一種臭氧催化氧化的裝置的制造方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種臭氧催化氧化的裝置。該裝置包括接觸氧化池、進水管、增壓泵、高效溶氣射流器、穿孔管布水器、催化劑填料隔板、催化劑填料、臭氧進氣管、臭氧尾氣進氣管、臭氧尾氣破壞裝置。接觸氧化池為多段分流式，污水從底部流入，頂部流出，形成上流式接觸氧化反應路線。臭氧經高效溶氣射流器與污水充分混合溶解，通過穿孔管布水器分布于反應池底部。反應池底部設有催化劑填料隔板，隔板上為催化劑層。催化劑為金屬及金屬氧化物負載在多孔載體上的高效負載型催化劑。本實用新型通過污水在接觸氧化池里在負載催化劑的催化下與臭氧進行非均相催化反應，大幅度提高臭氧利用效率和氧化效率，降低臭氧投加量，降低運營成本。
【專利說明】
一種臭氧催化氧化的裝置
技術領域
[0001]本實用新型涉及一種臭氧催化氧化的裝置，屬于污水處理領域。
【背景技術】
[0002]我國污水處理行業經過幾十年的發展，已經取得了突飛猛進的成績。目前設市城市污水處理率已提前完成70%的目標，城市大型污水處理項目已經逐步趨于飽和，但是我國城鎮污水實際達標率不超過70%。仍然有很多污水處理項目因為混有工業污水等各種原因不能給正常達標排放，有很多市政污水廠進水標準比較模糊，尤其是在一些二、三線城市及小城鎮，由于各種原因，工業廢水混合市政污水排入市政污水處理廠。按照生活污水標準設計建設的市政污水處理廠不能完混有工業廢水進水的處理任務，造成出水超標。
[0003]隨著城市發展和環境保護的需要，無論是市政污水處理項目還是工業污水項目，排放標準將會逐步提高，例如北京已經提升至地表水四類水體標準。目前的傳統處理工藝不能夠滿足逐步提高的排放標準，無論是出水超標還是排放標準的提高，需要去除的COD都不高，一般為20-60mg/L左右，而此類的COD基本都是難以被微生物處理的難降解有機物。選擇投加藥劑或者用活性炭吸附處理，高額的運營成本又是難以承受的。
[0004]高級氧化工藝中的臭氧是一種強氧化劑，氧化還原電位為2.07V，是目前通用氧化劑中氧化性最強的氧化劑。其氧化能力是氯的兩倍，臭氧氧化法系統設備相對簡單，占地面積小，操作維護費用較低，不會產生大量污泥，能有效避免二次污染，而且反應可控程度高，便于實現工業自動化，臭氧高級氧化對臭氧的利用率和有機污染物的降解效率都比較低。臭氧高級氧化工藝，不能徹底斷鏈去除有機物，COD去除率不高，處理有機物具有選擇性，應用范圍不廣泛。臭氧在常溫常壓下極不穩定，衰減很快，臭氧在水中溶解度不高。臭氧用于污水處理中需要經歷從氣相到液相的兩相之間的傳質過程，從氣相溶解到水中的臭氧有一部分分解成了氧氣，有一部分沒能與目標有機物，發生反應，所以造成臭氧高級氧化工藝中臭氧的利用率很低。
【實用新型內容】
[0005]針對現有污水處理技術的不足，本實用新型提供了一種臭氧催化氧化的裝置，用于處理低濃度難降解污水處理中的有機物，解決有機物難降解、臭氧利用率低的難題，并且能夠適用于多種工藝組合和各類污水處理工程。
[0006]本實用新型的技術方案是這樣實現的:
[0007]—種臭氧催化氧化的裝置，包括:
[0008]接觸氧化池，用于臭氧接觸氧化處理污水；
[0009]進水管，用于將待處理污水引入所述接觸氧化池；
[0010]臭氧進氣管，用于將臭氧引入所述接觸氧化池；
[0011 ] 增壓栗，用于污水增壓，與所述進水管相連；
[0012]高效溶氣射流器，用于臭氧與增壓后污水的充分混合，與所述進水管和臭氧進氣管相連；
[0013]穿孔管布水器，用于臭氧和污水氣液混合液的平均分布，與所述高效溶氣射流器相連；
[0014]臭氧尾氣進氣管，用于臭氧尾氣回流進氣，與所述高效溶氣射流器相連；
[0015]臭氧尾氣破壞裝置，用于系統內氧氣及殘留臭氧的排放，與所述臭氧尾氣進氣管相連；
[0016]催化劑填料隔板，用于承載催化劑填料，位于所述接觸氧化池底部；
[0017]催化劑填料，用于催化臭氧氧化反應，位于所述接觸氧化池內的催化劑填料隔板上。
[0018]進一步地，所述接觸氧化池設計為多段分流式，污水從反應池底部流入，頂部流出，形成上流式接觸氧化反應路線。
[0019]進一步地，所述高效溶氣射流器進水口與增壓栗連接，通過壓力使得臭氧與污水充分混合溶解，從反應池底部的布水器均勻進入反應池。
[0020]進一步地，所述接觸氧化池頂部的尾氣排放口通過臭氧尾氣進氣口與高效溶氣射流器相連，通過栗將未溶解反應完全的臭氧重新返回至污水中，實現臭氧的多次投加。
[0021]進一步地，所述高效接觸池底部設有催化劑填料隔板，所述隔板通過支架固定在所述接觸氧化池底部，所述隔板上放置催化劑填料。
[0022 ]進一步地，所述催化劑填料為活性組分負載在多孔載體上的高效負載型催化劑。
[0023]進一步地，所述催化劑載體為活性氧化鋁、活性炭、沸石、陶粒、分子篩中的一種或多種。
[0024]進一步地，所述催化劑活性組分為Cu、Fe、Mn、Zn的金屬或金屬氧化物中的一種或多種。
[0025]進一步地，臭氧發生器產生的氣體一般都是是氧氣和臭氧的混合氣體，臭氧能夠被溶解利用，而氧氣除了部分溶解外，還有一部分會溢出積累在反應器的頂端，氧氣積累后會造成體系壓力增高，當體系氧氣氣壓增加到一定程度可以通過臭氧尾氣破壞裝置排出。
[0026]與現有技術相比，本實用新型的工藝優點是:
[0027]1、本實用新型一種臭氧催化氧化的裝置采用多段分流式接觸氧化池，采用臭氧進氣管與臭氧尾氣進氣管的雙向進氣方式的高效溶氣射流器，高效溶氣射流器通過增壓栗和雙進氣線路，提高了臭氧溶解率和利用率，接觸氧化池頂部未溶解反應充分的臭氧氣體通過臭氧尾氣排放口、氣栗和臭氧尾氣進氣管再次返回到污水中，實現了臭氧的反復使用，實現了臭氧最大程度的有效利用。
[0028]2、高效溶氣射流器與穿孔管布水器連接，將溶解了臭氧的污水均勻分布于反應池底部，與反應池底部的催化劑填料充分接觸和傳質，能夠大幅度提高臭氧轉移系數和轉移效率。
[0029]3、采用特殊的高效負載催化劑能夠大幅度對污染物及臭氧進行吸附和富集，在催化劑的作用下使臭氧大量分解產生羥基自由基[.Η0]從而引發的鏈反應，此反應還會產生十分活潑的、具有強氧化能力的單原子氧[.0]。臭氧催化氧化技術有效彌補了單純臭氧氧化對臭氧的利用率和有機污染物降解率較低的不足，金屬和金屬氧化物催化劑的運用能夠大大提高臭氧利用率以及難降解污染物的去除率。
[0030]本實用新型能夠廣泛的用于污水處理領域，尤其是低濃度難降解污水，凡是利用臭氧進行催化氧化處理難降解污水或是預處理去除有機物，都可以采用本實用新型一種臭氧催化氧化的裝置。
【附圖說明】
[0031]為了更清楚地說明本實用新型實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本實用新型的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動性的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。
[0032]圖1為本實用新型一種臭氧催化氧化的裝置的結構示意圖；
[0033]圖中:1.臭氧進氣管;2.進水管;3.臭氧尾氣進氣管;4.高效溶氣射流器;5.穿孔管布水器;6.出水管;7.接觸氧化池;8.催化劑填料;9.催化劑填料隔板；10.臭氧尾氣破壞裝置。
【具體實施方式】
[0034]為了更清楚地說明本實用新型實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的實例僅僅是本實用新型的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動性的前提下，還可以根據本實用新型和這些實例獲得其他的應用。
[0035]如圖1所示，本實用新型的一種臭氧催化氧化的裝置，包括:
[0036]接觸氧化池7;
[0037]進水管2，設置于接觸氧化池7下方，與高效溶氣射流器4相連；
[0038]臭氧進氣管I;
[0039]高效溶氣射流器4，與進水管2、臭氧進氣管I和臭氧尾氣進氣管3相連；
[0040]穿孔管布水器5，與高效溶氣射流器4相連；
[0041 ]臭氧尾氣進氣管3，與高效溶氣射流器4相連；
[0042]臭氧尾氣破壞裝置10，設置于接觸氧化池7上方；
[0043]催化劑填料隔板9，設置于接觸氧化池7底部；
[0044]催化劑填料8，位于接觸氧化池7內的催化劑填料隔板9上。
[0045]優選地，所述高效接觸氧化池設計為多段分流式，污水從反應池底部流入，頂部流出，形成上流式接觸氧化反應路線。
[0046]優選地，所述高效溶氣射流器進水口與增壓栗連接，通過壓力使得臭氧與污水充分混合溶解，從反應池底部的布水器均勻進入反應池。
[0047]優選地，所述高效接觸氧化池頂部的尾氣排放口通過臭氧尾氣進氣口與高效溶氣射流器相連，通過栗將未溶解反應完全的臭氧重新返回至污水中，實現臭氧的多次投加。
[0048]優選地，所述高效接觸池底部設有帶孔催化劑填料隔板，所述隔板通過支架固定在所述高效接觸氧化池底部，所述隔板上放置催化劑填料。
[0049 ]優選地，所述催化劑填料為活性組分負載在多孔載體上的高效負載型催化劑。
[0050]優選地，所述催化劑載體為活性氧化鋁、活性炭、沸石、陶粒、分子篩中的一種或多種。
[0051 ]優選地，所述催化劑活性組分為Cu、Fe、Mn、Zn的金屬或金屬氧化物中的一種或多種。
[0052]優選地，臭氧發生器產生的氣體一般都是是氧氣和臭氧的混合氣體，臭氧能夠被溶解利用，而氧氣除了部分溶解外，還有一部分會溢出積累在反應器的頂端，氧氣積累后會造成體系壓力增高，當體系氧氣氣壓增加到一定程度可以通過臭氧尾氣破壞裝置排出。
[0053]實施例一:
[0054]某污水處理廠原來設計進水為生活污水，現在實際進水大部分為造紙廢水。進水可生化性較低，主要難降解污染物為木質素。水廠服務的大部分排放企業都設有企業污水處理站，排水按照城市下水道排放標準，卻對BOD沒有特別要求，所以導致污水中可生化部分易處理部分大多已經在企業自身的污水處理站處理去除，而流入污水處理廠的污水，雖然COD沒有超過下水道排放標準，可是處理難度卻遠高于下水道排放標準。
[0055]進水為某經濟開發區各家企業混合廢水，水質成分復雜、可生化性極差，個別企業夜間存在偷排現象，會有部分含油、膠體類廢水進入生化系統。進水COD平均值為480mg/L，進水最高值為1350mg/L，出水COD平均值為82 mg/L，出水超標，出水最大值為123 mg/L。進水BOD較低，平均值僅為70mg/L，B/C比平均值約為0.15。
[0056]采用常規臭氧高級氧化工藝，主要設備包括:臭氧發生器，臭氧氣源系統，接觸氧化池，臭氧尾氣破壞系統等。主要實驗數據:接觸氧化反應時間1.5h，臭氧投加量為70mg/L，才能使得出水達到一級A排放標準，COD<50 mg/L，臭氧利用率較低。
[0057]采用本實用新型一種臭氧催化氧化的裝置，主要實驗數據:接觸氧化反應時間Ih，催化劑填充率為12%，臭氧投加量在30mg/L的情況下，COD平均去除率50.41%，出水完全可以達到一級A排放標準。大大提高了臭氧利用率，降低了 57%的臭氧投加量。
[0058]實施例二
[0059]某污水處理廠處理規模30000m3/天，其工藝流程為:粗格柵一提升栗一細格柵一曝氣沉砂池一水解酸化池一A/0池一二沉池一紫外消毒池一出水。工業廢水占60%以上，印染廢水占工業廢水的85%左右，進水可生化性較差，B/C<0.25。進水⑶D平均值為298mg/L，最大值為62 lmg/L，最小值為189mg/L ；進水SS平均值為130mg/L，最大值達到了 350mg/L，最低值為50mg/L;進水NH3-N的平均值在12.5mg/L，最大值達到為25mg/L，最小值為5.7mg/L。進水色度較高，高于100倍。出水COD超標，平均值為89mg/L，出水色度超標，平均值為50倍。
[0060]采用常規臭氧高級氧化工藝，主要設備包括:臭氧發生器，臭氧氣源系統，接觸氧化池，臭氧尾氣破壞系統等。主要實驗數據:接觸氧化反應時間1.5h，臭氧投加量為60mg/L，處理后平均出水COD為45mg/L，平均COD去除率48%，出水達到一級A排放標準，出水色度低于20倍，臭氧利用率較低。
[0061 ]采用本實用新型一種臭氧催化氧化的裝置，主要實驗數據:接觸氧化反應時間Ih，催化劑填充率為15%，臭氧投加量在30mg/L的情況下，平均出水COD 37mg/L，C0D去除率最高可到54%，平均43%。臭氧投加量在20mg/L，平均出水C0D46 mg/L，C0D平均去除率36%。出水可以達到一級A排放標準，出水色度低于20倍。降低臭氧投加量66%。
[0062]實施例三
[0063]某工業園區污水處理廠工程總規模40000m3/d，一期設計規模為20000m3/d，主要處理石油、石化、機械加工企業的工業廢水，污水處理廠設計日處理規模20000m3/d。工業廢水占總進水的比例高達97.2%，工業廢水以石油化工廢水為主。污水處理廠工藝流程為:粗格柵一污水提升栗房一細格柵一平流沉砂池一水解酸化池一AAO生化池一二沉池一二次提升栗房一混凝沉淀池一纖維轉盤濾池一紫外消毒池。
[0064]水廠目前進水主要有以下問題:(I)進水中生活污水占總進水的比例僅有2.8%，生活污水比例不足50%; (2)進水水質超標，且進水含甲苯、二甲苯、揮發酚等有毒有害物質，氯離子含量很高，嚴重影響生化系統運行。
[0065]進水⑶D平均值為450 mg/L，最大值達到了 1350mg/L;進水B0D5平均值為72mg/L，最大值達到了 180mg/L ；進水SS平均值為125mg/L，最大值達到了329mg/L；進水氯化物平均值為1900mg/L，最大值達到了 3500mg/L。
[0066]由于該水廠服務園區企業涉及石油、石化、機械加工等多種行業，水廠進水水質十分復雜，污水經過企業內部污水處理站處理后，易降解有機物已經被優先出去，排入水廠污水中大部分都是難降解污染物。
[0067]采用常規芬頓高級氧化工藝，主要設備包括:加藥混合池，主體反應池，加減混合池，沉淀池，加藥系統等。主要實驗數據:加藥混合池水力停留時間20min，主體反應池水力停留時間Ih，加減混合池水力停留時間20min，沉淀池水力停留時間2h，芬頓藥劑投加量為:雙氧水投加量300 mg/L，硫酸亞鐵275mg/L，硫酸0.2mL/L，氫氧化鈉400mg/L。芬頓進水選取水廠二沉池出水，二沉池出水平均⑶D為135mg/L，芬頓處理后平均出水COD為95mg/L，平均能夠去除40 mg/LCOD左右，平均COD去除率為29.6%。由于水廠來水水質不穩定，有一些雜環類芳香類難降解物質可能會和雙氧水發生特殊反應，二沉池出水SS較高等原因，芬頓處理后，污水存在COD升高現象。增加藥劑投加，COD基本不能繼續降低，處理效果較差。
[0068]采用常規臭氧高級氧化工藝，主要設備包括:臭氧發生器，臭氧氣源系統，接觸氧化池，臭氧尾氣破壞系統等。主要實驗數據:接觸氧化反應時間1.5h，臭氧投加量為50-100mg/L，進水選取水廠二沉池出水，二沉池出水平均COD為135mg/L，處理后平均出水COD為120mg/L，由于污水中含有雜環類及長鏈復雜有機物，臭氧高級氧化存在氧化壁皇，增加臭氧投加量也不能進一步氧化污染物，而且處理后還存在COD升高的現場，處理效果非常差。
[0069]采用本實用新型一種臭氧催化氧化的裝置，主要實驗數據:接觸氧化反應時間Ih，催化劑填充率為30%，臭氧投加量在30mg/L的情況下，平均出水COD 43mg/L，C0D去除率平均值為68%。出水可以達到一級A排放標準。本實用新型對于處理難降解污水，能夠有效的打破氧化反應壁皇，氧化分解常規高級氧化技術不能氧化分解的復雜污染物。
[0070]本實用新型所述的一種臭氧催化氧化的裝置是采用特殊載體催化劑輔助的臭氧高級氧化工藝，產生羥基自由基[.Η0]的化學氧化，能大大降低選擇性、提高反應速率。原理就是在表面催化劑存在的條件下，利用強氧化劑一O3在常溫常壓下催化氧化廢水中的有機污染物，或直接氧化有機污染物，或將大分子有機污染物氧化成小分子有機污染物，提高廢水的可生化性，較好的去除有機污染物。負載金屬或金屬氧化物的載體催化劑是由微小結晶和非結晶部分混合組成的復合物，本實用新型采用特殊負載方法將催化劑均勻鍍在多孔載體上，并通過高溫焙燒等穩定化處理方法處理負載后的催化劑，催化劑浸泡在污水中表面含有大量的酸性或堿性基團。這些酸性或堿性基團的存在特別是羥基、酚羥基的存在，使催化劑不僅具有吸附能力，而且還具有催化能力。臭氧/催化劑協同作用過程中，首先對污染物進行吸附富集，大量臭氧及污染物被富集在催化劑表面及孔洞中，在催化劑的作用下使臭氧分解產生羥基自由基[.Η0]從而引發的鏈反應，此反應還會產生十分活潑的、具有強氧化能力的單原子氧[.0]。臭氧催化氧化技術有效彌補了單純臭氧氧化對臭氧的利用率和有機污染物降解率較低的不足，金屬和金屬氧化物催化劑的運用能夠大大提高臭氧利用率以及難降解污染物的去除率。
[0071]本實用新型所述的接觸氧化池又能有效的提高臭氧利用效率，增強COD去除效果。本實用新型所述的一種臭氧催化氧化的裝置能夠有效的解決低濃度難降解污水的處理問題，并且能夠大幅度提高臭氧利用率，減少臭氧投加量，增強COD去除效果，減小臭氧催化氧化的選擇性，拓寬應用范圍。
[0072]以上所述僅為本實用新型的較佳實施例而已，并不用以限制本實用新型，凡在本實用新型的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本實用新型的保護范圍之內。
【主權項】
1.一種臭氧催化氧化的裝置，包括: 接觸氧化池，用于臭氧接觸氧化處理污水； 進水管，用于將待處理污水引入所述接觸氧化池； 臭氧進氣管，用于將臭氧引入所述接觸氧化池； 增壓栗，用于污水增壓，與所述進水管相連； 高效溶氣射流器相連，用于臭氧與增壓后污水的充分混合，與所述進水管和臭氧進氣管相連； 穿孔管布水器，用于臭氧和污水氣液混合液的平均分布，與所述高效溶氣射流器相連； 臭氧尾氣進氣管，用于臭氧尾氣回流進氣，與所述高效溶氣射流器相連； 臭氧尾氣破壞裝置，用于系統內氧氣及殘留臭氧的排放，與所述臭氧尾氣進氣管相連； 催化劑填料隔板，用于承載催化劑填料，位于所述接觸氧化池底部； 催化劑填料，用于催化臭氧氧化反應，位于所述接觸氧化池內的催化劑填料隔板上。2.根據權利要求1所述的臭氧催化氧化的裝置，其特征在于:所述接觸氧化池設計為多段分流式，污水從反應池底部流入，頂部流出，形成上流式接觸氧化反應路線。3.根據權利要求1所述的臭氧催化氧化的裝置，其特征在于:所述高效溶氣射流器進水口與增壓栗連接，通過壓力使得臭氧與污水充分混合溶解，從反應池底部的布水器均勻進入反應池。4.根據權利要求1所述的臭氧催化氧化的裝置，其特征在于:所述接觸氧化池頂部的尾氣排放口通過臭氧尾氣進氣管與高效溶氣射流器相連，通過栗將未溶解反應完全的臭氧重新返回至污水中，實現臭氧的多次投加。5.根據權利要求1所述的臭氧催化氧化的裝置，其特征在于:所述高效接觸池底部設有催化劑填料隔板，所述催化劑填料隔板為穿孔隔板，所述催化劑填料隔板通過支架固定在所述接觸氧化池底部，所述催化劑填料隔板上放置催化劑填料。
【文檔編號】C02F101/30GK205472870SQ201521121228
【公開日】2016年8月17日
【申請日】2015年12月31日
【發明人】陳福泰, 于明
【申請人】北京清大國華環境股份有限公司