CN209583740U - 一种臭氧高级氧化实验设备 - Google Patents
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Abstract
提供了一种臭氧高级氧化实验设备，包括：进气系统，包括产生臭氧的臭氧发生器、对臭氧发生器产生的臭氧进行分析的第一分析器、调节臭氧的流量的流量控制器，臭氧发生器连接到第一分析器和流量控制器；反应系统，包括连接起来的反应器和缓冲罐，使得反应器和缓冲罐中的流体循环流动，从臭氧发生器产生的臭氧被输送至反应器，以与反应器中的原水进行反应；出气系统，包括相互连接起来的消泡器和第二分析器，消泡器连接到反应器的出口，用于消除从反应器的出口排出的气体中的泡沫，并将经消泡的气体输送至第二分析器，用于对与原水反应后的气体进行分析；数据采集装置，分别与第一分析器和第二分析器连接，用于比较第一分析器和第二分析器的分析结果。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种臭氧高级氧化实验设备。
背景技术
高级氧化技术是一项新兴起的水处理技术，通常指在一定的环境温度和压力下通过产生具有高氧化性的羟基自由基OH·氧化降解有机污染物的处理方法。该技术的关键点在于通过加入各种氧化剂和/或催化剂等途径激发产生高活性的羟基自由基，根据氧化剂的不同，高级氧化技术一般包含臭氧相关法，芬顿试剂法。
臭氧高级氧化技术以其氧化能力强，反应速度快，不产生污泥和二次污染，能够提高原水的可生化性等优点，是近年来工业污水处理领域的研究热点。工业废水中通常含有一定的有毒、有害以及难以被微生物利用的物质，传统的生物方法已经不能满足其处理需求，臭氧高级氧化技术可以将这些物质氧化为小分子的有机酸、醛等，提高废水的可生化性以及有机物的去除率。目前常用的臭氧高级氧化技术有：纯臭氧高级氧化、臭氧双氧水高级氧化、臭氧催化氧化等。
纯臭氧氧化目前已经广泛用于各种水处理领域及其它工业应用领域。溶解的臭氧通过两种方式发挥作用：直接氧化，臭氧分子直接与水中的污染物发生反应；间接-自由基氧化，因臭氧分子中的氧自由基的不稳定性，溶解到水中后生成羟基自由基(·OH)，羟基自由基与污染物发生反应。不但有机物和非有机物可被臭氧氧化，也包括微生物，如病毒，细菌和真菌类(消毒)，但是纯臭氧氧化技术存在选择性大，水中利用率低，臭氧用量大，运行成本高等缺点。
在单一臭氧氧化基础上发展起来的“高级氧化技术”(AOP)，其主要特点是以羟基自由基(·OH)为主要氧化剂与有机物发生反应，反应中的有机自由基可以继续参加羟基自由基的链式反应，或者通过生成有机过氧化物自由基后，进一步发生氧化分解反应直至降解为最终产物CO2和H2O，从而达到分解有机物的目的。臭氧/双氧水氧化工艺便是利用H2O2加速臭氧分解产生羟基自由基，通过羟基自由基与有机物发生反应，反应方程式如下：
H2O2+2O3→2·OH+3O2
臭氧催化氧化工艺是在纯臭氧氧化工艺的基础上，通过结合催化剂，促进大量羟基自由基或新的强氧化物的产生，提高臭氧利用率，降低臭氧投加量。臭氧催化氧化可分为两类：一是利用溶液中金属(离子)的均相臭氧催化氧化；二是利用固态金属、金属氧化物或负载在载体上的金属或金属氧化物的非均相臭氧催化氧化。催化剂不但可以吸附有机物，而且还直接与臭氧发生氧化还原反应，产生的氧化态金属和羟基自由基可以直接氧化有机物。
将臭氧高级氧化应用于难降解工业废水一般需要进行实验室小试，以便评价降解效果以及寻找最佳工艺条件。目前的臭氧高级氧化实验装置，通常只能实现单一某一种臭氧氧化工艺，若要对目标废水考察多种臭氧相关工艺，例如纯臭氧氧化，臭氧/双氧水氧化，催化臭氧氧化等，需要准备至少三套甚至多套装置及配套设备，大部分的小试装置自动化程度较低，且该类装置由于反应器小，密闭性差等原因，臭氧在水中利用率远低于实际工业应用中的利用率，难以有效的评价工业废水的可处理性及为工程设计参数提供准确参考。
实用新型内容
本实用新型提供了一种臭氧高级氧化实验设备，其特征在于，所述臭氧高级氧化实验设备包括：进气系统，包括用于产生臭氧的臭氧发生器、用于对臭氧发生器产生的臭氧进行分析的第一分析器、用于调节臭氧的流量的流量控制器，臭氧发生器连接到第一分析器和流量控制器；反应系统，包括相互连接起来的反应器和缓冲罐，使得反应器和缓冲罐中的流体可以循环流动，从臭氧发生器产生的臭氧被输送至反应器，以与反应器中的原水进行反应；出气系统，包括相互连接起来的消泡器和第二分析器，消泡器连接到反应器的出口，用于消除从反应器的出口排出的气体中的泡沫，并将经消泡的气体输送至第二分析器，用于对与原水反应后的气体进行分析；数据采集装置，分别与第一分析器和第二分析器连接，用于比较第一分析器和第二分析器的分析结果，从而确定臭氧转化到原水中的浓度。
优选地，反应器具有取样孔，用于根据预定时间对反应器中的流体进行取样，从而分析被取样流体的化学需氧量。
优选地，pH探针插入缓冲罐中，并连接到pH控制器，所述pH控制器又连接数据采集装置，从而能够根据规定时间测量并存储缓冲罐中水样的pH。
优选地，所述臭氧高级氧化实验设备还包括药剂投放系统，药剂投放系统包括药剂储存罐、药剂投放泵和位于缓冲罐的药剂投放口。
优选地，所述反应器具有可拆卸连接起来的第一部分和第二部分，第二部分能够容纳催化剂固定床。
优选地，所述臭氧发生器经由第一流量调节阀与第一分析器连接。
优选地，所述臭氧发生器还连接到旁路阀，以便通过旁路阀辅助调节臭氧的流量。
优选地，所述臭氧发生器通过第二流量调节阀和流量计连接到流量控制器，以便输送预定流量的臭氧至流量控制器。
优选地，流量控制器和反应器之间设置有控制阀，以便控制向反应器输送臭氧。
优选地，所述出气系统还包括位于消泡器和第二分析器之间的预处理器，以对与原水反应后的气体进行预处理。
优选地，所述第一分析器还连接到第一残余臭氧破坏器。
优选地，所述旁路阀还连接第二残余臭氧破坏器。
附图说明
下面结合附图详细描述的本实用新型的优选实施方式中，本实用新型的优点和目的可以得到更好地理解。为了在附图中更好地显示各部件的关系，附图并非按比例绘制。附图中:
图1示出根据本实用新型的臭氧高级氧化实验设备的示意图。
具体实施方式
将参照附图详细描述根据本实用新型的各个实施例。这里，需要注意的是，在附图中，将相同的附图标记赋予基本上具有相同或类似结构和功能的组成部分，并且将省略关于它们的重复描述。术语“依次包括A、B、C等”仅指示所包括的部件A、B、C等的排列顺序，并不排除在A和B之间和/或B和C之间包括其它部件的可能性。
本说明书的附图为示意图，辅助说明本实用新型的构思，示意性地表示各部分的形状及其相互关系。
图1示出根据本实用新型的臭氧高级氧化实验设备的示意图。臭氧高级氧化实验设备包括进气系统、反应系统和出气系统。进气系统包括臭氧发生器7、第一分析器6和流量控制器10。臭氧发生器7与第一分析器3通过第一流量调节阀25连接起来，第一分析器3分析由臭氧发生器7产生的臭氧的初始成分。臭氧发生器7和流量控制器10之间设置有流量计9和第二流量调节阀21，第二流量调节阀用于调节从臭氧发生器7到流量计9的臭氧的流量，流量计9用于显示臭氧的流量。流量计9连接到流量控制器10。臭氧发生器7还连接到旁路阀20，旁路阀辅助调节由臭氧发生器7产生的臭氧的流量。第一分析器6还连接到第一残余臭氧破坏器，以破坏从第一分析器6流出的残余臭氧。旁路阀20还连接到第二残余臭氧破坏器，以破坏从旁路阀流出的残余臭氧。
反应系统包括反应器11、缓冲罐14以及设置在反应器和缓冲罐之间的循环泵13，由此，反应器和缓冲罐两者中的液体可以循环流动。流量控制器10经由控制器22连接到反应器11，通过水射器12将臭氧发送到反应器。反应器11中还具有取样孔23，以根据预定时间(例如1分钟)对反应器的液体进行取样，分析液体中的化学需氧量(COD)。反应器11和缓冲罐14两者通过循环连接管16连接起来。缓冲罐16通过未示出的搅拌器(例如磁力搅拌器)搅拌缓冲罐中的液体，使其充分混合。缓冲罐还具有排空阀24，以在需要时排空缓冲罐。反应器具有可拆卸连接起来的第一部分和第二部分，其中，第二部分是可移动的，能够容纳催化剂固定床。例如，在本实施例中，第一部分包括反应器的上部和下部，第二部分包括反应器的中部，在需要催化剂固定床时，可以将第二部分移出，装入催化剂固定床，然后重新安装到反应器。本领域技术人员应明白，第一部分和第二部分并不限于此，只要反应器的一部分可以移动，并容纳催化剂固定床即可。
出气系统包括消泡罐15、预处理器4、第二分析器6，消泡罐15与反应器的出口连接，从而消除从反应器的出口排出的气体中的泡沫，经过消泡后的气体通入预处理器，进行预处理，预处理后的气体进入第二分析器。
臭氧高级氧化实验设备还包括数据采集装置1，数据采集装置1与第一分析器6和第二分析器3连接，用于比较第一分析器和第二分析器的分析结果。数据采集装置1还连接到pH控制器2，pH控制器连接到缓冲罐的pH探头17，从而根据规定时间测量并存储缓冲罐中水样的pH值，并将pH值输送到数据采集装置1。
通过数据采集装置比较第一分析器和第二分析器的分析结果以及采集pH值，同时通过取样孔根据设定时间对反应器的液体进行取样，分析液体中的化学需氧量，由此，可以得到臭氧与反应器中的原水反应前后的比较，并进而为需要的臭氧量提供可靠的参考。
臭氧高级氧化实验设备还包括药剂投放系统，药剂投放系统包括药剂储存罐18、药剂投放泵19和位于缓冲罐的药剂投放口。
下面描述本实用新型的臭氧高级氧化实验设备的工作过程。
纯臭氧反应
打开数据采集装置1，关闭取样孔23和排空阀24，向反应器11和缓冲罐14中加入一定量(例如4.5L)的原水，开启循环泵，使反应器和缓冲罐中的原水彼此循环流动。然后打开臭氧发生器7，将氧气和氮气按照一定流量通入臭氧发生器7，产生臭氧，打开第一流量调节阀25，利用第一分析器6分析臭氧的初始成分。调节旁路阀20和第二流量调节阀21，使得流量计9的读数稳定，并维持在例如500mL/min，接着开启控制阀22，在流量控制器10的控制下臭氧通过水射器12进入反应器11中。消泡罐15会消除从反应器的出口排出的气体中的泡沫，经过预处理器4的预处理器，第二分析器3接收反应后的气体，并将分析结果发送给数据采集装置1。在反应期间，根据设定时间从取样孔23取样液体，并分析液体的COD。另外，根据pH探头检测缓冲罐中的pH值，并发送给数据采集装置1。
臭氧/双氧水氧化反应
打开数据采集装置1，关闭取样孔23和排空阀24，向反应器11和缓冲罐14中加入一定量(例如4.5L)的原水，开启循环泵，使反应器和缓冲罐中的原水彼此循环流动。然后打开臭氧发生器7，将氧气和氮气按照一定流量通入臭氧发生器7，产生臭氧，打开第一流量调节阀25，利用第一分析器6分析臭氧的初始成分。调节旁路阀20和第二流量调节阀21，使得流量计9的读数稳定，并维持在例如500mL/min，接着开启控制阀22，在流量控制器10的控制下臭氧通过水射器12进入反应器11中。开启药剂投放泵19，使药剂(例如双氧水)按一定比例(例如1g臭氧添加0.35g双氧水)从药剂储存罐18泵送入缓冲罐14中。消泡罐15会消除从反应器的出口排出的气体中的泡沫，经过预处理器4的预处理器，第二分析器3接收反应后的气体，并将分析结果发送给数据采集装置1。
臭氧/催化剂氧化反应
将催化剂固定床放置到反应器的第一部分中。打开数据采集装置1，关闭取样孔23和排空阀24，向反应器11和缓冲罐14中加入一定量(例如4.5L)的原水，开启循环泵，使反应器和缓冲罐中的原水彼此循环流动。然后打开臭氧发生器7，将氧气和氮气按照一定流量通入臭氧发生器7，产生臭氧，打开第一流量调节阀25，利用第一分析器6分析臭氧的初始成分。调节旁路阀20和第二流量调节阀21，使得流量计9的读数稳定，并维持在例如500mL/min，接着开启控制阀22，在流量控制器10的控制下臭氧通过水射器12进入反应器11中。消泡罐15会消除从反应器的出口排出的气体中的泡沫，经过预处理器4的预处理器，第二分析器3接收反应后的气体，并将分析结果发送给数据采集装置1。
以上描述了本实用新型的臭氧高级氧化实验装置的优选实施例，通过本实用新型，可实现在一套装置内完成纯臭氧氧化、臭氧/双氧水氧化、臭氧催化剂氧化等的臭氧相关高级氧化的可处理性评估实验，并可预估“臭氧+生物滤池”组合工艺的臭氧段的氧化条件及相应处理效果。
本实用新型还可以自动监控臭氧反应前后浓度变化情况，自动化程度高，节省人力；水射器及缓冲罐的设置，提高了水中臭氧的溶解程度，保持了稳定的反应条件。
该装置可以准确计量臭氧转化到水中的实际浓度，从而为工程设计的臭氧发生量提供准确参考。
采用这种装置可以对待处理的难降解工业废水进行评估，了解其降解的难易程度，为工程工艺的选择和运营提供相应的依据。
上述披露的各技术特征并不限于已披露的与其它特征的组合，本领域技术人员还可根据实用新型目的进行各技术特征之间的其它组合，以实现本实用新型之目的为准。
Claims (12)
1.一种臭氧高级氧化实验设备，其特征在于，所述臭氧高级氧化实验设备包括：
进气系统，包括用于产生臭氧的臭氧发生器、用于对臭氧发生器产生的臭氧进行分析的第一分析器、用于调节臭氧的流量的流量控制器，臭氧发生器连接到第一分析器和流量控制器；
反应系统，包括相互连接起来的反应器和缓冲罐，使得反应器和缓冲罐中的流体可以循环流动，从臭氧发生器产生的臭氧被输送至反应器，以与反应器中的原水进行反应；
出气系统，包括相互连接起来的消泡器和第二分析器，消泡器连接到反应器的出口，用于消除从反应器的出口排出的气体中的泡沫，并将经消泡的气体输送至第二分析器，用于对与原水反应后的气体进行分析；
数据采集装置，分别与第一分析器和第二分析器连接，用于比较第一分析器和第二分析器的分析结果，从而确定臭氧转化到原水中的浓度。
2.如权利要求1所述的臭氧高级氧化实验设备，其特征在于，反应器具有取样孔，用于根据预定时间对反应器中的流体进行取样，从而分析被取样流体的化学需氧量。
3.如权利要求1所述的臭氧高级氧化实验设备，其特征在于，pH探针插入缓冲罐中，并连接到pH控制器，所述pH控制器又连接数据采集装置，从而能够根据规定时间测量并存储缓冲罐中水样的pH。
4.如权利要求1所述的臭氧高级氧化实验设备，其特征在于，所述臭氧高级氧化实验设备还包括药剂投放系统，药剂投放系统包括药剂储存罐、药剂投加泵和位于缓冲罐的药剂投放口。
5.如权利要求1所述的臭氧高级氧化实验设备，其特征在于，所述反应器具有可拆卸连接起来的第一部分和第二部分，第二部分能够容纳催化剂固定床。
6.如权利要求1所述的臭氧高级氧化实验设备，其特征在于，所述臭氧发生器经由第一流量调节阀与第一分析器连接。
7.如权利要求1所述的臭氧高级氧化实验设备，其特征在于，所述臭氧发生器还连接到旁路阀，以便通过旁路阀辅助调节臭氧的流量。
8.如权利要求1所述的臭氧高级氧化实验设备，其特征在于，所述臭氧发生器通过第二流量调节阀和流量计连接到流量控制器，以便输送预定流量的臭氧至流量控制器。
9.如权利要求8所述的臭氧高级氧化实验设备，其特征在于，流量控制器和反应器之间设置有控制阀，以便控制向反应器输送臭氧。
10.如权利要求1所述的臭氧高级氧化实验设备，其特征在于，所述出气系统还包括位于消泡器和第二分析器之间的预处理器，以对与原水反应后的气体进行预处理。
11.如权利要求1所述的臭氧高级氧化实验设备，其特征在于，所述第一分析器还连接到第一残余臭氧破坏器。
12.如权利要求7所述的臭氧高级氧化实验设备，其特征在于，所述旁路阀还连接到第二残余臭氧破坏器。
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2019
- 2019-01-29 CN CN201920160051.9U patent/CN209583740U/zh active Active
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| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CP03 | Change of name, title or address | ||
| CP03 | Change of name, title or address |
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