CN113429010B - 一种臭氧和活性炭协同深度处理废水的装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种臭氧和活性炭协同深度处理废水的装置和方法，用以解决目前臭氧活性炭处理废水工艺存在着臭氧氧化单元与活性炭吸附单元处理效率低、耗能高、设备占地大、处理成本高、处理效果不好的问题。一种臭氧和活性炭协同深度处理废水的装置，包括臭氧氧化池，臭氧氧化池内从下往上依次设有若干臭氧预氧化反应区Ⅰ、活性炭吸附催化臭氧反应区Ⅱ和臭氧深度氧化反应区Ⅲ，臭氧预氧化反应区Ⅰ和活性炭吸附催化臭氧反应区Ⅱ之间设有穿孔板，所述臭氧深度氧化反应区Ⅲ与臭氧尾气收集及破坏系统相连。本发明提高了臭氧的氧化效率和使用效率，降低了废水深度处理的成本，处理效果好。

Description

一种臭氧和活性炭协同深度处理废水的装置和方法

技术领域

本发明涉及废水处理技术领域，特别是指一种臭氧和活性炭协同深度处理废水的装置和方法。

背景技术

水是生命之源，是地球上一切生态环境存在的基础。然而我国目前水资源问题十分突出，特别在一些地区资源型和水质型水危机已成为社会经济发展的重要制约因素。解决水资源危机的方针应是以水资源的可持续利用支持社会经济的可持续发展。传统开源节流的用水方式无法从根本上解决水资源短缺的问题，开发利用非常规的水资源显得极为重要。城市生活污水再生利用是缓解水资源危机和水资源可持续利用的有效途径，废水的深度处理是实现该过程的关键环节。

臭氧活性炭工艺由于其处理效率高、处理效果好、出水水质稳定，现已被广泛应用到废水的深度处理中。然而，传统的臭氧活性炭工艺中臭氧氧化单元与活性炭吸附单元一般都分开设置，臭氧氧化单元中单独使用臭氧，存在臭氧与有机物反应速率慢、臭氧利用率低、氧化不彻底等问题。实际运行中为了保证处理效果，往往会加大臭氧投加量或者延长水力停留时间，但收益依然不高，还造成处理成本的增加。此外，臭氧氧化单元处理效果差时，会直接导致活性炭吸附饱和周期缩短，增加活性炭的更换频率，同样造成处理成本上升。因此，传统的臭氧活性炭工艺存在着臭氧氧化单元与活性炭吸附单元互相影响、处理成本高、需要及时协调等问题。

发明内容

本发明提出一种臭氧和活性炭协同深度处理废水的装置和方法，解决了目前臭氧活性炭处理废水工艺存在着臭氧氧化单元与活性炭吸附单元互相影响处理效率低、耗能高、设备占地大、处理成本高、处理效果不好的问题。

本发明的技术方案是这样实现的：

一种臭氧和活性炭协同深度处理废水的装置，包括臭氧氧化池，臭氧氧化池内从下往上依次设有若干臭氧预氧化反应区Ⅰ、活性炭吸附催化臭氧反应区Ⅱ和臭氧深度氧化反应区Ⅲ，臭氧预氧化反应区Ⅰ和活性炭吸附催化臭氧反应区Ⅱ之间设有穿孔板，所述臭氧深度氧化反应区Ⅲ与臭氧尾气收集及破坏系统相连。

其中，所述臭氧尾气收集及破坏系统包括装有水的微压水封罐，微压水封罐上设有进气管和出气管，进气管一端伸入水面下，另一端与臭氧尾气收集器相连，出气管一端设在水面上，另一端与储媒式尾气吸收装置相连。

其中，臭氧预氧化反应区Ⅰ包括臭氧发生器，臭氧发生器通过管道与臭氧配气系统相连，臭氧配气系统的出气口设有臭氧投加扩散系统，臭氧投加扩散系统的上端设有进水布水系统。

其中，所述活性炭吸附催化臭氧反应区Ⅱ内装填有若干活性炭，且底部设有反洗布水系统。

其中，所述臭氧深度氧化反应区Ⅲ包括臭氧单独氧化区，臭氧单独氧化区上方设有若干出水堰，出水堰的上方设有若干臭氧尾气收集器，臭氧尾气收集器与臭氧尾气收集及破坏系统相连。

其中，还包括反洗水池，反洗水池包括反洗清水池和反洗废水池，所述反洗布水系统一端通过反洗水泵与反洗清水池相连，另一端与反洗废水池相连。

其中，臭氧配气系统包括若干条管道，每条管道均上设有第一流量仪，第一流量仪的两侧设有阀门，所述臭氧配气系统和臭氧发生器之间的管道上还设有第二流量仪。

其中，一种臭氧和活性炭协同深度处理废水的装置的使用方法，包括以下步骤：

S1，首先向进水布水系统内布废水，同时打开臭氧发生器；

S2，臭氧发生器产生的气体经臭氧投加扩散系统进入臭氧预氧化反应区Ⅰ，同时废水也进入臭氧预氧化反应区Ⅰ内，气体与气水混合物依次通过臭氧预氧化反应区Ⅰ、活性炭吸附催化臭氧反应区Ⅱ和臭氧深度氧化反应区Ⅲ，处理过的水经出水堰而出；

S3，打开臭氧尾气收集器和臭氧尾气收集及破坏系统，压水封罐与臭氧氧化池之间形成微压环境，加强臭氧与臭氧氧化池的反应，以及处理多余臭氧尾气；

S4，若需清洗滤料，则打开反洗布水系统进行清洗。

有益效果

本发明设计合理、安装方便，将臭氧氧化单元与活性炭吸附单元进行组合，充分利用了活性炭的催化性能和吸附性能，相对于单一使用臭氧来说，提高了臭氧的氧化效率和使用效率，降低了臭氧氧化技术应用于废水深度处理的成本，处理效果好，可以在城市污水处理厂提标改造或回用水的深度处理中推广使用；设置微压水封罐，由于进气管伸入水面下，出气管在水面上，在微压水封罐与臭氧氧化池之间形成微压环境，对臭氧形成正水封作用，使臭氧深度氧化反应区Ⅲ上部的臭氧尾气产生一定的正压，提高臭氧的溶解度和传质效率，促进臭氧在活性炭内部的氧化效率，加强臭氧与臭氧氧化池之间的反应，，提高臭氧利用率，进而降低了处理成本；设置反洗系统，可以清理过滤层滤料上的杂质，提高滤料的使用寿命，降低成本；设置若干流量仪和阀门，可以对臭氧输出量进行精确控制，避免浪费。

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，下面将对实施例或现有技术描述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为本发明的结构示意图。

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付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。

实施例1

如图1所示，一种臭氧和活性炭协同深度处理废水的装置，包括臭氧氧化池2，臭氧氧化池2内从下往上依次设有若干臭氧预氧化反应区Ⅰ17、活性炭吸附催化臭氧反应区Ⅱ18和臭氧深度氧化反应区Ⅲ19，臭氧预氧化反应区Ⅰ17和活性炭吸附催化臭氧反应区Ⅱ18之间设有穿孔板6，臭氧预氧化反应区Ⅰ17包括臭氧发生器16，臭氧发生器16通过管道与臭氧配气系统3相连，臭氧配气系统3的出气口设有臭氧投加扩散系统4，臭氧投加扩散系统4的上端设有进水布水系统5，所述活性炭吸附催化臭氧反应区Ⅱ18内装填有若干活性炭20，且底部设有反洗布水系统7，所述臭氧深度氧化反应区Ⅲ19包括臭氧单独氧化区27，臭氧单独氧化区27上方设有若干出水堰9，出水堰9的上方设有若干臭氧尾气收集器11，臭氧尾气收集器11与臭氧尾气收集及破坏系统10相连。

本实施例中活性炭20为粒径4～6mm的柱状活性炭。

本实施例工作过程：首先待处理的废水经进水布水系统5均匀向臭氧预氧化反应区Ⅰ17内布水，同时臭氧发生器16产生的气体通过臭氧投加扩散系统4均与投加进废水中，臭氧气体与废水在臭氧预氧化反应区Ⅰ17内进行初步的预接触氧化反应，易降解的污染物首先去除，同时一些大分子污染物转化为小分子污染物；接着气水混合物通过穿孔板6进入活性炭吸附催化臭氧反应区Ⅱ18，臭氧气体在活性炭20的催化作用下产生氧化能力更强的羟基自由基(·OH)，臭氧氧化效率显著提高，活性炭20的吸附作用也会使污染物形成亲和性的表面螯合物，更有利于与臭氧发生氧化反应，进一步促进了臭氧的利用，难降解污染物得到有效去除；最后气水混合物进入臭氧深度氧化反应区Ⅲ19，未反应的臭氧气体与剩余的小分子难降解污染物继续反应，污染物得到最大化去除，处理过的废水经出水堰9排出。

实施例2

优选的，所述臭氧尾气收集及破坏系统10包括装有水的微压水封罐12，微压水封罐12一端通过进气管24与臭氧尾气收集器11相连，且进气管24伸入水面下，另一端通过出气管25与储媒式尾气吸收装置13相连，且出气管25设在水面上。

出气管25上还设有除雾器26。

臭氧尾气经臭氧尾气收集器11收集后排放至微压水封罐12，微压水封罐12对臭氧形成正水封作用，在微压水封罐12与臭氧氧化池2之间形成微压环境，使得活性炭吸附催化臭氧反应区Ⅱ18和臭氧深度氧化反应区Ⅲ19内形成一定的压力，提高臭氧的溶解度和传质效率，促进臭氧在活性炭内部的氧化效率，加强臭氧与臭氧氧化池2之间的反应，促进臭氧在活性炭吸附催化作用下的氧化能力，然后多余的臭氧尾气经过除雾器26及触媒式尾气吸收装置13处理后排放。

本实施例其他结构与实施例1相同。

实施例3

优选的，还包括反洗水池1，反洗水池1包括反洗清水池14和反洗废水池15，所述反洗布水系统7一端通过反洗水泵8与反洗清水池14相连，另一端与反洗废水池15相连。

设置反洗系统，可以清理过滤层滤料上的杂质，提高滤料的使用寿命，降低成本。

本实施例其他结构与实施例1相同。

实施例4

优选的，臭氧配气系统3包括若干条管道，每条管道均上设有第一流量仪22，第一流量仪22的两侧设有阀门23，所述臭氧配气系统3和臭氧发生器16之间的管道上还设有第二流量仪21。

设置若干流量仪和阀门23，可以对臭氧输出量进行精确控制，避免浪费。

本实施例其他结构与实施例1相同。

实施例5

优选的，一种臭氧和活性炭协同深度处理废水的装置的使用方法，包括以下步骤：

S1，首先向进水布水系统5内布废水，同时打开臭氧发生器16；

S2，臭氧发生器16产生的气体经臭氧投加扩散系统4进入臭氧预氧化反应区Ⅰ17，同时废水也进入臭氧预氧化反应区Ⅰ17内，气水混合物依次通过臭氧预氧化反应区Ⅰ17、活性炭吸附催化臭氧反应区Ⅱ18和臭氧深度氧化反应区Ⅲ19，处理过的水经出水堰9而出；

S3，打开臭氧尾气收集器11和臭氧尾气收集及破坏系统10，压水封罐12与臭氧氧化池2之间形成微压环境，加强臭氧与臭氧氧化池2的反应，以及处理多余臭氧尾气；

S4，若需清洗滤料，则打开反洗布水系统7进行清洗。

如表1和表2所示，使用本实施例1～4所述的装置处理污水时，时间每增加10分钟，污水的COD去除率(％)依次为32、43、46、50、54、59；当臭氧投加量(mg/min)固定且依次为16、22、26、33，使用本实施例1～4所述的装置处理污水时，污水的COD去除率(％)依次为20、38、45、50；

如表1和表2所示，使用对比例的装置(只使用臭氧)处理污水时，时间每增加10分钟，污水的COD去除率(％)依次为14、22、25、31、35、40；当臭氧投加量(mg/min)固定且依次为16、22、26、33，使用对比例装置(只使用臭氧)处理污水时，污水的COD去除率(％)依次为18、22、35、40；

本实施例1～4所述的装置相对于对比例的装置(只使用臭氧)而言，本提高了臭氧的使用和氧化效率，降低了处理污水的成本，且在相同的时间或臭氧投加量条件下，本发明装置的处理效果更好。

表1

表2

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种臭氧和活性炭协同深度处理废水的装置，包括臭氧氧化池（2），其特征在于：臭氧氧化池（2）内从下往上依次设有若干臭氧预氧化反应区Ⅰ（17）、活性炭吸附催化臭氧反应区Ⅱ（18）和臭氧深度氧化反应区Ⅲ（19），臭氧预氧化反应区Ⅰ（17）和活性炭吸附催化臭氧反应区Ⅱ（18）之间设有穿孔板（6），所述臭氧深度氧化反应区Ⅲ（19）与臭氧尾气收集及破坏系统（10）相连；

所述臭氧尾气收集及破坏系统（10）包括装有水的微压水封罐（12），微压水封罐（12）上设有进气管（24）和出气管（25），进气管（24）一端伸入水面下，另一端与臭氧尾气收集器（11）相连，出气管（25）一端设在水面上，另一端与储媒式尾气吸收装置（13）相连；

所述活性炭吸附催化臭氧反应区Ⅱ（18）内装填有若干活性炭（20），且底部设有反洗布水系统（7），活性炭（20）为粒径4~6mm的柱状活性炭。

2.根据权利要求1所述的一种臭氧和活性炭协同深度处理废水的装置，其特征在于：臭氧预氧化反应区Ⅰ（17）包括臭氧发生器（16），臭氧发生器（16）通过管道与臭氧配气系统（3）相连，臭氧配气系统（3）的出气口设有臭氧投加扩散系统（4），臭氧投加扩散系统（4）的上端设有进水布水系统（5）。

3.根据权利要求1所述的一种臭氧和活性炭协同深度处理废水的装置，其特征在于：所述臭氧深度氧化反应区Ⅲ（19）包括臭氧单独氧化区（27），臭氧单独氧化区（27）上方设有若干出水堰（9），出水堰（9）的上方设有若干臭氧尾气收集器（11），臭氧尾气收集器（11）与臭氧尾气收集及破坏系统（10）相连。

4.根据权利要求1所述的一种臭氧和活性炭协同深度处理废水的装置，其特征在于：还包括反洗水池（1），反洗水池（1）包括反洗清水池（14）和反洗废水池（15），所述反洗布水系统（7）一端通过反洗水泵（8）与反洗清水池（14）相连，另一端与反洗废水池（15）相连。

5.根据权利要求2所述的一种臭氧和活性炭协同深度处理废水的装置，其特征在于：臭氧配气系统（3）包括若干条管道，每条管道均上设有第一流量仪（22），第一流量仪（22）的两侧设有阀门（23），所述臭氧配气系统（3）和臭氧发生器（16）之间的管道上还设有第二流量仪（21）。

6.权利要求1~5之一所述的一种臭氧和活性炭协同深度处理废水的装置的使用方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1，首先向进水布水系统（5）内布废水，同时打开臭氧发生器（16）；

S2，臭氧发生器（16）产生的气体经臭氧投加扩散系统（4）进入臭氧预氧化反应区Ⅰ（17），同时废水也进入臭氧预氧化反应区Ⅰ（17）内，气体与废水混合产生的气水混合物依次通过臭氧预氧化反应区Ⅰ（17）、活性炭吸附催化臭氧反应区Ⅱ（18）和臭氧深度氧化反应区Ⅲ（19），处理过的水经出水堰（9）而出；

S3，打开臭氧尾气收集器（11）和臭氧尾气收集及破坏系统（10），收集并处理臭氧尾气；

S4，若需清洗滤料，则打开反洗布水系统（7）进行清洗。