CN212833154U - 一种催化臭氧反应装置及系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及废水处理技术领域，尤其是涉及一种催化臭氧反应装置及系统，其中，催化臭氧反应装置包括密封的罐体，所述罐体内部自下而上依次设置有污泥收集槽、曝气部件、多级催化反应床、布水部件和气水分离部件；所述罐体外部设置有提升分配部件，所述提升分配部件分别与最底部的所述催化反应床和最顶部的所述催化反应床连通。本发明的催化臭氧反应装置中通过布水部件及曝气部件的设置，显著提高了废水与气体的接触时间和接触面积，进而提高了催化反应效率。而罐体外部提升分配部件的设置，实现了对催化剂的清洗和更换，有效解决了催化反应床易板结的问题。

Description

一种催化臭氧反应装置及系统

技术领域

本实用新型涉及废水处理技术领域，尤其是涉及一种催化臭氧反应装置及系统。

背景技术

目前，煤制油、煤制气等煤化工产业是煤炭清洁利用的重要方向，欧美等发达国家均将其作为未来能源技术的制高点，长期大力推进洁净煤技术研发。我国是煤炭储量大国，采用煤炭制气、制油的煤化工项目越来越多。煤化工生产过程中会产生大量的废气、废液、废渣，严重制约了煤化工产业的发展，成为其发展的瓶颈。

煤化工废水普遍含有多种无机和有机化合物，其中无机化合物主要是大量的铵盐、硫氰化合物、硫化物、氰化物等，有机化合物除酚类外，还有单环及多环的芳香族化合物、含氮、硫、氧的杂环化合物等有毒有害物质，污染物色度高，属较难生化降解的高浓度有机化工废水，而且有很高的COD、色度、氨氮，且生化性不佳。物化联合生物两级处理难以达标排放，该类废水处理一直是国内外废水处理领域的难题。

臭氧是一种强氧化剂，氧化还原电位为2.07eV，对大多数有机物具有很强的氧化降解能力，且具有反应速度快的特点。研究表明，臭氧氧化降解难生物降解有机物、发色有机物和毒性有机物效果良好，在利用臭氧处理煤化工废水的过程中，对于具有较高色度的废水，色度的去除率很高，经臭氧处理后色度去除率甚至达到98％以上。但是对于废水中有机物的去除率并不高，总有机碳(TOC)或化学需氧量(COD)去除率一般不超过 40％。因此，近年来，通过添加催化剂以提高臭氧处理过程中对有机物的降解效果成为国内外研究的热点。

然而，传统的催化氧化的方式均是将煤化工废水直接送入反应釜，然后通入臭氧直接进行催化氧化，而且催化床易板结，需频繁更换和清洗，因此，现有技术中催化臭氧反应装置存在催化反应效率低、处理成本高，氧化废水中高有机物的程度不够理想等缺点。

因此，开发一种新型的催化臭氧反应装置，以解决现有技术中存在的问题，是本领域亟需解决的一项技术问题。

实用新型内容

本实用新型的第一目的在于提供一种催化臭氧反应装置，该装置解决了现有技术中催化床易板结的问题；

本实用新型的第二目的在于提供一种催化臭氧反应系统，旨在解决现有技术中催化臭氧反应系统对废水催化反应效率低、处理成本高的问题。

本实用新型提供一种催化臭氧反应装置，包括密封的罐体，所述罐体内部自下而上依次设置有污泥收集槽、曝气部件、多级催化反应床、布水部件和气水分离部件；

所述罐体外部设置有提升分配部件，所述提升分配部件分别与最底部的所述催化反应床和最顶部的所述催化反应床连通。

本发明催化臭氧反应装置中的污泥收集槽、曝气部件、多级催化床、布水部件和气水分离部件自下而上依次设置在密封罐体内部，当使用该装置处理煤化工废水时，废水由上部的布水部件进入罐体，臭氧由底部的曝气部件进入罐体，而催化反应床上均匀布设有臭氧催化剂，自上而下的废水与自下而上的臭氧与臭氧催化剂充分接触，进而实现对废水中有机物的降解。因此布水部件及曝气部件的设置，提高了废水与气体的接触时间和接触面积，进而提高了催化反应效率。而针对现有技术中催化反应床易板结的问题，在罐体外部设置有提升分配部件，而提升分配部件的两端分别与最底部的催化反应床和最顶部的催化反应床连通，这样，提升分配部件可将催化剂从最底部的催化反应床提升至最顶部的催化反应床，完成翻洗后，由最顶部的催化反应床逐级分配至最底部的催化反应床，完成催化剂的翻洗更换；当需要对催化剂进行更换时，失效催化剂直接被提升分配部件提升至最顶部，并由最顶部取出更换，而新的催化剂由最顶部的催化反应床开始装填，逐级分配至最低部催化反应床。提升分配部件实现了对催化剂的清洗和更换，有效解决了催化反应床易板结的问题。

进一步，所述提升分配部件包括提升器和分配器；

所述提升器包括第一主管和多个第一支管，每个所述第一支管的一端与所述第一主管连通，另一端分别与每级所述催化反应床的底部连通；

所述分配器包括第二主管和多个第二支管，每个所述第二支管的一端与所述第二主管连通，另一端分别与每级所述催化反应床的顶部连通；

所述第一主管和所述第二主管上均设置有循环泵。

提升分配部件包括提升器和分配器，其中，提升器包括第一主管和多个第一支管，每个第一支管的一端与第一主管连通，另一端分别与每级催化反应床的底部连通，这样，当需要对催化剂进行清洗和替换时，利用循环泵通过每个第一支管将每级催化反应床中的催化剂由催化反应床的底部逐渐提升至最顶部的催化反应床进行清洗或直接排出。完成清洗或更换的催化剂，利用分配器将催化剂逐级分配至每级催化反应床，分配器包括第二主管和多个第二支管，每个第二支管的一端与第二主管连通，另一端分别与每级催化反应床的顶部连通，这样，当需要将翻洗或更换后的催化剂分配至每级催化反应床时，仅需利用循环泵通过第二主管及每个第二支管将最顶部催化反应床中的催化剂分配至每级催化反应床即可。

进一步，每级所述催化反应床填充有多层臭氧催化剂，且每层所述臭氧催化剂错位布置。

每级催化剂反应床为一个独立单元，而每级催化反应床中的催化剂采用多层错位填充的方法，该填充形式一方面有效解决了催化反应床易板结的问题，另一方面提高了催化反应床的水通量，保证了废水处理效率。

进一步，所述布水部件包括进水管和多个出水支管；

所述进水管环绕布设在所述罐体内部，且布设方向与所述罐体的轴向相垂直；

所述出水支管均匀分布在所述进水管上，并与所述进水管连通。

布水部件包括进水管和多个出水支管，为增加废水与催化剂和臭氧的接触面积，进水管环绕布设在罐体的内部，并且布设方向与罐体的轴向相垂直，出水支管均匀分布在进水管上，并与进水管连通。

进一步，所述曝气部件包括进气管和多个喷头；

所述进气管环绕布设在所述罐体内部，且布设方向与所述罐体的轴向相垂直；

所述喷头均匀分布在所述进气管上，并与所述进气管连通。

同理，为增加臭氧与催化剂和废水的接触面积，曝气部件中的进气管环绕设置在罐体内部，并且其布设方向与罐体的轴向相垂直，并且进气管上均匀开设有多个喷头。

进一步，所述喷头为半球形，且半球形表面均匀分布有多个出气口。

为进一步提高喷头的喷射面积，每个喷头均呈半球形，且半球形表面均匀分布有多个出气口。

进一步，所述气水分离部件垂直于所述罐体的轴向方向，其两端分别与所述罐体的内壁相抵；

所述气水分离部件为波浪形，且波谷与所述布水部件之间的距离为 5-10cm。

反应完成后的臭氧尾气由罐体的顶部排出，为防止尾气排放时携带部分液体，在布水部件的上部设置有气水分离部件，并且气水分离部件为波浪形，以使携带有液体的臭氧尾气碰撞在波浪形叶片时，液体可以沿叶片表面滑落，进而实现气体与液体的分离。

进一步，所述污泥收集槽为倒锥台状结构，且在大端口侧壁上设置有污泥界面仪，在小端口设置有污泥出口。

罐体底部设置有污泥收集槽，用于收集催化反应床洗脱下来的附着物、水中沉积下来的悬浮物，污泥收集槽呈倒锥台状结构，在大端口侧壁上设置有污泥界面仪，在小端口设置有污泥出口，当污泥界面仪检测到污泥界面高度达到污泥收集槽高度2/3时，污泥出口处的阀门开启，完成排泥后阀门关闭。

本发明还公开了一种催化臭氧反应系统，包括上述催化臭氧反应装置、臭氧发生器、预处理机构、后处理机构和尾气处理机构；

所述臭氧发生器、所述预处理机构、所述后处理机构和所述尾气处理机构分别与所述催化臭氧反应装置连通。

本发明的催化臭氧反应系统包括催化臭氧反应装置、臭氧发生器、预处理机构、后处理机构和尾气处理机构，臭氧发生器与催化臭氧反应装置上的曝气部件连通，用于为催化臭氧反应系统提供臭氧；预处理机构与催化臭氧反应装置的布水部件连通，用于预处理废水并为催化臭氧反应装置提供待处理废水；后处理机构与臭氧反应器的排水口连通，用于对催化臭氧反应装置处理后的水进行后处理；而尾气处理机构与催化臭氧反应装置的排气口连通，用于收集并处理反应尾气。

进一步，所述预处理机构包括絮凝沉淀池和储水罐，所述絮凝沉淀池、所述储水罐和所述进水管依次连通；

所述后处理机构包括调节池和混凝反应池，所述调节池分别与所述催化臭氧反应装置的排水口和所述混凝反应池连通。

预处理机构包括絮凝沉淀池和储水罐，首先，将煤化工废水引入絮凝沉淀池，加入聚合硫酸铁(或聚合硫酸铝铁)和偏硅酸钠助凝剂，对悬浮颗粒物进行絮凝处理，处理后清水引入储水罐，当需对该废水进行处理时，使用水泵将废水打入催化臭氧反应装置即可。而后处理机构包括调节池和混凝反应池，经催化臭氧反应装置处理后的废水被引入调节池，由调节池调节pH至8-9之间，并严格控制pH值不能超过9，然后引入混凝反应池，并投加聚合硫酸铁和聚丙酰胺，出水可直接达标排放。

本发明的催化臭氧反应装置，与现有技术相比，具有以下优点：

本发明的催化臭氧反应装置中通过布水部件及曝气部件的设置，显著提高了废水与气体的接触时间和接触面积，进而提高了催化反应效率。而罐体外部提升分配部件的设置，实现了对催化剂的清洗和更换，有效解决了催化反应床易板结的问题。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式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，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施方式，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为本实用新型催化臭氧反应装置的示意图；

图2为本实用新型催化臭氧反应系统的示意图。

附图标记说明：

1：污泥收集槽；2：曝气部件；3：催化反应床；4：布水部件；5：气水分离部件；6：第一主管；7：第一支管；8：第二主管；9：第二支管； 10：循环泵；11：进水管；12：出水支管；13：进气管；14：喷头；15：污泥界面仪；16：污泥出口；17：臭氧发生器；18：絮凝沉淀池；19：储水罐；20：调节池；21：混凝反应池；22：尾气处理机构；23：氧气罐； 24：水泵；25：排水口25；26：搅拌器；27：投药部件。

具体实施方式

下面将结合实施例对本实用新型的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语"中心"、"纵向"、"横向"、"长度"、"宽度"、"厚度"、"上"、"下"、"前"、"后"、"左"、"右"、"坚直"、" 水平"、"顶"、"底"、"内"、"外"、"顺时针"、"逆时针"等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

此外，术语"第一"、"第二"仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有"第一"、 "第二"的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个所述特征。在本实用新型的描述中，"多个"的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。此外，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

如图1-2所示，本实用新型提供的催化臭氧反应装置，包括密封的罐体，所述罐体内部自下而上依次设置有污泥收集槽1、曝气部件2、多级催化反应床3、布水部件4和气水分离部件5；所述罐体外部设置有提升分配部件，所述提升分配部件分别与最底部的所述催化反应床3和最顶部的所述催化反应床3连通。

现有技术中的催化臭氧反应装置存在催化反应效率低、催化反应床易板结的问题，为解决该问题，本实用新型在催化臭氧反应装置中自下而上依次设置有污泥收集槽1、曝气部件2、多级催化反应床3、布水部件4和气水分离部件5。其中，曝气部件2和布水部件4的设置提高了废水与臭氧和催化剂的接触面积，延长了作用时间，进而提高了催化反应效率。而为解决催化反应床易板结，不易清洗更换的问题，在催化臭氧反应装置的外部设置有提升分配部件，提升分配部件的两端分别与最底部的催化反应床3 和最顶部的催化反应床3连通，可及时对失效的催化剂进行翻洗和更换，由此解决了催化反应床3易板结的问题。

在上述技术方案的基础上，进一步，所述提升分配部件包括提升器和分配器；所述提升器包括第一主管6和多个第一支管7，每个所述第一支管 7的一端与所述第一主管6连通，另一端分别与每级所述催化反应床3的底部连通；所述分配器包括第二主管8和多个第二支管9，每个所述第二支管 9的一端与所述第二主管8连通，另一端分别与每级所述催化反应床3的顶部连通；所述第一主管6和所述第二主管8上均设置有循环泵10。

当需要对催化反应床3中催化剂进行翻洗时，仅需利用第一主管6上的循环泵10，将每级催化反应床3中的催化剂由催化反应床3底部经相应的第一支管7提升至最顶部的催化反应床3，此时由布水部件4向催化反应床3喷洒催化剂复活夜，进而实现对催化剂的翻洗。翻洗后的催化剂，可利用第二主管8上的循环泵10，将最顶部的催化反应床3中的催化剂经第二主管8及相应的第二支管9逐级输送至催化反应床3的顶部，由此完成对催化剂的翻洗更换。

在上述技术方案的基础上，优选地，每级所述催化反应床3填充有多层臭氧催化剂，且每层所述臭氧催化剂错位布置。

每级催化反应床3中填充有多层臭氧催化剂，而每层臭氧催化剂错位布置，在保证催化反应床3通量的情况下，有效解决了催化床易板结的问题。

为提高废水与臭氧和催化剂的接触面积，所述布水部件4包括进水管 11和多个出水支管12；所述进水管11环绕布设在所述罐体内部，且布设方向与所述罐体的轴向相垂直；所述出水支管12均匀分布在所述进水管11 上，并与所述进水管11连通。所述曝气部件2包括进气管13和多个喷头 14；所述进气管13环绕布设在所述罐体内部，且布设方向与所述罐体的轴向相垂直；所述喷头14均匀分布在所述进气管13上，并与所述进气管13 连通。

在上述优选技术方案的基础上，更为优选地，所述喷头14为半球形，且半球形表面均匀分布有多个出气口。

半球形喷头14的设置，进一步提高了臭氧的喷射面积，进而提高了臭氧与催化剂和废水的接触面积，解决了现有技术中催化反应效率低的问题。

为实现反应完成后气水的分离，所述气水分离部件5垂直于所述罐体的轴向方向，其两端分别与所述罐体的内壁相抵；所述气水分离部件5为波浪形，且波谷与所述布水部件4之间的距离为5-10cm。

在上述优选技术方案的基础上，更为优选地，所述污泥收集槽1为倒锥台状结构，且在大端口侧壁上设置有污泥界面仪15，在小端口设置有污泥出口16。

污泥收集槽1用于收集催化反应床3洗脱下来的附着物、税账沉积下来的悬浮物等，污泥收集槽1呈倒锥台状结构，当其大端口侧壁上设置的污泥界面仪15检测到污泥界面的高度达到污泥收集槽1高度的2/3时，污泥收集槽1小端口的阀门自动开启，完成排泥后阀门关闭。

本发明还公开了一种催化臭氧反应系统，包括上述催化臭氧反应装置、臭氧发生器17、预处理机构、后处理机构和尾气处理机构22；所述臭氧发生器17、所述预处理机构、所述后处理机构和所述尾气处理机构22分别与所述催化臭氧反应装置连通。

在本发明的催化臭氧反应系统中，还包括分别与催化臭氧反应装置连通的臭氧发生器17、预处理机构、后处理机构和尾气处理机构22，其中，臭氧发生器17用于为催化臭氧反应装置提供臭氧气体，预处理机构用于对待处理废水的絮凝前处理，后处理机构用于对处理后废水的絮凝后处理，而尾气处理机构22用于对反应后尾气的净化处理。

在上述优选技术方案的基础上，进一步，所述预处理机构包括絮凝沉淀池18和储水罐19，所述絮凝沉淀池18、所述储水罐19和所述进水管11 依次连通；所述后处理机构包括调节池20和混凝反应池21，所述调节池 20分别与所述催化臭氧反应装置的排水口25和所述混凝反应池21连通。

在对煤化工废水进行处理时，首先将煤化工废水引入絮凝沉淀池18，然后加入聚合硫酸铁和偏硅酸钠助凝剂，对悬浮颗粒进行絮凝处理，以防在催化臭氧反应装置中，絮凝物堵塞催化反应床3。经催化臭氧反应装置处理后的废水依次进入调节池20和混凝反应池21，进而使出水可达标排放。其中，调节池和混凝反应池内部均设置有投药部件27和搅拌器26

在上述优选技术方案的基础上，进一步，还包括氧气罐23，所述氧气罐23与所述臭氧发生器17连通。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种催化臭氧反应装置，其特征在于，包括密封的罐体，所述罐体内部自下而上依次设置有污泥收集槽(1)、曝气部件(2)、多级催化反应床(3)、布水部件(4)和气水分离部件(5)；

所述罐体外部设置有提升分配部件，所述提升分配部件分别与最底部的所述催化反应床(3)和最顶部的所述催化反应床(3)连通。

2.根据权利要求1所述的催化臭氧反应装置，其特征在于，所述提升分配部件包括提升器和分配器；

所述提升器包括第一主管(6)和多个第一支管(7)，每个所述第一支管(7)的一端与所述第一主管(6)连通，另一端分别与每级所述催化反应床(3)的底部连通；

所述分配器包括第二主管(8)和多个第二支管(9)，每个所述第二支管(9)的一端与所述第二主管(8)连通，另一端分别与每级所述催化反应床(3)的顶部连通；

所述第一主管(6)和所述第二主管(8)上均设置有循环泵(10)。

3.根据权利要求2所述的催化臭氧反应装置，其特征在于，每级所述催化反应床(3)填充有多层臭氧催化剂，且每层所述臭氧催化剂错位布置。

4.根据权利要求1所述的催化臭氧反应装置，其特征在于，所述布水部件(4)包括进水管(11)和多个出水支管(12)；

所述进水管(11)环绕布设在所述罐体内部，且布设方向与所述罐体的轴向相垂直；

所述出水支管(12)均匀分布在所述进水管(11)上，并与所述进水管(11)连通。

5.根据权利要求1所述的催化臭氧反应装置，其特征在于，所述曝气部件(2)包括进气管(13)和多个喷头(14)；

所述进气管(13)环绕布设在所述罐体内部，且布设方向与所述罐体的轴向相垂直；

所述喷头(14)均匀分布在所述进气管(13)上，并与所述进气管(13)连通。

6.根据权利要求5所述的催化臭氧反应装置，其特征在于，所述喷头(14)为半球形，且半球形表面均匀分布有多个出气口。

7.根据权利要求1-6任一项所述的催化臭氧反应装置，其特征在于，所述气水分离部件(5)垂直于所述罐体的轴向方向，其两端分别与所述罐体的内壁相抵；

所述气水分离部件(5)为波浪形，且波谷与所述布水部件(4)之间的距离为5-10cm。

8.根据权利要求7所述的催化臭氧反应装置，其特征在于，所述污泥收集槽(1)为倒锥台状结构，且在大端口侧壁上设置有污泥界面仪(15)，在小端口设置有污泥出口(16)。

9.一种催化臭氧反应系统，其特征在于，包括臭氧发生器(17)、预处理机构、后处理机构、尾气处理机构(22)和权利要求1-8任一项所述的催化臭氧反应装置；

所述臭氧发生器(17)、所述预处理机构、所述后处理机构和所述尾气处理机构(22)分别与所述的催化臭氧反应装置连通。

10.根据权利要求9所述的催化臭氧反应系统，其特征在于，所述预处理机构包括絮凝沉淀池(18)和储水罐(19)，所述絮凝沉淀池(18)、所述储水罐(19)和进水管(11)依次连通；

所述后处理机构包括调节池(20)和混凝反应池(21)，所述调节池(20)分别与所述催化臭氧反应装置的排水口(25)和所述混凝反应池(21)连通。

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