CN210419517U - 一种臭氧催化氧化耦合混凝沉淀深度净化生化尾水的装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型属于污水深度处理技术领域，具体涉及一种臭氧催化氧化耦合混凝沉淀深度净化生化尾水的装置，该装置分为三个功能区：氧化区、混凝区和沉淀区，且功能区相连通；氧化区底部进水口和进气口接气液混合射流器，内部设有催化剂层；混凝区内部设有混凝剂投加装置、管式混合器和竖折档板单元；沉淀区内部设有斜板单元；混凝区和沉淀区底部均设有排泥系统；生化尾水首先经氧化区去除杂环化合物和腐殖酸类等，形成的含臭氧出水再经混凝区和沉淀区，深度去除生化尾水中溶解性微生物副产物等；采用本实用新型的装置处理生化尾水，占地面积小，反应时间短，而且能够有效提高臭氧、催化剂利用率，降低混凝剂消耗量。
Description
技术领域
本发明属于污水深度处理技术领域，具体涉及一种臭氧催化氧化耦合混凝沉淀深度净化生化尾水的装置。
背景技术
化工废水来源广泛，成分复杂，含盐量高，治理难度大，近年来成为了公众关注的社会热点。目前，针对此类废水主要采取企业预处理和园区综合污水处理厂集中处理相结合的模式，但是，这种处理模式未考虑到废水成分的复杂性，大量氮杂环类、多环芳烃类、硝基苯类有机物毒性强，难以通过传统的生物化学法去除。因此，如何实现化工废水生化尾水的深度处理，具有重要的环境意义。
混凝沉淀法是我国污水处理厂最常用的深度处理方法，但混凝沉淀过程着重于对总磷的去除，受复杂水质的影响对有机物去除效率受限。在实际应用中一般将混凝沉淀法与其他深度处理技术联用，如与吸附法、膜分离法、芬顿氧化、臭氧氧化等方法联用。中国专利申请号201810017810.6公开了一种梯度混凝、吸附处理人造石材废水的方法，通过三级混凝沉淀池、吸附沉淀池的组合工艺处理人造石材废水，该方法耗药量大、产污泥量大、设备占地面积大。又如中国专利申请号201520535667.1公开了一种混凝处理和膜分离组合废水处理系统，通过微滤膜的过滤作用实现泥水分离，该方法仍难以解决有机物带来的膜污染及膜通量下降问题，一定程度上增加了操作成本。
现有专利中，虽然中国专利申请号201721163647.1公开了一种基于臭氧催化氧化及混凝沉淀法的废水处理系统。但该方法对有机物的去除效果仅为臭氧催化氧化与混凝沉淀法的简单加和，未见对有机物的协同去除作用。中国专利申请号201610367055.5公开了一种提升有机物去除效率的臭氧混凝互促增效方法，在同一体系中同时实现氧化和混凝作用，这种方法需要额外在pH＝3条件下制备臭氧水，操作复杂，且主要适用于低浓度生化尾水/饮用水的深度处理。
综上所述，现有混凝沉淀法与其他深度处理技术联用技术均能一定程度提高对有机物的去除效果，但存在工艺流程长、药剂耗量大、操作复杂等问题，另外，对有机物的去除作用仅为组合工艺的简单加和。
臭氧催化氧化技术是基于臭氧的强氧化性、催化剂的吸附和催化性能的一种高级氧化技术，其氧化机理主要是催化剂的表面羟基与臭氧反应加速羟基自由基的生成，对水中难降解有机物具有较好的去除能力。铝、铁盐等混凝剂溶于水后可形成羟基多核络合物，同时臭氧环境会减弱水中胶体颗粒的zeta电位。基于此，研发一种臭氧催化氧化耦合混凝沉淀深度净化生化尾水的装置及方法，简化工艺流程，减少占地面积，缩短反应时间，降低反应过程能源消耗，有效提高臭氧、催化剂利用率和尾水中有机物的去除率，对于生化尾水的深度处理过程极具环境意义。
发明内容
本发明解决现有技术中存在的上述技术问题，提供一种臭氧催化氧化耦合混凝沉淀深度净化生化尾水的装置。
为解决上述问题，本发明的技术方案如下：
一种臭氧催化氧化耦合混凝沉淀深度净化生化尾水的装置，包括壳体，所述壳体内设置氧化区、混凝区和沉淀区；
所述氧化区底部设有进水口、进气口和气液混合射流器，所述进水口和进气口接入气液混合射流器，所述氧化区内部设有催化剂层、顶部设有臭氧回流装置和尾气吸收装置；
所述混凝区设置管式混合器，所述管式混合器配有混凝剂投加装置，所述混凝区与氧化区通过管式混合器连通，所述混凝区内部设有竖折档板单元；
所述沉淀区与混凝区通过底部连通，内部设有斜板单元，侧壁设有溢流堰，所述溢流堰底部设有出水导流管；
所述混凝区和沉淀区底部均设有排泥系统。
优选地，所述管式混合器的数目为2个；所述竖折档板单元的数目为6个，用于增加水体紊动、提高絮凝效果。
优选地，所述斜板单元间距为60～150mm，用于加速絮体沉淀。
优选地，所述催化剂层所采用的催化剂为金属负载颗粒活性炭的颗粒催化剂，所述金属为铁、铈、锰、锌、铜、铝中任意两种或以上金属的组合。
优选地，所述催化剂层的层数为一层或多层，单层催化剂投加量为2～4g/L。
优选地，所述排泥系统包括污泥斗和排泥管；所述污泥斗底部出口接入排泥管。
优选地，所述氧化区顶部设有尾气出口管道，所述尾气出口管道上设置臭氧检测器，所述尾气出口管道通过三通阀分别与臭氧回流装置和尾气吸收装置相连。
优选地，所述进气口设置气体混合装置，所述臭氧回流装置接入气体混合装置。
一种臭氧催化氧化耦合混凝沉淀深度净化生化尾水的的方法，包括以下步骤：
步骤1：将生化尾水和臭氧分别通过进水口、进气口通入气液混合射流器，然后通入氧化区；
步骤2：经步骤1处理的含臭氧生化尾水通过管式混合器与混凝剂混合，然后进入混凝区；
步骤3：经步骤2混凝区处理后的水进入沉淀区，经絮体沉降分离过程达标排放。
根据生化尾水中有机物的浓度和组份，调节催化剂种类和层数，臭氧浓度和混凝剂投加量。生化尾水首先经氧化区去除杂环化合物和腐殖酸类等，形成的含臭氧出水再经混凝区和沉淀区，深度去除生化尾水中溶解性微生物产物等。
优选地，所述氧化区进水COD浓度范围为50～200mg/L。
优选地，所述氧化区臭氧浓度为4.0～6.0mg/min；所述氧化区水力停留时间为10～30min。
优选地，所述所述混凝剂为铝系、铁系、铝铁系无机混凝剂中任一种，投加量为80～150mg/L。
优选地，所述所述混凝区水力停留时间为5～10min。
优选地，所述所述沉淀区水力停留时间为15～30min。
相对于现有技术，本发明的优点如下，
(1)本发明的臭氧催化氧化耦合混凝沉淀深度净化生化尾水的装置占地面积小，反应时间短，操作简单，有机物去除率高，适用于含各类复杂、难降解有机物的生化尾水，不易受尾水水质波动及盐分影响，具有广谱性。
(2)本发明的臭氧催化氧化耦合混凝沉淀深度净化生化尾水的装置，通过将三个功能区置于同一反应装置中，能够充分利用氧化区出水中的臭氧，显著提高了臭氧和混凝剂的利用率，降低混凝剂消耗量，与常规混凝+臭氧组合方法相比，相同臭氧、催化剂投加量下本发明对尾水中有机物的去除率可提高20％～30％，同时混凝剂用量可降低20％～30％，且不同功能区能有效去除不同类别有机物。
(3)本发明的臭氧催化氧化耦合混凝沉淀深度净化生化尾水的装置，一方面在臭氧环境下水中胶体颗粒的zeta电位降低，混凝剂的水解聚合度增加，从而使胶粒脱稳形成粒大而重的絮凝体，另一方面催化剂及混凝剂表面水解形成的羟基促进臭氧产生羟基自由基，从而实现有机物的有效去除。
(4)本发明中催化剂层可根据臭氧催化氧化区进出水水质设置为一层或者多层，显著提高了催化剂利用率，通过对催化剂的载体和金属配比进行优化，可进一步提高废水处理效果，在含复杂有机物的生化尾水治理方面具有广阔的应用前景。
附图说明
图1为本发明的一种臭氧催化氧化耦合混凝沉淀深度净化生化尾水的装置的结构示意图；
图中：1、进水口；2、进气口；3、气液混合射流器；4、催化剂层；5、混凝剂投加装置；6、管式混合器；7、竖折档板单元；8、斜板单元；9、污泥斗；10、排泥管；11、溢流堰；12、出水导流管；13、臭氧检测器；14、臭氧回流装置；15、尾气吸收装置；16、气体混合装置；17、壳体。
图2为图1的俯视图的部分结构。
图3为本发明混凝沉淀区混凝剂用量与单一混凝过程的混凝剂用量比较。
图4为本发明氧化区水中胶体颗粒的zeta电位与原水的zeta电位比较。
图5为本发明混凝沉淀区絮体粒径与单一混凝过程的絮体粒径比较。
具体实施方式
实施例1
处理某化工园区污水处理厂生化尾水，其COD为95mg/L，本实施例的一种臭氧催化氧化耦合混凝沉淀深度净化生化尾水的装置及方法。
一种臭氧催化氧化耦合混凝沉淀深度净化生化尾水的装置，包括壳体17，所述壳体17内设置氧化区、混凝区和沉淀区；
所述氧化区底部设有进水口1、进气口2和气液混合射流器3，所述进水口1和进气口2接入气液混合射流器3，所述氧化区内部设有催化剂层4、顶部设有臭氧回流装置14和尾气吸收装置15；优选地，所述氧化区顶部设有尾气出口管道，所述尾气出口管道上设置臭氧检测器13，所述尾气出口管道通过三通阀分别与臭氧回流装置14和尾气吸收装置15相连；所述进气口2设置气体混合装置16，所述臭氧回流装置14接入气体混合装置16；
所述混凝区设置管式混合器6，所述管式混合器6配有混凝剂投加装置5，所述混凝区与氧化区通过管式混合器6连通，所述混凝区内部设有竖折档板单元7；优选地，所述管式混合器6的数目为2个；所述竖折档板单元7的数目为6个，用于增加水体紊动、提高絮凝效果；
所述沉淀区与混凝区通过底部连通，内部设有斜板单元8，侧壁设有溢流堰11，所述溢流堰11底部设有出水导流管12；优选地，所述斜板单元8间距为60～150mm，用于加速絮体沉淀；
所述混凝区和沉淀区底部均设有排泥系统；优选地，所述排泥系统包括污泥斗9和排泥管10；所述污泥斗9底部出口接入排泥管10。
该装置分为三个功能区：氧化区、混凝区和沉淀区，且功能区相连通。其中，所述氧化区底部进水口1和进气口2接气液混合射流器3，内部设有催化剂层4。上述氧化区设有一层催化剂层4，该催化剂为铁、铈双金属负载的颗粒活性炭，单层催化剂投加量为2.0g/L，臭氧通过高压放电式臭氧发生器制备，产生的臭氧经微孔曝气头自下而上经气液混合射流器3通入氧化区，且尾气出口设有臭氧检测器13，根据出气口臭氧浓度部分臭氧气体进入臭氧回流装置14经气体混合装置16与臭氧混合；部分臭氧气体进入尾气吸收装置15。臭氧浓度为4.0mg/min，水力停留时间为20min。生化尾水从进水口进入，经气液混合射流器3通入氧化区。
所述混凝区与氧化区通过管式混合器连通，氧化区所形成的臭氧浓度为0.7mg/L的出水进入混凝区，混凝区设置2个管式混合器6，每个混合器配有混凝剂投加装置5，用于投加混凝剂，内部设有6个水力混合竖折档板7。所述沉淀区与混凝区通过底部连通，内设有斜板单元8，斜板间距为110mm，侧壁溢流堰11底部设有出水导流管12。经混凝区处理后的水进入沉淀区，经絮体沉降分离过程达标排放；混凝区和沉淀区底部设有污泥斗9和排泥管10。上述混凝区10％聚合氯化铝溶液(10％为质量分数，下同)投加量为80mg/L，管式混合器流速为1.0m/s，水力停留时间为8min。处理后的水经絮体沉降分离过程达标排放，沉淀时间为20min。
实施例2：
处理某化工制药废水生化尾水，其COD为147mg/L，本实施例的一种臭氧催化氧化耦合混凝沉淀深度净化生化尾水的装置及方法，采用与实施例1相同装置，改变各运行参数，具体运行如下：所述氧化区设有两层催化剂层，单层催化剂投加量为3g/L，臭氧浓度为4.8mg/min，水力停留时间为25min。所述混凝区与氧化区通过管式混合器连通，氧化区所形成的臭氧浓度为0.8mg/L的出水进入混凝区。上述混凝区12％聚合氯化铝溶液投加量为100mg/L，管式混合器流速为1.0m/s，水力停留时间为8min。处理后的水经絮体沉降分离过程达标排放，沉淀时间为25min。
实施例3：
处理某石化废水生化尾水，其COD为190mg/L，本实施例的一种臭氧催化氧化耦合混凝沉淀深度净化生化尾水的装置及方法，采用与实施例1相同装置，改变各运行参数，具体运行如下：所述臭氧催化氧化区设有两层催化剂层，该催化剂为铁、铈、锌三金属负载的颗粒活性炭，单层催化剂投加量为4g/L，臭氧浓度为5.6mg/min，污水停留时间为30min。所述混凝区与氧化区通过管式混合器连通，氧化区所形成的臭氧浓度为0.9mg/L的出水进入混凝区。上述混凝区15％聚合氯化铝溶液投加量为120mg/L，管式混合器流速为1.0m/s，水力停留时间为10min。处理后的水经絮体沉降分离过程达标排放，沉淀时间为30min。
实施例4：
处理某化工园区污水处理厂生化尾水，其COD为160mg/L，本实施例的一种臭氧催化氧化耦合混凝沉淀深度净化生化尾水的装置及方法，采用与实施例1相同装置，改变各运行参数，具体运行如下：所述臭氧催化氧化区设有两层催化剂层，该催化剂为锰、铜、铝三金属负载的颗粒活性炭，单层催化剂投加量为4g/L，臭氧浓度为5.0mg/min，污水停留时间为20min。所述混凝区与氧化区通过溢流口连通，氧化区所形成的臭氧浓度为0.8mg/L的出水进入混凝区。上述混凝区15％聚合氯化铝溶液投加量为110mg/L，管式混合器流速为1.0m/s，水力停留时间为10min。处理后的水经絮体沉降分离过程达标排放，沉淀时间为25min。
通过实施例1～4，各实施例对废水中有机物去除情况如表1所示。
表1废水中有机物的去除情况单位：mg/L
如表1所示，臭氧催化耦合混凝沉淀工艺对不同来源、不同有机污染物负荷的生化尾水均能有效处理，经处理后的出水COD能完全达到城镇污水处理厂排放一级标准。
通过实施例1～4，各实施例中混凝沉淀区混凝剂用量如图3所示。
如图3所示，与单一混凝过程相比，混凝剂用量降低了20％～27％。
通过实施例1～4，各实施例中氧化区胶体颗粒的zeta电位如图4所示。
如图4所示，与未处理的生化尾水相比，臭氧可以改变生化尾水中胶粒表面的带电情况，胶粒的zeta电位降低2.7～7.1mV，随之胶粒表面的水化膜减弱，有利于胶粒的脱稳。
通过实施例1～4，各实施例中混凝沉淀区形成的絮体粒径如图5所示。
如图5所示，与单一混凝过程相比，本发明中聚合氯化铝混凝剂形成的絮体粒径增加了40～70％。
实施例5：
对比实施例：本发明与常规混凝+臭氧组合方法对比。
处理某化工园区污水处理厂生化尾水，其COD为95mg/L，采用常规混凝+臭氧组合方法，其具体步骤如下：沿废水流通方向依次连接混凝沉淀区、氧化区。所述混凝沉淀区10％聚合氯化铝溶液投加量为80mg/L。混凝沉淀池内的搅拌过程分为两个阶段，第一阶段，搅拌速度为100r/min，搅拌时间为1min；第二阶段，搅拌速度为20r/min，搅拌时间为8min。经絮凝处理的水通过斜板沉淀池固液分离，沉淀时间为20min。所述氧化区进水口与沉淀区的出水口连通。氧化区设有一层催化剂层，该催化剂为铁、铈双金属负载的颗粒活性炭，单层催化剂投加量为2g/L，臭氧通过高压放电式臭氧发生器制备，产生的臭氧经孔曝气头自下而上通入臭氧催化氧化塔，且尾气出口设有臭氧检测器，根据出气口臭氧浓度部分臭氧气体进入臭氧回流装置经气体混合装置与臭氧混合；部分臭氧气体进入尾气吸收装置。臭氧浓度为4.0mg/min，水力停留时间为20min。再次收集出水。
实施例6：
对比实施例：本发明与常规混凝+臭氧组合方法对比。
处理某化工制药废水生化尾水，其COD为147mg/L，采用常规混凝+臭氧组合方法，其装置及流程与实施例4相同，改变各运行参数，具体运行如下：所述混凝沉淀区12％聚合氯化铝溶液投加量为100mg/L。混凝沉淀池内的搅拌过程分为两个阶段，第一阶段，搅拌速度为120r/min，搅拌时间为1min；第二阶段，搅拌速度为20r/min，搅拌时间为8min。经絮凝处理的水通过斜板沉淀池固液分离，沉淀时间为25min。所述氧化区设有两层催化剂层，单层催化剂投加量为3g/L，臭氧浓度为4.8mg/min，水力停留时间为25min。
实施例7：
对比实施例：本发明与常规混凝+臭氧组合方法对比。
处理某石化废水生化尾水，其COD为190mg/L，采用常规混凝+臭氧组合方法，其装置及流程与实施例4相同，改变各运行参数，具体运行如下：所述混凝沉淀区15％聚合氯化铝溶液投加量为120mg/L。混凝沉淀池内的搅拌过程分为两个阶段，第一阶段，搅拌速度为130r/min，搅拌时间为1min；第二阶段，搅拌速度为20r/min，搅拌时间为10min。经絮凝处理的水通过斜板沉淀池固液分离，沉淀时间为30min。所述氧化区设有两层催化剂层，该催化剂为铁、铈、锌三金属负载的颗粒活性炭，单层催化剂投加量为4g/L，臭氧浓度为5.6mg/min，水力停留时间为30min。
通过实施例5～7，各实施例对废水中有机物去除情况如表2所示。
表2废水中有机物的去除情况单位：mg/L
如表2所示，在进水水质及操作参数保持一致的情况下，常规混凝+臭氧组合方法中混凝沉淀区对有机物的去除率低于10％，总的COD去除率仅为30％～47％。本发明(表1，实施例1～3)与常规混凝+臭氧组合方法(表2，实施例5～7)对比：臭氧氧化区能够促进后续混凝沉淀区对有机物的去除作用，总的COD去除率去除率提高了24％～28％。
需要说明的是上述实施例仅仅是本发明的较佳实施例，并没有用来限定本发明的保护范围，在上述基础上做出的等同替换或者替代均属于本发明的保护范围。
Claims (8)
1.一种臭氧催化氧化耦合混凝沉淀深度净化生化尾水的装置，其特征在于，包括壳体，所述壳体内设置氧化区、混凝区和沉淀区；
所述氧化区底部设有进水口、进气口和气液混合射流器，所述进水口和进气口接入气液混合射流器，所述氧化区内部设有催化剂层、顶部设有臭氧回流装置和尾气吸收装置；
所述混凝区设置管式混合器，所述管式混合器配有混凝剂投加装置，所述混凝区与氧化区通过管式混合器连通，所述混凝区内部设有竖折档板单元；
所述沉淀区与混凝区通过底部连通，内部设有斜板单元，侧壁设有溢流堰，所述溢流堰底部设有出水导流管；
所述混凝区和沉淀区底部均设有排泥系统。
2.如权利要求1所述的臭氧催化氧化耦合混凝沉淀深度净化生化尾水的装置，其特征在于，所述管式混合器的数目为2个。
3.如权利要求1所述的臭氧催化氧化耦合混凝沉淀深度净化生化尾水的装置，其特征在于，所述竖折档板单元的数目为6个。
4.如权利要求1所述的臭氧催化氧化耦合混凝沉淀深度净化生化尾水的装置，其特征在于，所述斜板单元间距为60～150mm。
5.如权利要求1所述的臭氧催化氧化耦合混凝沉淀深度净化生化尾水的装置，其特征在于，所述催化剂层的层数为一层或多层。
6.如权利要求1所述的臭氧催化氧化耦合混凝沉淀深度净化生化尾水的装置，其特征在于，所述排泥系统包括污泥斗和排泥管；所述污泥斗底部出口接入排泥管。
7.如权利要求1所述的臭氧催化氧化耦合混凝沉淀深度净化生化尾水的装置，其特征在于，所述氧化区顶部设有尾气出口管道，所述尾气出口管道上设置臭氧检测器，所述尾气出口管道通过三通阀分别与臭氧回流装置和尾气吸收装置相连。
8.如权利要求7所述的臭氧催化氧化耦合混凝沉淀深度净化生化尾水的装置，其特征在于，所述进气口设置气体混合装置，所述臭氧回流装置接入气体混合装置。
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