一种臭氧催化氧化法处理工业废水的装置的制造方法
【专利摘要】一种臭氧催化氧化法处理工业废水的装置，从管道反应器的进水端到出水端依次设置第一气液预混段、氧化反应段、第二气液预混段和催化氧化反应段；氧化反应段中设置有分段填装的惰性材料，催化氧化反应段中设置有分段填装的臭氧催化氧化催化剂；在每段惰性材料、每段臭氧催化氧化催化剂和第一气液预混段的进水端均设置臭氧曝气装置；臭氧曝气装置连通到臭氧发生装置。本实用新型通过管道反应器的形式，利用静态混合器、超声波微波联用混合装置对臭氧及废水进行充分混合，大幅增强了气、液两相传质效果，提高催化反应的速率。同时，减少大型塔器设备的使用，节约了成本。
【专利说明】
一种臭氧催化氧化法处理工业废水的装置
技术领域
[0001] 本实用新型属于工业废水深度处理领域，提供了一种工业废水臭氧催化氧化处理 装置和处理工艺，特别涉及一种添加臭氧催化氧化催化剂的管道式工业废水深度处理装置 和处理工艺。
【背景技术】
[0002] 进入"十三五"规划后，我国处于工业化发展的中后期，传统化石能源消耗量较大， 污染物排放量仍然较大，环境问题日益突出，严重制约我国经济的可持续性发展。
[0003] -些工业废水含有较多成分复杂的有机物，传统的处理方法对这些工业废水的化 学需氧量(C0D)和色度去除效果不甚理想。为了提高去除效果，以达到国家排放标准，研究 人员实用新型了众多处理方法。由于臭氧具有很强的氧化能力，可以除去工业废水中的众 多有机和无机污染物，有效降低C0D和色度。同时，臭氧催化氧化的处理工艺较为简单，可靠 安全，并且不产生二次污染。
[0004] 中国专利CN 1884125A公开的臭氧/活性炭处理有机废水的装置及方法，包括外筒 和与其同轴的循环筒，外筒底部设有进水口，内筒底部设有曝气装置。该装置处理有机废水 的方法:将有机废水从进水口栗入装置，将颗粒状活性炭投加到装置内部，通入臭氧化气 体，活性炭在臭氧气体的推动下在内筒与内外筒形成的空间循环流动，对废水进行处理。
[0005] 中国专利CN 102267756A公开了一种非均相催化臭氧氧化方法和装置，即采用分 段式臭氧氧化和催化氧化耦合的方法，在臭氧氧化区可将大部分可被臭氧氧化的有机物反 应去除；反应产生的难被臭氧氧化的有机物及废水中原有的难降解有机物在第催化氧化 区与催化产生的羟基自由基反应，生成小分子物质、二氧化碳和水，使废水中有机物大大减 少并且可生化性提高;催化氧化区采用规整催化剂和颗粒多孔催化剂两种催化剂，即起到 均匀布水布气的作用，又能高效催化氧化有机物降解。
[0006] 中国专利CN 104891713A公开了一种高效率的臭氧催化氧化处理工艺，适用于含 有机污染物的水体的净化和处理。该实用新型将预处理后的有机废水与臭氧混合后通过微 纳米气泡发生装置进入催化氧化塔中，催化氧化塔中填充催化填料对于废水中的有机物进 行催化氧化降解。
[0007] 现有臭氧催化氧化处理废水的工艺对气、液两相的混合均匀度不足，造成气、液两 相传质效果较差，降低了催化反应的反应速率。同时，现有工艺为了保证了处理效果，常常 会采用复杂的大型塔器设备，无形中增加了成本。 【实用新型内容】
[0008] 本实用新型的目的在于设计一种新型的臭氧催化氧化法处理工业废水的装置及 处理工艺，解决上述问题。
[0009] 为了实现上述目的，本实用新型采用的技术方案如下：
[0010] -种臭氧催化氧化法处理工业废水的装置，包括臭氧发生装置、管道反应器和气 液分离池，所述管道反应器的进水端设置废水进口，所述管道反应器的出水端连通到所述 气液分离池；
[0011] 所述管道反应器包括气液预混段、氧化反应段和催化氧化反应段，所述气液预混 段包括第一气液预混段和第二气液预混段;从所述管道反应器的进水端到出水端依次设置 所述第一气液预混段、所述氧化反应段、所述第二气液预混段和所述催化氧化反应段；
[0012] 所述氧化反应段中设置有分段填装的惰性材料，所述催化氧化反应段中设置有分 段填装的臭氧催化氧化催化剂；
[0013] 在每段所述惰性材料、每段所述臭氧催化氧化催化剂和所述第一气液预混段的进 水端均设置臭氧曝气装置；
[0014] 所述臭氧曝气装置连通到所述臭氧发生装置。
[0015] 所述气液分离池包括排污口、产水输出口和气体出口，所述气体出口上设置有臭 氧破坏器。
[0016] 所述第一气液预混段包括按照水流方向依次设置的静态混合器和超声波微波联 用混合装置，所述第二气液预混段包括超声波微波联用混合装置。
[0017] 所述超声波微波联用混合装置包括两组微波馈口，两组所述微波馈口相互垂直设 置，所述超声波微波联用混合装置包括一组超声波发生装置，所述超声波发生装置与两组 所述微波馈口其中的一组平行设置。
[0018] 所述超声波微波联用混合装置中产生的超声波频率为20kHz-1000MHz，超声波功 率为50W-5000kW，微波频率为915MHz，微波功率为100W-2000kW。
[0019] 所述臭氧曝气装置为孔隙为5-1000μπι的曝气器。
[0020] 一种利用臭氧催化氧化法处理工业废水的管道反应器装置处理工业废水的处理 工艺，包括步骤如下：
[0021] 步骤一、待处理的废水进入管道反应器进水端，通过臭氧曝气装置后与臭氧在管 道中进行初步混合；
[0022] 步骤二、混合后的臭氧和废水再经过静态混合器进行进一步的混合，随后进入超 声波微波联用混合装置进行再次混合；
[0023] 步骤三、经过步骤二混合的臭氧和废水随后经过分段填装的有惰性材料的管道 中，每段所述惰性材料前通过臭氧曝气装置向废水中补充臭氧;所述废水在此逐步发生臭 氧氧化反应，部分污染物被臭氧降解；
[0024]步骤四、经过步骤三的废水再次进入超声波微波联用混合装置进行进一步混合， 随后进入分段填装有臭氧催化氧化催化剂的管道中，每段所述臭氧催化氧化催化剂前通过 臭氧曝气装置向废水中补充臭氧;所述废水在此逐步发生臭氧催化氧化反应，污染物被臭 氧进一步降解；
[0025] 步骤五、经过步骤四的废水进入气液分离池，产水经过产水输出口输出，多余的臭 氧经过臭氧破坏器后分解为氧气，池底的污泥通过排污口进行清理。
[0026] 产水经过所述产水输出口输出后，经过产水输送管道回用。
[0027]经过步骤二后，臭氧和废水的混合均匀度大于等于99%。
[0028]所述臭氧曝气装置向废水中的臭氧投加浓度范围为50-1000mg · I/1 · 1Γ1，所述超 声波微波联用混合装置中产生的超声波频率为20kHz-1000MHz，超声波功率为50W-5000kW， 微波频率为915MHz，微波功率为100W-2000kW。
[0029] 本实用新型所谓的惰性材料是指石英砂、玻璃球、陶粒、氧化铝球或金刚砂等材 料；
[0030] 本实用新型所谓的臭氧催化氧化催化剂，其有效成分为La203、Ce02、Pr0 2、Nd203、 Sm2〇3、Eu2〇3、Gd2〇3、Y2〇3、Mn〇2、Fe2〇3、Fe3〇4、Ti〇2、Pb〇2、CuO、Zr〇2、Sn〇2、Sb2〇3、CoO、C〇2〇3、C〇3〇4 中的一种或几种。
[0031] 本实用新型所谓的超声波微波联用混合装置，又称微波超声联合反应系统或者微 波超声波组合反应系统。
[0032] 本实用新型公开了一种臭氧催化氧化法处理工业废水的装置及处理工艺，属于工 业废水深度处理领域，特别涉及一种添加臭氧催化氧化催化剂的管道式工业废水深度处理 装置和处理工艺。本实用新型在工业废水输送管道内通过静态混合器和超声波微波联用装 置将臭氧和废水进行混合，随后进行臭氧氧化反应，除去废水中较易降解的污染物，然后废 水通过填装有臭氧催化氧化催化剂的管道，发生臭氧催化氧化反应，除去废水中较难降解 的污染物。本实用新型装置及处理工艺通过管道反应器的形式，利用静态混合器、超声波微 波联用混合装置对臭氧及废水进行充分混合，大幅增强了气、液两相传质效果，提高催化反 应的速率。同时，减少大型塔器设备的使用，节约了成本。
[0033]本实用新型提供一种臭氧催化氧化法处理工业废水的装置及处理工艺，利用管道 式反应装置对预处理后的工业废水进行臭氧氧化处理。
[0034] 该装置包括臭氧发生装置、静态混合器、超声波微波联用混合装置、填装惰性材料 和臭氧催化氧化催化剂的管道和气液分离池。
[0035] 臭氧从臭氧发生器产生后，通过臭氧输送管道和曝气装置投加入输送废水的管道 中，曝气装置为孔隙为5-1000μπι的曝气器，臭氧投加浓度范围为50-1000mg · L-1 · h一、
[0036] 管道反应器分为气液预混段、氧化反应段和催化氧化反应段。管道反应器的气液 预混段包括静态混合器和超声波微波联用混合装置，用于将臭氧与废水充分混合，超声波 微波联用混合装置中产生的超声波频率为20kHz-1000MHz，超声波功率为50W-5000kW，微波 频率为915MHz，微波功率为100W-2000kW，静态混合器和超声波微波联用混合装置结合使用 可以使臭氧和废水混合均匀度够达到99%。
[0037] 管道反应器的氧化反应段分段填装惰性材料，每段填料之间通过臭氧输送管道和 曝气装置向废水中补充臭氧，臭氧及废水在惰性材料表面发生臭氧氧化反应。废水经过了 初步的处理，一些较易处理的污染物被除去。
[0038] 在管道反应器的催化氧化反应段分段填装臭氧催化氧化催化剂，每段催化剂之间 通过臭氧输送管道和曝气装置向废水中补充臭氧。臭氧和经过普通臭氧氧化的废水在此段 内发生臭氧催化氧化反应。在催化剂的作用下，臭氧分解产生更多的羟基自由基，这些羟基 自由基将废水中较难降解的污染物进一步氧化分解，使得废水的C0D和色度进一步降低。
[0039] 管道反应器的臭氧催化氧化反应段后方连接有气液分离池，用于对臭氧催化氧化 后的废水进行气液分离。气液分离池顶部配有臭氧破坏器，底部配有排污口。
[0040] 本实用新型的有益效果为：
[0041] 本实用新型装置及其处理工艺通过管道反应器的形式，利用静态混合器、超声波 微波联用混合装置对臭氧及废水进行充分混合，大幅增强了气、液两相传质效果，提高催化 反应的速率。同时，减少大型塔器设备的使用，节约了成本。
【附图说明】
[0042] 图1为管道反应器的示意图；
[0043] 图2为超声波微波联用混合装置横截面示意图；
[0044] 图1标号：1_臭氧发生装置、2-臭氧输送管道、3-预处理后的废水、4-臭氧曝气装 置、5-静态混合器、6-超声波微波联用混合装置、7-惰性材料、8-臭氧催化氧化催化剂、9-气 液分离池、10-臭氧破坏器、11 -排污口、12-产水输送管道。
[0045] 图2标号：13-微波馈口、15-超声波发生装置。
【具体实施方式】
[0046] 为了使本实用新型所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下 结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施 例仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
[0047]如图1和图2所示的一种臭氧催化氧化法处理工业废水的装置，包括臭氧发生装置 1、管道反应器和气液分离池9,所述管道反应器的进水端设置废水进口，所述管道反应器的 出水端连通到所述气液分离池9;所述管道反应器包括气液预混段、氧化反应段和催化氧化 反应段，所述气液预混段包括第一气液预混段和第二气液预混段;从所述管道反应器的进 水端到出水端依次设置所述第一气液预混段、所述氧化反应段、所述第二气液预混段和所 述催化氧化反应段；
[0048] 所述氧化反应段中设置有分段填装的惰性材料7,所述催化氧化反应段中设置有 分段填装的臭氧催化氧化催化剂8;在每段所述惰性材料7、每段所述臭氧催化氧化催化剂8 和所述第一气液预混段的进水端均设置臭氧曝气装置4;所述臭氧曝气装置4连通到所述臭 氧发生装置1。
[0049] 在更加优选的实施例中，所述气液分离池9包括排污口 11、产水输出口和气体出 口，所述气体出口上设置有臭氧破坏器10。
[0050] 在更加优选的实施例中，所述第一气液预混段包括按照水流方向依次设置的静态 混合器5和超声波微波联用混合装置6,所述第二气液预混段包括超声波微波联用混合装置 6〇
[0051] 在更加优选的实施例中，所述超声波微波联用混合装置6包括两组微波馈口 13,两 组所述微波馈口 13相互垂直设置，所述超声波微波联用混合装置6包括一组超声波发生装 置15,所述超声波发生装置15与两组所述微波馈口 13其中的一组平行设置。
[0052] 在更加优选的实施例中，所述超声波微波联用混合装置6中产生的超声波频率为 20kHz-1000MHz，超声波功率为50W-5000kW，微波频率为915MHz，微波功率为100W-2000kW。
[0053] 在更加优选的实施例中，所述臭氧曝气装置4为孔隙为5-1000μπι的曝气器。
[0054] 一种利用臭氧催化氧化法处理工业废水的管道反应器装置处理工业废水的处理 工艺，包括步骤如下：
[0055]步骤一、待处理的废水进入管道反应器进水端，通过臭氧曝气装置4后与臭氧在管 道中进行初步混合；
[0056] 步骤二、混合后的臭氧和废水再经过静态混合器5进行进一步的混合，随后进入超 声波微波联用混合装置6进行再次混合；
[0057]步骤三、经过步骤二混合的臭氧和废水随后经过分段填装的有惰性材料7的管道 中，每段所述惰性材料7前通过臭氧曝气装置4向废水中补充臭氧;所述废水在此逐步发生 臭氧氧化反应，部分污染物被臭氧降解；
[0058]步骤四、经过步骤三的废水再次进入超声波微波联用混合装置6进行进一步混合， 随后进入分段填装有臭氧催化氧化催化剂8的管道中，每段所述臭氧催化氧化催化剂8前通 过臭氧曝气装置4向废水中补充臭氧;所述废水在此逐步发生臭氧催化氧化反应，污染物被 臭氧进一步降解；
[0059] 步骤五、经过步骤四的废水进入气液分离池9,产水经过产水输出口输出，多余的 臭氧经过臭氧破坏器10后分解为氧气，池底的污泥通过排污口 11进行清理。
[0060] 在更加优选的实施例中，产水经过所述产水输出口输出后，经过产水输送管道12 回用。
[0061] 在更加优选的实施例中，经过步骤二后，臭氧和废水的混合均匀度大于等于99%。
[0062] 在更加优选的实施例中，所述臭氧曝气装置4向废水中的臭氧投加浓度范围为50_ lOOOmg · I/1 · 1Γ1，所述超声波微波联用混合装置6中产生的超声波频率为20kHz-1000MHz， 超声波功率为50W-5000kW，微波频率为915MHz，微波功率为100W-2000kW。
[0063] 实施例1
[0064] 现以混凝预处理后的某焦化厂生化出水为原水，采用本实用新型所述的臭氧催化 氧化装置及处理工艺对其进行处理。
[0065] 各主要运行参数如下：
[0066] 表1主要运行参数
[0068] 如图1所示，所述的臭氧发生装置1产生的臭氧经过臭氧输送管道2,通过臭氧曝气 装置4与混凝后的废水3在管道中进行初步混合。
[0069] 混合后的臭氧和废水再经过静态混合器5进行进一步的混合，随后进入超声波微 波联用混合装置6进行充分混合，此时臭氧和废水的混合均匀度可以达到99%。
[0070] 充分混合的臭氧和废水随后进入分段填装有惰性材料7的管道中，每段惰性材料 前通过臭氧输送管道和曝气装置向废水中补充臭氧。废水在此逐步发生臭氧氧化反应，其 中较易降解的污染物被臭氧降解。
[0071] 进行普通臭氧氧化反应后的废水再次进入超声波微波联用混合装置进行充分混 合，随后进入分段填装有臭氧催化氧化催化剂8的管道中，每段臭氧催化氧化催化剂前通过 臭氧输送管道和曝气装置向废水中补充臭氧。废水在此逐步发生臭氧催化氧化反应，其中 较难降解的污染物被臭氧降解。
[0072]进行臭氧催化氧化反应后的废水进入气液分离池 9,产水经过产水输送管道12回 用，多余的臭氧经过气液分离池顶部的臭氧破坏器10分解为氧气，池底的污泥定期通过排 污口 11进行清理。
[0073]实验数据：
[0074]表2焦化废水处理结果
[0076]在臭氧投加量为 100mg · L-1 · h-\200mg · L-1 · h-1 和300mg · L-1 · h-1 的实验条件 下，采用本实用新型所述的臭氧催化氧化装置及处理工艺对混凝预处理后的某焦化厂生化 出水进行处理，其C0DCr可以降至50mg/L以下，可以达到水质处理要求。
[0077] 实施例2
[0078] 现以某公司稀释并混凝预处理后的采油废水为原水，采用本实用新型所述的臭氧 催化氧化装置及处理工艺对其进行处理。
[0079]各主要运行参数如下：
[0080] 表3主要运行参数
[0082] 如图1所示，所述的臭氧发生装置1产生的臭氧经过臭氧输送管道2,通过臭氧曝气 装置4与稀释并混凝后的采油废水3在管道中进行初步混合。
[0083] 混合后的臭氧和废水再经过静态混合器5进行进一步的混合，随后进入超声波微 波联用混合装置6进行充分混合，此时臭氧和废水的混合均匀度可以达到99%。
[0084]充分混合的臭氧和废水随后进入分段填装有惰性材料7的管道中，每段惰性材料 前通过臭氧输送管道和曝气装置向废水中补充臭氧。废水在此逐步发生臭氧氧化反应，其 中较易降解的污染物被臭氧降解。
[0085] 进行普通臭氧氧化反应后的废水再次进入超声波微波联用混合装置进行充分混 合，随后进入分段填装有臭氧催化氧化催化剂8的管道中，每段臭氧催化氧化催化剂前通过 臭氧输送管道和曝气装置向废水中补充臭氧。废水在此逐步发生臭氧催化氧化反应，其中 较难降解的污染物被臭氧降解。
[0086] 进行臭氧催化氧化反应后的废水进入气液分离池 9,产水经过产水输送管道12回 用，多余的臭氧经过气液分离池顶部的臭氧破坏器10分解为氧气，池底的污泥定期通过排 污口 11进行清理。
[0087]实验数据：
[0088]表4焦化废水处理结果
[0090]在臭氧投加量为 100mg · L-1 · h-\200mg · L-1 · h-1 和300mg · L-1 · h-1 的实验条件 下，采用本实用新型所述的臭氧催化氧化装置及处理工艺对某公司稀释并混凝预处理后的 采油废水进行处理，其CODcr可以降至200mg/L以下，可以达到水质处理要求。
[0091] 实施例3
[0092]现以某公司生产农药废水的生化后出水为原水，采用本实用新型所述的臭氧催 化氧化装置及处理工艺对其进行处理。
[0093] 各主要运行参数如下：
[0094] 表5主要运行参数
[0096] 如图1所示，所述的臭氧发生装置1产生的臭氧经过臭氧输送管道2,通过臭氧曝气 装置4与农药废水的生化后出水3在管道中进行初步混合。
[0097] 混合后的臭氧和废水再经过静态混合器5进行进一步的混合，随后进入超声波微 波联用混合装置6进行充分混合，此时臭氧和废水的混合均匀度可以达到99%。
[0098] 充分混合的臭氧和废水随后进入分段填装有惰性材料7的管道中，每段惰性材料 前通过臭氧输送管道和曝气装置向废水中补充臭氧。废水在此逐步发生臭氧氧化反应，其 中较易降解的污染物被臭氧降解。
[0099] 进行普通臭氧氧化反应后的废水再次进入超声波微波联用混合装置进行充分混 合，随后进入分段填装有臭氧催化氧化催化剂8的管道中，每段臭氧催化氧化催化剂前通过 臭氧输送管道和曝气装置向废水中补充臭氧。废水在此逐步发生臭氧催化氧化反应，其中 较难降解的污染物被臭氧降解。
[0100] 进行臭氧催化氧化反应后的废水进入气液分离池9,产水经过产水输送管道12回 用，多余的臭氧经过气液分离池顶部的臭氧破坏器10分解为氧气，池底的污泥定期通过排 污口 11进行清理。
[0101] 实验数据：
[0102] 表6焦化废水处理结果
[0104] 在臭氧投加量为 100mg · L-1 · h-\200mg · L-1 · h-1 和300mg · L-1 · h-1 的实验条件 下，采用本实用新型所述的臭氧催化氧化装置及处理工艺对某公司生产农药废水的生化后 出水进行处理，其C0DCr可以降至100mg/L以下，可以达到水质处理要求。
[0105] 以上通过具体的和优选的实施例详细的描述了本实用新型，但本领域技术人员应 该明白，本实用新型并不局限于以上所述实施例，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作 的任何修改、等同替换等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
【主权项】
1. 一种臭氧催化氧化法处理工业废水的装置，其特征在于:包括臭氧发生装置、管道反 应器和气液分离池，所述管道反应器的进水端设置废水进口，所述管道反应器的出水端连 通到所述气液分离池； 所述管道反应器包括气液预混段、氧化反应段和催化氧化反应段，所述气液预混段包 括第一气液预混段和第二气液预混段;从所述管道反应器的进水端到出水端依次设置所述 第一气液预混段、所述氧化反应段、所述第二气液预混段和所述催化氧化反应段； 所述氧化反应段中设置有分段填装的惰性材料，所述催化氧化反应段中设置有分段填 装的臭氧催化氧化催化剂； 在每段所述惰性材料、每段所述臭氧催化氧化催化剂和所述第一气液预混段的进水端 均设置臭氧曝气装置； 所述臭氧曝气装置连通到所述臭氧发生装置。2. 根据权利要求1所述的臭氧催化氧化法处理工业废水的装置，其特征在于:所述气液 分离池包括排污口、产水输出口和气体出口，所述气体出口上设置有臭氧破坏器。3. 根据权利要求1所述的臭氧催化氧化法处理工业废水的装置，其特征在于:所述第一 气液预混段包括按照水流方向依次设置的静态混合器和超声波微波联用混合装置，所述第 二气液预混段包括超声波微波联用混合装置。4. 根据权利要求3所述的臭氧催化氧化法处理工业废水的装置，其特征在于:所述超声 波微波联用混合装置包括两组微波馈口，两组所述微波馈口相互垂直设置，所述超声波微 波联用混合装置包括一组超声波发生装置，所述超声波发生装置与两组所述微波馈口其 中的一组平行设置。5. 根据权利要求3所述的臭氧催化氧化法处理工业废水的装置，其特征在于，所述超声 波微波联用混合装置中产生的超声波频率为20kHz-1000MHz，超声波功率为50W-5000kW，微 波频率为915MHz，微波功率为100W-2000kW。6. 根据权利要求1所述的臭氧催化氧化法处理工业废水的装置，其特征在于:所述臭氧 曝气装置为孔隙为5-1000μπι的曝气器。
【文档编号】C02F1/78GK205590393SQ201620293042
【公开日】2016年9月21日
【申请日】2016年4月8日
【发明人】耿天甲, 曹普晅, 赵毓璋, 曹文彬, 赵童, 尹胜奎, 吴冠龙, 曹海燕, 曹嵩
【申请人】北京今大禹环境技术股份有限公司