臭氧异相催化氧化综合试验平台的制作方法

本实用新型涉及污水处理技术领域，尤其涉及一种臭氧异相催化氧化综合试验平台。

背景技术：

许多工业废水存在成分复杂、有机物浓度高和生物降解困难等问题，臭氧催化氧化技术作为深度处理技术中的新型技术，被广泛关注并应用。臭氧催化氧化通过引入催化剂促进臭氧分解生成氧化电位更高的羟基自由基，发生自由基链式反应分解水中难降解有机物，提高臭氧利用率，处理效率明显提高，其中臭氧异相催化氧化的催化剂为固体形态，易与水分离，可重复利用，后处理成本低，因此关于臭氧异相催化氧化的研究及应用更加成为热点。

影响臭氧异相催化氧化性能的主要包括催化剂种类、曝气方式和气液比等。目前开发的臭氧催化氧化设备一般只有一种曝气方式，不能够对比不同曝气方式的溶气效率及臭氧利用率，运行方式一般为单槽或多级串联槽，多级串联槽只是简单地将前一级处理过的废水及含有臭氧的废气收集进入下一级，对废水处理效率低，不能够实现多个反应槽既可以串联又能够切换成并联的运行方式。因此，提出一种同时具有多种曝气方式、串并联运行方式的臭氧异相催化氧化综合试验平台具有重要意义。

技术实现要素：

本实用新型的目的是克服现有技术中的不足，提供一种臭氧异相催化氧化综合试验平台及试验方法。

这种臭氧异相催化氧化综合试验平台，包括：空压机、冷干机、填料床、进水系统、出水系统、臭氧系统、曝气系统、反洗系统和数据采集控制系统；进水系统通过管道接入位于填料床底部的进水口，填料床顶部均连接出水系统，臭氧系统分两路通过气体管道分别连接两套曝气系统，每套曝气系统通过管道分别接入填料床底部曝气口；冷干机和空压机通过管道连接，冷干机和空压机之间的管道上设有手动阀门；数据采集控制系统包括程序控制系统(plc)和触摸屏。程序控制系统(plc)用于控制进水提升泵一、进水提升泵二、射流器增压泵、溶气泵、超声处理器增压泵和反洗水泵的启停；程序控制系统(plc)用于控制气动调节阀的通断；程序控制系统(plc)用于调节进水提升泵一、进水提升泵二的开度；触摸屏用于实现工艺流程图、所有参数设置及数据采集及显示，并能够读取存储历史数据；所监测和控制的参数包括但不限于o3浓度、压力、流量、cod、ph和电导率等；程序控制系统能根据需要设置和修改相关工艺参数及报警限；仪表操作人员可依传统仪表使用方法直接操作仪表；当相关参数超过预定上限时，及时发出报警信号。

作为优选，填料床包括填料床一和填料床二；填料床底部设有填料床基座、进水口、曝气口和排水口；填料床底部侧壁上设有循环水口；填料床底部内设置供床体进水和进气的布水装置；填料床床体内部设有填料层，填料层位于布水装置上方；填料床床体一侧面下部设有两个相邻的人孔，该侧面上部也设有一个人孔，每个人孔上均设有视镜；填料床顶部设有出水口、排气口、双向呼吸阀和压力传感器；填料床上进水口和出水口内侧均设有滤网；填料床整体呈圆柱形，循环水口位于填料床正侧面底部，人孔和视镜位于填料床后侧面，进水口位于填料床左侧面底部，出水口位于填料床右侧面顶部；排气口和双向呼吸阀均设于填料床的弧形顶部上；曝气口位于填料床的弧形底部中央，排水口也紧靠曝气口设置于填料床的弧形底部；填料床基座有四个支脚，四个支脚分别焊接在相互垂直的两根支架上；布水装置包括多孔板和水帽，水帽采用ssl耐腐蚀不锈钢等耐腐蚀抗氧化材质。

作为优选，进水系统和出水系统包括：原水箱、进水提升泵一、进水提升泵二、产水箱一和产水箱二；原水箱底部设有出水口，出水口处设有手动阀门；原水箱底部设有排水口，排水口后的排水管道设有手动阀门；原水箱侧面设有液位计，原水箱内设有在线ph计、在线电导率仪和在线cod测量仪；原水箱顶部设有进水口，进水口处设有手动阀门，进水口连接外部废水管道；原水箱出水口分为两路分别连接进水提升泵一和进水提升泵；进水提升泵一和原水箱出水口之间的管道上设有手动阀门，进水提升泵一连接填料床一的进水口，进水提升泵一和填料床一的进水口之间的管道上设有气动调节阀和电磁流量计；进水提升泵和原水箱出水口之间的管道上设有手动阀门，进水提升泵连接填料床二的进水口，进水提升泵和填料床二的进水口之间的管道上设有手动阀门；产水箱一和产水箱二底部均设有出水口，出水口处均设有手动阀门；产水箱一和产水箱二底部内部设有曝气盘，产水箱一和产水箱二底部均设有曝气进气口，进气口通过气体管道和冷干机连接；产水箱一和产水箱二底部设有排水口，排水口后的排水管道上设有手动阀门；产水箱一和产水箱二侧面均设有液位计，产水箱一和产水箱二内均设有在线ph计、在线电导率仪和在线cod测量仪；产水箱一和产水箱二顶部设有反洗水补水进水口；填料床一的出水管道分为两路，分别连接产水箱一和进水提升泵二；填料床二出水口连接产水箱二；填料床一的两路出水管道上和填料床二的出水管道上均设有气动调节阀，气动调节阀上均设有供气阀，且气动调节阀均和冷干机通过管道连接，该连接管道上还设有单向止回阀；原水箱、产水箱一和产水箱二内的在线ph计、在线电导率仪和在线cod测量仪的探头均位于液面以下。

作为优选，臭氧系统包括氧气储气罐、臭氧发生器、臭氧尾气破坏器、在线臭氧浓度检测仪和气体质量流量计；气源接入氧气储气罐，氧气储气罐连接臭氧发生器，臭氧发生器出口处连接在线臭氧浓度检测仪；氧气储气罐前设有手动阀门，氧气储气罐和臭氧发生器之间设有手动阀门；臭氧发生器和每套曝气系统之间的气体管道上均设有气体质量流量计、手动阀和单向止回阀；臭氧尾气破坏器通过管道分别和填料床一及填料床二上的排气口相连，臭氧尾气破坏器和排气口之间的管道上设有手动阀门；臭氧发生器上设有冷却循环水管道。

作为优选，曝气系统包括：射流器、射流器增压泵、溶气泵、超声处理器和超声处理器增压泵；曝气主要分为三种形式：射流器曝气，溶气泵曝气，超声曝气，臭氧发生器的出气管道上单向止回阀后分为三路，分别连接射流器、溶气泵和超声处理器的进气端，每一路管道上均设有手动阀门；填料床一和填料床二上循环水口后的管道均分为三路，分别连接射流器增压泵、溶气泵吸水端和超声处理器增压泵，每一路管道上均设有手动阀门；射流器增压泵和射流器的吸水端连接，射流器增设旁路，且旁路上设有手动阀门；超声处理器增压泵和超声处理器进水端连接，射流器、溶气泵和超声处理器的出口管道汇于一路后分别与填料床一和填料床二上的曝气口相连。

作为优选，反洗系统中设有反洗水泵；空压机提供反洗气，冷干机的出气管道分两路分别和填料床一及填料床二的进水口连接；产水箱一和产水箱二作为反冲水进水箱，产水箱一和产水箱二的出水管道汇于一路与反洗水泵连接，反洗水泵与填料床进水口连接，反洗水泵和填料床进水口之间的管道上设有气动调节阀和电磁流量计。

作为优选，位于填料床床体后侧面上的视镜的面积小于人孔的面积；填料床一和填料床二的材质为不锈钢或有机玻璃。

本实用新型的有益效果是：本实用新型提出的臭氧异相催化氧化综合试验平台设置有填料床，可比较不同运行方式对废水的处理效果；设有plc系统用于读取和存储数据；该综合试验平台可视化，具有报警和联锁保护等功能，确保系统安全、可靠地自动化运行。

附图说明

图1为臭氧异相催化氧化综合试验平台结构示意图；

图2为填料床结构示意图；

图3为填料床布水装置结构示意图；

图4为填料床顶部结构示意图；

图5为填料床底部结构示意图；

附图标记说明：空压机1、冷干机2、原水箱3、进水口4、曝气口5、排水口6、循环水口7、布水装置8、人孔9、视镜10、出水口11、排气口12、双向呼吸阀13、滤网14、填料床一15、填料床二16、进水提升泵一17、进水提升泵二18、产水箱一19、产水箱二20、气动调节阀21、电磁流量计22、单向止回阀23、曝气盘24、氧气储气罐25、臭氧发生器26、臭氧尾气破坏器27、在线臭氧浓度检测仪28、气体质量流量计29、射流器30、射流器增压泵31、溶气泵32、超声处理器33、超声处理器增压泵34、反洗水泵35、填料床基座36。

具体实施方式

下面结合实施例对本实用新型做进一步描述。下述实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型。应当指出，对于本技术领域的普通人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以对本实用新型进行若干修饰，这些改进和修饰也落入本实用新型权利要求的保护范围内。

一种臭氧异相催化氧化综合试验平台，如图1所示，包括：空压机1、冷干机2、填料床、进水系统、出水系统、臭氧系统、曝气系统、反洗系统和数据采集控制系统；进水系统通过管道接入位于填料床底部的进水口4，填料床顶部均连接出水系统，臭氧系统分两路通过气体管道分别连接两套曝气系统，每套曝气系统通过管道分别接入填料床底部曝气口5；冷干机2和空压机1通过管道连接，冷干机2和空压机1之间的管道上设有手动阀门；数据采集控制系统包括程序控制系统(plc)和触摸屏。程序控制系统(plc)用于控制进水提升泵一17、进水提升泵二18、射流器增压泵31、溶气泵32、超声处理器增压泵34和反洗水泵35的启停；程序控制系统(plc)用于控制气动调节阀21的通断；程序控制系统(plc)用于提升进水提升泵一17、进水提升泵二18的开度；触摸屏用于实现工艺流程图、所有参数设置及数据采集及显示，并能够读取存储历史数据；所监测和控制的参数包括但不限于o3浓度、压力、流量、cod、ph和电导率等；程序控制系统能根据需要设置和修改相关工艺参数及报警限；仪表操作人员可依传统仪表使用方法直接操作仪表；当相关参数超过预定上限时，及时发出报警信号。

填料床结构示意图如图2所示，填料床包括填料床一15和填料床二16；如图5所示，填料床底部设有填料床基座36、进水口4、曝气口5和排水口6；填料床底部侧壁上设有循环水口7；如图3所示，填料床底部内设置供床体进水和进气的布水装置8；填料床床体内部设有填料层，填料层位于布水装置8上方；填料床床体一侧面下部设有两个相邻的人孔9，该侧面上部也设有一个人孔9，每个人孔9上均设有视镜10；如图4所示，填料床顶部设有出水口11、排气口12、双向呼吸阀13和压力传感器；填料床上进水口4和出水口11内侧均设有滤网14；填料床整体呈圆柱形，循环水口7位于填料床正侧面底部，人孔9和视镜10位于填料床后侧面，进水口4位于填料床左侧面底部，出水口11位于填料床右侧面顶部；排气口12和双向呼吸阀13均设于填料床的弧形顶部上；曝气口5位于填料床的弧形底部中央，排水口6也紧靠曝气口5设置于填料床的弧形底部；填料床基座36有四个支脚，四个支脚分别焊接在相互垂直的两根支架上；布水装置8包括多孔板和水帽，水帽采用ss316l耐腐蚀不锈钢等耐腐蚀抗氧化材质。

进水系统和出水系统包括：原水箱3、进水提升泵一17、进水提升泵二18、产水箱一19和产水箱二20；原水箱3底部设有出水口，出水口处设有手动阀门；原水箱3底部设有排水口，排水口后的排水管道设有手动阀门；原水箱3侧面设有液位计，原水箱3内设有在线ph计、在线电导率仪和在线cod测量仪；原水箱3顶部设有进水口，进水口处设有手动阀门，进水口连接外部废水管道；原水箱3出水口分为两路分别连接进水提升泵一17和进水提升泵18；进水提升泵一17和原水箱3出水口之间的管道上设有手动阀门，进水提升泵一17连接填料床一15的进水口4，进水提升泵一17和填料床一15的进水口4之间的管道上设有气动调节阀21和电磁流量计22；进水提升泵18和原水箱3出水口之间的管道上设有手动阀门，进水提升泵18连接填料床二16的进水口4，进水提升泵18和填料床二16的进水口4之间的管道上设有手动阀门；产水箱一19和产水箱二20底部均设有出水口，出水口处均设有手动阀门；产水箱一19和产水箱二20底部内部设有曝气盘24，产水箱一19和产水箱二20底部均设有曝气进气口，进气口通过气体管道和冷干机2连接；产水箱一19和产水箱二20底部设有排水口，排水口后的排水管道上设有手动阀门；产水箱一19和产水箱二20侧面均设有液位计，产水箱一19和产水箱二20内均设有在线ph计、在线电导率仪和在线cod测量仪；产水箱一19和产水箱二20顶部设有反洗水补水进水口；填料床一15的出水管道分为两路，分别连接产水箱一19和进水提升泵二18；填料床二16出水口11连接产水箱二20；填料床一15的两路出水管道上和填料床二16的出水管道上均设有气动调节阀21，气动调节阀21上均设有供气阀，且气动调节阀21均和冷干机2通过管道连接，该连接管道上还设有单向止回阀23；原水箱3、产水箱一19和产水箱二20内的在线ph计、在线电导率仪和在线cod测量仪的探头均位于液面以下。

臭氧系统包括氧气储气罐25、臭氧发生器26、臭氧尾气破坏器27、在线臭氧浓度检测仪28和气体质量流量计29；气源接入氧气储气罐25，氧气储气罐25连接臭氧发生器26，臭氧发生器26出口处连接在线臭氧浓度检测仪28；氧气储气罐25前设有手动阀门，氧气储气罐25和臭氧发生器26之间设有手动阀门；臭氧发生器26和每套曝气系统之间的气体管道上均设有气体质量流量计29、手动阀和单向止回阀23；臭氧尾气破坏器27通过管道分别和填料床一15及填料床二16上的排气口12相连，臭氧尾气破坏器27和排气口12之间的管道上设有手动阀门；臭氧发生器26上设有冷却循环水管道。

曝气系统包括：射流器30、射流器增压泵31、溶气泵32、超声处理器33和超声处理器增压泵34；曝气主要分为三种形式：射流器曝气，溶气泵曝气，超声曝气，臭氧发生器26的出气管道上单向止回阀23后分为三路，分别连接射流器30、溶气泵32和超声处理器33的进气端，每一路管道上均设有手动阀门；填料床一15和填料床二16上循环水口7后的管道均分为三路，分别连接射流器增压泵31、溶气泵32吸水端和超声处理器增压泵34，每一路管道上均设有手动阀门；射流器增压泵31和射流器30的吸水端连接，射流器30增设旁路，且旁路上设有手动阀门；超声处理器增压泵34和超声处理器33进水端连接，射流器30、溶气泵32和超声处理器33的出口管道汇于一路后分别与填料床一15和填料床二16上的曝气口5相连。

反洗系统中设有反洗水泵35；空压机1提供反洗气，冷干机2的出气管道分两路分别和填料床一15及填料床二16的进水口4连接；产水箱一19和产水箱二20作为反冲水进水箱，产水箱一19和产水箱二20的出水管道汇于一路与反洗水泵35连接，反洗水泵35与填料床进水口4连接，反洗水泵35和填料床进水口4之间的管道上设有气动调节阀21和电磁流量计22。

位于填料床床体后侧面上的视镜10的面积小于人孔9的面积；填料床一15和填料床二16的材质为不锈钢或有机玻璃。

作为一种实施例，臭氧异相催化氧化综合试验平台的试验方法为：

分别将铝基催化剂、碳基催化剂填料从填料床上部的人孔装入填料床一、填料床二的填料层；打开空压机、冷干机、臭氧系统及数据采集控制系统所有空气开关；打开空压机、冷干机和臭氧系统所有机器上的电源开关；打开空压机出气阀、冷干机后的单向止回阀、氧气储气罐前氧气进气阀、臭氧出气阀、臭氧出气管道上设置的气体质量流量计、射流器的进气阀门，对机器和管道进行吹扫30分钟。打开原水箱进水口前阀门使原水箱进水，打开原水箱出水口处阀门、两个进水提升泵前阀门、气动调节阀的供气阀、射流器的进水阀门和出水阀门。

机柜送电后进入plc系统操作界面，根据试验设计水力停留时间0.5小时，分别设置两个进水提升泵前气动调节阀的开度为40％，点击启动进水提升泵一、进水提升泵二和两填料床出水口气动阀，使得两填料床开始进水，根据实际运行情况调节气动调节阀开度至进水流量显示为0.8m³/h。选择曝气方式为射流器曝气，打开射流器的进气阀门、进水阀门和出水阀门，启动射流器增压泵，调节射流器进出口压力0.050mpa，超声处理器和溶气泵的相关阀门全部关闭。选择运行方式为并联，关闭填料床一的出水口和填料床二前进水提升泵二之间管道上的气动阀，打开填料床一出水口和产水箱一之间管道上气动阀，填料床一和填料床二的出水分别进入产水箱一和产水箱二。

打开臭氧发生器循环冷却水，在plc系统操作界面点击启动臭氧制备，根据试验设计气液比150mg/l计算臭氧需求量，调节调节臭氧发生器进气压力为0.100-0.110mpa、臭氧发生器电流为4a、臭氧投加率71-77％和臭氧气体总流量3.0-3.2m3/h，臭氧出口浓度为80mg/l，以达到目标臭氧产量。反洗操作时，打开产水箱顶部反洗水补水口阀门、冷干机后设置的反洗水阀门和反洗气阀门，plc系统操作界面上设置反洗水泵气动调节阀开度为60％，启动反洗水泵，建立反冲洗环境。

试验过程实时采集各个传感器、仪表测量数据，数据采集控制系统配就地控制系统，采用plc控制，屏幕显示及控制。调节进出水系统进水流量，曝气系统的吸气量，臭氧系统的臭氧流量及出口浓度，反洗系统的反洗水流量和反洗气流量等操作，可就地控制或通过plc实现自动控制。电磁流量计、阀门、进出水cod、o3浓度检测仪、ph计、电导率仪及配套数据采集模块均带有通讯接口，可实时将各传感器、监测仪表信号传输至plc，通过设定逻辑完成对试验装置的控制、管理和分析。

本实用新型提出的臭氧异相催化氧化综合试验平台具有多种曝气方式，可任意切换不同曝气方式，可评价不同曝气方式对臭氧利用率的影响；设置填料床来实现串联和并联两种运行方式，可比较不同运行方式对废水的处理效果；在plc系统上设置进水流量、臭氧流量和气液比等参数，在plc系统上读取并存储进出水cod、ph和电导率等多指标，该综合试验平台可视化，具有报警和联锁保护等功能，确保系统安全、可靠地自动化运行。