一种改进型臭氧催化氧化装置的制作方法

本实用新型涉及污水处理领域，具体地，本实用新型涉及一种焦化废水处理用的臭氧催化氧化装置。

背景技术：

臭氧是一种强氧化剂，具有不稳定、易分解的特点。臭氧用于水处理的工艺设施主要由臭氧发生器和气水接触设备组成。臭氧发生器所产生的臭氧，通过气水接触设备扩散于待处理水中。臭氧溶于水遵循亨利定律，单独使用臭氧氧化污水中的污染物，存在溶解度低，利用率低，氧化能力不足且选择范围狭窄等问题。合理的使用催化剂可促进水中臭氧的分解，加快有机物的氧化速率。

目前在实际应用中，臭氧氧化技术存在一系列问题：第一，臭氧与水的传质效果差，臭氧利用效率低。传统的臭氧接触反应器受制于产生气泡的大小对气水混合效果的影响作用，缺乏高效的气水混合系统和合理的接触面积控制，使得臭氧利用效率较低。其他臭氧接触方式如微孔扩散器，管道混合器虽能提高臭氧溶解效率，但仅适合短暂液体滞留，仍受传质限制的反应。第二，采用催化臭氧化装置，合理的使用催化剂可促进水中臭氧的分解，加快有机物的氧化速率，但是现有可用于废水处理的催化剂多为单一的活性炭材质，催化剂填装方式为单一重力式堆积，气水接触面积不充分，而且催化剂的价格昂贵，使用寿命短，废水处理运行成本偏高。第三，现有的臭氧催化装置不会产生二次污染，但是装置产生的尾气中臭氧浓度较高，仍不能直接外排，需要将多余的臭氧收集处理。

例如，专利申请号为“201310221010.3”的发明专利公开了一种二级多相催化氧化塔，所述发明采用复式结构，可以有效利用一级氧化工艺残余氧化剂，减少氧化剂消耗，增加设备使用效率，具有操作过程简单、反应速度快、设备简便、对环境友好等优点。

又，专利申请号为“201420745368.6”的实用新型专利公开了一种耦合催化臭氧反应器，包括一个加压反应罐，通过流加双氧水和水射器加压，提高了臭氧的溶解度，促进了臭氧的分解，有利于臭氧与水中污染物充分反应。同时该实用新型通过增加普通反应器，延长了臭 氧与废水的接触反应，提高了臭氧利用率。

又，专利申请号为“201510204623.5”的发明提供了一种臭氧催化氧化装置，通过混合装置增强了臭氧与废液的混合效果，通过催化单元提高了臭氧的氧化能力，进而提高了臭氧的利用率，降低了臭氧的投入量和催化剂用量，降低了成本。

然而，如上所述，目前污水深度处理领域用到的臭氧催化氧化都是单独采用非均相臭氧催化氧化技术处理废水，利用臭氧在催化剂作用下产生的羟基自由基进行间接氧化，羟基自由基氧化能力较臭氧氧化能力更强，且反应快速无选择性，上述方法虽能保证一定的处理效果，降低臭氧消耗量，但由于缺乏高效的气水混合系统，因而存在着催化剂用量大，投资费用高、臭氧与水的传质效果差，臭氧利用效率低等问题。

技术实现要素：
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为解决上述现有技术的缺点，本实用新型提供一种改进型的臭氧催化氧化装置，本实用新型通过改进臭氧催化氧化装置结构，增加高效的气液混合接触系统，改变反应器中单一的催化剂，增大接触面积，增加接触填料，可增大气液接触面积，接触填料对布气系统产生的气泡再次分割，减少液体的剧烈搅动。增加接触反应室接触填料，减少催化剂的使用量。本实用新型通过将部分尾气回收利用，既减少尾气对环境的污染，又提高了气源的使用效率，提高臭氧的利用率，节省了运行成本。另外，外循环回流的废水回流至原水进水口重新进入反应塔，能增大反应塔进水流速，有效减少塔内催化剂填料污堵现象的发生。

即，本实用新型改善反应器结构，增加高效喷射器，形成反应器的外循环系统，既能提高臭氧利用率，又能稀释原水，还能起回收部分尾气，减少臭氧排放量的作用。

本实用新型的技术方案如下：

一种改进型臭氧催化氧化反应装置，内置有臭氧催化剂填料层和陶粒接触填料层，此外，还设有臭氧进气口、臭氧尾气排放口，其特征在于，

在所述反应装置的接触填料层的下方设置有原水进水口，在所述反应装置的催化剂层的上方设置有出水口，

在催化剂层和接触填料层的下方分别设置有连通臭氧进气口、用于使气水充分接触、提高臭氧利用率的钛合金微孔曝气器，

在所述反应装置上层设置粒径在φ2-5mm的臭氧催化剂填料，下层设置粒径在φ3-6mm的陶粒接触填料，

在催化剂层形成第一层接触反应室，在接触填料层形成第二催化氧化反应室。

来水从底部进入臭氧催化氧化装置，水流自下而上依次经过陶粒接触填料层、臭氧催化剂填料，最后经集水装置收集后一部分直接排出，另一部分出水经回流加压泵回流，回流加压泵出口设有射流器，使装置顶部部分臭氧余气被吸入射流器内，而后与来水充分混合后重新进入臭氧催化氧化装置，从而提高臭氧利用率和水流上升流速，填料层不易堵塞。

臭氧与水在第一层接触反应室发生接触反应，该层接触填料表面积大，能增加气液接触面积，且对布气系统产生的气泡再次分割，减少液体的剧烈搅动，使得液体的搅动程度大小和气液接触面积的大小均达到最佳反应点，起到增加气液传质的效果。

接着气液进入第二催化氧化反应室，在第二反应是底层设置布气系统一套，增加臭氧浓度，提高处理效果。第二反应室所装催化剂，合理的使用催化剂可促进水中臭氧的分解，加快有机物的氧化速率。

根据本实用新型所述一种改进型臭氧催化氧化反应装置，其特征在于，

所述催化剂载体是负载金属氧化物的活性炭，催化剂载体填装高度在0.8～2.5m。

根据本实用新型所述一种改进型臭氧催化氧化反应装置，催化剂载体是高碘值活性炭，活性炭上负载铁、镍、铜、钴、钛等金属氧化物。催化剂层填装高度一般在0.8～2.5m，运行时，气、液、固三相充分接触，在臭氧、OH·、新生态氧等强氧化剂的作用下，将水中的有机物氧化成水、二氧化碳等简单的无机物或小分子有机物，从而除去水中的COD。填装高度一般在0.8～2.5m，主要初步去除水中的SS和部分COD，为上层臭氧催化氧化创造条件。

在该反应室接触反应后，水中仍有部分剩余臭氧，出水一部分经管道12排放出去。另一部分经泵16进入喷射器6，回流至臭氧催化氧化反应器，形成外循环系统。

根据本实用新型所述一种改进型臭氧催化氧化反应装置，其特征在于，

在所述反应装置顶部设置有臭氧尾气排放口。

根据本实用新型所述一种改进型臭氧催化氧化反应装置，其特征在于，

所述催化剂层设置于接触填料层上方。

由于喷射器水流速特别高，将压力能转变为速度能，使吸气区压力降低产生真空。反应器产生的尾气一部分经尾气排放管道14排放，另一部分被回收利用，该部分尾气作为引射流体经尾气引流管道15被吸入喷射器，提高混合流体的压力，然后经回水管道17，在反应器总进水口处与原水混合，重新进入臭氧催化氧化反应器。增加外循环系统回收部分出水和尾气，一方面提高臭氧的利用率，另一方面起稀释原水的作用。

根据本实用新型所述一种改进型臭氧催化氧化反应装置，其特征在于，

出水一部分经管道排放，出水另一部分由泵进入喷射器，回流至原水进水口，形成外循环系统。

根据本实用新型所述一种改进型臭氧催化氧化反应装置，其特征在于，

所述臭氧催化氧化装置用于焦化废水处理。

本实用新型的优点是：

(1)改进臭氧催化氧化装置结构，增加高效喷射器，形成反应器的外循环系统。

(2)改变反应器中单一的催化剂，增加接触填料层，减少催化剂的用量。

(3)回流气源和补充气源，回收反应装置排放的尾气，回用部分出水，稀释原水，提高臭氧的利用率，降低反应装置运行成本。

附图说明

图1为臭氧催化氧化反应器示意图。

图中，1为臭氧催化氧化反应器，2为反应器的催化剂层，3为反应器的接触填料层，4为钛微孔曝气器，是反应器的臭氧扩散系统，5为反应器的支腿，6为喷射器，7为装置进水口，8为装置出水口，9为臭氧进气口，10为臭氧尾气排放口，11为原水管道，12为出水管道，13为臭氧管道，14为尾气排放管道，15为尾气引流管道，16泵，17为回水管道。

具体实施方式

实施例

一种改进型臭氧催化氧化反应装置，反应装置内设置有臭氧催化剂填料层和陶粒接触填料层，此外，还设有臭氧进气口、臭氧尾气排放口。在所述反应装置的接触填料层的下方设置有原水进水口，在所述反应装置的催化剂层的上方设置有出水口，在催化剂层和接触填料 层的下方分别设置有连通臭氧进气口、用于使气水充分接触、提高臭氧利用率的钛合金微孔曝气器，在所述反应装置上层设置粒径在φ2-5mm的臭氧催化剂填料，下层设置粒径在φ3-6mm的陶粒接触填料，在催化剂层形成第一层接触反应室，在接触填料层形成第二催化氧化反应室。

图1中1为臭氧催化氧化反应器，2为反应器的催化剂层，3为反应器的接触填料层，4为钛板微孔曝气器，是反应器的臭氧扩散系统，5为反应器的支腿，6为喷射器，7为装置进水口，8为装置出水口，9为臭氧进气口，10为臭氧尾气排放口。原水经原水管道11进入臭氧接触氧化反应器，臭氧经臭氧管道13进入反应器，臭氧与水在第一层接触反应室发生接触反应，该层接触填料表面积大，能增加气液接触面积，且对布气系统产生的气泡再次分割，减少液体的剧烈搅动，使得液体的搅动程度大小和气液接触面积的大小均达到最佳反应点，起到增加气液传质的效果。

接着气液进入第二催化氧化反应室，在第二反应是底层设置布气系统一套，增加臭氧浓度，提高处理效果。第二反应室所装催化剂，合理的使用催化剂可促进水中臭氧的分解，加快有机物的氧化速率。在该反应室接触反应后，水中仍有部分剩余臭氧，出水一部分经出水管道12排放出去。另一部分经泵16进入喷射器6，回流至臭氧催化氧化反应器，形成外循环系统。由于喷射器水流速特别高，将压力能转变为速度能，使吸气区压力降低产生真空。反应器顶部的尾气(残留少量的臭氧)，一部分尾气经尾气排放管道14收集后进入臭氧尾气破坏装置，在臭氧分解催化剂和加热作用下，使残余的臭氧分解为氧气，而后排入大气；另一部分尾气经尾气引流管道15被吸入喷射器6，气液混合后经回水管道17与原水混合，再一起进入臭氧催化氧化装置。增加外循环系统回收部分出水和尾气，一方面提高臭氧的利用率，另一方面起稀释原水和提高上升流速，防止填料堵塞的作用。

本实用新型臭氧催化氧化装置的亮点是：1、利用高效的钛合金微孔曝气器，产生的微气泡(直径在3μm以下)增大与水的接触面积，极大提高臭氧与污染物的接触几率。2、采用双层填料层结构，下层可有效去除SS和部分COD(相对易降解有机物)，为上层高效臭氧催化氧化创造条件；上层臭氧催化剂填料可极大提高臭氧转化为氧化能力更强的OH·、新生态氧的几率，水中的有机物在臭氧、OH·、新生态氧综合作用下，高效有除水中的COD。3、装置顶部的部分尾气回流到装置底部，明显提高臭氧的利用率。4、装置出水部分回流至装置底部，起到稀释原水和提高装置上升流速的作用，防止填料堵塞、提高出水效果。5、装置结构简单，外形美观，造价低廉。

根据本实用新型，臭氧与水在第一层接触反应室发生接触反应，该层接触填料表面积大，能增加气液接触面积，且对布气系统产生的气泡再次分割，减少液体的剧烈搅动，使得液体的搅动程度大小和气液接触面积的大小均达到最佳反应点，起到增加气液传质的效果。