一种高效分散雾化协同臭氧处理废水的方法与流程

本发明涉及水处理领域，特别涉及一种高效分散雾化协同臭氧处理废水的方法。

背景技术：

我国水资源短缺，而随着工业的快速发展，废水的种类和数量迅速增加，对水体的污染也日趋广泛和严重，水环境面临异常严峻的形势，威胁人类的建康和安全。在此情况下，国家近年来陆续出台了一系列政策措施，如《水污染防治行动计划》，大力开展水环境整治。水环境治理和保护的关键在于工业领域的废水治理，而工业废水治理的关键在于：1)源头控制，从优化工业过程、提高生产技术水平着手节水、减排；2)不断研究和发展废水净化循环利用或达标排放技术。

化学需氧量(COD_cr)是我国废水排放总量控制的主要指标之一，而传统的物化、生化、氧化等工艺对工业废水中难降解有机物的去除率都不高，通常仅有20％-30％的去除率，因此提高工业废水中难降解有机物的去除率，成为亟待解决的难题。

臭氧由于其强氧化性，且反应产物为氧气，扩散进入空气中，不会造成二次污染，是一种绿色环保的氧化剂。臭氧在污水处理领域，尤其是针对废水中高稳定性、难降解有机污染物的处理，得到了广泛应用。

臭氧与污染物反应的方式有直接和间接两种方式。直接反应是臭氧直接氧化污染物，其作用机理主要是基于臭氧的强氧化性，属于选择性反应，且反应缓慢，速率常数很低；间接反应是臭氧在处理过程中产生大量的、活性和氧化性能均更强的羟基自由基(·OH)，从而具备更高的污染物降解去除能力和更快的反应速率，属于非选择性反应。从在水中臭氧与有机物反应的这两种方式特点来看，臭氧的间接反应具有更重要的意义，特别是在针对难氧化降解的废水处理时，有望成为一种高效去除COD_cr的技术。

尽管臭氧氧化技术发展多年，但其在实际的工业废水处理系统中应用较少或效果不佳，归纳其主要问题及原因如下：

(1)目前，常见的制备臭氧技术都是以空气或纯氧为原料，采用电晕放电方法，该过程能耗高、产率较低、臭氧品质波动较大，从而导致臭氧氧化技术的成本居高不下。

(2)臭氧在水中溶解度较低，传统接触设备或方式(曝气)的传质效果不理想，造成气液接触的吸收效率低，限制了参与反应的臭氧浓度，进而限制了污染物处理效果，偏低的臭氧利用率加剧了臭氧氧化技术的成本劣势。

技术实现要素：

针对上述现有技术中的不足，本发明的目的是提供一种提高臭氧利用效率，降低难降解工业废水中COD_cr的废水处理方法。

一种高效分散雾化协同臭氧处理废水的方法，包括：将待处理废水进行雾化，然后在臭氧催化氧化催化剂存在下雾化废水与臭氧进行催化氧化反应；反应后的废水直接排放或进行下一步处理。

优选地，先将待处理废水pH控制在碱性，再进行雾化。臭氧在碱性条件下分解生成羟基自由基的速度加快，从而促进污染物氧化降解反应。优选地，所述的碱性pH范围为8～10。

优选地，废水催化氧化反应后，出水进入生化池进行生化反应，反应停留时间为2～8小时；然后，生化池出水进入沉淀池，经沉淀后，上清液可循环使用或达标排放。生化反应的目的是利用微生物进一步去除COD_Cr,沉淀池的作用是对废水进行混凝沉淀，去除废水中的混浊胶体、悬浮物、絮体。

优选地，调节pH在调节池中进行，雾化在废水雾化装置中进行，催化氧化反应在臭氧催化反应装置中进行，臭氧由臭氧发生器产生；用提升泵将调节池出水打入废水雾化装置，雾化的废水在引风机作用下进入臭氧催化反应装置。

优选地，所述的雾化采用超声雾化或高压雾化。

优选地，催化氧化反应中，臭氧与废水的接触时间为2-240min。

优选地，所述臭氧浓度大于3mg/L。

优选地，所述的催化氧化反应在臭氧催化反应装置中进行，所述的臭氧催化反应装置包括反应器本体，反应器本体由内筒和外筒构成，内筒与外筒之间的腔体内设有废水雾化装置，所述的废水雾化装置包括一个以上的雾化器，废水雾化装置上方的外筒壁上设有废水进口；

所述的内筒壁上设有若干个微孔，内筒底部设有臭氧进口，臭氧进口上方设有臭氧催化装置，所述的臭氧催化装置包括布置在内筒腔体内的塔板，塔板上设有若干气孔，塔板上放置有臭氧催化氧化催化剂，内筒顶部设有雾化废水出口。

优选地，所述的雾化废水出口处设有引风机。引风机可以使内筒的腔体形成负压，使雾化废水由内筒壁的微孔进入反应区。

优选地，所述的废水雾化装置包括在不同高度上设置的若干个雾化器，所有雾化器的高度均高于臭氧催化装置的高度。这样是为了使雾化废水与催化过的臭氧进行充分反应。

本发明所述的处理方法原理是利用超声或高压的方式将废水雾化，液滴大小可达微米级，从而增加雾化废水与臭氧的接触面积，提高臭氧的有效利用率。臭氧在氧化催化剂的作用下生成氧化性和活性都更强的羟基自由基，从而提高臭氧的氧化效率，改善处理效果。

本发明所述的废水处理方法，可应用于高浓度COD_cr废水的预处理，利用臭氧及臭氧生成的羟基自由基的强氧化性将废水中有机物部分或完全氧化，提高废水的可生化性，然后与生化池或生物滤池联合进行处理。充分利用臭氧分解产生氧气的条件，可节省曝气充氧装置的投资建设费用，达到满足国家排放标准的要求。

本发明所述的废水处理方法，也可应用于低浓度COD_cr废水(即COD_cr<200mg/L)的深度处理，针对废水中难生物降解或降解不完全的有机物，利用臭氧及臭氧生成的羟基自由基的强氧化性将其完全氧化，降低废水中COD_cr含量，后续无需再进行其他处理，即可使处理后废水满足国家排放标准的要求。

本发明的废水处理方法具有以下优点：(1)明显提高臭氧的反应速率和利用效率，节省反应时间和成本；(2)能够彻底矿化废水中有机物，降低废水中COD_cr的同时不造成二次污染；(3)能够降低废水中的总磷含量。

附图说明

图1为本发明所述废水处理方法的流程图；

图2为本发明所述臭氧催化反应装置的结构示意图。

图3为本发明所述臭氧催化反应装置的工作流程图。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的优选实施例，但是，本发明可以以许多不同形式来实现，并不仅限于下列所描述的实施例。相反的，提供这些实施例的目的是为了使更加透彻理解本发明的公开内容。

实施例1

参照图1，一种高效分散雾化协同臭氧处理COD_cr废水的方法，其中，待处理的高浓度COD_cr废水中，COD_cr浓度为14000mg/L，pH为8.92，总磷含量为27.30mg/L，处理方法包括以下步骤：

目标废水初始pH为8.92，调节池中不进行pH处理。用提升泵将目标废水打入废水雾化装置，采用超声波或高压的方式将废水雾化。雾化废水经引风机由废水雾化装置送入臭氧催化反应装置。臭氧发生器产生的臭氧浓度为16mg/L，臭氧由臭氧发生器进入臭氧催化反应装置。在臭氧催化氧化催化剂存在下，臭氧与雾化的目标废水在臭氧催化反应装置中进行充分反应，臭氧与废水的接触时间为2h。反应出水进入生化池，停留时间为8h，然后再进入沉淀池进行沉淀后出水即可达到国家排放标准(COD_cr浓度为135mg/L，总磷含量为0.42mg/L)。

参照图2，所述的臭氧催化反应装置包括反应器本体，反应器本体由内筒1和外筒2构成，内筒1与外筒2之间的腔体内设有废水雾化装置，所述的废水雾化装置包括在高度方向上设置的若干个雾化器3，所有雾化器的高度均高于臭氧催化装置的高度，废水雾化装置上方的外筒壁上设有废水进口4；

所述的内筒1壁上设有若干个微孔，内筒底部设有臭氧进口5，臭氧进口5上方设有臭氧催化装置6，所述的臭氧催化装置6包括布置在内筒腔体内的塔板，塔板上设有若干气孔，塔板上放置有臭氧催化氧化催化剂，内筒顶部设有雾化废水出口。所述的雾化废水出口处设有引风机7。

参照图3，本臭氧催化反应装置的具体工作原理是：废水由废水进口4进入内筒1与外筒2之间的腔体内，采用超声雾化器或高压雾化器将废水雾化，由于引风机形成的负压，雾化废水通过内筒1壁上的微孔进入内筒1的腔体内(废水液体不会通过微孔)；同时，臭氧由臭氧进口5通入，在塔板处与氧化催化剂发生作用，部分臭氧生成羟基自由基，然后向上与雾化废水进行催化氧化反应，反应完成后的雾化废水通过引风机7排出。

实施例2

参照图1，一种高效分散雾化协同臭氧处理COD_cr废水的方法，其中，待处理的高浓度COD_cr废水中，COD_cr浓度为1200mg/L，pH为6.84，总磷含量为30.95mg/L，处理方法包括以下步骤：

目标废水进入调节池后，用氢氧化钠将废水pH调至9左右。用提升泵将目标废水打入废水雾化装置，将废水雾水。臭氧发生器产生的臭氧浓度为12mg/L，臭氧由臭氧发生器进入臭氧催化反应装置，雾化废水经引风机由废水雾化装置送入臭氧催化反应装置。在臭氧催化氧化催化剂存在下，臭氧与雾化的目标废水在臭氧催化反应装置中进行充分反应，臭氧与废水的接触时间为3h。反应出水进入生化池，停留时间为6h，沉淀后出水即可达到国家排放标准(COD_cr浓度为83mg/L，总磷含量为0.46mg/L)。

本实施例臭氧催化反应装置的结构及工作原理参见实施例1。

实施例3

参照图1，一种高效分散雾化协同臭氧处理COD_cr废水的方法，其中，待处理的低浓度COD_cr废水中，COD_cr浓度为500mg/L，pH为7.35，总磷含量为23.60mg/L，处理方法包括以下步骤：

目标废水进入调节池后，用石灰将废水pH调至8左右。用提升泵将目标废水打入废水雾化装置，将废水雾化。臭氧发生器产生的臭氧浓度为8mg/L，臭氧经臭氧催化系统进入臭氧催化反应装置，雾化废水经引风机由废水雾化装置送入臭氧催化反应装置。在臭氧催化氧化催化剂存在下，臭氧与雾化的目标废水在臭氧催化反应装置中进行充分反应，臭氧与废水的接触时间为1h。反应出水中，COD_cr浓度为28mg/L，总磷含量为0.21mg/L，无需进入生化池进行进一步反应，已达到国家排放标准。反应出水进入生化池，停留时间为4h，沉淀后出水COD_cr和总磷浓度进一步降低，COD_cr浓度为17mg/L，总磷浓度低于检测限。

本实施例臭氧催化反应装置的结构及工作原理参见实施例1。

实施例4

参照图1，一种高效分散雾化协同臭氧处理COD_cr废水的方法，其中，待处理的高浓度COD_cr废水中，COD_cr浓度为1350mg/L，pH为4.5，总磷含量为27.3mg/L，处理方法包括以下步骤：

用提升泵将目标废水打入废水雾化装置，采用超声波或高压的方式将废水雾化。雾化废水经引风机由废水雾化装置送入臭氧催化反应装置。臭氧发生器产生的臭氧浓度为30mg/L，臭氧由臭氧发生器进入臭氧催化反应装置。在臭氧催化氧化催化剂存在下，臭氧与雾化的目标废水在臭氧催化反应装置中进行充分反应，臭氧与废水的接触时间为2.5h。反应出水进入生化池，停留时间为8h，然后再进入沉淀池进行沉淀后出水即可达到国家排放标准(COD_cr浓度为140mg/L，总磷含量为0.48mg/L)。

本实施例臭氧催化反应装置的结构及工作原理参见实施例1。

实施例5

参照图1，一种高效分散雾化协同臭氧处理COD_cr废水的方法，其中，待处理的高浓度COD_cr废水中，COD_cr浓度为1200mg/L，pH为6.84，总磷含量为30.95mg/L，处理方法包括以下步骤：

目标废水进入调节池后，用氢氧化钠将废水pH调至10左右。用提升泵将目标废水打入废水雾化装置，将废水雾水。臭氧发生器产生的臭氧浓度为12mg/L，臭氧由臭氧发生器进入臭氧催化反应装置，雾化废水经引风机由废水雾化装置送入臭氧催化反应装置。在臭氧催化氧化催化剂存在下，臭氧与雾化的目标废水在臭氧催化反应装置中进行充分反应，臭氧与废水的接触时间为30min。反应出水进入生化池，停留时间为6h，沉淀后出水即可达到国家排放标准(COD_cr浓度为102mg/L，总磷含量为0.43mg/L)。

本实施例臭氧催化反应装置的结构及工作原理参见实施例1。