一種應用於難降解有機廢水處理的臭氧催化氧化裝置的製作方法
2023-10-09 16:59:49 2
本實用新型涉及一種應用於難降解有機廢水處理的臭氧催化氧化裝置，應用於焦化廢水深度處理單元，同時適用於石油、印染、煤化工等行業和垃圾滲濾液等含汙染物濃度高、化學性質穩定、難於生物降解的有機廢水處理系統。
背景技術：
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由於臭氧在消毒，脫色和去除持久性溶解有機碳方面具有的優勢，被廣泛應用於汙水處理領域。然而採用臭氧單獨氧化技術無法在適當的時間內獲得顯著的COD去除效率，當COD降解到一定程度，即使提升臭氧劑量也無法改善處理結果。臭氧催化氧化是近些年發展起來的一種新型的臭氧高級氧化技術，相比於臭氧單獨氧化，它可顯著提高COD去除率，達到更低的濃度下限。其反應機理是利用反應過程中產生的大量·OH(羥基自由基)來氧化分解水中的有機物從而達到水質淨化。·OH非常活潑，反應速率常數通常為108～1010moll-1s-1，屬於非選擇性瞬時反應。根據催化劑形態的不同，臭氧催化氧化分為兩類：在水溶液中加入一些溶解性過度金屬離子的均相臭氧氧化和將固態金屬、金屬氧化物負載在載體上的非均相臭氧氧化。
焦化廢水來源於煉焦及副產品的生產工藝中，通常含有高濃度的酚、氰化物、硫氰化物和氨氮，同時還含有難以生物降解的油類、吡啶等雜環化合物和聯苯、萘等多環芳香化合物(PAHs)。現有焦化企業廢水處理站多採用「預處理+生化處理+混凝沉澱」的處理工藝，國家2012年頒布實施《煉焦化學工業汙染物排放標準》(GB16171-2012)，新標準對汙染物排放指標提出了更高的要求，如果繼續採用原有處理工藝出水水質難以達標。清潔高效的臭氧催化氧化工藝被國家認定為水汙染防治先進技術，適用於焦化廢水處理升級改造。
現有用於廢水處理的臭氧催化氧化裝置，多採用接觸氧化池的形式，受水流形態、水質和擴散裝置的影響，進入接觸氧化池的臭氧很難被充分吸收，導致臭氧利用率不高，水質很難達標。
技術實現要素：
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本實用新型的目的是針對非均相臭氧催化氧化工藝，提供一種應用於難降解有機廢水處理的臭氧催化氧化裝置，通過在本實用新型的裝置內充填高效催化劑，優化催化劑固定形式，改善臭氧投加方式，達到更為合理的「固態催化劑-臭氧氣體-廢水」的三相接觸反應條件，提高臭氧化效率，降低臭氧消耗量，從而降低汙水處理的成本與能耗。
本實用新型的技術方案為：
一種應用於難降解有機廢水處理的臭氧催化氧化裝置，包括催化塔和氧化池兩部分，有機廢水依次進入催化塔、氧化池進行臭氧化處理，其特徵在於：催化塔的塔頂設有噴淋進水管，催化塔的塔底設有臭氧和壓縮空氣進入管，催化塔的塔底設有出水管，氧化池的池底設有進水管、臭氧和壓縮空氣進入管，氧化池的池頂設有穿孔出水管，催化塔和氧化池頂部均設有尾氣收集管，尾氣收集管與臭氧尾氣破壞器相連。有機廢水從催化塔的塔頂噴淋進入塔內，水流方向自上而下，臭氧和壓縮空氣從催化塔底進入塔內，經催化塔處理的有機廢水從催化塔的塔底流出，並從氧化池的池底進入氧化池內，臭氧和壓縮空氣從氧化池底進入氧化池內，經氧化池的處理後的有機廢水從氧化池頂通過穿孔管出水，催化塔和氧化池頂部均設有尾氣收集管，收集的臭氧尾氣均通過尾氣破壞器後排空。
所述的催化塔內填裝蜂窩狀金屬基催化劑，氧化池內填裝多孔顆粒狀碳基催化劑，蜂窩狀金屬基催化劑、多孔顆粒狀碳基催化劑均從市場直接購買。
一種利用應用於難降解有機廢水處理的臭氧催化氧化裝置的方法為：(1)、有機廢水經生化處理和過濾後，進入催化塔，廢水從催化塔頂噴淋進入塔內，水流方向自上而下，臭氧和壓縮空氣從催化塔底進入，通過觀察流量計和塔體液位計，確定進水流量和塔內液位高度，調節進出水閥門的開度，達到設計流量和預期液位，催化塔的出水進入氧化池；有機廢水、臭氧和壓縮空氣均從氧化池底部進入氧化池內反應區，有機廢水至氧化池頂通過穿孔管出水，催化塔和氧化池頂部均設有尾氣收集管，收集的臭氧尾氣均通過尾氣破壞器後排空。
根據出水水質和運行周期對催化塔和氧化池定期進行反衝洗，反衝洗採用「氣反洗(3min)-氣水同時反洗(3min)-水反洗(20min)」的操作模式。氣反洗採用壓縮空氣，壓力要求0.4MPa≤P≤0.5MPa，反洗水水質要求：懸浮物≤10mg/L，COD≤150mg/L。
本實用新型有益效果：
本實用新型結構簡單，人工操作方便，通過在本實用新型的裝置內充填高效催化劑，優化催化劑固定形式，改善臭氧投加方式，達到更為合理的「固態催化劑-臭氧氣體-廢水」的三相接觸反應條件，提高臭氧化效率，降低臭氧消耗量，從而降低汙水處理的成本與能耗。
附圖說明：
圖1為本實用新型的示意圖。
圖2為本實用新型的氧化池結構示意圖。
具體實施方式：
如圖1所示，一種應用於難降解有機廢水處理的臭氧催化氧化裝置，包括催化塔和氧化池兩部分，有機廢水依次進入催化塔、氧化池進行臭氧化處理，其特徵在於：催化塔的塔頂設有噴淋進水管，催化塔的塔底設有臭氧和壓縮空氣進入管，催化塔的塔底設有出水管，氧化池的池底設有進水管、臭氧和壓縮空氣進入管，氧化池的池頂設有穿孔出水管，催化塔和氧化池頂部均設有尾氣收集管，尾氣收集管與臭氧尾氣破壞器相連。有機廢水從催化塔的塔頂噴淋進入塔內，水流方向自上而下，臭氧和壓縮空氣從催化塔底進入塔內，經催化塔處理的有機廢水從催化塔的塔底流出，並從氧化池的池底進入氧化池內，臭氧和壓縮空氣從氧化池底進入氧化池內，經氧化池的處理後的有機廢水從氧化池頂通過穿孔管出水，催化塔和氧化池頂部均設有尾氣收集管，收集的臭氧尾氣均通過尾氣破壞器後排空。催化塔和氧化池的結構為現有結構；所述的催化塔內填裝蜂窩狀金屬基催化劑，氧化池內填裝多孔顆粒狀碳基催化劑，蜂窩狀金屬基催化劑、多孔顆粒狀碳基催化劑均從市場直接購買。
催化塔進水採用噴淋的方式由上至下均勻布水，O3、壓縮空氣由催化塔底部進入，布氣採用盤式微孔擴散鈦板曝氣器，水流、氣流逆向而動，氣水混合充分；設計液氣比2:1，氣體上升流速小於4mm/s。蜂窩狀金屬基催化劑分兩層布置在催化塔中間部位，有利於水、氣介質充分接觸，高效催化氧化廢水中難降解有機物。催化塔採用316L不鏽鋼材質，分別設置進水口、臭氧進氣口、氣反洗進氣口、出水/反洗進水口、反洗排水口、尾氣排放口和溢流口等接口。其中尾氣排放口接至臭氧尾氣破壞器，溢流出水接至氧化池。
氧化池的結構如圖2所示，所述氧化池尺寸根據水量及臭氧與水的接觸時間確定，要求不小於30min。氧化池的池深大於5m，分為接觸反應區和出水區，池頂密封，以防尾氣漏出。廢水和O3、壓縮空氣均從氧化池的底部進入，採用等靜壓多孔鈦板作分布板，具有優異耐腐蝕性、重量輕、強度高、氣泡均勻、不堵塞等優點。氧化池的中部填充顆粒狀碳基催化劑，廢水經過催化劑填料層，通過氧化、吸附、過濾等作用進一步將難降解有機物分解成為小分子物質、二氧化碳和水，使廢水中的有機物大大減少。氧化池的頂部安裝臭氧尾氣破壞器。剩餘臭氧尾氣由風機抽出，通過一個預加熱帶將溫度升高後進入尾氣破壞帶，再通過催化破壞方式將臭氧破壞。
根據出水水質和運行周期對催化塔和氧化池定期進行反衝洗，反衝洗採用「氣反洗(3min)-氣水同時反洗(3min)-水反洗(20min)」的操作模式。氣反洗採用壓縮空氣，壓力要求0.4MPa≤P≤0.5MPa，反洗水水質要求：懸浮物≤10mg/L，COD≤150mg/L。
將本實用新型方法應用於武鋼平煤焦化廢水站深度處理，出水COD小於60mg/L,穩定達到《煉焦化學工業汙染物排放標準》(GB16171-2012)表3間接排放標準(COD<80mg/L)。