臭氧曝气反应设备及其废水处理方法与流程

本发明涉及废水处理技术领域，尤其涉及一种臭氧曝气反应设备及其废水处理方法。

背景技术：

臭氧、Fenton、光催化等是现在污水处理中常用的高级氧化技术，用于含高浓度难降解有机物废水的治理。其中臭氧是应用最广泛的新型氧化剂，既可以氧化分解去除微小的有机物、胶体杂质、腐殖酸，又能去除水中污染的浮油及藻类微生物和细菌、病毒等。与其他高级氧化技术相比，臭氧氧化技术以受污水pH值及温度影响小，除色、臭、味等效率高，能增加水中的溶解氧、改善水质，在水中易分解、不会因残留造成二次污染等优点应用更为广泛。

臭氧用于污水处理中的原理主要在于利用臭氧的强氧化性能，臭氧是目前已知的最强的氧化剂之一。臭氧与简单或者复杂的有机物反应后得到一些相同的产物：乙醛、羧酸、脂肪族、芳香族及其他的氧化物。这些产物很容易生化降解，而且没有明显的毒性。臭氧不仅能氧化水中的无机物，如CN-、NH3等，而且能氧化难以生物降解的有机物，如芳烃化合物等。臭氧化反应的途径有两条：其一是臭氧通过亲核或亲电作用直接参与反应；其二是臭氧在碱等因素作用下，通过活泼的自由基，主要有•OH与污染物反应。臭氧能与许多有机物或官能团发生反应：C==C、C≡C、芳香化合物、杂环化合物、碳环化合物、==N-N、==S、C≡N、C-N、C-Si、-OH、-SH、-NH2、-CHO、-N==N-等。

影响臭氧处理污水效率的主要因素之一是臭氧与污水的接触方式。目前广泛应用的臭氧与污水的接触方式主要是利用气液混合泵、射流与曝气三种方式。但不论是何种方式，来气中的臭氧都不能与废水100%完全反应。在三种混合方式中，气液混合泵的混合效率最高，但也只有80%左右。剩下的臭氧随废气从废水中分离，经过尾气处理后排放。由于臭氧与污水的混合效率低，大量的臭氧未能使用而是随废气排放，一方面造成臭氧资源的浪费，另一方面，也造成了空气的污染。

臭氧氧化应用于污水处理中的运行成本主要来自于臭氧发生器的电费，因此，臭氧的利用效率越低，单位体积污水的运行费用越高，并且处理相同产量的污水，所需要购置的臭氧发生机规格越大，使得运行成本和一次建设投入成本增高。

技术实现要素：

本发明的主要目的在于提供一种臭氧曝气反应设备及其废水处理方法，旨在降低臭氧处理废水过程中的运行成本和建设成本。

为实现上述目的，本发明提供一种臭氧曝气反应设备，包括多个依次连接的反应舱室、以及设置于反应舱室内的气路系统和水路系统，其中，

所述气路系统包括多根用于连接相邻两反应舱室的导气管、设置于所述反应舱室的顶端和底端的出气口和进气口、以及与所述进气口连通的曝气头，所述水路系统包括位于头端反应舱室设置的用于供废水进入的进水管、位于尾端反应舱室设置的用于供废水流出的出水管、位于每一反应舱室内的溢流板、以及设置于中间的反应舱室之间以将相邻两所述反应舱室连通的过水管，所述导气管的两端分别连接一反应舱室的出气口和另一反应舱室的进气口以将相邻两反应舱室连通。

优选地，所述溢流板的高度低于反应舱室的高度。

优选地，所有所述反应舱室内的溢流板安装高度相同。

优选地，每一所述反应舱室均设置有两所述曝气头，所述溢流板将同一反应舱室的两曝气头分隔开来。

本发明进一步提出一种基于臭氧曝气反应设备的废水处理方法，包括以下步骤：

将头端的反应舱室的进水管接入待处理废水或臭氧气液混合泵，且头端的反应舱室的进气口还与臭氧发生器连接，相邻两反应舱室通过导气管连通；

在头端的反应舱室内废水从下向上流动，越过溢流板后从上往下流动，并通过过水管进入第二个反应舱室中，同时气体向上走，经过导气管与第二个反应舱室的进气口连接，并通过曝气头进入第二个反应舱室中，在第二个反应舱室内反应的气体与废水分别是第一个反应舱内反应后的剩余气体与废水，后面反应舱室内的情况依次类推实现了臭氧与废水的多级反应，废水与气体在后面的反应舱室内不断重复接触并反应，以降低废水中污染因子的浓度和气体中剩余臭氧的浓度；

气体与废水在尾端的反应室舱内反应后，气体从反应室舱的排气口排入尾气处理装置，废水从出水管排出，进入下一级污水处理单元。

本发明提出的臭氧曝气反应设备具有以下有益效果：

1.利用折流式废水流动路线，实现了臭氧与废水的多级反应，延长了臭氧与废水反应的时间，提高了臭氧的利用效率，提高了污水处理效率，降低臭氧处理污水的运行成本；

2.利用与废水反应完的废气进行进一步反应，降低排放废气中臭氧的浓度；

3.本设备完全利用重力和反应系统剩余压力工作，无额外能耗，从而降低了臭氧处理污水的运行成本和建设成本；

4.设计的溢流板式结构使得气液可以连续进行多级反应，气液反应和分离同时进行，无需间断，从而提高了污水处理效率。

附图说明

图1为本发明臭氧曝气反应设备优选实施例的结构示意图；

图2为本发明臭氧曝气反应设备优选实施例的局部结构示意图；

图3为本发明臭氧曝气反应设备中两个反应舱室的水气流路示意图。

图中，1-1、出气口；1-2、导气管；1-3、进气口；1-4、曝气头；2-1、进水管；2-2、溢流板；2-3、过水管；2-4、出水管。

本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明提出一种臭氧曝气反应设备。

参照图1至图3，图3中虚线箭头表示废水流向，实线箭头表示气体流向。本优选实施例中，一种臭氧曝气反应设备，包括多个依次连接的反应舱室、以及设置于反应舱室内的气路系统和水路系统，其中，

气路系统包括多根用于连接相邻两反应舱室的导气管1-2、设置于反应舱室的顶端和底端的出气口1-1和进气口1-3、以及与进气口1-3连通的曝气头1-4，水路系统包括位于头端反应舱室设置的用于供废水进入的进水管2-1、位于尾端反应舱室设置的用于供废水流出的出水管2-4、位于每一反应舱室内的溢流板2-2、以及设置于中间的反应舱室之间以将相邻两反应舱室连通的过水管2-3，导气管1-2的两端分别连接一反应舱室的出气口1-1和另一反应舱室的进气口1-3以将相邻两反应舱室连通。

具体地，反应舱室为长方体形状。反应舱室至少设置有两个。相邻两反应舱室可共用一侧壁以节约空间和成本。

溢流板2-2的高度低于反应舱室的高度。由于水路系统采用连通器式的设计，废水的液面高度会略高于溢流板2-2的高度，在高于液面高度以上的空间内，气液进行分离。所有反应舱室内的溢流板2-2安装高度相同。

进一步地，每一反应舱室均设置有两曝气头1-4，溢流板2-2将同一反应舱室的两曝气头1-4分隔开来，从而提高了臭氧的利用效率。

头端的反应腔室的进水管2-1与待处理废水或臭氧气液混合泵连接。本设备既可以接在气液混合泵后使用，也可以自行使用。在自行使用时，头端的反应腔室的进水管2-1接入待处理废水，第一个反应舱室的进气口1-3接臭氧发生器。在与臭氧气液混合泵串联使用时，第一个反应腔室的进水管2-1与臭氧气液混合泵的出水口相连即可。不论是串联在气液混合泵后使用，还是作为臭氧与废水混合的第一级反应器使用，臭氧和废水会在第一个反应舱内分离。

本实施例在此以两个反应舱室来具体说明气体和液体的流向。在一号反应舱室（图3中左侧的反应舱室）内，废水从进水管2-1流入，水在反应舱室左侧从下往上流，气体由于密度比水轻，也快速上浮，集中到一号反应舱室上部的反应舱室内。当一号反应舱室左侧液面高于溢流板2-2时，水流过溢流板2-2进入一号反应舱室右侧，右侧部分废水从上向下流，水中的气体仍然快速上浮，聚集到一号反应舱室内。一号反应舱室的废水通过过水管2-3进入二号反应舱室（图3中右侧的反应舱室）左侧。由于不断有气体聚集到一号反应舱室上方的反应舱室，一号反应舱室内气压逐步升高，当一号反应舱室内气压高于二号反应舱内的压力时，一号反应舱室内的气体通过上方的出气口1-1进入导气管1-2，并通过导气管1-2、曝气头1-4进入二号反应舱室，与二号反应舱室内的废水发生二次反应。二号反应舱室内的废水在从溢流板2-2左侧流到溢流板2-2右侧时，会与来自于一号反应舱室的气体连续发生两次接触反应。后面反应舱室内的情况依次类推。在废水与废气在后面的反应舱室内不断重复接触、反应时，气体中的剩余臭氧不断与废水中剩余的污染物发生反应，降低废水COD等污染因子的浓度，废气中剩余臭氧的浓度也越来越低。通过这种重复多级反应的方式能有效提高废水与臭氧发生氧化反应的效率。最终，在最后一个反应室内反应后，废气从上方的排气口排入尾气处理装置，废水从出水管2-4排出，进入下一级污水处理单元。

本发明提出的臭氧曝气反应设备具有以下有益效果：

1.利用折流式废水流动路线，实现了臭氧与废水的多级反应，延长了臭氧与废水反应的时间，提高了臭氧的利用效率，提高了污水处理效率，降低臭氧处理污水的运行成本；

2.利用与废水反应完的废气进行进一步反应，降低排放废气中臭氧的浓度；

3.本设备完全利用重力和反应系统剩余压力工作，无额外能耗，从而降低了臭氧处理污水的运行成本和建设成本；

4.设计的溢流板式结构使得气液可以连续进行多级反应，气液反应和分离同时进行，无需间断，从而提高了污水处理效率。

本发明进一步提出一种基于臭氧曝气反应设备的废水处理方法。

本优选实施例提出一种基于上述臭氧曝气反应设备的废水处理方法，包括以下步骤：

将头端的反应舱室的进水管接入待处理废水或臭氧气液混合泵，且头端的反应舱室的进气口还与臭氧发生器连接，相邻两反应舱室通过导气管连通；

在头端的反应舱室内废水从下向上流动，越过溢流板后从上往下流动，并通过过水管进入第二个反应舱室中，同时气体向上走，经过导气管与第二个反应舱室的进气口连接，并通过曝气头进入第二个反应舱室中，在第二个反应舱室内反应的气体与废水分别是第一个反应舱内反应后的剩余气体与废水，后面反应舱室内的情况依次类推实现了臭氧与废水的多级反应，废水与气体在后面的反应舱室内不断重复接触并反应，以降低废水中污染因子的浓度和气体中剩余臭氧的浓度；

气体与废水在尾端的反应室舱内反应后，气体从反应舱室的排气口排入尾气处理装置，废水从出水管排出，进入下一级污水处理单元。

本发明提出的臭氧曝气反应设备的废水处理方法具有以下有益效果：

1.利用折流式废水流动路线，实现了臭氧与废水的多级反应，延长了臭氧与废水反应的时间，提高了臭氧的利用效率，提高了污水处理效率，降低臭氧处理污水的运行成本；

2.利用与废水反应完的废气进行进一步反应，降低排放废气中臭氧的浓度；

3.利用重力和反应系统剩余压力工作，无额外能耗，从而降低了臭氧处理污水的运行成本和建设成本；

4.臭氧曝气反应设备的溢流板式结构使得气液可以连续进行多级反应，气液反应和分离同时进行，无需间断，从而提高了污水处理效率。

以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。