一種提高臭氧反應效率的方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于廢水治理臭氧氧化技術領域，更具體的說，涉及一種提高臭氧反應效率的方法。
【背景技術】
[0002]臭氧氧化技術經過幾十年的發展，已經成為水體凈化高級氧化領域的核心技術之一。為了提高氣水反應效率，強化臭氧利用效率，常常采用催化劑促進臭氧產生更多的強氧化性中間產物(如羥基自由基等)；同時還可以優化臭氧反應裝置的結構設計，國內外臭氧技術研究者圍繞臭氧反應塔進行了許多研究工作，國內的臭氧反應裝置主要是頂部噴淋式反應器或單一填料逆流反應器。
[0003]目前常見的臭氧利用方法主要通過設計不同的反應器來實現，頂部噴淋式的方法不需要裝填填料，反應高度一般不超過4m，結構簡單。反應效率跟噴淋水的形態直接相關，由于反應時間即為液滴與反應器內臭氧的接觸時間，但液滴的下降速度較快，所以兩相接觸時間一般相對較短。相關技術文獻及工程案例中有通過波紋板填料增加氣液接觸時間的做法，此時反應器內的水阻和氣阻均較大，其原因是廢水在填料表面形成較厚的液膜，甚至在填料間形成橫隔膜，導致大量臭氧從少數填料中心穿過，造成氣液接觸效率低，反應時間并未有效延長，這樣，反應器的絕對水力停留時間常在0.5?Ih左右，此數值不與氣液接觸時間等同，故無法達到預期的氣液接觸時間要求，要達到這一要求，需要將塔的截面積建造的非常大，或者高度非常高，以此來增加氣液接觸時間，在工程設計中是無法實現的。頂部噴淋式反應器的反應效率在30%左右，波紋填料噴淋反應器的反應效率在30?50%左右，造成了臭氧的巨大浪費，若尾氣不進一步進行吸收或破壞，不僅不利于后續單元的處理，而且排放到自然環境中也是一種污染，具有潛在的環境風險。另外，還有一種臭氧利用的技術方法，通過單一填料逆流反應器來實現，該反應器高度設計值常采用小于等于4m，液體流向為頂進底出，氣體從底進上出，廢水流向的末端在反應器的底部，末端出水接觸到的是高濃度臭氧，故出水不容易超標，但低濃度的廢水接觸高濃度臭氧，反應底質濃度低，臭氧不能充分利用，會造成臭氧的利用效率低；填料往往采用多面空心球，單一填料形成的單一流態，一旦填料內部發生短流，基本無法對其進行再平衡。
[0004]中國實用新型，授權公告號:CN 204097295 U，授權公告日:2015.01.14，公開了一種臭氧催化氧化聯合曝氣生物濾池一體化設備，解決了現有臭氧氧化技術中臭氧利用率低、氧化能力低、運行費用高的問題。包括調節池、提升栗、臭氧機、循環栗、催化氧化塔、曝氣生物濾池和射流器，調節池輸出端通過提升栗與循環栗輸入端相連，循環栗的輸入端還與催化氧化塔的循環水出口相連，循環栗的輸出端與催化氧化塔的循環水進口相連，循環水進口還與臭氧機相連，催化氧化塔的總出水口與曝氣生物濾池相連。其不足之處是:該實用新型通過循環的方式增加氣液接觸時間，能耗方面是非常巨大的，這一點與其聲稱的“解決了現有臭氧氧化技術中臭氧利用率低、氧化能力低、運行費用高的問題”是不相符的；整個反應器的氣液接觸反應在固定填料床內實現，填料高度比例高，水力停留時間短；反應器底部受力較大，結構設計難度大，耗材多，成本高。
[0005]中國發明專利，授權公告號:CN 102432125 B，授權公告日:2013.10.30，公開了催化臭氧處理制漿廢水的裝置及其處理方法。該裝置包括結構相同的第一和第二反應器、貯水池和尾氣收集瓶；槽體內支撐布氣板上承載有活性吸附材料負載過渡金屬氧化物催化劑，槽體底部設置有曝氣器，槽體上設置有進出水口、進臭氧口及取樣口，頂蓋上設置有尾氣口。第一進臭氧口與第一曝氣器通過管道連接，第一出水口與貯水池進水口、貯水池出水口與栗及第二進水口均通過管道連接；第一尾氣口、第二進臭氧口、第二曝氣器依次通過管道連接；尾氣收集瓶上設置有排氣管，該尾氣瓶與第二尾氣口連接。其不足之處是:該發明專利的廢水進入反應器之后，未對其進行有效的切割和分布，極易發生短流，短流水會將底部產生的微氣泡帶走并偏離正常上升路徑，使氣液接觸效果變差。催化劑層之上是空塔，廢水和臭氧氣在經過催化劑后，濃度都有所降低，空塔中的流態接近層流狀態，氣液接觸效果不好，會有大量未反應廢水和未反應臭氧流出，所以必須在后端增加二級處理，但臭氧破壞器的處理量也會上升，反應器整體的效率較低。若通過二級處理甚至三級處理來提高臭氧的利用率，系統的配置就更加的龐大和復雜，而且級與級之間還需要再次提升，能耗也是比較大的。
[0006]綜合比較以上技術背景和現行專利提出的技術方法，能夠看出業內仍缺乏關鍵性的技術方法來提高臭氧的利用效率、減少臭氧使用成本。
【發明內容】
[0007]1.發明要解決的技術問題
[0008]針對現有臭氧氧化技術領域存在的臭氧利用效率不高，氧化處理效率低下的問題，本發明提供了一種提高臭氧反應效率的方法，它利用多級多階段的技術方法，增加了臭氧與廢水的反應步驟，提尚了氣水接觸時間，具有強化臭氧利用效率、提尚臭氧氧化效率的優點。
[0009]2.技術方案
[0010]為達到上述目的，本發明提供的技術方案為:
[0011]—種提高臭氧反應效率的方法，其包括如下步驟:
[0012]A.廢水進入布水單元，混合氣體進入布氣單元，氣液比控制為0.5:1?1:1 ;
[0013]B水氣二相在進水區內混合后進行無干擾反應；
[0014]C.水氣二相隨即進入催化反應階段，所用催化材料為負載型復合催化材料；
[0015]D.水氣二相經過短流消除階段，對臭氧與廢水的混合進行二次調整；
[0016]E.臭氧和廢水在填料反應單元進行二次分配，臭氧與廢水發生充分反應之后，即可實現達標出水。
[0017]優選地，步驟A中的廢水需滿足pH處于6?9之間，COD應處于100mg/L以下。
[0018]優選地，步驟A中的混合氣體為臭氧發生器所產生的混合氣體，臭氧質量濃度為5%?15%，其余部分為氧氣。
[0019]優選地，步驟A中的布水單元內設有布水器、布氣單元內設有曝氣盤，布水器能實現廢水的均勻分布，曝氣盤能夠將臭氧氣體切割成微小的氣泡，氣泡平均直徑處于0.5?
20μ m之間。
[0020]優選地，所述的步驟B中水氣二相經過布水單元和布氣單元后相互混合，無干擾反應即為臭氧與廢水自由反應階段，不含填料或催化劑，氣水混合物在該階段的停留時間為 5 ?20mino
[0021]優選地，所述的步驟C中提及的負載型復合催化材料，該材料為催化劑填料NDC-003、NDC-005、NDC-OOU NDC-002，載體為多孔材料，如硅膠、活性炭、陶瓷或樹脂，負載物為銅、鎳、鈀、鐵、錳或鋯重金屬及其氧化物的一種或多種混合物，負載物與載體的質量比例處于1%?50%之間，主要通過金屬提高臭氧反應活性，進而提高臭氧氧化效率。
[0022]優選地，與無干擾反應階段類似，氣體和廢水在短流消除階內再次自由混合，使臭氧與廢水發生充分接觸，并自由反應。
[0023]優選地，步驟E中的二次分配是指臭氧在該層再次被切割、分散，提高與廢水的接觸面積，二次分配單元內需要填有填料，填料為商業化填料，如鮑爾環或拉西環。
[0024]優選地，步驟E中，臭氧與廢水發生充分反應，反應后的出水COD低于50mg/L，出口處臭氧濃度低于0.1%。
[0025]3.有益效果
[0026]采用本發明提供的技術方案，與已有的公知技術相比，具有如下顯著效果:
[0027](I)本發明采用擴展反應時間的技術手段，實現多級多階段氣水反應，由傳統的氣液固三相混合的單一步驟，變為“緩沖(水分布)一無干擾反應(氣分布)一催化反應一短流消除階段一二次分配混合反應”的多單元多流態反應步驟；通過增加反應高度，實現多級反應塔結構，能夠克服傳統的頂部噴淋式反應器及單一填料逆流反應器中，存在臭氧利用效率低下的技術難點，提高了廢水氧化效率，降低了臭氧氧化技術成本；
[0028](2)本發明的一種提高臭氧反應效率的方法，雖然通過增加反應度而提高了臭氧利用效率，但并沒有因此而增加大量的設備成本；傳統意義上來說，由于塔高增加，上層塔內水壓增大，需要同時增加塔厚，以增加反應塔的安全性和穩定性，但是本發明的臭氧反應裝置，塔內設置了分級結構，能夠起到對塔壁的拉引作用，增加反應塔的安全性和穩定性，不需要增大塔厚，增加反應器高度，為實現多階段的設計提供了基本保證，多級結構又反過來增加了反應塔的力學性能，緩解