臭氧催化氧化区，所述第三分隔板的第一端与所述腔体的底壁连接，所述第三分隔板的第二端与所述腔体的顶壁之间间隔设置并形成第三通道，所述池体靠近所述臭氧催化氧化区的一端开设有出水口，所述出水口与所述第三通道连通；
臭氧曝气系统，所述臭氧曝气系统用于与臭氧发生器连通，所述臭氧曝气系统安装于所述臭氧混合区内，所述臭氧曝气系统的顶面低于所述第一分隔板的第二端的顶面，所述臭氧曝气系统的底面高于所述第二分隔板的第二端的底面；
催化剂填料层，所述催化剂填料层安装于所述臭氧催化氧化区并与所述臭氧催化氧化区连通，所述催化剂填料层的顶面低于所述第三分隔板的第二端的顶面，所述催化剂填料层的底面高于所述第二分隔板的底面，且所述催化剂填料层内设有颗粒状的催化剂。
2.如权利要求1所述的用于处理废水的臭氧催化氧化池，其特征在于，所述催化剂填料层包括承托滤板，所述承托滤板的底面高于所述第二分隔板的第二端的底面，所述承托滤板、第二分隔板、第三分隔板与所述腔体之间围合形成填料腔，所述填料腔与所述臭氧催化氧化区连通，所述填料腔内填充有所述颗粒状的催化剂，所述承托滤板上设有若干个均匀分布的长柄滤头，所述长柄滤头连通所述臭氧催化氧化区的底部与所述填料腔。
3.如权利要求2所述的用于处理废水的臭氧催化氧化池，其特征在于，所述用于处理废水的臭氧催化氧化池还包括反冲洗系统，所述反冲洗系统用于对所述催化剂填料层进行冲洗，所述反冲洗系统位于所述催化剂填料层的下方，且所述催化剂填料层的顶部还设有排水渠，所述排水渠连通所述填料腔，所述排水渠低于所述第三分隔板的顶面，所述池体还开设有排水口，所述排水口连通所述排水渠与外界。
4.如权利要求3所述的用于处理废水的臭氧催化氧化池，其特征在于，所述排水渠呈U型。
5.如权利要求3所述的用于处理废水的臭氧催化氧化池，其特征在于，所述反冲洗系统包括水泵和若干反冲洗水管，所述水泵连通水源，若干反冲洗水管的一端均与所述水泵连通，另一端与所述臭氧催化氧化区的底部连通。
6.如权利要求2所述的用于处理废水的臭氧催化氧化池，其特征在于，所述承托滤板为混凝土浇筑板，所述承托滤板上开设有与所述长柄滤头配合的安装孔。
7.如权利要求1所述的用于处理废水的臭氧催化氧化池，其特征在于，所述臭氧混合区设置有至少一个，所述臭氧催化氧化区的数量与所述臭氧混合区的数量一致。
8.如权利要求1所述的用于处理废水的臭氧催化氧化池，其特征在于，所述臭氧曝气系统为微孔曝气器、辐流曝气器或溶气机中的一种或组合。
9.如权利要求1所述的用于处理废水的臭氧催化氧化池，其特征在于，所述催化剂为活性炭负载铁锰催化剂、活化矿渣催化剂、含铁锰化合物陶粒基催化剂三者中的任意一种或组合。
10.如权利要求1所述的用于处理废水的臭氧催化氧化池，其特征在于，所述池体使用混凝土浇筑而成，或使用不锈钢材料制成。
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