CN211226732U - 一种臭氧催化氧化处理污水设备 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种臭氧催化氧化处理污水设备，包括：用于引入污水及为污水处理设备提供动力水源的进水装置；用于臭氧投加、臭氧与污水混合的水射器；用于强化催化氧化作用的超声波反应器；用于为混合液提供反应空间的反应池；用于截留催化剂和分离的膜池；用于对所述膜组件进行清洗的气洗装置；用于将已处理污水排出系统的抽吸系统；用于非均相催化剂的回流的循环管道，该设备使得污水、非均相催化剂、臭氧充分混合接触，提高臭氧利用效率，避免臭氧气体浪费，污染环境，同时使得有机污染物分子得到充分的改性和降解。
Description
技术领域
本实用新型属于污水处理技术领域，特别是在工业污水难降解有机物处理领域，具体而言是一种臭氧催化氧化处理污水设备。
背景技术
我国工业化水平的不断提升伴随着水资源的大量消耗，这些工业废水具有成分复杂、水质波动大、含有大量有毒有害污染物等特点，利用传统的物理、生化技术不能或很难处理至达到排放要求。针对工业废水中难生物降解有机物，高级氧化技术应用而生。高级氧化技术是将光、声、电、磁、非均相催化剂等与H2O2、臭氧等氧化剂联合，产生具有强氧化电位的羟基自由基，羟基自由基能无选择性地同废水中有机污染物发生加合、取代等过程使它们矿化、改性，反应更彻底。根据氧化剂和催化条件的不同，高级氧化技术包括芬顿氧化法、光催化氧化法、臭氧催化氧化法、湿式催化氧化法、超声氧化法、超临界水氧化法等。高级氧化技术具有高效、氧化降解彻底、适用领域宽泛、反应速率快等特点，得到越来越多的研究，发展前景广阔。各高极氧化技术有不同的特点，适于不同的废水处理领域，但从经济、技术两方面综合来看，臭氧催化氧化和光催化氧化能够在常温常压下快速而经济地产生大量羟基自由基，发展前景更广阔。
臭氧氧化水中污染物主要包括直接反应和间接反应两种途径，直接反应中臭氧与有机物直接发生反应，具有选择性，氧化范围窄，而间接反应中臭氧分解产生自由基，自由基的氧化电位更高，可无选择性地与有机物反应，反应更彻底，臭氧利用率更高，因此如何催化臭氧产生更多自由基备受重视。臭氧非均相催化剂分为均相和非均相两类，均相催化指在水中加入离子态过渡金属，但这种非均相催化剂会随废水流出，造成二次污染；非均相非均相催化剂主要包括金属氧化物、负载型金属氧化物、分子筛等，可多次使用并保持较高的催化活性，应用更广泛。臭氧催化氧化反应器一般为固定床式，即非均相催化剂以一定高度放置在反应器中的承托层上，臭氧与水混合后从非均相催化剂层下面进入，气液混合物流经非均相催化剂层时，臭氧与非均相催化剂接触，臭氧加速分解产生高氧化电位羟基自由基，羟基自由基无选择地与污水中有机污染物反应而将其降解，一般臭氧投加方式分为穿孔管曝气、微孔曝气盘曝气、气液混合泵、水射器曝气。臭氧催化氧化反应器为固定床时，臭氧与非均相催化剂接触面积有限，非均相催化剂和臭氧利用效率低；臭氧投加方式为穿孔管曝气时，臭氧气泡大，转移到水中的臭氧较少，气液混合不充分不均匀；臭氧投加方式为微孔曝气盘曝气时，相对穿空管曝气，臭氧气泡为微气泡，气液接触面积大，臭氧在污水中的溶解度更高，臭氧与污水中有机污染物分子接触机会更多，反应更充分，同时低能耗，但微孔曝气盘可能堵塞，引起气泡分布不均；臭氧投加方式为气液混合泵和水射器曝气时，臭氧气体在气液混合泵和水射器经机械剪切成微细气泡，气泡粒径比微孔曝气盘的更小，气液混合效果更好，臭氧溶解度更高，但耗能较高。
现有技术中公布号为CN109970241A的专利文件公开了一种臭氧催化氧化处理污水设备，该设备通过改进臭氧布气方式、布水系统，增设反洗系统，采用新型具有催化剂作用的填料，解决了臭氧对有机污染物降解不彻底，及氧化过程中需要外加氧化剂的问题，提高了臭氧在水体中产生强氧化性自由基的效率，但该专利仍存在缺点：臭氧混入水体中产生大颗粒气泡，附着催化剂上，使臭氧与催化剂接触面积较小，氧化不充分，造成大量臭氧气体的浪费，并且该专利中臭氧催化氧化反应器为固定床式，臭氧与催化剂接触面积有限，催化剂利用率低。
实用新型内容
针对上述现有技术中存在的问题，本实用新型公布了一种臭氧催化氧化处理污水设备，该设备通过将臭氧、污水、非均相催化剂配合超声波进行充分混合反应，非均相催化剂呈流化态循环利用，解决现有技术中非均相催化剂利用率低、污水处理效率低及臭氧浪费的问题。
本实用新型所公开的具体的技术方案如下：一种臭氧催化氧化处理污水设备，包括：
进水干管，所述进水干管与水源连接；
进水装置，与所述进水干管连通，用于引入污水以及为污水处理设备提供动力水源；
水射器，位于所述进水装置下游的进水干管上，用于臭氧与污水的混合；
超声波反应器，安装在所述水射器下游的进水干管上，作用于臭氧与污水混合后的气液固三相混合液，用于强化催化氧化反应；
腔体，所述腔体分为反应池和膜池，所述反应池与所述进水干管末端连通，用于为混合液提供反应空间，所述膜池位于反应池下游，内置有若干组膜组件，用于截留非均相催化剂，分离污水中的固体；
气洗装置，安装在所述膜池底部，位于所述膜组件下方，用于对所述膜组件进行清洗；
抽吸装置，位于所述膜组件上方，用于将经膜组件处理后的污水排出设备；
循环管道，一端连通膜池底部，另一端与进水装置上游的进水干管连通，用于非均相催化剂的回流。
进一步的，所述进水干管和所述循环管道汇合处设有管道混合器，用于污水和含非均相催化剂的混合液进行混合。
进一步的，所述进水装置、所述水射器、所述反应池、所述膜池、所述循环管道中均设有固体非均相催化剂，用于臭氧催化氧化反应，所述固体非均相催化剂呈微小颗粒状，在所述设备中呈流化态。所述非均相催化剂存在于整个净化分离过程及循环过程中，所述非均相催化剂在污水中均处于悬浮状态，所述非均相催化剂可加速臭氧分解产生羟基自由基，羟基自由基与污水中有机污染物反应速率更快、降解更彻底，提高臭氧的利用率。
进一步的，所述水射器采用两级式喷嘴设计的水射器，其结构包括入水腔、出水腔、用于衔接入水腔和出水腔的喉管，所述喉管上方连通臭氧管道，所述臭氧管道为有压投加方式，这种设计相对于传统射流曝气器更加节能，动力消耗低，所述臭氧管道的最高位置高于反应池液位，用于防止止逆阀失效时，污水通过臭氧管道倒灌入臭氧发生系统而造成设备损坏；所述臭氧管道上安装逆止阀，用于防止污水倒灌进入臭氧管道，所述水射器及臭氧管道均采用聚氟材料或不锈钢管道内衬聚氟材料制成。
进一步的，所述膜组件采用柔性平板膜组件，包括支撑板和膜片，所述支撑板采用ABS(丙烯腈-丁二烯-苯乙烯)、PC(聚碳酸酯)、PPO(聚苯醚)、PP(聚丙烯)中的一种或合金材料，挤压注塑呈中空状，表面设有多个小孔用于过滤污水，所述膜片采用耐腐蚀抗污染型PTFE(聚四氟乙烯)材质，经拉伸工艺制备，可有效忍耐污水中多余臭氧的腐蚀，膜片为一种微孔过滤介质，允许水及小分子通过而将颗粒状固体非均相催化剂截留在膜池，达到污水与非均相催化剂分离的目的，所述膜组件上方设有出水口，所述膜组件的出水口与抽吸装置连通。
进一步的，所述气洗装置包括鼓风机、输气干管、若干根输气支管和与所述输气支管相配合的穿孔曝气管；所述鼓风机用于提供压缩空气，鼓风机根据风量和风压进行选型；所述输气干管一端与鼓风机连通，另一端连通所述输气支管，所述输气干管的最高位置高于膜池液位，以防止污水倒灌进入鼓风机而造成设备损坏；所述穿孔曝气管位于所述膜组件下方，用于对所述膜片进行气洗，所述穿孔曝气管设有两排轴线呈45度夹角的圆孔，孔口朝下或朝上排列。
进一步的，所述抽吸装置包括水泵、出水干管、压力表，所述出水干管一端与所述膜组件的出水口连接，一端伸出膜池外连通排水管道，所述压力表和所述水泵依次设置于出水口和排水管道之间的出水干管上，当所述压力表中压力大于膜片的最大允许跨膜压差时，所述气洗装置将对膜组件进行在线清洗，当在线清洗不能恢复膜性能时，进行离线清洗。工作时，抽吸装置产生负压将已处理污水经膜组件从膜池中引出排出设备。
进一步的，所述超声波反应器下游连通有若干个进水支管，所述反应池侧壁设有与所述进水支管对应连通的进水口，所述进水口均连通有布水装置，所述布水装置为布水分散管，位于反应池内部，所述布水分散管左右两边设有若干圆孔，圆孔大小和圆孔间距随距离进水支管口位置不同而改变，目的是均匀向反应池中配水，以保证反应池中不存在死区、短流等缺陷及气液固三相均匀混合的状态。由于所述进水口位于反应池下部，因此污水从反应池下部进入，从上部流出，水力停留时间长，给予了臭氧、污水、非均相催化剂充分的反应时间，同时臭氧的微气泡作用使得非均相催化剂、水和气泡的流态处于不断接触不断混合的湍流态，因此促进臭氧分解产生羟基自由基，有效提高设备的污水处理效率和臭氧的利用效率。
进一步的，所述反应池与所述膜池之间设有出水堰，用于分隔两池体，所述反应池与所述膜池体的顶部互相连通。
进一步的，所述反应池与所述膜池为分体式设置，即所述反应池与所述膜池分别位于不同的密闭腔体中，两密闭腔体顶部通过管道连通。
分析可知，与现有技术相比，本实用新型的优点和有益效果在于：
1.改变气液固三相即臭氧、污水、非均相催化剂的接触方式，设备中非均相催化剂呈流化态，与污水混合后相继经过进水装置、水射器、超声波反应器、反应池，最终在膜池中分离，延长气液固三相的接触时间，增加气液固三相接触面积，提高非均相催化剂和臭氧的利用效率，使污水中有机污染物降解更充分。
2.污水和含非均相催化剂的混合液流经水射器，采取有压投加方式投加臭氧，将臭氧、污水、非均相催化剂三相在水射器内高效混合，提高臭氧溶解度的同时，臭氧与非均相催化剂接触碰撞机会增加，臭氧产生自由基量更多，降解有机物更充分。
3.臭氧、污水、非均相催化剂三者混合后经过超声波反应器时，超声波可进一步强化臭氧分解产生大量羟基自由基，促进有机物的降解及臭氧的利用。
4.非均相催化剂与已处理污水在膜池中高效分离，非均相催化剂在膜池中富集之后通过循环管道与污水混合后进入新的运行周期，非均相催化剂在膜池中吸附的有机污染物质在新的运行周期中得到降解，周而复始，提高了非均相催化剂的利用效率。
附图说明
图1是本实用新型中实施例的一种臭氧催化氧化处理污水设备的结构示意图；
附图1中标记的具体含义：
1进水干管、2进水装置、3水射器、4止逆阀、5臭氧管道、6超声波反应器、7进水支管、8进水口、9布水装置、10反应池、11出水堰、12腔体、13膜池、14非均相催化剂、15鼓风机、16水泵、17出水干管、18压力表、19出水口、20输气干管、21输气支管、22穿孔曝气管、23膜组件、24循环管道。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的实施例仅用于说明和解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
如图1所示，本实用新型所公开实施例的技术方案如下：一种臭氧催化氧化处理污水设备，包括：
进水干管1，所述进水干管1与水源连接；
进水装置2，与所述进水干管1连通，用于引入污水以及为污水处理设备提供动力水源；
水射器3，位于所述进水装置2下游的进水干管1上，用于臭氧与污水的混合；
超声波反应器6，安装在所述水射器3下游的进水干管1上，作用于臭氧与污水混合后的气液固三相混合液，用于强化催化氧化反应；
腔体12，所述腔体12分为反应池10和膜池13，所述反应池10与所述进水干管1末端连通，用于为混合液提供反应空间，所述膜池13位于反应池10下游，内置有若干组膜组件23，用于截留非均相催化剂14，分离污水中的固体；
气洗装置，安装在所述膜池13底部，位于所述膜组件23下方，用于对所述膜组件23进行清洗；
抽吸装置，位于所述膜组件23上方，用于将经膜组件23处理后的污水排出设备；
循环管道24，一端连通膜池13底部，另一端与进水装置2上游的进水干管1连通，用于非均相催化剂14的回流。。
在本实施例所公开的一种臭氧催化氧化污水处理设备中，所述非均相催化剂14呈悬浮状态存在于整个污水净化分离过程及循环过程中。该状态的固体非均相催化剂可加速臭氧分解产生羟基自由基，羟基自由基与污水中有机污染物反应速率更快、降解更彻底，提高臭氧的利用率。本实施例中，优先使用贵金属颗粒状固体非均相催化剂。
为了减少臭氧投加量、提高臭氧利用率，我们摒弃传统的微孔曝气盘而选择水射器3，水射器3安装在进水装置2之后约6～9倍进水干管管径处，原水和含非均相催化剂的混合液全部通过水射器3，水射器3内部结构采用两级式喷嘴设计，其结构包括入水腔、出水腔、用于衔接入水腔和出水腔的喉管，所述喉管上方设有臭氧管道5，所述臭氧管道5为有压投加方式，在臭氧管道5上距水射器3的喉管约5～8倍臭氧管道管径处安装逆止阀4，用于防止污水倒灌进入臭氧管道5，臭氧管道5的最高位置高于反应池10液位，优选距离为30～50cm。
臭氧和废水、非均相催化剂14经水射器3充分混合后，通过超声波反应器6，本实施例优选为槽式超声波反应器，通过超声波联合臭氧协同作用，超声波空化泡破灭产生的冲击波和微射流作用可以改变污水中各个微观形态体的团簇结构，提高臭氧的溶解度；超声波可使混合液产生高频振动，水中各分子间激烈碰撞，化学反应速率增加；超声波振动产生的机械剪切作用可进一步将臭氧气泡粉碎成臭氧微气泡，增加臭氧与水、非均相催化剂14的接触面积，促进臭氧分解产生羟基自由基。
经超声波对污水混合液进一步搅拌后，经超声波反应器6下游的进水支管7流入反应池10，所述反应池10的侧壁下部设有配合进水支管的进水口8，所述进水口8均连通有布水装置9，所述布水装置9为布水分散管，位于反应池10内部，所述布水分散管左右两边设有若干圆孔，圆孔大小和圆孔间距随距离进水支管口位置不同而改变，目的是均匀向反应池10中配水，以保证反应池10中不存在死区、短流等缺陷及保障气液固三相均匀混合的状态。污水从反应池10下部进入，从上部流出，水力停留时间长，给予了臭氧、污水、非均相催化剂14充分的反应时间，同时臭氧的微气泡作用使得非均相催化剂14、水和臭氧气泡的流态处于不断接触混合的湍流态，因此促进臭氧分解产生羟基自由基，有效提高设备的污水处理效率和臭氧的利用效率，一般污水在反应池10中的水力停留时间为3～4min，之后混合液进入膜池13。
所述膜池13中包括若干组膜组件23，所述膜组件均23采用柔性平板膜组件，其结构包括支撑板和膜片，其中支撑板采用ABS(丙烯腈-丁二烯-苯乙烯)、PC(聚碳酸酯)、PPO(聚苯醚)、PP(聚丙烯)中的一种或合金材料，挤压注塑形成，支撑板呈中空状，表面设计有多个小孔，用于过滤污水，膜片采用耐腐蚀抗污染型PTFE(聚四氟乙烯)材质，经拉伸工艺制备，可有效忍耐污水中多余臭氧的腐蚀，膜片为一种微孔过滤介质，允许水及小分子通过而将颗粒状固体非均相催化剂截留在膜池，达到污水与非均相催化剂分离的目的，所述膜组件21上方设有出水口19，所述膜组件的出水口19与抽吸装置连通，所述抽吸装置包括水泵16、出水干管17、压力表18，所述出水干管17一端与所述膜组件23的出水口19连接，一端伸出膜池13外连通排水管道，所述压力表18和所述水泵16依次设置于出水口19和排水管道之间的出水干管17上，所述压力表18用于检测出水干管17内压力，经过处理的污水和非均相催化剂14在膜池13中进行分离，非均相催化剂14在膜池13中被截留而富集，而经过处理的水经抽吸装置从膜池13中引出而排出设备。
同时所述膜组件23经过一段时间的运行，膜片表面会受到不同程度的污染，这种污染主要为无机物污染，需要定期对膜表面进行清洗以使膜片性能恢复，因此在膜组件23下方需设置气洗装置，气洗装置包括鼓风机15、输气干管20、若干根输气支管21和与所述输气支管相配合的穿孔曝气管22；所述鼓风机15用于提供压缩空气，鼓风机15根据风量和风压进行选型；所述输气干管20一端与鼓风机15连通，另一端连通所述输气支管21，所述输气干管20的最高位置高于膜池13液位，优选距离为30～50cm，以防止污水倒灌进入鼓风机15而造成设备损坏；所述穿孔曝气管22位于所述膜组件23下方，用于对所述膜片进行气洗，所述穿孔曝气管22设有两排轴线呈45度夹角的圆孔，孔口优选朝下排列，圆孔大小为3～5mm，优选为3mm。污水处理过程中，气洗装置一般每30min开启一次，一次运行10～15秒，优选为15秒以保证膜组件长时间稳定运行。同时为防止膜组件23中淤积有机物机物，当抽吸装置中压力表18的压力大于膜片的最大允许跨膜压差时，气洗装置将对膜组件23进行在线清洗，当在线清洗不能恢复膜性能时，需进行离线清洗。
同时为持续高效利用非均相催化剂14，该实施中设有循环管道24，所述循环管道24一端连通膜池13底部，另一端位于进水装置2上游，连通进水干管1，在膜池中被截留富集的非均相催化剂14混入残留污水中，经循环管道24回流通入进水干管1中，与原污水混合再次进入水射器2中，为保证含非均相催化剂14的混合液与原污水充分混合，可优选的在循环管道22与进水干管1交汇处设置管道混合器。
作为一种优化方式，所述反应池10与所述膜池13之间设有出水堰11，且顶部连通，作为替代方式，也可将所述反应池10与所述膜池13分体设置，即将反应池10和膜池13分别设置为密闭腔体，两腔体顶部以管道连通。
作为另一种优化方式，本实施例中的反应池10可依据污水处理程度需要增加池数，以获得更长的反应时间。
以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。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，均包含在本实用新型的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种臭氧催化氧化处理污水设备，其特征在于，包括：
进水干管，所述进水干管与水源连接；
进水装置，与所述进水干管连通，用于引入污水以及为污水处理设备提供动力水源；
水射器，位于所述进水装置下游的进水干管上，用于臭氧与污水的混合；
超声波反应器，安装在所述水射器下游的进水干管上，作用于臭氧与污水混合后的气液固三相混合液，用于强化催化氧化反应；
腔体，所述腔体分为反应池和膜池，所述反应池与所述进水干管末端连通，用于为混合液提供反应空间，所述膜池位于反应池下游，内置有若干组膜组件，用于截留非均相催化剂，分离污水中的固体；
气洗装置，安装在所述膜池底部，位于所述膜组件下方，用于对所述膜组件进行清洗；
抽吸装置，位于所述膜组件上方，用于将经膜组件处理后的污水排出设备；
循环管道，一端连通膜池底部，另一端与进水装置上游的进水干管连通，用于非均相催化剂的回流。
2.根据权利要求1所述的一种臭氧催化氧化处理污水设备，其特征在于，所述进水干管和所述循环管道汇合处设有管道混合器，用于将污水和含非均相催化剂的混合液进行混合。
3.根据权利要求1所述的一种臭氧催化氧化处理污水设备，其特征在于，所述进水装置、所述水射器、所述反应池、所述膜池、所述循环管道中均设有固体非均相催化剂，所述固体非均相催化剂呈微小颗粒状，在所述设备中呈流化态。
4.根据权利要求1所述的一种臭氧催化氧化处理污水设备，其特征在于，所述水射器包括入水腔、出水腔、用于衔接入水腔和出水腔的喉管，所述喉管上方连通臭氧管道，所述臭氧管道的最高位置高于反应池液位，所述臭氧管道上安装逆止阀，所述水射器及臭氧管道均采用聚氟材料或不锈钢管道内衬聚氟材料制成。
5.根据权利要求1所述的一种臭氧催化氧化处理污水设备，其特征在于，所述膜组件采用柔性平板膜组件，包括支撑板和膜片，所述支撑板采用ABS、PC、PPO、PP中的一种或合金材料，经挤压注塑呈中空状，表面设有多个小孔用于过滤污水，所述膜片采用耐腐蚀抗污染型PTFE材质，所述膜组件上方设有出水口，所述膜组件的出水口与抽吸装置连通。
6.根据权利要求5所述的一种臭氧催化氧化处理污水设备，其特征在于，所述气洗装置包括鼓风机、输气干管、若干根输气支管和与所述输气支管相配合的穿孔曝气管；所述鼓风机用于提供压缩空气；所述输气干管一端与鼓风机连通，另一端连通所述输气支管，所述输气干管的最高位置高于膜池液位；所述穿孔曝气管位于所述膜组件下方，用于对所述膜片进行气洗，所述穿孔曝气管设有两排轴线呈45度夹角的圆孔。
7.根据权利要求5所述的一种臭氧催化氧化处理污水设备，其特征在于，所述抽吸装置包括水泵、出水干管、压力表，所述出水干管一端与所述膜组件的出水口连接，一端伸出膜池外连通排水管道，所述压力表和所述水泵依次设置于出水口下游的出水干管上。
8.根据权利要求1所述的一种臭氧催化氧化处理污水设备，其特征在于，所述超声波反应器下游连通有若干个进水支管，所述反应池侧壁设有与所述进水支管对应连通的进水口，所述进水口均连通有布水装置，所述布水装置为布水分散管，位于反应池内部，用于均匀布水。
9.根据权利要求1所述的一种臭氧催化氧化处理污水设备，其特征在于，所述反应池与所述膜池之间设有出水堰，用于分隔两池体，所述反应池与所述膜池的顶部互相连通。
10.根据权利要求1所述的一种臭氧催化氧化处理污水设备，其特征在于，所述反应池与所述膜池为分体式设置，所述反应池与所述膜池的顶部通过管道连通。
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