一种喷淋式催化臭氧氧化反应系统的制作方法

本发明涉及废水处理，更具体地涉及一种喷淋式催化臭氧氧化反应系统。

背景技术：

随着我国工农业的迅猛发展,水中有毒或难降解的有机物成分越来越多，而如何处理这类物质并提高其处理效果成为水处理行业中较为关注的课题。高级氧化法(advancedoxidationprocessible,简称aop)，水处理过程中以羟基自由基为主要氧化剂的氧化过程称为aop过程，臭氧催化氧化是一种常用的高级氧化技术，具有操作过程简单、反应物易得、无须复杂设备且对环境友好性等优点，已被逐渐应用于各种化工、染料、农药等废水处理工程中，具有很好的应用前景。臭氧催化氧化以其独特的优越性在处理化工废水、印染废水等，尤其是在废水深度处理中具有广阔的应用前景。

臭氧高级氧化是水处理技术中去除有机污染物的一种重要方法，能将很多有机物降解并改善其生物降解性能。在使用臭氧工艺处理工业废水时，需要考虑臭氧气体的生产成本、臭氧在水中的混合均匀程度、臭氧与污染物的接触反应、臭氧气体的整体利用效率等技术关键。因此，设计一个有利于臭氧气体在废水中扩散、反应底物能够充分混合的反应器，对提升污水处理效率、降低工艺成本，实现催化臭氧功能特点有重要意义。但目前，对于臭氧催化氧化的研发多集中在催化剂研发方面，而对于臭氧催化氧化反应器的研发改进较少，而且现有的臭氧催化氧化反应器催化剂床层空隙率低，臭氧利用率低；同时还存在着气、液、固三者难分离，催化剂难以回收利用，反冲洗操作复杂、效果差等问题。

现有技术中的催化臭氧的反应器形式，以流化床形式或固定床形式为主，制造成本大，设备体积大、运输成本高、易堵塞、出水存在悬浮物问题、更换催化剂麻烦及成本较高。

现有的臭氧催化氧化反应塔，一般采用鼓泡塔的形式进行气液接触反应，即通过气体曝气管或曝气盘将臭氧气体扩散成气泡后释放到塔体的废水中，在塔中进行气水混合，实现气液间的传质并发生污染物的降解反应。鼓泡塔形式的反应器存在两个关键问题点，一是为了提高传质效率就需要减小气泡的尺寸，以此来增加臭氧气体和废水的接触面积。这就需要采用微孔曝气盘用以将通入的臭氧气体分散成微小的气泡，而微孔曝气盘很容易堵塞，就需要经常进行清理。二是为了提高臭氧的传质速率，需要较高的臭氧浓度或增加塔高提高臭氧的分压以增加传质推动力，就需要维持反应器中较高的液位。但臭氧发生器的供气压力一般最大只有1.2公斤的压力即12米水深，这也就限制了臭氧催化氧化反应塔高的继续增加。也就是说，当前催化系统反应时间长、催化剂填充量大、催化剂流失情况严重、对臭氧曝气要求较高需要微气泡、需要较高的塔高而实现增加臭氧的分压以提高臭氧传质等问题。

技术实现要素：

为了解决现有技术中的催化臭氧氧化反应系统的容易堵塞、曝气头不易清洗、臭氧利用率不高、反应时间长、塔高受限等问题，本发明提供一种喷淋式催化臭氧氧化反应系统。

本发明提供一种喷淋式催化臭氧氧化反应系统，其包括至少一个反应塔、进水管、排水管、臭氧布气管和排风管，其中，反应塔为填料喷淋塔并包括具有催化剂的填料段，进水管连接于反应塔以将废水引入反应系统，排水管连接于反应塔以将废水从反应系统排出，臭氧布气管连接于反应塔以将臭氧引入反应系统，排风管连接于反应塔以将催化反应后的残留臭氧及气体从反应系统排出，废水在反应塔的填料段内的流向与臭氧在反应塔的填料段内的流向相反以实现气水逆流接触反应。

优选地，该反应塔包括位于填料段上方的喷淋段，该喷淋段内设置有用于使废水形成细小液滴和雾滴的布水装置，该布水装置与进水管连接。

优选地，该反应塔包括位于喷淋段上方的除雾段，该除雾段连接排风管。

优选地，该除雾段内设置有用于清除气体中所夹带的液滴和雾滴的除沫器。

优选地，该反应塔包括位于填料段下方的进气段，该进气段与臭氧布气管连接。

优选地，该反应塔包括位于进气段下方的水槽段，该水槽段与排水管连接。

优选地，水槽段通过循环泵与进水管连接。

优选地，该喷淋式催化臭氧氧化反应系统包括串联的第一反应塔和第二反应塔，进水管连接于第一反应塔以将废水引入反应系统，排水管连接于第二反应塔以将废水从反应系统排出，臭氧布气管连接于第二反应塔以将臭氧引入反应系统，排风管连接于第一反应塔以将催化反应后的残留臭氧及气体从反应系统排出，废水的流向和臭氧的流向在喷淋式催化臭氧氧化反应系统中实现气水逆流接触反应。

优选地，第一反应塔的进气段与第二反应塔的排风管连通。

优选地，第一反应塔的水槽段通过循环泵与第二反应塔的进水管连接。

根据本发明的喷淋式催化臭氧氧化反应系统，通过喷淋的形式增加了反应面积，臭氧和催化剂有更大的接触面积，臭氧更容易穿透液膜而到达催化剂表面，因为在气态情况下臭氧分布更快更容易，同时因催化剂非浸入在废水里而只是在催化剂表面形成的很薄液膜。根据本发明的喷淋式催化臭氧氧化反应系统，在不需要调整废水ph值情况，以臭氧催化剂为填料，废水浸润催化剂，在其表面形成非常薄的液膜，从而使该反应系统具有非常大的反应比表面积，而从下部通入的臭氧极易穿透液膜并达到催化剂表面，在催化剂作用下转化为羟基自由基ho·，并快速的与废水中的有机物发生反应。根据本发明的催化臭氧氧化反应系统具有反应速度快、反应充分、臭氧利用率高、有效反应时间及水力停留时间短、处理后出水水质稳定、催化剂更换方便、臭氧供气方式简单、系统操作和维护方便等优势，同时解决了塔高受限的问题，在用地有限的区域，可以适当增加塔高。

附图说明

图1是根据本发明的一个优选实施例的喷淋式催化臭氧氧化反应系统的示意图；

图2是根据本发明的另一个优选实施例的喷淋式催化臭氧氧化反应系统的示意图。

具体实施方式

下面结合附图，给出本发明的较佳实施例，并予以详细描述。

实施例1

如图1所示，根据本发明的一个优选实施例的喷淋式催化臭氧氧化反应系统包括反应塔1、进水管2、排水管3、臭氧布气管4和排风管5，其中，反应塔1为填料喷淋塔，进水管2连接于反应塔1以将废水引入反应系统，排水管3连接于反应塔1以将废水从反应系统排出，臭氧布气管4连接于反应塔1以将臭氧引入反应系统，排风管5连接于反应塔1以将臭氧从反应系统排出，废水在反应塔1内的流向与臭氧在反应塔1内的流向相反。

反应塔1包括从上到下依次设置的除雾段11、喷淋段12、填料段13、进气段14和水槽段15，其中，喷淋段12、填料段13和进气段14设置于顶部的除雾段11和底部的水槽段15之间。

除雾段11内设置有除沫器111，进入除雾段11的气体中所夹带的液滴和雾滴通过除沫器111被清除。除雾段11的顶部连接排风管5，反应后的气体及残留臭氧通过该排风管5从反应塔1中排出。在本实施例中，该排风管5通过风机与臭氧破坏器连接，确保臭氧的排放浓度达到排放要求。

喷淋段12内设置有布水装置121，该布水装置121与进水管2连接，废水通过进水管2和该布水装置121进入反应塔1内，形成无数细小液滴和雾滴。来自于填料段13的残留的臭氧上升进入喷淋段12与液滴和雾滴充分混合接触以继续发生反应。

填料段13内固定有催化剂131，来自于布水装置121的废水被均匀喷洒在催化剂131上，在催化剂131的表面形式液膜，来自于进气段14的臭氧上升到填料段13，气水逆向接触，在催化剂131的表面充分反应，臭氧在催化剂131的作用下转化为羟基自由基ho·，并快速地与废水中的有机物发生反应。应该理解，催化剂131可以使用铁基催化剂、过渡金属氧化物催化剂、贵稀金属催化剂、以陶粒为载体的催化剂、以氧化铝为载体的催化剂、以活性炭为载体的催化剂。催化剂131形态无特定要求，可以是球形的、不定形的、蜂窝状的、刨花状的、拉西环、鲍尔环等适合填料塔的形式。当然比表面积越大越好，这样反应面积会大，空隙率高也较好，被堵塞的机率低并且可使用更小的气水比设计，这样废水处理量会增加。显然，本发明提供的喷淋式催化臭氧氧化反应系统在催化剂填料表面形成了很大的液膜表面，创造了良好的气液接触面积，反应快速。

进气段14与臭氧布气管4连接，臭氧通过该臭氧布气管4通入反应塔1内，迅速充满进气段14的空间，然后均匀地上升到填料段13。相对于现有技术中的微孔曝气盘，本发明的布气管的孔径较大，不容易发生堵塞。

水槽段15的底部连接有排水管3，来自于进气段14的废水进入水槽段15后可通过排水管3外排。在本实施例中，水槽段15通过循环泵6与进水管2连接，从而可以通过循环泵6从水槽段15抽取循环水与废水一同通入反应塔1内。

根据本发明的喷淋式催化臭氧氧化反应系统，反应系统中不再充满水，反应只在流经催化剂填料的表面进行，大大降低了单位高度催化氧化反应塔的阻力。另外，现有的反应塔均需做的比较高，一般至少大于6米，有的达到10米，因为供气气源中臭氧浓度较低(最高也就是10-15％，当前臭氧发生器技术所致)，为了提高传质效率，需要设计较高的反应器高度来实现增加臭氧的分压以提高臭氧传质，但实际催化剂层的高度有限即有效反应区域不高。相对应地，本发明的喷淋式催化臭氧氧化反应系统，无需较高的塔高，一般的喷淋塔高度即可，例如4-6米，供气压力无要求，有一点压力如0.05公斤能把臭氧通入即可，因为在水气接触时气会随着气流方向行进，气体通过填料层的阻力损失不超过0.04公斤，故进气压力大于0.05公斤即可。而在在用地有限的区域，可以增加塔高来减少占地面积。

取某印染厂污水处理站二级生化出水，cod为140mg/l、色度100、苯胺4mg/l，采用喷淋塔形式，填料为铁基催化剂，反应时间为10min，o3投加量80mg/l，催化氧化反应后cod为58mg/l、色度16、苯胺未检出，cod去除率达50％以上，出水水质达到实验预期。同时采用催化剂完全浸没式的常规塔式反应器，催化剂仍为铁基催化剂，o3催化氧化反应时间为30min，o3投加量100mg/l，催化氧化反应后cod为60mg/l、色度20、苯胺未检出，cod去除率达50％以上。两种反应形式比较，处理效果非常接近，但反应时间大大缩短，臭氧的利用率更高一些。

实施例2

如图2所示，根据本发明的另一个优选实施例的喷淋式催化臭氧氧化反应系统包括串联的第一反应塔1a、第二反应塔1b、进水管2’、排水管3’、臭氧布气管4’和排风管5’，其中，进水管2’连接于第一反应塔1a以将废水引入反应系统，排水管3’连接于第二反应塔1b以将废水从反应系统排出，臭氧布气管4’连接于第二反应塔1b以将臭氧引入反应系统，排风管5’连接于第一反应塔1a以将臭氧从反应系统排出，其相对于实施例1可进一步提高臭氧利用率和提高污染物降解程度，可用于排放标准更高的废水处理要求。在本实施例中，该第一反应塔1a和第二反应塔1b均为两相逆向流填料反应塔，其具体结构与实施例1的反应塔1相同的部分在此不再赘述，以下仅阐述不同的部分。

第一反应塔1a的进气段14与第二反应塔1b的排风管5b连通，从第二反应塔1b的排风管5b收集的排放尾气中仍含有未反应掉的臭氧，其通过进气段14a进入第一反应塔1a中进行反应。

第一反应塔1a的水槽段15a通过循环泵7与第二反应塔1b的进水管2b连接，从而可以通过循环泵7从第一反应塔1a的水槽段15a抽取的循环水与通过循环泵6b从第二反应塔1b的水槽段15b抽取的循环水一同通入第二反应塔1b内。

以上所述的，仅为本发明的较佳实施例，并非用以限定本发明的范围，本发明的上述实施例还可以做出各种变化。即凡是依据本发明申请的权利要求书及说明书内容所作的简单、等效变化与修饰，皆落入本发明专利的权利要求保护范围。本发明未详尽描述的均为常规技术内容。