一种焦化废水臭氧催化氧化深度处理装置及运行方式的制作方法

本发明涉及焦化废水处理技术领域，具体为一种通过加压强化臭氧催化氧化深度处理焦化废水的装置及运行方式。

背景技术：

焦化废水通常指在焦化工艺中各个工段产生废水的总称，其主要来源包括原煤热解时在初冷工段形成的冷凝水、煤气加工净化过程产生的洗涤废水和回收利用焦油及粗苯等化工产品的过程中产生的废水。作为一种典型的工业高浓度有机废水，焦化废水中广泛存在酚、苯、杂环化合物和多环化合物等溶解性有机物。在这些物质中，酚类化合物的含量最高，占有机物总量的一半以上，其中包括苯酚，邻甲基苯酚，对甲基苯酚和二甲基苯酚。苯及其衍生物包括苯、甲苯、二甲苯、萘、蒽、菲和苯并芘。杂环化合物包括喹啉、吡啶、肼、咔唑、呋喃和噻吩。无机物主要有氨氮、硫酸盐、氯化物、碳酸(氢)、硫氰酸盐、含氰化合物(氰化物和亚铁氰化物)和硫离子。由于其复杂的组成成分，也使得焦化废水形成了毒性大、难降解的特点，一旦处理不当，将会对整个生态环境造成严重的破坏。

目前，在焦化废水处理领域多采用生物法，但由于其高毒性与低可生化性，采用生物法的出水cod和色度往往达不到预期的排放标准。因此，寻求一种深度处理的方法是亟待解决的问题。催化臭氧化技术作为一种绿色高效的水处理技术，被广泛熟知。通过促进臭氧分解产生具有强氧化性的非选择性羟基自由基，可有效去除焦化废水中的难降解和生物毒性有机物，如酚、多环芳烃和含氮杂环化合物；同时，该技术具有反应速率快、几乎不存在化学物质残留和二次污染等特点，在难生物降解有机废水处理领域有着越来越广泛的应用前景。但是目前的催化臭氧化工艺仍然存在着气液传质效率较低、臭氧利用率不高的问题。根据亨利定律，气体在水溶液中的溶解度与其压力呈正相关。因此，通过加压溶气，提升臭氧溶解度，使常规的气液多相氧化更多的转化为液液均相氧化，以此来提高臭氧氧化反应效率及利用率，从而增强焦化废水的处理效果。

技术实现要素：

本发明目的是为了解决现有技术存在的传质效率低、臭氧氧利用率不高的问题，提供了一种通过加压强化臭氧催化氧化能力深度处理焦化废水的装置及运行方式。所述技术方案如下：

一种焦化废水臭氧催化氧化深度处理装置，其特征在于，包括顺次连通的纯氧储罐(20)、臭氧发生器(19)、臭氧压缩机(18)、臭氧催化氧化b罐(12)和臭氧催化氧化a罐(5)，其中臭氧催化氧化a罐(5)下部侧面分别设有两个独立的臭氧催化氧化a罐循环水进水口(8)和臭氧催化氧化a罐进水口(4)，上部侧面设有臭氧催化氧化a罐出水口(7)；臭氧催化氧化b罐(12)上部侧面分别设有两个独立的臭氧催化氧化b罐循环水出水口(11)和臭氧催化氧化b罐出水口(15)，下部侧面分别设有两个独立的臭氧催化氧化b罐进水口(10)和臭氧催化氧化b罐臭氧进气口(14)；所述纯氧储罐(20)、臭氧发生器(19)、臭氧压缩机(18)和臭氧催化氧化b罐臭氧进气口(14)通过臭氧管道顺次连通；待处理的废水与高压泵(1)连接，高压泵(1)经由液体流量计、阀门与臭氧催化氧化a罐进水口(4)通过污水管道进行连接，臭氧催化氧化a罐出水口(7)经由阀门与臭氧催化氧化b罐进水口(10)连接，同时臭氧催化氧化b罐循环水出水口(11)经由阀门、循环泵(9)、液体流量计与臭氧催化氧化a罐循环水进水口(8)连接。

臭氧催化氧化b罐(12)和臭氧催化氧化a罐(5)之间的连接通过污水管道连通；在污水管道和臭氧管道上根据需要均装有各自需要的阀门、液体流量计或气体流量计中的一种或几种，用于监测流量、控制压力。

所述臭氧催化氧化a罐(5)与臭氧催化氧化b罐(12)均在顶部设置安全阀(6)，以保证操作时处于安全的压力状态，在各自罐内接近底部位置设置固体催化剂承托层(17)，并在其上放置固体催化剂；在臭氧催化氧化b罐的固体催化剂承托层(17)下部设有臭氧曝气盘(13)，曝气盘(13)通过臭氧管道经由臭氧催化氧化b罐臭氧进气口(14)与臭氧压缩机(18)相连通，臭氧催化氧化b罐(12)上部侧面还设有臭氧催化氧化b罐出水口(15)，用于排出污水。臭氧催化氧化b罐进水口(10)位于固体催化剂承托层(17)与曝气盘(13)之间。

所述的臭氧催化氧化罐b的下部和臭氧催化氧化罐a的下部均指低于固体催化剂承托层(17)的位置。

另外，在臭氧催化氧化b罐(12)的下部侧面设有臭氧催化氧化b罐进水口(10)，与臭氧催化氧化a罐出水口(7)相连通，臭氧催化氧化b罐(12)下部侧面还设有臭氧催化氧化b罐臭氧进气口(14)，用于连接臭氧管道，臭氧催化氧化b罐(12)上部侧面设有氧催化氧化b罐循环水出水口(11)，与循环泵(9)的进水口相连通，氧催化氧化b罐循环水出水口与循环泵(9)、臭氧催化氧化a罐循环水进水口(8)相连通，构成本装置的循环系统。

具体的，所述焦化废水臭氧催化氧化深度处理装置的工作运行方式为：将经过物理、生物方法处理后的焦化废水通过高压泵送入臭氧催化氧化a罐并使废水从臭氧催化氧化a罐流入到臭氧催化氧化b罐，待臭氧催化氧化b罐中流入有污水时，将加了压的高压臭氧气体通入臭氧催化氧化b罐，b罐中溶解于污水的臭氧在固体催化剂的协同作用下首先对有机污染物进行第一步降解，随后通过循环泵重新送回a罐，在所述的臭氧催化氧化a罐中，水体内剩余的臭氧在固体催化剂的协同作用下对有机污染物进行第二步降解，如此循环，直到臭氧催化氧化b罐中的污水达到排放效果，从臭氧催化氧化b罐出水口(15)排出。

本申请对固体催化剂没有特殊的限定，只要能实现本申请的降解均可。

本发明提供的技术方案带来的有益效果是：

本发明提供的的焦化废水臭氧催化氧化深度处理装置，通过顺次连通的纯氧储罐、臭氧发生器、臭氧压缩机、臭氧催化氧化罐b和臭氧催化氧化罐a，在臭氧催化氧化b罐中采用高浓度臭氧降解低浓度有机污染物，实现了有机污染物的彻底降解，同时在臭氧催化氧化a罐中采用低浓度的臭氧降解高浓度的有机污染物，实现了臭氧的高效利用，最终也使得出水能够达标排放。采用高浓度臭氧降解低浓度有机污染物和采用低浓度臭氧降解高浓度有机污染物的循环工艺，解决了臭氧尾气排放量大、臭氧利用率低以及焦化废水中有机污染物难降解的问题，减少了臭氧的浪费、提高了臭氧的有效使用率，同时避免了臭氧尾气的处理问题，降低污水处理的成本，提高了经济实用性。

附图说明

图1为本发明提供的焦化废水臭氧催化氧化深度处理装置的结构示意图。

其中，1—高压泵；2—液体流量计；3—阀门；4—臭氧催化氧化a罐进水口；5—臭氧催化氧化a罐本体；6—安全阀；7—臭氧催化氧化a罐出水口；8—臭氧催化氧化a罐循环水进水口；9—循环泵；10—臭氧催化氧化b罐进水口；11—臭氧催化氧化b罐循环水出水口；12—臭氧催化氧化b罐本体；13—臭氧曝气盘；14—臭氧催化氧化b罐臭氧进气口；15—臭氧催化氧化b罐出水口；16—气体流量计；17—固体催化剂承托层；18—臭氧压缩机；19—臭氧发生器；20—纯氧储罐。

具体实施方式

以下结合附图对本发明作进一步的说明。

如附图1所示，本发明提供的一种焦化废水臭氧催化氧化深度处理装置，包括顺次连通的纯氧储罐20、臭氧发生器19、臭氧压缩机18、臭氧催化氧化b罐12和臭氧催化氧化a罐5，所述纯氧储罐20、臭氧发生器19、臭氧压缩机18和臭氧催化氧化b罐12通过臭氧管道顺次连通，臭氧催化氧化a罐5通过污水管道与臭氧催化氧化b罐12顺次连通。在污水管道和臭氧管道上均装有阀门3、液体流量计2或气体流量计16，用于监测流量、控制压力。

所述臭氧催化氧化a罐5与b罐12均在顶部设置安全阀6，以保证操作时处于安全的压力状态，在罐内接近底部位置设置固体催化剂承托层17，用于放置固体催化剂。特别的，在臭氧催化氧化a罐底部侧面设有进水口4，通过污水管道与阀门3、液体流量计2和高压泵1的出水口顺次连通，a罐上部侧面出水口7，用于将污水排往b罐，a罐底部侧面还设有循环水进水口8，与循环泵9的出水口相连通。在臭氧催化氧化b罐的固体催化剂承托层17下部设有臭氧曝气盘13，曝气盘13通过臭氧管道与臭氧压缩机18相连通，另外，在b罐的底部侧面设有进水口10，与a罐的出水口7相连通，b罐底部侧面还设有臭氧进气口14，用于连接臭氧管道，b罐上部侧面设有循环水出水口11，与循环泵9的进水口相连通，b罐的循环水出水口11与循环泵9、a罐的循环水进水口8相连通，构成本装置的循环系统，b罐上部侧面还设有出水口15，用于排出污水。

所述焦化废水臭氧催化氧化深度处理装置包括顺次连通的纯氧储罐、臭氧发生器、臭氧压缩机、臭氧催化氧化罐b和臭氧催化氧化罐a。

具体的，所述纯氧储罐、臭氧发生器、臭氧压缩机和臭氧催化氧化罐b通过臭氧管道顺次连通，臭氧催化氧化罐a通过污水管道与臭氧催化氧化罐b顺次连通。

具体的，所述焦化废水臭氧催化氧化深度处理装置还包括连接在臭氧催化氧化a罐进水端的高压泵、连接臭氧催化氧化罐b到臭氧催化氧化罐a之间的回流污水管道上的循环泵以及若干阀门。所述阀门至少包括五个阀门，均安装在污水管线和臭氧管线上，用于流量、压力的调节。

具体的，所述臭氧催化氧化罐a包括圆柱形罐体、固相催化剂床层、压力安全阀、进水口和出水口，所述压力安全阀设置于所述罐体的顶部，所属进水口包含污水进水口和循环水进水口分别设置在所述罐体的底部侧面对称的两侧，且所述污水进水口通过污水管道与所述高压泵出口相连通，所述循环水进水口通过污水管道与循环泵出水口相连通，所述出水口设置在所述罐体的上部侧面，所述出水口将通过污水管道与臭氧催化氧化b罐的进水口相连通。

具体的，所述臭氧催化氧化罐b包括圆柱形罐体、固体催化剂床层、压力安全阀、进水口、出水口、进气口和臭氧曝气盘，所述压力安全阀设置于所述罐体的顶部，所述臭氧曝气盘设置于罐体内固相催化剂床层的下部，且所述臭氧曝气盘通过臭氧管道与进气口相连通，所述进水口设置于罐体底部侧面，且所述进水口通过污水管道与臭氧催化氧化a罐的出水口相连通，所述进气口设置于底部侧面与进水口相对称，且所述进气口与通过臭氧管道与臭氧压缩机的出气口箱联通，所述出水口包含循环水出水口和污水排水口，且所述循环水出水口通过污水管道与循环泵的进水口相连通，所述污水排水口用于将臭氧催化氧化b罐的污水排出。

具体的，所述臭氧催化氧化罐、臭氧压缩机、污水管道、臭氧管道以及阀门的材质均采用耐腐蚀耐氧化的材质。

具体操作过程如下：

首先打开与高压泵1连接的阀门，开启高压泵1，使污水顺次通过液体流量计2、阀门送入臭氧催化氧化a罐5，待a罐中水位上升污水送入臭氧催化氧化b罐12中，待b罐中水位上升后打开循环泵9，使污水开始内循环流动，此时纯氧储罐20中的氧气通入臭氧发生器19，产生的臭氧经臭氧压缩机18增压至0.3—0.6mpa后顺次通过气体流量计16、阀门3，从b罐底部侧面的进气口14送入b罐中，b罐臭氧投加量为400-600mg/l。此时，焦化废水与饱和态溶解臭氧水，在固体催化剂协同作用下，对有机污染物进行第一步降解。完成第一步降解的焦化废水在循环泵9的作用下，从b罐的循环水出水口11经过a罐的循环水进水口8流入a罐中，此时，循环水中仍含有尚未反应的少量溶解性臭氧，与a罐不断送入的未经处理的焦化废水进行第二步降解反应，将剩余的溶解性臭氧消耗完全，之后，已被降解部分有机污染物的焦化废水重新送入b罐，与充足的溶解性臭氧反应，将剩余有机污染物彻底降解。通过循环处理，在实现了有机污染物彻底降解的同时，还实现了臭氧的高效利用，解决了臭氧尾气排放量大、臭氧利用率低以及焦化废水中有机污染物难降解的问题。

以下实施例1-3采用的固体催化剂为活性氧化铝，也可以替换为本领域其他的固体催化剂。

实施例1：

某污水处理厂通过沉淀、aa0、hbaf的组合工艺处理焦化废水，但是其排水端的污水codcr的值仍处于180—220mg/l之间，未能达到国家城镇污水排放标准，因此采用本发明提供的焦化废水臭氧催化氧化深度处理装置进行对其进一步处理，具体操作过程如下：

首先通过高压泵将焦化废水泵入臭氧催化氧化a罐，在水位提升后流入b罐，打开循环泵，使焦化废水能够循环流动。同时打开纯氧储罐，使纯氧气体通入臭氧发生器，产生的臭氧经过臭氧压缩机增压至0.4mpa后从底部通入臭氧催化氧化b罐，臭氧投加量为500mg/l，a罐和b罐中的流体流向均为自下而上，通过罐体内占体积比为30％的固体催化剂床层。通过阀门控制污水、臭氧流量以及反应罐的压力。在高压作用下，b罐中的臭氧气体充分的溶解于焦化废水中，在固体催化剂的协同作用下，溶解性臭氧对焦化废水中难降解的有机污染物进行第一步降解。未反应完全的溶解臭氧通过循环泵随循环路线流入a罐进行第二步降解，与新送入的焦化废水反应，将剩余臭氧消耗完全，而被降解部分有机污染物的焦化废水又送入b罐与充足的溶解臭氧反应，实现有机污染物的充分降解。水力停留时间30min，最终出水codcr的值为35—41mg/l之间，达到了国家城镇污水的排放标准。

实施例2：

实施例2采用了和实施例一相同的焦化废水，改变其臭氧催化氧化a罐和b罐中固体催化剂床层所占体积为20％，臭氧投加量为400mg/l，操作压力控制在0.3mpa，水力停留时间为50min，在此条件下对焦化废水进行处理，具体操作如下：

打开高压泵开关将焦化废水送入臭氧催化氧化a罐，在水位提升后随污水管道流入b罐，b罐内水位提升到一定高度时，打开循环泵，使焦化废水能够循环回流，然后打开纯氧储罐，使纯氧气体通入臭氧发生器，产生的臭氧经过臭氧压缩机增压至0.3mpa后从底部通入臭氧催化氧化b罐，臭氧投加量为400mg/l。通过阀门控制污水、臭氧流量以及反应罐的压力。在高压作用下，b罐中的臭氧气体充分的溶解于焦化废水中，在固体催化剂的协同作用下，溶解性臭氧对焦化废水中难降解的有机污染物进行第一步降解。未反应完全的溶解臭氧通过循环泵随循环路线流入a罐进行第二步降解，与新送入的焦化废水反应，将剩余臭氧消耗完全，而被降解部分有机污染物的焦化废水又送入b罐与充足的溶解臭氧反应，实现有机污染物的充分降解。水力停留时间50min，最终出水codcr的值为48mg/l，基本符合国家城镇污水排放标准。

实施例3：

实施例3采用了和实施例1相同的焦化废水，改变其臭氧催化氧化a罐和b罐中固体催化剂床层所占体积为30％，臭氧投加量为600mg/l，操作压力控制在0.6mpa，水力停留时间为40min，在此条件下对焦化废水进行处理，具体操作如下：

首先打开阀门，开启高压泵，使污水顺次通过液体流量计、阀门送入臭氧催化氧化a罐，待a罐中水位上升污水送入臭氧催化氧化b罐中，待b罐中水位上升后打开循环泵，使污水开始内循环流动，此时纯氧储罐中的氧气通入臭氧发生器，产生的臭氧经臭氧压缩机增压至0.6mpa后顺次通过气体流量计、阀门，从b罐底部侧面的进气口送入罐中。此时，焦化废水与饱和态溶解臭氧水，在固体催化剂协同作用下，对有机污染物进行第一步降解。完成第一步降解的焦化废水在循环泵的作用下，从b罐的循环水出水口经过a罐的循环水进水口流入a罐中，此时，循环水中仍含有尚未反应的少量溶解性臭氧，与a罐不断送入的未经处理的焦化废水进行第二步降解反应，将剩余的溶解性臭氧消耗完全，之后，已被降解部分有机污染物的焦化废水重新送入b罐，与充足的溶解性臭氧反应，将剩余有机污染物彻底降解。臭氧投加量为600mg/l，水力停留时间为40min，最终出水codcr的值为32mg/l，达到国家城镇污水排放标准。

采用高浓度臭氧降解低浓度有机污染物和采用低浓度臭氧降解高浓度有机污染物的循环工艺，解决了臭氧尾气排放量大、臭氧利用率低以及焦化废水中有机污染物难降解的问题，减少了臭氧的浪费、提高了臭氧的有效使用率，同时节省了时间。

以上对本发明的原理和实施方式进行了详细的阐明，用于帮助理解本发明的核心思想。对于本技术领域的技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，可对本发明进行修改、改进，这些修改和改进也落入本发明的保护范围之内。