CN205472870U - 一种臭氧催化氧化的装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种臭氧催化氧化的装置。该装置包括接触氧化池、进水管、增压泵、高效溶气射流器、穿孔管布水器、催化剂填料隔板、催化剂填料、臭氧进气管、臭氧尾气进气管、臭氧尾气破坏装置。接触氧化池为多段分流式，污水从底部流入，顶部流出，形成上流式接触氧化反应路线。臭氧经高效溶气射流器与污水充分混合溶解，通过穿孔管布水器分布于反应池底部。反应池底部设有催化剂填料隔板，隔板上为催化剂层。催化剂为金属及金属氧化物负载在多孔载体上的高效负载型催化剂。本实用新型通过污水在接触氧化池里在负载催化剂的催化下与臭氧进行非均相催化反应，大幅度提高臭氧利用效率和氧化效率，降低臭氧投加量，降低运营成本。

Description

一种臭氧催化氧化的装置

技术领域

本实用新型涉及一种臭氧催化氧化的装置，属于污水处理领域。

背景技术

我国污水处理行业经过几十年的发展，已经取得了突飞猛进的成绩。目前设市城市污水处理率已提前完成70%的目标，城市大型污水处理项目已经逐步趋于饱和，但是我国城镇污水实际达标率不超过70%。仍然有很多污水处理项目因为混有工业污水等各种原因不能给正常达标排放，有很多市政污水厂进水标准比较模糊，尤其是在一些二、三线城市及小城镇，由于各种原因，工业废水混合市政污水排入市政污水处理厂。按照生活污水标准设计建设的市政污水处理厂不能完混有工业废水进水的处理任务，造成出水超标。

随着城市发展和环境保护的需要，无论是市政污水处理项目还是工业污水项目，排放标准将会逐步提高，例如北京已经提升至地表水四类水体标准。目前的传统处理工艺不能够满足逐步提高的排放标准，无论是出水超标还是排放标准的提高，需要去除的COD都不高，一般为20-60mg/L左右，而此类的COD基本都是难以被微生物处理的难降解有机物。选择投加药剂或者用活性炭吸附处理，高额的运营成本又是难以承受的。

高级氧化工艺中的臭氧是一种强氧化剂，氧化还原电位为2.07V，是目前通用氧化剂中氧化性最强的氧化剂。其氧化能力是氯的两倍，臭氧氧化法系统设备相对简单，占地面积小，操作维护费用较低，不会产生大量污泥，能有效避免二次污染，而且反应可控程度高，便于实现工业自动化，臭氧高级氧化对臭氧的利用率和有机污染物的降解效率都比较低。臭氧高级氧化工艺，不能彻底断链去除有机物，COD去除率不高，处理有机物具有选择性，应用范围不广泛。臭氧在常温常压下极不稳定，衰减很快，臭氧在水中溶解度不高。臭氧用于污水处理中需要经历从气相到液相的两相之间的传质过程，从气相溶解到水中的臭氧有一部分分解成了氧气，有一部分没能与目标有机物，发生反应，所以造成臭氧高级氧化工艺中臭氧的利用率很低。

实用新型内容

针对现有污水处理技术的不足，本实用新型提供了一种臭氧催化氧化的装置，用于处理低浓度难降解污水处理中的有机物，解决有机物难降解、臭氧利用率低的难题，并且能够适用于多种工艺组合和各类污水处理工程。

本实用新型的技术方案是这样实现的：

一种臭氧催化氧化的装置，包括:

接触氧化池，用于臭氧接触氧化处理污水；

进水管，用于将待处理污水引入所述接触氧化池；

臭氧进气管，用于将臭氧引入所述接触氧化池；

增压泵，用于污水增压，与所述进水管相连；

高效溶气射流器，用于臭氧与增压后污水的充分混合，与所述进水管和臭氧进气管相连；

穿孔管布水器，用于臭氧和污水气液混合液的平均分布，与所述高效溶气射流器相连；

臭氧尾气进气管，用于臭氧尾气回流进气，与所述高效溶气射流器相连；

臭氧尾气破坏装置，用于系统内氧气及残留臭氧的排放，与所述臭氧尾气进气管相连；

催化剂填料隔板，用于承载催化剂填料，位于所述接触氧化池底部；

催化剂填料，用于催化臭氧氧化反应，位于所述接触氧化池内的催化剂填料隔板上。

进一步地，所述接触氧化池设计为多段分流式，污水从反应池底部流入，顶部流出，形成上流式接触氧化反应路线。

进一步地，所述高效溶气射流器进水口与增压泵连接，通过压力使得臭氧与污水充分混合溶解，从反应池底部的布水器均匀进入反应池。

进一步地，所述接触氧化池顶部的尾气排放口通过臭氧尾气进气口与高效溶气射流器相连，通过泵将未溶解反应完全的臭氧重新返回至污水中，实现臭氧的多次投加。

进一步地，所述高效接触池底部设有催化剂填料隔板，所述隔板通过支架固定在所述接触氧化池底部，所述隔板上放置催化剂填料。

进一步地，所述催化剂填料为活性组分负载在多孔载体上的高效负载型催化剂。

进一步地，所述催化剂载体为活性氧化铝、活性炭、沸石、陶粒、分子筛中的一种或多种。

进一步地，所述催化剂活性组分为Cu、Fe、Mn、Zn的金属或金属氧化物中的一种或多种。

进一步地，臭氧发生器产生的气体一般都是是氧气和臭氧的混合气体，臭氧能够被溶解利用，而氧气除了部分溶解外，还有一部分会溢出积累在反应器的顶端，氧气积累后会造成体系压力增高，当体系氧气气压增加到一定程度可以通过臭氧尾气破坏装置排出。

与现有技术相比，本实用新型的工艺优点是：

1、本实用新型一种臭氧催化氧化的装置采用多段分流式接触氧化池，采用臭氧进气管与臭氧尾气进气管的双向进气方式的高效溶气射流器，高效溶气射流器通过增压泵和双进气线路，提高了臭氧溶解率和利用率，接触氧化池顶部未溶解反应充分的臭氧气体通过臭氧尾气排放口、气泵和臭氧尾气进气管再次返回到污水中，实现了臭氧的反复使用，实现了臭氧最大程度的有效利用。

2、高效溶气射流器与穿孔管布水器连接，将溶解了臭氧的污水均匀分布于反应池底部，与反应池底部的催化剂填料充分接触和传质，能够大幅度提高臭氧转移系数和转移效率。

3、采用特殊的高效负载催化剂能够大幅度对污染物及臭氧进行吸附和富集，在催化剂的作用下使臭氧大量分解产生羟基自由基[•HO]从而引发的链反应，此反应还会产生十分活泼的、具有强氧化能力的单原子氧[•O]。臭氧催化氧化技术有效弥补了单纯臭氧氧化对臭氧的利用率和有机污染物降解率较低的不足，金属和金属氧化物催化剂的运用能够大大提高臭氧利用率以及难降解污染物的去除率。

本实用新型能够广泛的用于污水处理领域，尤其是低浓度难降解污水，凡是利用臭氧进行催化氧化处理难降解污水或是预处理去除有机物，都可以采用本实用新型一种臭氧催化氧化的装置。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型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实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型一种臭氧催化氧化的装置的结构示意图；

图中：1.臭氧进气管；2.进水管；3.臭氧尾气进气管；4.高效溶气射流器；5.穿孔管布水器；6.出水管；7.接触氧化池；8.催化剂填料；9.催化剂填料隔板；10.臭氧尾气破坏装置。

具体实施方式

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的实例仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据本实用新型和这些实例获得其他的应用。

如图1所示，本实用新型的一种臭氧催化氧化的装置，包括:

接触氧化池7；

进水管2，设置于接触氧化池7下方，与高效溶气射流器4相连；

臭氧进气管1；

高效溶气射流器4，与进水管2、臭氧进气管1和臭氧尾气进气管3相连；

穿孔管布水器5，与高效溶气射流器4相连；

臭氧尾气进气管3，与高效溶气射流器4相连；

臭氧尾气破坏装置10，设置于接触氧化池7上方；

催化剂填料隔板9，设置于接触氧化池7底部；

催化剂填料8，位于接触氧化池7内的催化剂填料隔板9上。

优选地，所述高效接触氧化池设计为多段分流式，污水从反应池底部流入，顶部流出，形成上流式接触氧化反应路线。

优选地，所述高效溶气射流器进水口与增压泵连接，通过压力使得臭氧与污水充分混合溶解，从反应池底部的布水器均匀进入反应池。

优选地，所述高效接触氧化池顶部的尾气排放口通过臭氧尾气进气口与高效溶气射流器相连，通过泵将未溶解反应完全的臭氧重新返回至污水中，实现臭氧的多次投加。

优选地，所述高效接触池底部设有带孔催化剂填料隔板，所述隔板通过支架固定在所述高效接触氧化池底部，所述隔板上放置催化剂填料。

优选地，所述催化剂填料为活性组分负载在多孔载体上的高效负载型催化剂。

优选地，所述催化剂载体为活性氧化铝、活性炭、沸石、陶粒、分子筛中的一种或多种。

优选地，所述催化剂活性组分为Cu、Fe、Mn、Zn的金属或金属氧化物中的一种或多种。

优选地，臭氧发生器产生的气体一般都是是氧气和臭氧的混合气体，臭氧能够被溶解利用，而氧气除了部分溶解外，还有一部分会溢出积累在反应器的顶端，氧气积累后会造成体系压力增高，当体系氧气气压增加到一定程度可以通过臭氧尾气破坏装置排出。

实施例一：

某污水处理厂原来设计进水为生活污水，现在实际进水大部分为造纸废水。进水可生化性较低，主要难降解污染物为木质素。水厂服务的大部分排放企业都设有企业污水处理站，排水按照城市下水道排放标准，却对BOD没有特别要求，所以导致污水中可生化部分易处理部分大多已经在企业自身的污水处理站处理去除，而流入污水处理厂的污水，虽然COD没有超过下水道排放标准，可是处理难度却远高于下水道排放标准。

进水为某经济开发区各家企业混合废水，水质成分复杂、可生化性极差，个别企业夜间存在偷排现象，会有部分含油、胶体类废水进入生化系统。进水COD平均值为480mg/L，进水最高值为1350mg/L，出水COD平均值为82 mg/L，出水超标，出水最大值为123 mg/L。进水BOD较低，平均值仅为70mg/L，B/C比平均值约为0.15。

采用常规臭氧高级氧化工艺，主要设备包括：臭氧发生器，臭氧气源系统，接触氧化池，臭氧尾气破坏系统等。主要实验数据：接触氧化反应时间1.5h，臭氧投加量为70mg/L，才能使得出水达到一级A排放标准，COD＜50 mg/L，臭氧利用率较低。

采用本实用新型一种臭氧催化氧化的装置，主要实验数据：接触氧化反应时间1h，催化剂填充率为12%，臭氧投加量在30mg/L的情况下，COD平均去除率50.41%，出水完全可以达到一级A排放标准。大大提高了臭氧利用率，降低了57%的臭氧投加量。

实施例二

某污水处理厂处理规模30000m³/天，其工艺流程为：粗格栅—提升泵—细格栅—曝气沉砂池—水解酸化池—A/O池—二沉池—紫外消毒池—出水。工业废水占60%以上，印染废水占工业废水的85%左右，进水可生化性较差，B/C＜0.25。进水COD平均值为298mg/L，最大值为621mg/L，最小值为189mg/L；进水 SS平均值为130mg/L，最大值达到了350mg/L，最低值为50mg/L；进水NH3-N的平均值在12.5mg/L，最大值达到为25mg/L，最小值为5.7mg/L。进水色度较高，高于100倍。出水COD超标，平均值为89mg/L，出水色度超标，平均值为50倍。

采用常规臭氧高级氧化工艺，主要设备包括：臭氧发生器，臭氧气源系统，接触氧化池，臭氧尾气破坏系统等。主要实验数据：接触氧化反应时间1.5h，臭氧投加量为60mg/L，处理后平均出水COD为45mg/L，平均COD去除率48%，出水达到一级A排放标准，出水色度低于20倍，臭氧利用率较低。

采用本实用新型一种臭氧催化氧化的装置，主要实验数据：接触氧化反应时间1h，催化剂填充率为15%，臭氧投加量在30mg/L的情况下，平均出水COD 37mg/L，COD去除率最高可到54%，平均43%。臭氧投加量在20mg/L，平均出水COD46 mg/L，COD平均去除率36%。出水可以达到一级A排放标准，出水色度低于20倍。降低臭氧投加量66%。

实施例三

某工业园区污水处理厂工程总规模40000m³/d，一期设计规模为20000m³/d，主要处理石油、石化、机械加工企业的工业废水，污水处理厂设计日处理规模20000m³/d。工业废水占总进水的比例高达 97.2%，工业废水以石油化工废水为主。污水处理厂工艺流程为：粗格栅—污水提升泵房—细格栅—平流沉砂池—水解酸化池—AAO 生化池—二沉池—二次提升泵房—混凝沉淀池—纤维转盘滤池—紫外消毒池。

水厂目前进水主要有以下问题：（1）进水中生活污水占总进水的比例仅有 2.8%，生活污水比例不足 50%；（2）进水水质超标，且进水含甲苯、二甲苯、挥发酚等有毒有害物质，氯离子含量很高，严重影响生化系统运行。

进水COD平均值为450 mg/L，最大值达到了1350mg/L；进水BOD5平均值为72mg/L，最大值达到了180mg/L；进水 SS平均值为125mg/L，最大值达到了329mg/L；进水氯化物平均值为1900mg/L，最大值达到了3500mg/L。

由于该水厂服务园区企业涉及石油、石化、机械加工等多种行业，水厂进水水质十分复杂，污水经过企业内部污水处理站处理后，易降解有机物已经被优先出去，排入水厂污水中大部分都是难降解污染物。

采用常规芬顿高级氧化工艺，主要设备包括：加药混合池，主体反应池，加减混合池，沉淀池，加药系统等。主要实验数据：加药混合池水力停留时间20min，主体反应池水力停留时间1h，加减混合池水力停留时间20min，沉淀池水力停留时间2h，芬顿药剂投加量为：双氧水投加量300 mg/L，硫酸亚铁275mg/L，硫酸0.2mL/L，氢氧化钠400mg/L。芬顿进水选取水厂二沉池出水，二沉池出水平均COD为135mg/L，芬顿处理后平均出水COD为95mg/L，平均能够去除40 mg/LCOD左右，平均COD去除率为29.6%。由于水厂来水水质不稳定，有一些杂环类芳香类难降解物质可能会和双氧水发生特殊反应，二沉池出水SS较高等原因，芬顿处理后，污水存在COD升高现象。增加药剂投加，COD基本不能继续降低，处理效果较差。

采用常规臭氧高级氧化工艺，主要设备包括：臭氧发生器，臭氧气源系统，接触氧化池，臭氧尾气破坏系统等。主要实验数据：接触氧化反应时间1.5h，臭氧投加量为50-100mg/L，进水选取水厂二沉池出水，二沉池出水平均COD为135mg/L，处理后平均出水COD为120mg/L，由于污水中含有杂环类及长链复杂有机物，臭氧高级氧化存在氧化壁垒，增加臭氧投加量也不能进一步氧化污染物，而且处理后还存在COD升高的现场，处理效果非常差。

采用本实用新型一种臭氧催化氧化的装置，主要实验数据：接触氧化反应时间1h，催化剂填充率为30%，臭氧投加量在30mg/L的情况下，平均出水COD 43mg/L，COD去除率平均值为68%。出水可以达到一级A排放标准。本实用新型对于处理难降解污水，能够有效的打破氧化反应壁垒，氧化分解常规高级氧化技术不能氧化分解的复杂污染物。

本实用新型所述的一种臭氧催化氧化的装置是采用特殊载体催化剂辅助的臭氧高级氧化工艺，产生羟基自由基[•HO]的化学氧化，能大大降低选择性、提高反应速率。原理就是在表面催化剂存在的条件下，利用强氧化剂—O₃在常温常压下催化氧化废水中的有机污染物，或直接氧化有机污染物，或将大分子有机污染物氧化成小分子有机污染物，提高废水的可生化性，较好的去除有机污染物。负载金属或金属氧化物的载体催化剂是由微小结晶和非结晶部分混合组成的复合物，本实用新型采用特殊负载方法将催化剂均匀镀在多孔载体上，并通过高温焙烧等稳定化处理方法处理负载后的催化剂，催化剂浸泡在污水中表面含有大量的酸性或碱性基团。这些酸性或碱性基团的存在特别是羟基、酚羟基的存在，使催化剂不仅具有吸附能力，而且还具有催化能力。臭氧/催化剂协同作用过程中，首先对污染物进行吸附富集，大量臭氧及污染物被富集在催化剂表面及孔洞中，在催化剂的作用下使臭氧分解产生羟基自由基[•HO]从而引发的链反应，此反应还会产生十分活泼的、具有强氧化能力的单原子氧[•O]。臭氧催化氧化技术有效弥补了单纯臭氧氧化对臭氧的利用率和有机污染物降解率较低的不足，金属和金属氧化物催化剂的运用能够大大提高臭氧利用率以及难降解污染物的去除率。

本实用新型所述的接触氧化池又能有效的提高臭氧利用效率，增强COD去除效果。本实用新型所述的一种臭氧催化氧化的装置能够有效的解决低浓度难降解污水的处理问题，并且能够大幅度提高臭氧利用率，减少臭氧投加量，增强COD 去除效果，减小臭氧催化氧化的选择性，拓宽应用范围。

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

Claims (5)

1.一种臭氧催化氧化的装置，包括:

接触氧化池，用于臭氧接触氧化处理污水；

进水管，用于将待处理污水引入所述接触氧化池；

臭氧进气管，用于将臭氧引入所述接触氧化池；

增压泵，用于污水增压，与所述进水管相连；

高效溶气射流器相连，用于臭氧与增压后污水的充分混合，与所述进水管和臭氧进气管相连；

穿孔管布水器，用于臭氧和污水气液混合液的平均分布，与所述高效溶气射流器相连；

臭氧尾气进气管，用于臭氧尾气回流进气，与所述高效溶气射流器相连；

臭氧尾气破坏装置，用于系统内氧气及残留臭氧的排放，与所述臭氧尾气进气管相连；

催化剂填料隔板，用于承载催化剂填料，位于所述接触氧化池底部；

催化剂填料，用于催化臭氧氧化反应，位于所述接触氧化池内的催化剂填料隔板上。

2.根据权利要求1所述的臭氧催化氧化的装置，其特征在于：所述接触氧化池设计为多段分流式，污水从反应池底部流入，顶部流出，形成上流式接触氧化反应路线。

3.根据权利要求1所述的臭氧催化氧化的装置，其特征在于：所述高效溶气射流器进水口与增压泵连接，通过压力使得臭氧与污水充分混合溶解，从反应池底部的布水器均匀进入反应池。

4.根据权利要求1所述的臭氧催化氧化的装置，其特征在于：所述接触氧化池顶部的尾气排放口通过臭氧尾气进气管与高效溶气射流器相连，通过泵将未溶解反应完全的臭氧重新返回至污水中，实现臭氧的多次投加。

5.根据权利要求1所述的臭氧催化氧化的装置，其特征在于：所述高效接触池底部设有催化剂填料隔板，所述催化剂填料隔板为穿孔隔板，所述催化剂填料隔板通过支架固定在所述接触氧化池底部，所述催化剂填料隔板上放置催化剂填料。