臭氧催化氧化除汙裝置及應用該裝置的水處理系統的製作方法

2023-10-04 03:05:14 4

專利名稱：臭氧催化氧化除汙裝置及應用該裝置的水處理系統的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及水處理技術領域，尤其涉及一種氧化分解水中高穩定性、難降解 有機物的臭氧催化氧化除汙裝置及應用該裝置的水處理系統。
背景技術：
我國水環境汙染比較嚴重，目前在汙水及給水中均存在高穩定性、難降解的有機 物，而汙水及給水處理仍採用傳統常規處理設備，現有汙水處理系統主要包括格柵調節池、 沉澱池、生化處理器、石英砂過濾器及活性炭過濾器，處理時，汙水首先經格柵調節池調節 水量，均衡水質；然後進入沉澱池，對汙水中密度大的固體懸浮物進行沉澱分離；繼而進入 生化處理器，進行生化處理，降低水中的CODcr、BOD5, SS、氨氮等；再經石英砂過濾器截留、 沉降和吸附汙物達到過濾和淨化的目的；最後，通過活性炭過濾器，經炭床吸附去除水中的 異味、膠體、色素、重金屬離子及CODcr等有機物，獲得淨水排出；現有給水處理系統是在上 述汙水處理系統基礎上再延續增設高效膜反應器及消毒器，高效膜反應器用於去除水中的 細小懸浮物、膠體、細菌並增強出水水質；消毒器用於通過臭氧或二氧化氯等進行消毒殺滅 水中的細菌，獲得可飲用的水。然而，上述水處理系統只是在處理微汙染水時效果顯著，對 於含有有機汙染物的水，其效果不明顯，特別是對於微量高穩定性、難降解的致癌、致畸、致 突變和內分泌幹擾的有機物，採用現有常規工藝和普通化學氧化以及生物處理很難將其去 除，汙水不能徹底除汙加重環境汙染，而給水不能達到飲用水標準嚴重威脅著人體健康。盡 管長期來行業內一直嘗試通過臭氧催化氧化去除這類難降解汙染物，但仍未能取得有效結 果。採用常規水處理系統的另一缺陷是進行處理的水需要停留較長時間，整個系統設備體 積較大，佔地面積較大，運行費用較高。目前全國有數千座汙水及給水處理廠，都面臨著有 機物汙染的問題，迫切需要尋求高效而經濟地去除高穩定性、難降解有機汙染物的問題。

實用新型內容本實用新型的主要目的在於針對上述問題，提供一種氧化分解水中高穩定性、難 降解有機物的臭氧催化氧化除汙裝置及應用該裝置的水處理系統，從而有效降低汙水及給 水中的有機汙染物，加強環境保護，改善水質，保障居民身心健康，並實現高效能低成本。本實用新型解決其技術問題所採用的技術方案是一種臭氧催化氧化除汙裝置，包括臭氧發生器，其特徵在於還設有引入待處理水 的水射器、內裝體積佔反應罐體積30-50%的金屬氧化物負載蜂窩陶瓷催化劑的臭氧催化 氧化反應罐及單向閥，並經管道連接構成，所述臭氧發生器的輸出口通過單向閥連至所述 水射器的加藥口，水射器出水口連至所述臭氧催化氧化反應罐進水口，臭氧催化氧化反應 罐設置已處理水出水口。所述金屬氧化物負載蜂窩陶瓷催化劑是Mn-Cu-K負載蜂窩陶瓷催化劑。所述水射器的進水口和出水口之間連接支路閥門。一種應用權利要求1、2或3所述的臭氧催化氧化除汙裝置的汙水處理系統，包括格柵調節池、沉澱池、生化處理器、石英砂過濾器及活性炭過濾器，其特徵在於在所述沉澱 池與生化處理器之間增設所述臭氧催化氧化除汙裝置，臭氧催化氧化除汙裝置的臭氧發生 器的輸入口與所述沉澱池的輸出口連接，其臭氧催化氧化反應罐的已處理水出水口連至所 述生化處理器的進水口。一種應用權利要求1、2或3所述的臭氧催化氧化除汙裝置的給水處理系統，包括 格柵調節池、沉澱池、生化處理器、石英砂過濾器、活性炭過濾器、高效膜反應器及消毒器， 其特徵在於在所述沉澱池與生化處理器之間增設所述臭氧催化氧化除汙裝置，臭氧催化氧 化除汙裝置的臭氧發生器的輸入口與所述沉澱池的輸出口連接，其臭氧催化氧化反應罐的 已處理水出水口連至所述生化處理器的進水口。本實用新型的有益效果是提供出一種臭氧催化氧化除汙裝置，在現有的水處理 系統包括汙水及給水處理系統中，通過增設該裝置，採用內裝金屬氧化物負載蜂窩陶瓷催 化劑的臭氧催化氧化反應罐，在金屬氧化物負載蜂窩陶瓷催化劑的作用下，使臭氧的利用 率提高，並有效地促進了臭氧分解。同時，對有機物具有較強的礦化能力，與單獨臭氧氧化 除汙相比，TOC的降解率提高，對小分子酸草酸的TOC的降解能力也明顯提高；從而實現了 對水中有毒有害、高穩定性、難降解有機物進行有效氧化分解，明顯地提高了水質，加強環 境保護，保障人民身心健康，較小投資即可實現較高除汙效能；尤其用於對工業汙水進行深 度處理可使其回用於循環冷卻水及鍋爐用水，為汙水零排放奠定技術基礎，宜於大規模推 廣應用。

圖1是臭氧催化氧化除汙裝置的結構示意圖；圖2是應用臭氧催化氧化除汙裝置的汙水處理系統結構示意圖；圖3是圖2中臭氧催化氧化除汙裝置的具體連接結構示意圖；圖4是應用臭氧催化氧化除汙裝置的給水處理系統結構示意圖。圖中1格柵調節池，2沉澱池，3臭氧催化氧化裝置，31臭氧發生器，32單向閥，33 水射器，34支路閥門，35臭氧催化氧化反應罐，36金屬氧化物負載蜂窩陶瓷催化劑，37已處 理水出水口，38反應罐進水口，4生化處理器，5石英砂過濾器，6活性炭過濾器，7高效膜反 應器，8消毒器。
以下結合附圖和實施例對本實用新型詳細說明。
具體實施方式
實施例1圖1示出了 一種臭氧催化氧化除汙裝置3，包括臭氧發生器31，其特徵在於還設有 引入待處理水的水射器33、內裝體積佔反應罐體積30-50%的金屬氧化物負載蜂窩陶瓷催 化劑36的臭氧催化氧化反應罐35及單向閥32，並經管道連接構成，上述臭氧發生器31的 輸出口通過單向閥32連至上述水射器33的加藥口，水射器33出水口連至臭氧催化氧化反 應罐進水口 38，臭氧催化氧化反應罐35設置已處理水出水口 37。本實施例中，上述金屬氧 化物負載蜂窩陶瓷催化劑採用Mn-Cu-K負載蜂窩陶瓷催化劑，一次裝入後可使用較長時間 再進行更換。在水處理過程中，當水流量大於lm3/h時，在水射器的進水口和出水口之間連
4接支路閥門34以保證裝置的處理能力上述金屬氧化物負載蜂窩陶瓷催化劑可由天津安邦科技有限公司及哈爾濱工業 大學環境工程學院提供。臭氧發生器為市售產品，可由山東綠邦光電設備有限公司提供， 設備型號根據所需臭氧量及處理能力來確定，例如對於水質較好的地表水，臭氧投加量選 3mg/L，處理能力1噸/h，利用NPA3型(3g/h)即可；對於水質較差的汙水如工業廢水臭氧 投加量選15mg/L，處理能力1噸/h，則可利用NPA15型(15g/h)。水射器為市售產品，可由 天津市奧力原科貿中心提供，設備型號為DN25。臭氧催化氧化反應罐的體積則根據處理能 力確定，如處理能力1噸/h，臭氧催化氧化反應罐規格為DXH = 300mmX 1800mm ；處理能力 10噸/h，臭氧催化氧化反應罐規格為DXH= 1200mmX2800mm。臭氧催化氧化除汙裝置的工作過程及原理工作時，臭氧發生器31生成的臭氧經單向閥32連至水射器33加藥口並與水射器 33進水口引入的待處理水混合，然後，從水射器出水口經臭氧催化氧化反應罐35的進水口 38進入罐內，經在Mn-Cu-K負載蜂窩陶瓷催化劑作用下的臭氧催化氧化除汙處理，從已處 理水出水口 37排出。上述金屬氧化物負載蜂窩陶瓷催化劑是以蜂窩陶瓷為載體通過負載Ba、Ca、Zn、 Ni、Mn、Cu、Fe、Sr、Ag、K、Cd等金屬的氧化物形成的新型催化劑，本例中採用的Mn-Cu-K負 載蜂窩陶瓷催化劑即是在蜂窩陶瓷的多孔表面負載Mn、Cu、K的氧化物形成。由於蜂窩陶 瓷是蜂窩狀多孔整體結構，具有比表面積大、高強度、低膨脹、擴散距離短、壓降小等特點， 在水處理過程中，作為催化劑和吸收劑，將水中的有機汙染物富集在多孔介質表面，使水中 有機汙染物大大減少，可使臭氧的利用率顯著提高，並有效地促進了臭氧分解；因此，對高 穩定性難降解有機物具有較好的去除效果，在相同條件下比單獨臭氧對硝基苯的降解效率 提高。同時，在臭氧/蜂窩陶瓷催化體系中水中低濃度的無機金屬離子存在更有利於催化 反應，此時金屬離子相當於均相催化劑起到協同作用，臭氧與金屬氧化物負載蜂窩陶瓷催 化劑結合對有機物還具有較強的礦化能力，與單獨臭氧體系相比，TOC的降解率提高且對小 分子酸草酸的TOC的降解能力也明顯提高。以本例中Mn-Cu-K負載蜂窩陶瓷為例，經檢測 表明，可使臭氧的利用率提高26 %，在相同條件下比單獨臭氧對硝基苯的降解效率提高近 15 %，TOC的降解率提高近19 %，且對小分子酸草酸的TOC的降解能力也明顯提高。此外，金 屬氧化物負載蜂窩陶瓷催化劑來源易得、製備簡單、生產成本低、使用方便且使用壽命長， 適宜大規模推廣應用。實施例2圖2示出一種應用上述臭氧催化氧化除汙裝置3的汙水處理系統，包括常規的格 柵調節池1、沉澱池2、生化處理器4、石英砂過濾器5及活性炭過濾器6，其特徵在於在上述 沉澱池2與生化處理器4之間增設上述臭氧催化氧化裝置3。圖3是臭氧催化氧化除汙裝 置在系統中的具體連接結構示意圖；如圖所示，臭氧催化氧化裝置3的臭氧發生器31的輸 入口與上述沉澱池2的輸出口連接，臭氧催化氧化裝置3的臭氧催化氧化反應罐的已處理 水出水口 37連至上述生化處理器4的進水口。汙水經格柵調節池1、沉澱池2、臭氧催化氧 化除汙裝置3、生化處理器4、石英砂過濾器5及活性炭過濾器6處理後達標成為達標出水， 汙水在臭氧催化氧化除汙裝置3中的處理過程及原理同實施例1。由於在常規系統中的沉澱池與生化處理器之間增設了實施例1中提供的臭氧催有機汙染物氧化分解，提高廢水的可生化性，並為後 續工藝設備減輕負擔，大大縮短了汙水的停留時間，使後續設備的體積大大減小，減小佔地 面積，節省運行成本。實施例3圖4示出一種應用上述臭氧催化氧化除汙裝置3的給水處理系統，包括常規的格 柵調節池1、沉澱池2、生化處理器4、石英砂過濾器5、活性炭過濾器6、高效膜反應器7及消 毒器8，其特徵在於在上述沉澱池2與生化處理器4之間增設上述臭氧催化氧化裝置3，系 統中臭氧催化氧化除汙裝置的具體連接如圖3所示，與實施例2相同。臭氧催化氧化裝置3 的臭氧發生器31的輸入口與上述沉澱池2的輸出口連接，其臭氧催化氧化反應罐35的已 處理水出水口 37連至上述生化處理器4的進水口。源水經格柵調節池1、沉澱池2、臭氧催 化氧化除汙裝置3、生化處理器4、石英砂過濾器5、活性炭過濾器6、高效膜反應器7及消毒 器8處理後成為居民用給水，源水在臭氧催化氧化除汙裝置3中的處理過程及原理同實施 例1。作為城鎮給水水源的地表水，井水，河水等由於金屬氧化物負載蜂窩陶瓷催化劑 對臭氧催化氧化作用，可有效分解水中「持久性有機汙染物」、「內分泌幹擾物」和「三致物」 等有機汙染物，降低水的致突變活性，顯著提高出廠水的安全性，保障給水達到飲用水標 準。以上所述，僅是本實用新型的優選實施例而已，並非對本實用新型的形狀材料和 結構作任何形式上的限制。凡是依據本實用新型的技術實質對以上實施例所作的任何簡單 修改、等同變化與修飾，均仍屬於本實用新型技術方案的範圍內。
權利要求一種臭氧催化氧化除汙裝置，包括臭氧發生器，其特徵在於還設有引入待處理水的水射器、內裝體積佔反應罐體積30 50％的金屬氧化物負載蜂窩陶瓷催化劑的臭氧催化氧化反應罐及單向閥，並經管道連接構成，所述臭氧發生器的輸出口通過單向閥連至所述水射器的加藥口，水射器出水口連至所述臭氧催化氧化反應罐進水口，臭氧催化氧化反應罐設置已處理水出水口。
2.根據權利要求1所述的臭氧催化氧化除汙裝置，其特徵在於所述金屬氧化物負載蜂 窩陶瓷催化劑是Mn-Cu-K負載蜂窩陶瓷催化劑。
3.根據權利要求1或2所述的臭氧催化氧化除汙裝置，其特徵在於所述水射器的進水 口和出水口之間連接支路閥門。
4.一種應用權利要求1、2或3所述的臭氧催化氧化除汙裝置的汙水處理系統，包括格 柵調節池、沉澱池、生化處理器、石英砂過濾器及活性炭過濾器，其特徵在於在所述沉澱池 與生化處理器之間增設所述臭氧催化氧化除汙裝置，臭氧催化氧化除汙裝置的臭氧發生器 的輸入口與所述沉澱池的輸出口連接，其臭氧催化氧化反應罐的已處理水出水口連至所述 生化處理器的進水口。
5.一種應用權利要求1、2或3所述的臭氧催化氧化除汙裝置的給水處理系統，包括格 柵調節池、沉澱池、生化處理器、石英砂過濾器、活性炭過濾器、高效膜反應器及消毒器，其 特徵在於在所述沉澱池與生化處理器之間增設所述臭氧催化氧化除汙裝置，臭氧催化氧化 除汙裝置的臭氧發生器的輸入口與所述沉澱池的輸出口連接，其臭氧催化氧化反應罐的已 處理水出水口連至所述生化處理器的進水口。
專利摘要本實用新型涉及一種臭氧催化氧化除汙裝置，包括臭氧發生器，其特徵在於還設有引入待處理水的水射器、內裝體積佔反應罐體積30-50％的金屬氧化物負載蜂窩陶瓷催化劑的臭氧催化氧化反應罐及單向閥，並經管道連接構成，所述臭氧發生器的輸出口通過單向閥連至所述水射器的加藥口，水射器出水口連至所述臭氧催化氧化反應罐進水口，臭氧催化氧化反應罐設置已處理水出水口；並提供了應用上述臭氧催化氧化除汙染裝置的汙水處理系統及給水處理系統。本實用新型的優點是可對水中多種有毒有害、高穩定性、難降解有機物進行有效氧化分解，明顯地提高了水質，加強環境保護，保障人民身心健康，較小投資即可實現較高除汙效能，宜於大規模推廣應用。
文檔編號C02F9/14GK201694885SQ20102029812
公開日2011年1月5日 申請日期2010年8月20日 優先權日2010年8月20日
發明者張衝, 趙春生, 閆雙春 申請人:天津安邦科技有限公司