用於工業廢水深度處理的內循環臭氧接觸反應塔的製作方法

2023-05-20 22:58:16 1

專利名稱：用於工業廢水深度處理的內循環臭氧接觸反應塔的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種接觸反應塔，更具體的說是用於工業廢水深度處理的內循環臭氧 接觸反應塔。
背景技術：
臭氧是一種強氧化劑，對水中有機物有強烈的氧化降解作用，可將複雜的有機物 轉化成為簡單有機物，實現脫色、脫臭、降COD和提高可生物降解性等。多餘的臭氧可自行 分解為氧氣，不產生二次汙染。因為臭氧與有機物反應時速度快、效果好、無二次汙染並且 可就地生產，原料易得、使用方便、技術設備可靠，目前在工業廢水處理中應用越來越多，主 要用於廢水的深度處理，具有雙重作用一是保證汙水達標排放，二是實現中水回用，以達 到水資源的循環利用。目前水處理中使用的臭氧主要以空氣為原料製造，但臭氧發生器生產的臭氧化空 氣中臭氧只佔0. 6% 1. 2% (體積)。根據氣態方程及道爾頓分壓定律知，臭氧的分壓也 只有臭氧化空氣壓力的0.6% 1.2%。當水溫為25°C時，將臭氧化空氣加入水中，臭氧的 溶解度只有3 7mg/L。因此，使臭氧化空氣與水充分接觸、提高臭氧溶解度和氣水混合效 率是提高臭氧處理效果的關鍵。水處理中臭氧化空氣和水在專門的氣水混合裝置中進行接觸與混合，完成對汙染 物的處理，其中接觸面積、時間、臭氧濃度、壓力等都是混合效率的決定因素。目前，臭氧 與水的混合方法主要有以下幾種(1)曝氣法這是一種傳統的簡便方法，帶有一定壓力 的臭氧氣通過微氣泡擴散器形成微小氣泡與水充分接觸，氣泡越小，水深越大，接觸時間 越長，效果越好；(2)射流法也稱文丘裡法，是利用水在管道中流動時通過裝置變徑加快 流速形成負壓吸氣，通入的臭氧與水在管路中混合，射流法效率較高，但安裝設計與要求 應相當嚴格；(3)渦輪負吸法這種方式是通過水泵吸程加裝氣路，在供水時形成負吸將 臭氧帶入水中，效率較高，其原理與文丘裡法基本相同，也廣為採用，其安裝要求與文丘裡 法也大致相同，需要特別注意的是氣量控制，氣量大時會影響水泵供水；(4)反應塔法這 種方法是通過一個較高的裝置塔，將水由高處噴下形成霧狀，將臭氧化氣體自設置在塔底 部的微孔擴散設備擴散成微小氣泡上升，與水流形成逆行，使臭氧氣與水充分接觸形成臭 氧水，此方式分無填料和有填料兩種，效果很好，但成本造價較高，且填料容易被堵塞。此 外，研究者也不斷提出了改進方法，以提高臭氧在水中的溶解度。H. Fumio (Development of highconcentration ozone water machine[J]Ishikawaj ima-Harima Engineering Review (Japan), 1996, 36 (3) =159-164)研製了高濃度臭氧水製造機，臭氧濃度達到6mg/L。 R. Michel Meyer(R. Michael Meyer,Angelo L. Mazzei. Side stream injection with high efficiency venturi and radialmixing nozzle. Proceedings of the 14th Ozone World Congress, Dearborn, Michigan, U. S. A.，1999. 527-538)等人做了臭氧溶解效率研究，採 用射流器和噴嘴相結合的方法，在臭氧質量濃度為128g/m3時，水溶液臭氧質量濃度達到 4.8mg/L，其溶解效率達到75%。張芝濤等(張芝濤，鮮于澤，宗旭等.臭氧溶解理論實驗研
3究[J]東北大學學報(自然科學版)，2002，23 (10) 1016-1019)利用高濃度臭氧水發生系 統，對影響臭氧溶解的因素進行了實驗研究，結果表明，高濃度的臭氧氣體、較低的氣液體 積比以及較高的系統運行壓力，有利於提高臭氧溶解效率。時文生(ZL 01113892.0)公開 的發明專利中提出以一段變徑管道取代擴散模式的氧化塔、罐及其管網，獲得超常的傳質 速率，處理效果突出而臭氧用量倍減，然而這種方法也存在缺陷，並不適合處理流量大的工 業廢水。

發明內容
1.發明要解決的技術問題針對臭氧氧化法在工業廢水深度處理中所存在的問題， 本發明提出一種用於工業廢水深度處理的內循環臭氧接觸反應塔，可以解決臭氧在水中溶 解度低、常規氣水混合裝置混合效率不高、工業廢水水質波動大、填料易堵塞等問題，並可 為後續好氧生化處理提供溶解氧。2.技術方案本發明的原理通過空氣提升形成出水內循環，加大水流擾動，使反 應塔內呈現良好的紊流狀態，並通過臭氧化空氣在進水管中與廢水的逆流接觸和在填料區 中與廢水的混合接觸，延長廢水與臭氧化空氣的接觸時間，從而提高臭氧在水中的溶解度， 實現氣水充分接觸與混合；針對工業廢水水質波動大的特點，進行出水內循環能夠提高反 應塔抗衝擊負荷能力，保證出水水質且易於調控；針對工業廢水處理過程中填料易堵塞的 問題，設置衝洗填料的氣水裝置，定期進行衝洗，保證氣水混合效率；空氣提升還能進行預 曝氣，提高廢水溶解氧濃度，利於後續的好氧生物處理。本發明的技術方案是用於工業廢水深度處理的內循環臭氧接觸反應塔，該反應 塔由中心筒和外筒組成，中心筒內裝有提升管和進水管，中心筒壁上設有回流窗，通過提升 管、進水管和回流窗實現中心筒與外筒間水流的循環，從而實現整個反應塔水流的內循環； 整個反應塔密封，反應塔頂部裝有導氣管。中心筒上下密封，筒內設有2 4根提升管和1 2根進水管；提升管裝在中心筒 內，上端開口在中心筒頂蓋上面，下端開口在中心筒底板上方一定距離，提升管內裝有微孔 曝氣管，通過曝氣提升中心筒內的水流；進水管貫穿整個中心筒，即上端開口在中心筒頂蓋 上面，下端開口在中心筒底板下面；中心筒底板以下部分設開孔配水壁，進水管出水通過配 水壁進入到外筒，進水管下方設有微孔擴散器釋放臭氧化空氣由下向上進入進水管；進水 管下部裝有單向閥，只能從上往下流，不能從下往上流，以避免衝洗時氣和水流入進水管； 中心筒壁上部高於外筒填料區處開有2 4個回流窗。外筒內設有填料區，填料區的填料可為鮑爾環但不限於鮑爾環，填料放置在填料 區底部的承託板上，承託板均勻開孔，填料區上部設置篩網，防止填料隨水流出；填料區下 方設有微孔擴散器釋放臭氧化空氣、衝洗用的穿孔布氣管和穿孔布水管，衝洗排水管設在 反應塔頂部。本發明提出的用於工業廢水深度處理的內循環臭氧接觸反應塔，通過空氣提升形 成出水內循環，內循環出水與進水一起由上至下從反應塔中心筒內的進水管進入反應塔， 臭氧化空氣由進水管下方的微孔擴散器釋放，由下至上與進水進行初步的逆流接觸；隨後 進水從進水管流出至反應塔外筒，外筒底部也設有微孔擴散器釋放臭氧化空氣，水氣一起 向上流經外筒內的填料區，較高的上升流速可形成良好的紊流狀態，臭氧化空氣可充分溶解，水氣進行充分接觸和反應；氣水流過填料區後，部分出水從中心筒上的回流窗進入中心 筒，然後通過空氣提升形成內循環，其餘出水流出反應塔，至此完成一個周期運行。當進水 汙染物濃度較高時，可提高內循環量，以降低對反應塔造成的衝擊負荷，並在短期內延長反 應時間，保證出水水水質。在填料區下方和中間設有衝洗裝置，可定期進行衝洗，避免填料 區堵塞影響氣水混合效能。此外，空氣提升可起到預曝氣功能，提高水中溶解氧濃度，利於 後續的好氧生物處理。3.有益效果本發明提供了 一種用於工業廢水深度處理的內循環臭氧接觸反應塔。 出水內循環能夠加大水流擾動，使反應塔內呈現良好的紊流狀態，並通過臭氧化空氣在進 水管中與廢水的逆流接觸和在填料區中與廢水的混合接觸，延長廢水與臭氧化空氣的接觸 時間，從而提高臭氧在水中的溶解度，實現氣水充分接觸與混合；出水內循環還能夠提高反 應塔抗衝擊負荷能力，保證出水水質且易於調控；衝洗填料的氣水裝置能夠定期對填料進 行衝洗，保證氣水混合效率；空氣提升還能進行預曝氣，提高廢水溶解氧濃度，利於後續的 好氧生物處理。


圖1為本發明結構示意圖。其中1-反應塔外筒，2-反應塔中心筒，3-反應塔總進 水管，4-空氣管，5-提升管，6-中心筒頂蓋，7-中心筒底板，8-中心筒進水管，9-微孔擴散 器，10-臭氧化空氣進氣管，11-開孔配水壁，12-填料區，13-回流窗，14-反應塔總出水管， 15-衝洗填料布氣裝置，16-衝洗填料布水裝置，17-臭氧導氣管，18-單向閥，19-衝洗排水管。
具體實施例方式下面結合附圖進一步說明本發明。用於工業廢水深度處理的內循環臭氧接觸反應塔，中心筒2內的水在空氣管4的 曝氣提升作用下進入提升管5，從提升管5上端開口出來後與反應塔總進水管3的進水一起 進入中心筒進水管8，由上至下流入反應塔，臭氧化空氣由中心筒進水管8下方的微孔擴散 器9釋放，由下至上與進水進行初步的逆流接觸；隨後進水從中心筒進水管8流出，通過穿 孔配水壁11流至反應塔外筒1，臭氧化空氣從進氣管10進來通過微孔擴散器9釋放，水氣 一起向上流經外筒1內的填料區12，較高的上升流速可形成良好的紊流狀態，臭氧化空氣 可充分溶解，水氣進行充分接觸和反應；氣水流過填料區12後，部分出水從中心筒2上的回 流窗13進入中心筒2，然後通過空氣提升形成內循環，其餘出水從反應塔總出水管14流出 反應塔，剩餘臭氧通過導氣管17排至大氣中，至此完成一個周期運行。當進水汙染物濃度 較高時，可通過增加空氣量提高內循環量，以降低對反應塔造成的衝擊負荷，並在短期內延 長反應時間，保證出水水水質。在填料區下方和中間設有衝洗填料的布氣裝置15和衝洗填 料的布水裝置16，可對填料進行衝洗，避免填料區堵塞影響氣水混合效能，衝洗時反應塔總 進水管3中的單向閥18可避免水氣進入，影響衝洗效果，衝洗時關閉排水管，衝洗水由衝洗 排水管19排出。以下實施例中所用的內循環臭氧接觸反應塔中試裝置基本結構如上所述。實施例1在某維生素C廠建立一個內循環臭氧接觸反應塔中試裝置，材質為不鏽 鋼。反應塔內徑為1. 5m，塔高為9m，中心筒內徑為0. 6m,中心筒高為8m，中心筒頂蓋距反應塔頂蓋0. 4m,中心筒底板距反應塔底0. 6m。中心筒內設兩根提升管，內徑為52mm，每根提升 管內裝一根微孔曝氣管，中心筒中央為進水管，內徑為200mm，距反應塔底部0. 2m，其正下 方裝有微孔曝氣器。開孔配水壁高度為0.6m，壁上開孔的孔徑為20mm，間距50mm。在反應 塔外筒底部裝有微孔曝氣器。填料區的填料採用鮑爾環，填料區高度為6. 5m，填料區底端距 反應塔底部lm，填料區頂端距反應塔頂部1. 5m。填料區底端以下0. 4m和0. 2m處設衝洗填 料的布氣裝置和布水裝置，填料區中間也設衝洗填料的布氣裝置和布水裝置。中心筒上部 距填料區頂端0. 8m處設兩個回流窗，外筒上與回流窗等高處設出水管。塔頂中心處設導氣 管，導氣管長度為5m。整個反應塔有效容積約為5m3。用該維生素C廠二沉池出水作為內循環臭氧接觸反應塔中試裝置的進水，流量為 10m3/h，水力停留時間約為30min。進水水質具體如下C0D。,為280mg/L，色度300倍。臭氧 投加量為200mg/L時，處理後出水水質如下C0D 為160mg/L，色度80倍。同樣條件下，採 用普通臭氧反應塔，出水水質為C0D 為190mg/L，色度120倍。顯然，由於內循環臭氧接觸 反應塔氣水混合效果好、臭氧溶解度高、反應充分，處理效果比普通臭氧接觸反應塔更好。此外，測得出水中溶解氧濃度為1 2mg/L，有利於後續接好氧生物處理工藝(如 MBBR、曝氣生物濾池等)進行進一步脫碳除氮。運行過程中發現，由於二沉池出水經過纖維 球過濾後仍有不少懸浮物，幾天後就造成填料堵塞，導致處理效果下降，此時採用氣水進行 衝洗，處理效果得到恢復。實施例2 用某維生素B12廠二沉池出水作為實施例1中內循環臭氧接觸反應 塔中試裝置的進水，流量為7m3/h，水力停留時間約為45min。進水水質具體如下C0D 為 420mg/L,色度700倍。臭氧投加量為300mg/L時，處理後出水水質如下=CODra為260mg/L，色 度150倍。同樣條件下，採用普通臭氧反應塔，出水水質為C0D 為310mg/L，色度280倍。
權利要求
用於工業廢水深度處理的內循環臭氧接觸反應塔，其特徵是該反應塔由中心筒和外筒組成，中心筒內裝有提升管和進水管，中心筒壁上設有回流窗，提升管、進水管和回流窗實現中心筒與外筒間水流的循環，整個反應塔密封，反應塔頂部裝有導氣管。
2.根據權利要求1所述的內循環臭氧接觸反應塔，其特徵在於中心筒上下密封，筒內 設有2 4根提升管和1 2根進水管；提升管裝在中心筒內，上端開口穿出中心筒頂蓋， 下端開口位於中心筒下部，提升管內裝有微孔曝氣管；進水管貫穿整個中心筒，即上端開口 穿出中心筒頂蓋，下端開口在中心筒底板下面；中心筒底板以下部分設開孔配水壁，進水管 正下方設有微孔擴散器；進水管下部裝有單向閥；中心筒壁上部高於外筒填料區處開有多 個回流窗。
3.根據權利要求2所述的內循環臭氧接觸反應塔，其特徵在於外筒內設有填料區，填 料區的填料為鮑爾環，填料放置在填料區底部的承託板上，承託板均勻開孔，填料區上部設 置篩網，防止填料隨水流出；填料區下方設有微孔擴散器，填料區下方和中間設有衝洗用的 穿孔布氣管和穿孔布水管，衝洗排水管設在反應塔頂部。
4.根據權利要求1 3中任一項所述的內循環臭氧接觸反應塔，其特徵在於反應塔頂 部導氣管長度為5m以上。
5.根據權利要求1 3中任一項所述的內循環臭氧接觸反應塔，其特徵在於高徑比為 7 10，塔內徑與中心筒內徑之比為2 3。
全文摘要
本發明公開了用於工業廢水深度處理的內循環臭氧接觸反應塔，屬於接觸反應塔。該反應塔由中心筒和外筒組成，中心筒內裝有提升管和進水管，中心筒壁上設有回流窗，通過提升管、進水管和回流窗實現中心筒與外筒間水流的循環，從而實現整個反應塔水流的內循環；整個反應塔密封，反應塔頂部裝有導氣管。本發明反應塔出水內循環能夠加大水流擾動，使反應塔內呈現良好的紊流狀態，延長廢水與臭氧化空氣的接觸時間，實現氣水充分接觸與混合；出水內循環還能夠提高反應塔抗衝擊負荷能力，保證出水水質且易於調控；衝洗填料的氣水裝置能夠定期對填料進行衝洗，保證氣水混合效率；空氣提升還能進行預曝氣，提高廢水溶解氧濃度，利於後續的好氧生物處理。
文檔編號C02F1/78GK101913694SQ20101025820
公開日2010年12月15日 申請日期2010年8月19日 優先權日2010年8月19日
發明者丁麗麗, 任洪強, 任鑫坤, 王豔茹, 許珂 申請人:南京大學