专利名称：焦化废水深度处理系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种废水处理技术，具体说是一种焦化废水深度处理系统。
背景技术：
焦化废水主要是煤在高温干馏过程中及煤气净化、化学产品精制过程中形成的废 水，其成分复杂，含有酚、氨氮、氰、苯、吡啶、吲哚和喹啉等多种高浓度的有毒有害物质，是 一种典型的高浓度难降解有毒有害工业废水。它的超标排放对人类、水产、农作物等构成了 很大危害，即使作为熄焦用水，也会对熄焦、筛焦系统设施造成腐蚀，影响生产正常进行。如 何改善和解决焦化废水对环境的污染问题，已成为摆在人们面前的一个急需解决的课题。然而焦化废水的治理到目前为止仍然是一项世界性的难题，我国焦化废水治理起 步晚，技术相对落后，有80%的焦化企业存在着氨氮和COD排放不达标的情况。焦化废水治 理技术已经成为我国清洁煤转换技术的瓶颈。据统计，我国目前有1300多家焦化企业，其焦化废水处理大多是采用蒸氨和酚萃 取进行预处理，以不同形式的A/0工艺作为生物处理的主体工艺，其生物处理工艺的泥水 回流比在2 5倍，生物系统水力停留时间(HRT)普遍大于60h，COD、氨氮、色度3个指标 稳定达标排放存在一定的困难。一些研究表明，通过强化硝化/反硝化过程，可以实现氨氮 排放达标的目标。然而在有限的HRT值下，焦化厂二级生化工艺处理后的出水中含有可用 COD值表达的难降解有机物的浓度普遍在200 300mg/L，在实际工程中表现为出水COD值 超标。因此必须采用有效的深度处理工艺降解这些难生物降解的有机物，使得出水COD值 能够达标。臭氧氧化技术作为一种高级氧化技术，是目前普遍采用的废水深度处理方法，也 是氧化有毒有害难降解有机物的有效方法。臭氧能够氧化许多有机物，如链型不饱和化合 物、芳香族、染料、腐殖质等，它可以破坏有机污染物的分子结构，使水中部分难以生物降解 的大分子有机物氧化为小分子有机物，如芳香族化合物可以被臭氧打开苯环、长链的大分 子化合物被氧化成短链的小分子物质或分子的某些基团被改变，从而使原来不能被生物降 解的有机物变为可生物降解的有机物，提高了焦化废水的可生化性。然而单独臭氧氧化对 长链脂肪烃、小分子有机酸、酯类、醇类和腐殖质类物质的氧化速率较低，而这些物质也存 于焦化废水A/0工艺处理的出水中。为了提高臭氧氧化对有机物的去除效率，一般采用投 加催化剂强化臭氧生成羟基自由基来提高臭氧氧化效率，即采用催化臭氧氧化工艺，而其 中的非均相催化臭氧工艺是通过投加固体催化剂来提高臭氧氧化效率，是一种更有前途的 高级氧化工艺。非均相催化臭氧氧化过程是一个气-液-固三相反应体系，其反应过程涉及到一 系列传质、化学反应、吸附和脱附等过程。焦化废水中有机物的臭氧氧化反应大多属于慢 速或中速反应区，传质对有机物的去除效率具有重要的影响，而影响传质最直接的因素是 臭氧氧气混合气体的流速和反应器的结构，即反应器构造直接影响着催化臭氧氧化过程 中的传质速率和反应速率，并最终决定催化臭氧氧化工艺的效率。目前应用最为广泛的气-液-固三相反应器主要有三相膨胀式反应器、三相旁路内循环反应器、顺流串联式反应 器以及气液逆流式反应器等几类。但是以上各类反应器各自都存在着一定的缺陷，如未能 很好的解决臭氧在溶液中传质的问题、臭氧的利用率偏低、反应器体积利用并不充分等，这 些都将导致有机物的去除率下降。因此，现有的催化臭氧氧化工艺由于反应器存在的一些缺陷无法实现经济高效的 深度处理焦化废水。
发明内容
本发明的目的是提供一种臭氧的利用率和有机物的去除率高的焦化废水深度处 理系统。本发明的目的是通过以下技术方案实现的本发明的焦化废水深度处理系统，包括臭氧发生器、催化臭氧氧化反应器、气液分 离装置、缓冲柱、生物活性炭反应器、尾气吸收装置； 所述的催化臭氧氧化反应器的底部设有进气口，该进气口与所述臭氧发生器的出 气口相连；所述的催化臭氧氧化反应器的下部侧边设有进水口，该进水口引入焦化废水生 化工艺的出水，所述进水口以上为三段重复结构，每一段重复结构分为三小段，所述三小段 由下至上分别为臭氧吸收段、催化剂床层及催化反应段，所述催化剂床层的高度从下到上 的高度依次减半，从上之下依次是活性炭上载钌颗粒催化剂、蜂窝陶瓷催化剂和羟基氧化 铁催化剂，所述臭氧吸收段与催化反应段的高度比为1 1 1 3;所述的催化臭氧氧化反应器的上部侧边设有出水口，出水依次流经所述气液分离 装置进水口和出水口、所述缓冲柱进水口和出水口、所述生物活性炭反应器进水口和出水 口，最后从所述生物活性炭反应器出水口流出；所述气液分离装置的尾气经所述尾气吸收装置排出。由上述本发明提供的技术方案可以看出，本发明所述的焦化废水深度处理系统， 由于采用催化臭氧氧化——生物活性炭工艺，并采用新型的催化臭氧氧化反应器解决臭氧 在溶液中传质的问题，提高了臭氧的利用率和有机物的去除率，减少尾气中的臭氧。
图1为本发明实施例提供的新型催化臭氧氧化反应器的结构示意图；图中各标号为1_臭氧发生装置；2-气体流量计；3-催化臭氧氧化反应器；4-气 液分离器；5-尾气吸收装置；6-缓冲柱；7-生物活性炭反应器；8-臭氧吸收段；9-催化剂 层；10-催化反应段；11-孔径30 50 μ m的布气板；12-孔径50 70 μ m的穿孔板；13-孔 径100 1000 μ m的布气板。
具体实施例方式本发明的焦化废水深度处理系统，其较佳的具体实施方式
如图1所示，包括臭氧 发生器、催化臭氧氧化反应器、气液分离装置、缓冲柱、生物活性炭反应器、尾气吸收装置；所述的催化臭氧氧化反应器的底部设有进气口，该进气口与所述臭氧发生器的出气口相连；所述的催化臭氧氧化反应器的下部侧边设有进水口，该进水口弓I入焦化废水生化 工艺的出水，所述进水口以上为三段重复结构，每一段重复结构分为三小段，所述三小段由 下至上分别为臭氧吸收段、催化剂床层及催化反应段，所述催化剂床层的高度从下到上的 高度依次减半，从上之下依次是活性炭上载钌颗粒催化剂、蜂窝陶瓷催化剂和羟基氧化铁 催化剂，所述臭氧吸收段与催化反应段的高度比为1 1 1 3;所述的催化臭氧氧化反应器的 上部侧边设有出水口，出水依次流经所述气液分离 装置进水口和出水口、所述缓冲柱进水口和出水口、所述生物活性炭反应器进水口和出水 口，最后从所述生物活性炭反应器出水口流出；所述气液分离装置的尾气经所述尾气吸收装置排出。所述催化臭氧氧化反应器的底部设有布气板，所述布气板上的孔的孔径为30 50 μ m，所述催化剂床层底部设有穿孔板，所述穿孔板上的孔的孔径为50 70 μ m，废水在 所述催化臭氧氧化反应器中的停留时间为10 30min。所述缓冲柱的高径比为10 1 30 1，废水在缓冲柱中的停留时间为10 30mino所述生物活性炭反应器的高径比为10 1 30 1，所述生物活性炭反应器的底 端设有布气孔，所述布气孔的孔径为100 1000 μ m。废水在所述生物活性炭反应器中的停留时间为10 30min。本发明的焦化废水深度处理系统中，焦化废水由进水口进入催化臭氧氧化反应 器，与此同时臭氧气体从催化臭氧氧化反应器底部鼓入反应器，经孔径为30 50 μ m的布 气板布气，臭氧就有充分的时间以微小气泡的形式与溶液接触。此外，催化臭氧氧化反应器 的三段式叠加设计使得臭氧可以多次通过溶液吸收段、催化反应段，溢出催化剂床层的未 溶解臭氧在催化剂床层上部的溶液段充分溶解，进入下一个催化剂床层发挥催化臭氧氧化 的功效，这就很好的解决了臭氧在溶液中传质的问题。焦化废水与臭氧一起自下而上通过 反应器臭氧吸收段，液相中的臭氧浓度迅速达到饱和，促进焦化废水中易降解的有机物快 速地与溶解性臭氧反应，先尽量提高溶液中容易与单独臭氧反应的有机物完全转化。当焦 化废水经过催化剂层时，在催化剂作用下，废水中难被臭氧直接氧化降解的那部分有机物 在催化剂的作用下迅速降解。同时由于反应器从下到上臭氧浓度逐渐减少，催化剂床层高 度也逐渐减少，增强了单位催化剂的利用效率。根据有机物的降解过程中中间产物的类型 以及催化剂对每类化合物具有最佳活性的特点，从上到下依次选择了活性炭上载钌颗粒 催化剂、蜂窝陶瓷催化剂和羟基氧化铁催化剂组合。由于臭氧氧化，焦化废水中可生物降 解物质的增多，废水的可生化性大大提高了，接着采用生物活性炭处理工艺对其中的可生 化有机物进一步降解，这部分有机物通常是难被臭氧氧化的小分子物质，但是其可生化性 较好。总之通过催化臭氧氧化_生物活性炭组合能实现焦化废水深度处理后达标排放的目 的。生物活性炭工艺先吸附后降解的独特降解机理使得污染物停留时间要比水力停留时间 长，因而处理效果好。此外，微生物活动对活性炭起到了再生作用，能使20% 24%的活性 炭得到再生，因此生物活性炭大大延长了活性炭的再生周期，而活性炭也可减轻焦化废水 中有害物质对微生物的影响，从而能发挥了微生物的生物降解作用。本发明采用催化臭氧 氧化和生物活性炭联用工艺一方面采用投加催化剂强化臭氧生成羟基自由基来提高臭氧氧化效率继而提高臭氧氧化对有机物的去除效率，同时提高了焦化废水的可生化性为后续 的生物活性炭工艺提供了良好的条件；另一方面利用生物活性炭工艺能够有效去除废水中 氨氮的优势，进一步提高出水水质，实现高效深度处理焦化废水的目的，满足其排放标准。为了便于理解，下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明本实施例提供一种焦化废水深度处理工艺，如图1所示，该工艺主要是由臭氧发生器、催化臭氧氧化反应器、缓冲柱、生物活性炭反应器、气液分离装置、尾气吸收装置组 成。其中所述的臭氧发生器、催化臭氧氧化反应器、气液分离装置、缓冲柱、生物活性炭反应 器顺次相连，所述的尾气吸收装置与气液分离装置相连。所述的催化臭氧氧化反应器为三段重复结构，每一段重复结构又分为三小段，每 小段由下至上分别为臭氧吸收段、催化剂床层以及催化反应段。这样臭氧就可以多次通过 溶液吸收段、催化反应段，溢出催化剂床层的未溶解臭氧在催化剂床层上部的溶液段充分 溶解，进入下一个催化剂床层发挥催化臭氧氧化的功效。所述的催化剂床层的高度从下到 上高度依次减半，从上之下依次是活性炭上载钌颗粒催化剂、蜂窝陶瓷催化剂和羟基氧化 铁催化剂，臭氧吸收段与催化反应段高度比为1 1 1 3。所述的催化臭氧氧化反应器底部设有布气板，布气板孔径为30 50μπι，催化剂 床层底部设有穿孔板，穿孔板孔径为50 70 μ m，缓冲柱的高径比为10 1 30 1。废 水在反应器中的停留时间为10 30min。所述的缓冲柱的高径比为10 1 30 1，废水在缓冲柱中的停留时间为10 30mino所述的生物活性炭反应器的高径比为10 1 30 1，底端设有布气孔，布气孔 孔径为100 1000 μ m。废水在生物活性炭反应器中的停留时间为10 30min。催化臭氧 氧化处理后提高了焦化废水的可生化性，继而提高了这一阶段生物活性炭处理工艺的处理效率。在上述系统的基础上，在催化臭氧氧化反应器之后连接了采用重力分离原理的气 液分离装置和尾气收集装置。焦化废水中剩余的臭氧气体朝着水流方向聚集到气液分离器 的上部，之后进入尾气吸收装置，废水则由气液分离装置的出水口排出由缓冲柱进水口进 入缓冲柱。下面结合附图对上述焦化废水深度处理工艺作进一步详细的说明。如图1所示，该焦化废水深度处理工艺主要是由臭氧发生器、催化臭氧氧化反应 器、气液分离装置、缓冲柱、生物活性炭反应器、尾气吸收装置组成。本发明是这样工作的焦化废水通过进水管进入反应器的臭氧吸收段8，催化反 应过程中，由臭氧发生装置1生成的臭氧经过气体流量计2后从反应器底部鼓入反应器。臭 氧通过孔径30 50 μ m的布气板11，此时气相中的臭氧传质到液相中，然后当臭氧吸收段 内的臭氧饱和溶液与气相臭氧一同经过催化剂床层9时，在催化剂作用下，溶液中的有机 物被迅速降解，提高了废水的可生化性。催化臭氧氧化反应器的三段式叠加设计使得臭氧 可以多次通过溶液吸收段、催化反应段，溢出催化剂床层的未溶解的臭氧在催化剂床层上 部的溶液段充分溶解，进入下一个催化剂床层发挥催化臭氧氧化的功效，很好的解决了臭 氧在溶液中传质的问题。同时根据臭氧浓度的不断减少，将催化剂床层高度依次减小，提高 催化剂利用率。反应器里面从上之下依次放置活性炭上载钌颗粒催化剂、蜂窝陶瓷催化剂和羟基氧化铁催化剂，能够使随着反应阶段产生的中间产物，在相应的最佳催化剂的催化 氧化作用下被降解。此后，废水进入采用重力分离原理的气液分离器4。废水中剩余的臭氧 气体朝着水流方向聚集到气液分离器的上部，之后进入尾气吸收装置5，多余的臭氧就被吸 收；废水由于重力原因由下端出水口进入缓冲柱6，缓冲后的水流同样由下端进水口进入 生物活性炭反应器7，前置的催化臭氧氧化处理工艺提高了该焦化废水的可生化性，继而提 高了这一阶段生物活性炭处理工艺的处理效率。焦化废水经过一系列的吸附降解过程由生 物活性炭反应器上端出水口排出。 以上所述，仅为 本发明较佳的具体实施方式
，但本发明的保护范围并不局限于此， 任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换， 都应涵盖在本发明的保护范围之内。
权利要求
1.一种焦化废水深度处理系统，其特征在于包括臭氧发生器、催化臭氧氧化反应器、 气液分离装置、缓冲柱、生物活性炭反应器、尾气吸收装置；所述的催化臭氧氧化反应器的底部设有进气口，该进气口与所述臭氧发生器的出气口 相连；所述的催化臭氧氧化反应器的下部侧边设有进水口，该进水口弓I入焦化废水生化工艺 的出水，所述进水口以上为三段重复结构，每一段重复结构分为三小段，所述三小段由下至 上分别为臭氧吸收段、催化剂床层及催化反应段，所述催化剂床层的高度从下到上的高度 依次减半，从上之下依次是活性炭上载钌颗粒催化剂、蜂窝陶瓷催化剂和羟基氧化铁催化 剂，所述臭氧吸收段与催化反应段的高度比为1 1 1 3;所述的催化臭氧氧化反应器的上部侧边设有出水口，出水依次流经所述气液分离装置 进水口和出水口、所述缓冲柱进水口和出水口、所述生物活性炭反应器进水口和出水口，最 后从所述生物活性炭反应器出水口流出；所述气液分离装置的尾气经所述尾气吸收装置排出。
2.根据权利1所述的焦化废水深度处理系统，其特征在于所述催化臭氧氧化反应器 的底部设有布气板，所述布气板上的孔的孔径为30 50 ym，所述催化剂床层底部设有穿 孔板，所述穿孔板上的孔的孔径为50 70i!m，废水在所述催化臭氧氧化反应器中的停留 时间为10 30min。
3.根据权利要求2所述的焦化废水深度处理系统，其特征在于所述缓冲柱的高径比 为10 1 30 1，废水在缓冲柱中的停留时间为10 30min。
4.根据权利要求3所述焦化废水深度处理系统，其特征在于所述生物活性炭反应器 的高径比为10 1 30 1，所述生物活性炭反应器的底端设有布气孔，所述布气孔的孔 径为 100 1000 iim。
5.根据权利要求4所述焦化废水深度处理系统，其特征在于废水在所述生物活性炭 反应器中的停留时间为10 30min。
全文摘要
本发明公开了一种焦化废水深度处理系统，主要由臭氧发生器、催化臭氧氧化反应器、气液分离装置、缓冲柱、生物活性炭反应器、尾气吸收装置组成，催化臭氧氧化反应器为三段重复结构，每一段重复结构又分为三小段，由下至上分别为臭氧吸收段、催化剂床层以及催化反应段。利用三段叠加方式强化了臭氧在溶液中传质的问题，提高了臭氧的利用率；通过催化臭氧氧化工艺提高了焦化废水的可生化性，继而提高了后续生物活性炭工艺的处理效率，实现了高效深度处理焦化废水的目的。
文档编号C02F9/04GK102001767SQ201010527008
公开日2011年4月6日 申请日期2010年10月26日 优先权日2010年10月26日
发明者何绪文, 李亚男, 王建兵, 王金龙, 秦强, 蒋雯婷, 许翠华 申请人:中国矿业大学(北京)