一种用于废水处理的新型臭氧催化氧化塔的制作方法

技术领域：

本发明涉及一种废水处理技术，尤其是一种去除废水中有机物的技术，具体地说是一种用于废水处理的新型臭氧催化氧化塔。

背景技术：
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现代工业的发展使含有高浓度难降解有机污染物和高含盐量的工业废水日益增多，该类废水的治理是水处理领域面临的重大问题。它主要来源于化工产品的制造及煤炭、石油和天然气的采集加工等过程。除含有na⁺，cl^-，so4^2-等无机离子外，还具有高有机物、高色度、高粘度、高生物毒性、难降解等特征。常规的物理、化学、生物方法难以满足净化处理在技术和经济上的要求。若处理不达标直接排放，会严重破坏水体环境，影响工农业正常生产和人类健康。因此，对该类废水进行深度处理，进一步去除难降解有毒有害污染物，对于减轻废水的环境危害极为必要。

针对该类废水处理方法主要有物理化学法，生化法、氧化法等。其中物理化学法包括吸附法和萃取法，其缺点有吸附剂成本高、再生困难，萃取剂消耗量大、易带来二次污染。生化法包括厌氧-好氧工艺、固定化生物技术、膜生物反应器，其缺点有处理时间长，占地面积大，且在含盐量大、生化性差、含有有毒有害废水中选育优势种群，具有较大难度。氧化法包括fenton氧化、臭氧氧化、湿式氧化、光、电催化氧化。其中利用光、声、电、磁及其他无毒试剂催化氧化技术处理有机废水，尤其是难生化降解、对人类危害极大的有机污染物，是当前世界水处理领域较热的研究方向。臭氧以其氧化能力强（仅次于氟，羟基自由基），反应速度快，不产生污泥和二次污染，提高水的可生化性等优点，在废水处理领域越来越受到重视。单独使用臭氧处理废水，效率低且氧化能力不足，从而导致处理效果不佳。若添加催化剂作用，过程中能生成氧化能力更强的羟基自由基，使得分解有机物更加彻底，效率更高。

目前，臭氧催化氧化设备普遍存在投资高，运行费用高，技术应用经济性较差。分析原因，现有臭氧催化氧化工艺与设备，不能使气液两相混合均匀，导致传质反应效率低，废水有机物降解效率低。另外，催化剂床层设计不合理，催化效率降低，导致催化剂投加量大。再者，氧化塔内臭氧浓度分布不均，尾气中残余臭氧浓度大，易造成二次污染，臭氧利用率很低，造成臭氧投加量大。以上种种因素，使得装置运行成本居高不下，废水中有机物氧化降解效果也欠佳。

技术实现要素：
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本发明的目的是针对现有的臭氧催化氧化设备普遍存在投资高，运行费用高，技术应用经济性较差的问题，提供一种高效，运行成本低的用于废水处理的新型臭氧催化氧化设备。

本发明的技术方案是：

一种用于废水处理的新型臭氧催化氧化塔，其特征在于，它整体呈立式塔体结构，塔体顶部和底部分别设有尾气排放口15和废水进料口1，塔体中上部设有废水排出口8，塔体下部为臭氧催化氧化区16，塔体上部为臭氧氧化区17；臭氧催化氧化区16设有一级臭氧化气进气口2和二级臭氧化气进气口3，一级臭氧化气进气口2和二级臭氧化气进气口3的进气管路上均连接有布气盘6，两级进气管路上方分别设置有一级催化剂床层4和二级催化剂床层5，一级催化剂床层4和二级催化剂床层5的床层底部均设有支撑板7；臭氧氧化区17上部设有除雾器11，除雾器11下部设有液体喷淋装置10，液体喷淋装置10的下部设有填料床层9，同时在塔体的外侧还设有液体内循环系统，氧化塔内上部废液从塔体上设置的液体循环出口13流出，经由循环泵14进入塔体上设置的液体循环进口12并进入液体喷淋装置10喷向填料床层9，臭氧化气体尾气经液体喷淋物理消泡和除雾器去除液滴后由尾气排放口15排出，废水经氧化降解处理后由废水排出口8排出。根据实际水质条件和达标需要，可将多个相同的氧化塔进行串联使用，前一个氧化塔废水排出口与后一个氧化塔废水进料口用管路连接。整个臭氧催化氧化塔采用分级氧化设计理念，将臭氧利用率提至最高水平，同时也大幅度增加对有机物的降解效率。

所述氧化塔臭氧化气进气系统设置多级进气系统，可设置两级或两级以上；臭氧化气可由臭氧发生器制得并由管路输入，进气管路上安装有流量调节阀和显示仪表；进气管路上装有布气盘，优选用耐腐蚀性能好的材质如钛材，布气盘上气孔孔径在10um~20um；多级进气系统中，越靠近塔底部进气量分配比例越大；如两级进气系统中，底部一级进气管路进气量为设计值的70%，其上方二级进气管路进气量为30%；布气盘设计为可拆卸模块，且均匀分布在进气管上。

所述氧化塔催化剂床层系统设置多级催化剂床层，与多级进气系统相对应；催化剂床层设置于进气管路上方，床层总体积占塔体总体积30%~60%；催化剂由其床层下方支撑板承托，支撑板表面均匀开有小孔。催化剂用多种形式，优选球形γ-al2o3作为载体，粒径3mm~5mm，负载mn、cu、ce、ni元素中的一种或几种金属氧化物。

所述氧化塔内液体内循环系统出口位于废水排出口与催化剂床层之间，废水经由循环泵进入液体喷淋装置，液体循环进口与喷淋管路连接；喷淋装置下方设有填料床层，喷淋而下的废水与填料床层相互接触，形成无数细小液滴附在填料上，与从塔内废水中逸散出的臭氧气体发生氧化反应，进一步去除废水中有机物成分，提高臭氧利用率。

所述氧化塔尾气排放口设置于塔顶端位置，输入装置系统的臭氧化气在废水中经由催化氧化和直接氧化作用与废水中有机物进行反应，未反应的臭氧气体从废水中逸散而出；对于有机物含量较高的废水，臭氧化气尾气会夹带液体形成雾沫向上，与填料床层的液滴进行接触反应，进一步消耗未反应的臭氧气体；臭氧化气尾气继续向上，经由喷淋而下的废水，物理消除携带的大量泡沫，再由除雾器去除剩余微小液滴，最终由排放口排出系统外；尾气排放口设置有臭氧浓度测定仪以及臭氧破坏装置，若臭氧浓度超标，引入至臭氧破坏装置反应后，达标排放。

所述氧化塔废水进料口设置于塔底端位置，废水在进入氧化塔前需要进行必要的预处理操作；对于悬浮物含量较高，需设置过滤系统，控制进塔废水悬浮物含量＜5mg/l；废水经由进料泵从塔底进入，逐步推流向上，最后从废水排出口排出系统外；废水在氧化塔内停留时间控制在30min~60min；若进料废水有机物成分复杂且浓度高，最好将废水排出口接入至另一个同样的氧化塔废水进料口，形成串联操作，直到废水出口有机物含量满足排出要求。

所述臭氧化气进气系统的管线材质选用不低于304不锈钢，优选316l不锈钢。

所述氧化塔催化剂床层上方侧面开有孔，用于装填催化剂；其下方侧面开有孔，用于卸空催化剂。

所述填料床层填料选用多种类型，优选压降低，耐氧化、耐磨性能好的填料，优选鲍尔环形式；填料床层体积占塔体总体积15%~30%；填料床层底部与废水排出口垂直间距不小于150mm。

本发明的有益效果是：

本发明可有效提高臭氧利用率50%以上，增加对废水中有机物降解去除效率70%，装置运行成本降低60%。

附图说明

图1为本发明的臭氧催化氧化塔结构示意图。

图中：1-废水进料口；2-一级臭氧化气进气管；3-二级臭氧化气进气管；4-一级催化剂床层；5-二级催化剂床层；6-布气盘；7-支撑板；8-废水排出口；9-填料床层；10-液体喷淋装置；11-除雾器；12-液体循环进口；13-液体循环出口；14-循环泵；15-尾气排放口；16-臭氧催化氧化区；17-臭氧氧化区。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。

如图1所示。

一种用于废水处理的新型臭氧催化氧化塔，所处理的废水包括精细化工、煤化工、天然气采集与加工、垃圾处置等行业产生的各类含盐废水。可以是工艺直接排放的含盐废水，也可以是经过预处理和膜法预浓缩单元处理后的含盐废水。特别适用于含盐量较高，有机物成分复杂、浓度高且较难降解的废水中有机物氧化降解处理。所述的氧化塔整体采用立式塔体结构，塔体顶端部设有尾气排放口15，底端部设有废水进料口1，塔体下部侧面设有臭氧化气进气口2、3，塔体上部侧面设有废水排出口8。进塔废水需要进行必要的预处理操作，降低关键水质指标数值，如进塔废水悬浮物含量小于5mg/l，可利用常规过滤设备进行处理。对于进料废水中非水溶性有机物含量较高的情况，可增加絮凝沉淀处理单元，可大幅度降低进塔废水的有机物含量，减小臭氧催化氧化系统装置规模。预处理后的废水经由进料泵，由塔底废水进料口1进入塔内，塔体下部为臭氧催化氧化区16，设置有两级或者多级反应层4、5。由下至上，分别设置一级臭氧化气进气管2，一级催化剂床层4，二级臭氧化气进气管3，二级催化剂床层5，依次类推。臭氧化气进气管上均匀分布安装有布气盘6，为可拆卸结构设计，布气盘6上气孔孔径在10um~20um，优选用耐腐蚀性能好的钛材。进气管线材质选用不低于304不锈钢，优选316l不锈钢。催化剂床层底部设有支撑板7，支撑板7表面均匀开有小孔，催化剂床层总体积占塔体总体积30%~60%。催化剂床层上下方侧面均开有孔，用于装卸更换催化剂。催化剂可用多种形式，优选球形γ-al2o3作为载体，粒径3mm~5mm，负载mn、cu、ce、ni等元素中的一种或几种金属氧化物。臭氧化气由臭氧发生器制备，进气管路上安装有流量调节阀和显示仪表，不同级臭氧催化氧化反应层进气量分配比例不同。如两级进气系统中，一级进气管路进气量为设计值的70%，二级进气管路进气量为30%。分级进气可增加臭氧与液体的接触面积，提高传质效率，提升催化性能，加强氧化降解有机物效率，提高臭氧利用率。进塔废水由塔底推流向上，依次经过多级臭氧催化氧化反应层，越向上废水中有机物成分越容易被氧化降解，故分配越少的臭氧，减少臭氧的无效浪费。废水在氧化塔内停留时间控制在30min~60min。塔体上部为臭氧氧化区17，即臭氧再利用区，主要目的是将未参与反应，从废水中逸散出的臭氧二次利用，提高臭氧利用率，同时也减少尾气排放中的臭氧浓度含量，减轻对环境的影响。塔体上部设置液体内循环系统，实现臭氧氧化目的。将经过臭氧催化氧化区的废水经过循环泵14泵入液体喷淋装置10，通过喷淋头向下均匀分散液滴。喷淋装置下方设有填料床层9，提供废液与臭氧化气体的传质反应场所。填料可选用多种类型，优选压降低、耐氧化、耐磨性能好的填料，优选鲍尔环形式。填料床层体积占塔体总体积15%~30%。填料床层底部与废水排出口垂直间距不小于150mm。由于经过塔体下部臭氧催化氧化区的废水，有机物已经大部分被氧化降解，或完全降解为水和二氧化碳，或形成小分子有机物。直接臭氧氧化此时的废水，可进一步减小其有机物含量。设置废水喷淋，还对废水进塔臭氧催化氧化反应后产生的大量泡沫有物理消泡的作用，同时减少排放尾气中废水夹带量。

经过塔体上部臭氧氧化区后，臭氧化气尾气通过除雾器，进一步去除液滴后，通过塔顶端废气排放口排出。除雾器可选用丝网、折板等类型。尾气排放口设置有臭氧浓度测定仪以及臭氧破坏装置，若臭氧浓度超标，引入至臭氧破坏装置反应后，尾气达标排放。废水经由塔体下部臭氧催化氧化作用和塔体上部直接臭氧氧化作用，有效去除废水中有机物含量后，经由塔体上部侧面废水排出口排出装置，进入下个废水处理工段。

实例。

某煤化工含盐废水，经上游段处理工序后，废水tds约为8000mg/l，悬浮物固体含量约为3mg/l，cod含量约为300mg/l，废水来料量约为25m³/h。采用尺寸为φ3m×10m新型臭氧催化氧化塔，选用玻璃钢材质，氧化塔下部设置有两级臭氧催化氧化反应层，臭氧化气由一台5kg/h氧气源臭氧发生器提供。一级臭氧化气进气管路进气量为臭氧发生器产气量的70%，二级进气管路分配30%气量。臭氧化气通过进气管上设置的钛材微孔布气盘（气孔孔径为10um）进入氧化塔内，并与废水接触，在经过催化剂床层后，发生催化氧化反应，降解水中有机污染物。催化剂采用γ-al2o3作为载体，负载mn、cu、ce、ni等金属氧化物，负载量范围1%~4%，粒径选用5mm。氧化塔上部设置有填料床层，采用鲍尔环形式。床层底部与废水排出口垂直间距为250mm。另设有喷淋装置，喷淋头为不锈钢材质，喷淋液滴粒径在0.5~1mm。其上方设置有折板除雾器，选用不锈钢材质。

未反应并从废水中逸散出的臭氧与经过臭氧催化氧化反应层后的废水，通过废水内循环系统，经由液体喷淋装置和填料床层，进行气液接触臭氧氧化反应，进一步降低废水中有机污染物含量。臭氧化尾气经过液体喷淋物理消泡和折板除雾器去除雾沫夹带后，由尾气排放口排出。排出时经过臭氧浓度仪检测，若臭氧浓度超过0.1mg/l，则经臭氧破坏器分解剩余臭氧后排出。废水由塔底进入，塔上部侧面排出，塔内停留时间约45min，排出系统废水cod去除率约为50~60%。

本发明未涉及部分与现有技术相同或可采用现有技术加以实现。