CN112125387A - 一种废水的臭氧催化氧化处理装置及工艺 - Google Patents

一种废水的臭氧催化氧化处理装置及工艺 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种废水的臭氧催化氧化处理装置及工艺，属于废水处理领域。该装置包括臭氧发生器、第一级反应器和第二级反应器；第一级反应器内上下布置一级催化剂层、一级曝气盘、二级催化剂层和二级曝气盘；第二级反应器内上下布置紫外灯管和催化剂层；臭氧发生器分别通过臭氧气管与一级曝气盘、二级曝气盘和第二级反应器的底部连通；第一级反应器的顶部连通有进水管，第一级反应器的底部和第二级反应器的底部同时连通出水管，第二级反应器的顶部连通排水管；第一级反应器的顶部和第二级反应器的顶部还连通排气管。通过废水与臭氧逆向流和同向流接触相结合、多点投放臭氧及臭氧催化氧化和光催化氧化协同作用，提高臭氧利用率，改善除污效果。

Description

一种废水的臭氧催化氧化处理装置及工艺
技术领域
本发明属于废水处理领域，涉及一种废水的臭氧催化氧化处理装置及工艺。
背景技术
随着国家环保标准的日益提高以及环境要求日趋严格，废水处理的重要性日益凸显，对处理后废水出水水质要求逐步提高。臭氧具有极强的氧化能力，能氧化大部分无机物和有机物，被用来处理工业废水，能有效去除废水中的有机物，并对脱色、除臭有显著效果。臭氧氧化有机物时有两种方式，一种是臭氧直接氧化，该氧化过程缓慢且有明显选择性；另一种是臭氧被催化分解后产生羟基自由基，间接与水中有机物作用，这一反应相当快，且没有选择性。这两种氧化方式由于其处理效果好、操作简单而得到了较快的发展，不论臭氧氧化或臭氧催化氧化，均有工业化案例在运行。
臭氧氧化或臭氧催化氧化目前主要采用穿孔管或微孔曝气的方式将臭氧通入废水中，由于臭氧在废水中形成的气泡较大，传质效率低，从而导致臭氧利用率低，外排尾气中臭氧含量较高，造成二次污染。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种废水的臭氧催化氧化处理装置及工艺，解决现有技术中臭氧利用率低、废水处理效果差的问题。
为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种废水的臭氧催化氧化处理装置，包括臭氧发生器、第一级反应器和第二级反应器；第一级反应器内从上至下依次间隔设置有一级催化剂层、一级曝气盘、二级催化剂层和二级曝气盘，一级曝气盘和二级曝气盘向上布气；第二级反应器内从上至下依次间隔设置有紫外灯管和催化剂层；臭氧发生器分别通过臭氧气管与一级曝气盘、二级曝气盘和第二级反应器的底部连通；第一级反应器的顶部连通有进水管，第一级反应器的底部连通有出水管，出水管同时与第二级反应器的底部连通，第二级反应器的顶部连通有排水管；第一级反应器的顶部和第二级反应器的顶部还连通有排气管。
进一步，第二级反应器的顶部和底部之间还连通有回流水管，回流水管上设置有循环水泵，以使顶部出水回流至底部。
进一步，通向第二级反应器底部的臭氧气管上设置有文丘里射流器，文丘里射流器与回流水管连通。
进一步，排气管上设置有尾气破坏器。
进一步，一级催化剂层和二级催化剂层的高度分别占第一级反应器的1/6～1/4。
进一步，一级曝气盘距离一级催化剂层底部0.2～0.5m，二级曝气盘距离二级催化剂层底部0.2～0.5m。
进一步，一级曝气盘和二级曝气盘分别有多个曝气头且均匀分布，曝气量比例为1～3：1。
进一步，紫外灯管上下布置有多排，紫外灯管发出的紫外线的有效波长为250～280nm；催化剂层的高度占第二级反应器的1/6～1/4，催化剂层的顶部距离最近一排紫外灯管0.2～0.5m。
一种废水的臭氧催化氧化处理工艺，包括以下步骤：
S1.将待处理的废水从第一级反应器顶部的进水管通入，废水在第一级反应器内自上而下流动；同时臭氧发生器产生的臭氧一部分分别通过相应的臭氧气管进入在第一级反应器内上下布置的一级曝气盘和二级曝气盘，一级曝气盘和二级曝气盘向上布气，先后在对应布置于一级曝气盘上方的一级催化剂层和对应布置于二级曝气盘上方的二级催化剂层的催化作用下，废水与臭氧逆向流接触发生催化氧化反应，去除废水中的污染物；
S2.经第一级反应器处理的废水沿第一级反应器底部的出水管进入第二级反应器的底部，废水在第二级反应器内向上流动；同时臭氧发生器产生的臭氧一部分通过与第二级反应器底部连通的臭氧气管进入，先后在布置于第二级反应器内下层的催化剂层和上层的紫外灯管发出的紫外线的催化作用下，废水与臭氧同向流接触发生催化氧化反应，进一步去除废水中的污染物；处理后的净化水通过第二级反应器顶部的排水管排出；
S3.第一级反应器和第二级反应器内未发生氧化反应的臭氧分别从二者的顶部沿排气管排出。
进一步，进入第二级反应器底部的废水向上流动，经催化氧化处理后，第二级反应器的顶部出水通过回流水管进入设置在通向第二级反应器底部的臭氧气管上的文丘里射流器，在文丘里射流器内与臭氧混合后进入第二级反应器底部，再次经催化氧化处理后，处理后的净化水从第二级反应器顶部的排水管排出。
本发明的有益效果在于：
(1)本发明通过合理的结构布局和组合，根据不同的进水水质，改变气水接触方式和布气方式，废水与臭氧逆向流和同向流接触相结合，臭氧分成多个部分多点投加，以及臭氧与紫外线协同作用，提高臭氧利用率和反应效率，改善废水处理效果。
(2)本发明通过回流水管的布置，实现第二级反应器内催化氧化反应的循环进行，充分利用臭氧，提高废水中污染物降解率。
(3)本发明通过在排气管上设置尾气破坏器，降低尾气中臭氧含量，避免造成二次污染。
本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。
附图说明
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作优选的详细描述，其中：
图1为本发明一种废水的臭氧催化氧化处理装置的布置示意图。
附图标记：臭氧发生器1、进水管2、臭氧气管3、臭氧气管4、臭氧气管5、第一级反应器6、一级催化剂层7、一级曝气盘8、二级催化剂层9、二级曝气盘10、出水管11、回流水管12、循环水泵13、文丘里射流器14、催化剂层15、紫外灯管16、第二级反应器17、排水管18、排气管19、尾气破坏器20。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。
其中，附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本发明的限制；为了更好地说明本发明的实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。
本发明实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本发明的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本发明的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。
请参阅图1，为一种废水的臭氧催化氧化处理装置，包括臭氧发生器1、第一级反应器6和第二级反应器17；第一级反应器6内从上至下依次间隔设置有一级催化剂层7、一级曝气盘8、二级催化剂层9和二级曝气盘10，一级曝气盘8和二级曝气盘10向上布气；第二级反应器17内从上至下依次间隔设置有紫外灯管16和催化剂层15；臭氧发生器1分别通过臭氧气管3、臭氧气管4和臭氧气管5，与一级曝气盘8、二级曝气盘10和第二级反应器17的底部连通；第一级反应器6的顶部连通有进水管2，第一级反应器6的底部连通有出水管11，出水管11同时与第二级反应器17的底部连通，第二级反应器17的顶部连通有排水管18；第一级反应器6的顶部和第二级反应器17的顶部还连通有排气管19。
本实施例中，第二级反应器17的顶部和底部之间还连通有回流水管12，回流水管12上设置有循环水泵13，以使顶部出水回流至底部，实现第二级反应器17内催化氧化反应的循环进行，充分利用臭氧，提高废水中污染物降解率。
通向第二级反应器17底部的臭氧气管，也就是臭氧气管5上设置有文丘里射流器14，文丘里射流器14与回流水管12连通。
排气管19上设置有尾气破坏器20，降低尾气中臭氧含量，避免造成二次污染。
一级催化剂层7和二级催化剂层9的高度分别占第一级反应器6的1/6～1/4。
一级曝气盘8距离一级催化剂层7底部0.2～0.5m，二级曝气盘10距离二级催化剂层9底部0.2～0.5m。
一级曝气盘8和二级曝气盘10分别有多个曝气头且均匀分布，曝气量比例为1～3：1。
紫外灯管16上下布置有多排，紫外灯管16发出的紫外线的有效波长为250～280nm；催化剂层15的高度占第二级反应器17的1/6～1/4，催化剂层15的顶部距离最近一排紫外灯管160.2～0.5m。
应用该处理装置，本实施例还提供一种废水的臭氧催化氧化处理工艺，包括以下步骤：
S1.将待处理的废水经增压泵增压，通过距离第一级反应器6顶部0.2m处的布水装置，沿进水管2将废水均匀分布于第一级反应器6内，废水在第一级反应器6内自上而下流动；同时臭氧发生器1产生的1/2臭氧通过臭氧气管3进入一级曝气盘8，1/4臭氧通过臭氧气管3进入二级曝气盘10，一级曝气盘8和二级曝气盘10向上布气，先后在对应布置于一级曝气盘8上方的一级催化剂层7和对应布置于二级曝气盘10上方的二级催化剂层9的催化作用下，废水与臭氧逆向流接触，臭氧以微小气泡溶于废水中，发生催化氧化反应，去除废水中的污染物；
S2.经第一级反应器6处理的废水沿第一级反应器6底部的出水管11进入第二级反应器17的底部，同时臭氧发生器1产生的1/4臭氧通过臭氧气管5进入文丘里射流器14，通过文丘里射流器14向第二级反应器17底部布气；废水与臭氧向上同向流接触，首先在催化剂层15填装的催化剂作用下，激发产生羟基自由基，在较高的氧化电位的作用下大部分难降解的有机物发生断链反应，形成短链的有机物或直接被氧化至CO2和H2O，以及中间态高活跃产物；接着在臭氧与紫外灯管16产生的紫外线的协同作用下降解废水中的污染物；通过循环水泵13和回流水管12使第二级反应器17的顶部出水在文丘里射流器14里与臭氧混合后返回第二级反应器17底部，与通过出水管11进入第二级反应器17底部的废水混合向上流动，以循环除污；处理后的净化水通过第二级反应器17顶部的排水管18排出；
S3.第一级反应器6和第二级反应器17内未发生氧化反应的臭氧分别从二者的顶部进入排气管19，经尾气破坏器20处理后，排入大气。
通过合理的结构布局和组合，根据不同的进水水质，改变气水接触方式和布气方式，废水与臭氧逆向流和同向流接触相结合，臭氧分成多个部分多点投加，以及臭氧与紫外线协同作用，提高臭氧利用率和反应效率，改善废水处理效果。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (10)

1.一种废水的臭氧催化氧化处理装置，其特征在于：包括臭氧发生器、第一级反应器和第二级反应器；所述第一级反应器内从上至下依次间隔设置有一级催化剂层、一级曝气盘、二级催化剂层和二级曝气盘，一级曝气盘和二级曝气盘向上布气；第二级反应器内从上至下依次间隔设置有紫外灯管和催化剂层；臭氧发生器分别通过臭氧气管与一级曝气盘、二级曝气盘和第二级反应器的底部连通；第一级反应器的顶部连通有进水管，第一级反应器的底部连通有出水管，出水管同时与第二级反应器的底部连通，第二级反应器的顶部连通有排水管；第一级反应器的顶部和第二级反应器的顶部还连通有排气管。
2.根据权利要求1所述的废水的臭氧催化氧化处理装置，其特征在于：所述第二级反应器的顶部和底部之间还连通有回流水管，回流水管上设置有循环水泵，以使顶部出水回流至底部。
3.根据权利要求2所述的废水的臭氧催化氧化处理装置，其特征在于：通向第二级反应器底部的臭氧气管上设置有文丘里射流器，文丘里射流器与回流水管连通。
4.根据权利要求1所述的废水的臭氧催化氧化处理装置，其特征在于：所述排气管上设置有尾气破坏器。
5.根据权利要求1所述的废水的臭氧催化氧化处理装置，其特征在于：所述一级催化剂层和二级催化剂层的高度分别占第一级反应器的1/6～1/4。
6.根据权利要求1所述的废水的臭氧催化氧化处理装置，其特征在于：所述一级曝气盘距离一级催化剂层底部0.2～0.5m，二级曝气盘距离二级催化剂层底部0.2～0.5m。
7.根据权利要求1所述的废水的臭氧催化氧化处理装置，其特征在于：所述一级曝气盘和二级曝气盘分别有多个曝气头且均匀分布，曝气量比例为1～3：1。
8.根据权利要求1所述的废水的臭氧催化氧化处理装置，其特征在于：所述紫外灯管上下布置有多排，紫外灯管发出的紫外线的有效波长为250～280nm；催化剂层的高度占第二级反应器的1/6～1/4，催化剂层的顶部距离最近一排紫外灯管0.2～0.5m。
9.一种废水的臭氧催化氧化处理工艺，其特征在于：包括以下步骤：
S1.将待处理的废水从第一级反应器顶部的进水管通入，废水在第一级反应器内自上而下流动；同时臭氧发生器产生的臭氧一部分分别通过相应的臭氧气管进入在第一级反应器内上下布置的一级曝气盘和二级曝气盘，一级曝气盘和二级曝气盘向上布气，先后在对应布置于一级曝气盘上方的一级催化剂层和对应布置于二级曝气盘上方的二级催化剂层的催化作用下，废水与臭氧逆向流接触发生催化氧化反应，去除废水中的污染物；
S2.经第一级反应器处理的废水沿第一级反应器底部的出水管进入第二级反应器的底部，废水在第二级反应器内向上流动；同时臭氧发生器产生的臭氧一部分通过与第二级反应器底部连通的臭氧气管进入，先后在布置于第二级反应器内下层的催化剂层和上层的紫外灯管发出的紫外线的催化作用下，废水与臭氧同向流接触发生催化氧化反应，进一步去除废水中的污染物；处理后的净化水通过第二级反应器顶部的排水管排出；
S3.第一级反应器和第二级反应器内未发生氧化反应的臭氧分别从二者的顶部沿排气管排出。
10.根据权利要求9所述的废水的臭氧催化氧化处理工艺，其特征在于：进入第二级反应器底部的废水向上流动，经催化氧化处理后，第二级反应器的顶部出水通过回流水管进入设置在通向第二级反应器底部的臭氧气管上的文丘里射流器，在文丘里射流器内与臭氧混合后进入第二级反应器底部，再次经催化氧化处理后，处理后的净化水从第二级反应器顶部的排水管排出。
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