一种两级微纳米曝气催化臭氧化废水处理系统的制作方法
【专利说明】一种两级微纳米曝气催化臭氧化废水处理系统 发明领域
[0001] 本发明涉及工业水处理应用技术领域，特别涉及一种两级微纳米曝气催化臭氧化 废水处理系统。 技术背景
[0002] 目前，对于含有复杂难降解有机物的工业废水的处理仍是一个难题，主要表现为 氧化物对于有机物的降解效率低，并且处理成本高。因此，开发高效的、低成本的高级氧化 深度处理系统和方法是工业水处理领域的研宄热点之一。臭氧具有较强的氧化性和消毒能 力，在工业给水和净水纯化处理领域得到广泛应用，但其在工业废水处理领域，因其氧化能 力不够高，氧化不彻底，对废水有选择性，限制其规模化应用。
[0003] 臭氧催化臭氧化技术是利用臭氧在催化剂表面产生更高氧化性的羟基自由基 (OH?)来彻底降解有机物的新工艺，该工艺具有反应速度快，无选择性、反应条件温和、不 会产生二次污染等诸多优点，被认为是解决工业有机废水处理的最有效手段。臭氧催化臭 氧化技术是在上个世界80年代后才从给水消毒领域过度到工业废水处理之中，发展缓慢 主要是受限制于臭氧的制备成本和催化剂的效率，但在2000年后，伴随大功率臭氧发生器 和各类新型催化剂的研发成功，使得该技术在难降解工业有机废水治理领域应用成为可 能。在实际应用催化臭氧化技术时，提高臭氧的利用率，提高羟基自由基发生数量，提高催 化臭氧化的效率，是该技术得以大规模应用的关键问题。
[0004] 在考虑提高臭氧利用率时，很多报道提出利用微纳米曝气可以提高臭氧在水体中 的溶解度和传质性能，并且提到臭氧在微泡破裂过程中，可以产生一些氧化自由基，提高体 系对高难降解有机物的降解速度，例如对氧化三氯甲苯的去除速率从5~提高到 2~6X101CIM4、尽管微纳米曝气可以有效提尚臭氧的溶解度，进而提尚臭氧的利用率， 但在实际操作时，往往强调微纳米气泡对臭氧溶解度的提高，而忽视其对催化剂表面产生 0H?的促进作用，造成微纳米曝气的有效性大打折扣。不同尺度的臭氧气泡在催化剂表面 产生0H?的机理不同，产生0H?的数量不同，对外部环境条件要求也不尽相同，这些特点至 今还没有得到充分的开发。
[0005] 在考虑应用各类非均相臭氧化催化剂时，很多报道表明，催化剂产生0H?的机理 完全不同，大体可以分为亲核性原位吸附络合机理，催化剂表面的Lewis酸碱位点促进机 理，臭氧直接裂解羟基化机理。如何充分利用这些机理提高臭氧在催化剂表面的0H?发生 数量是臭氧催化臭氧化得以应用的关键。此外，由于0H?产生时间短，反应快，对环境因子 (诸如温度、pH值、盐度、碱度等）要求不同，需要系统提供最佳运行条件，以满足臭氧吸附 在催化剂活性位点上产生0H?时，周围有足够的有机物吸附量。此外，对于催化臭氧化系 统，臭氧的分散度可以降低催化剂的流失量，特别是对于金属氧化物负载型催化剂。因此， 优化系统工况，以提高负载型催化剂表面的Lewis碱性位点上的亲核性，也是提高催化剂 产生0H?数量需要考虑的。因此，结合微纳米曝气的优点，考虑到不同催化剂的特点和投资 成本，有必要针对高效催化剂的最可适条件，采用分段分级的方式进行系统开发，进而降低 臭氧的消耗量，提高OH?发生数量，延长臭氧作用时间，减小反应器体积，实现臭氧催化臭 氧化技术的工程层面上的连续高效。
【发明内容】
[0006] 本发明的目的在于提供一种两级微纳米曝气催化臭氧化废水处理系统，该系统具 有低能耗、占地小、条件可控的特点。
[0007] 本发明的一种两级微纳米曝气催化臭氧化废水处理系统是在充分发掘臭氧微米 气泡（5-10ym)和纳米气泡（100-400nm)优点基础上，结合两种类型催化剂体系的特点，采 用不同的催化反应器，在提高臭氧利用率的同时，实现臭氧催化剂的最大效率，使得臭氧催 化臭氧化技术，简单易行，实现对难降解有机废水的高效去除，特别是那些含有难降解的、 有毒的、有害的有机废水化合物的工业废水。
[0008] 本发明的一种两级微纳米催化臭氧化废水深度处理系统，所述系统包括：原水提 升泵1、全封闭一级催化臭氧化反应器2、一级臭氧发生器3、二级臭氧发生器4、微纳米气泡 发生泵5、气液混合稳定罐6、全封闭二级催化臭氧化反应器7、尾气吸收罐8、铁锰基二元催 化剂固定床9、三元高效催化剂固定床10、流量计11、气压表12、阀门13、单向阀14、钛合金 微孔曝气头15、微纳米曝气头16。
[0009] 所述的原水提升泵1与一级催化臭氧化反应器2进水口相连；
[0010] 所述的一级催化臭氧化反应器2进水口位于所述反应器上部，采用气液错流方式 运行；
[0011] 所述的二级催化臭氧化反应器7的进水来自微纳米气泡发生泵5 ;所述的二级催 化臭氧化反应器7的出水口经管道回流至一级催化臭氧化反应器2内；
[0012] 所述的一级催化臭氧化反应器2内采用铁锰基二元催化剂固定床9,使用钛合金 微孔曝气头15进行曝气；
[0013] 所述的二级催化臭氧化反应器7内采用三元高效催化剂固定床10,使用微纳米曝 气头16进行曝气；
[0014] 所述的一级催化臭氧化反应器与一级臭氧发生器3相连，之间有气压表12、流量 计11和止回阀14;
[0015] 所述的一级催化臭氧化反应器2顶部设有尾气排放管与尾气吸收罐8连接；
[0016] 所述的二级催化臭氧化反应器7顶部设有尾气排放管与尾气吸收罐8连接；
[0017] 所述的微纳米气泡发生泵5进水口与一级催化臭氧化反应器2出水管连通；
[0018] 所述的微纳米气泡发生泵5进气口通过臭氧流量调节阀13与二级臭氧发生器4 相连，之间有气压表12、流量计11和止回阀14;
[0019] 所述的微纳米气泡发生泵5出水口通过管道与气液混合稳定罐6连接，整套系统 的最终产水口在二级催化臭氧化反应器7上部。
[0020] 所述的钛合金微米曝气头15的曝气气泡大小在5-10ym之间，曝气方式采用废水 自上而下，臭氧微米气泡自下而上，气液在一级催化反应器内以错流方式进行，废水在反应 器内的停留时间只需30min，臭氧利用率可以达到90%以上，微纳米曝气辅助一级催化臭 氧化，每克臭氧可去除1. 2-2. 5gC0D;
[0021] 所述的微纳米气泡发生泵5的臭氧气泡大小在100-400nm之间，臭氧经微纳米 气泡发生泵输出，臭氧的溶解率高达100%，实现高效气液完全混合，气液混合流在二级反 应器内自上而下以同向流的方式进行，此阶段臭氧利用率可以达到96%以上，混合溶液在 反应器内的停留时间只需20-30min，微纳米曝气辅助催化臭氧化，使得每克臭氧可以去除 2. 0 ~3.OgCOD;
[0022] 所述系统的最终臭氧利用率高达96%以上，几乎无尾气产生，经过两级臭氧催化 臭氧化处理之后，系统每克臭氧可以去除3. 2-5. 5gC0D。
[0023] 所述的铁猛基二元催化剂为一次性烧结催化剂，粒径为4_5mm，铁猛基二元催化剂 固定床9的厚度为5.0m;
[0024] 所述的三元负载型催化剂为三元金属基共结晶催化剂，粒径为4_5mm，三元负载型 催化剂固定床10的厚度4. 0m。
[0025] 与现有技术相比，本发明具有以下优势：
[0026] 1)本发明使用的两类反应器采用了不同的催化剂体系，其提高羟基自由基（0H?) 产生数量的主要机理不同，一级反应器采用二元铁锰基催化剂，0H?产生遵循吸附络合机 理；二级反应器采用三元负载型催化剂，0H?产生遵循Lewis酸碱位点促进机理；
[0027] 2)本发明的处理系统分两级运行，将产生羟基（0H?)不同机理的催化剂分开，实 现反应器的单独控制，保证各自运行的最佳条件，在提高臭氧利用率的同时，也提高催化剂 的0H?发生数量，减少催化剂的用量，降低投资成本；
[0028] 3)微米曝气技术结合