废水臭氧催化氧化塔及处理装置的制作方法

1.本实用新型涉及污水处理技术领域，具体而言，涉及一种废水臭氧催化氧化塔及处理装置。


背景技术：

2.臭氧催化氧化技术是一种高效的污水深度处理技术，是近年来工业污水处理领域的研究热点。近年来，多相催化臭氧氧化技术已经成为去除水中高稳定性、难降解有机污染物的关键技术之一。催化剂(固体)与反应溶液(液体)处于不同相，反应在固-液相界面进行的氧化技术，利用固体催化剂协同臭氧氧化可以降低反应活化能或改变反应历程，从而达到深度氧化、最大限度地去除有机污染物的目的。目前，对臭氧催化氧化催化剂制备、催化机理以及降解污染物已有大量的研究。
3.臭氧通过催化剂引发具有强氧化能力的羟基自由基(
·
oh)，羟基自由基可以无选择性的直接与废水中的自由基反应并将其降解。与臭氧单独作为氧化剂相比，臭氧催化氧化几乎可以氧化所有的有机物，比单纯臭氧氧化提高数倍，对高稳定性、难降解有机污染物的分解效率高，如可以氧化臭氧单独氧化无法降解的小分子有机酸、醛等，可以将有机物完全矿化为二氧化碳、水和无机盐，不会产生二次污染，显著提高了出水的安全性。由于它是一种物理-化学处理过程，反应条件温和，通常对温度和压力无要求，很容易控制，以满足处理需要。
4.相关技术中的臭氧催化氧化反应装置中一般采用单级或多级氧化塔，传统提高氧化效率的方式，如提高气相中臭氧质量浓度、增加接触反应容器内的压力、采用涡轮喷射、机械搅拌等气液相传质的传统方法，导致废水、催化剂和臭氧之间的传质效率低，臭氧利用率有限。
5.另外，由于催化剂寿命有限，需要定期更换，现有的臭氧催化氧化反应装置不仅更换周期短，而且更换过程难度大，不易操作。


技术实现要素：

6.鉴于此，本实用新型提出了一种废水臭氧催化氧化塔及处理装置，旨在解决臭氧利用率低的问题。
7.一个方面，本实用新型提出了一种废水臭氧催化氧化塔，包括：内部中空的塔体，所述塔体的内部空间由下至上依次设置为缓冲配水区、催化剂区和产水区；设置于所述缓冲配水区内的臭氧曝气器，所述臭氧曝气器与所述塔体开设的臭氧进气口相连通；所述塔体还开设有与所述缓冲配水区相连通的废水进水口；设置于所述产水区的产水堰板，所述塔体对应所述产水堰板开设有产水口，所述产水口用于将处理后的从所述产水堰板溢流出的产水排出所述塔体。
8.进一步地，上述废水臭氧催化氧化塔中，所述臭氧曝气器包括：与所述臭氧进气口相连通的臭氧曝气管；连接于所述曝气管的至少多个臭氧曝气盘。
9.进一步地，上述废水臭氧催化氧化塔中，所述臭氧曝气管为同心设置且相互连通的多个环形管；所述臭氧曝气盘沿所述环形管的周向均匀分布。
10.进一步地，上述废水臭氧催化氧化塔中还包括：压力检测装置，用于检测所述塔体内的压力值；所述塔体还开设有清洗进水口和清洗排水口，用于在所述压力值高于预设值时向所述塔体内输入清洗液体和排出所述清洗液体；所述塔体还开设有清洗进气口和清洗排气口，用于在所述压力值高于预设值时向所述塔体内输入清洗气体及排出所述清洗气体，所述清洗气体用于对所述塔体内催化剂进行加压气吹扫。
11.进一步地，上述废水臭氧催化氧化塔中，所述清洗排水口位于所述产水口的下方。
12.进一步地，上述废水臭氧催化氧化塔中，所述催化剂区包括：横设于所述塔体内且可使所述废水流过的支撑滤板；所述支撑滤板上设置有级配滤料；所述级配滤料上设置有活性炭催化剂。
13.进一步地，上述废水臭氧催化氧化塔中，所述鹅卵石级配滤料和所述活性炭催化剂之间设置有编织网。
14.进一步地，上述废水臭氧催化氧化塔中，所述塔体在对应所述产水区且距离所述活性炭催化剂预设距离处开设有催化剂进料检修口；所述塔体在对应所述催化剂区布置活性炭催化剂的位置开设有催化剂排料检修口；和/或，所述塔体在对应所述缓冲配水区开设有设备检修口。
15.进一步地，上述废水臭氧催化氧化塔中，所述塔体的顶部开设有臭氧尾气收集口，用于将未溶解于所述废水中的臭氧输入尾气破坏器以还原为氧气。
16.本实用新型在塔体内设置了缓冲配水区，并在缓冲配水区内设置了臭氧曝气器，臭氧曝气器能够使臭氧在缓冲配水区的布气更加均匀，进而使臭氧和废水在达到催化剂区之前能够充分混合均匀。缓冲配水区内的有机废水、臭氧在塔体中向上流动进入催化剂区接触催化剂，曝出的臭氧能够使塔体内的催化剂分散于废水中，并随着废水一起流动，进一步增大有机废水、臭氧和催化剂的三相接触面积和反应时间，提高了三者之间的传质效率。
17.另一方面，本实用新型还提供了一种废水处理装置，该装置包括：至少两级上述任一种废水臭氧催化氧化塔，并且，上一级臭氧催化氧化塔的产水口与下一级臭氧催化氧化塔的进水口通过管路相连通。
18.由于废水臭氧催化氧化塔具有上述效果，所以具有该废水臭氧催化氧化塔的废水处理装置也具有相应的技术效果。
19.应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本技术。
附图说明
20.通过结合附图对本技术示例性实施方式进行更详细的描述，本技术的上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显，其中，在本技术示例性实施方式中，相同的参考标号通常代表相同部件。
21.图1为本实用新型实施例中提供的废水臭氧催化氧化塔的结构示意图；
22.图2为本实用新型实施例中提供的废水臭氧催化氧化塔中，臭氧曝气器的结构示意图；
23.图3为本实用新型实施例中提供的废水处理装置的结构示意图。
具体实施方式
24.下面将参照附图更详细地描述本技术的优选实施方式。虽然附图中显示了本技术的优选实施方式，然而应该理解，可以以各种形式实现本技术而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了使本技术更加透彻和完整，并且能够将本技术的范围完整地传达给本领域的技术人员。
25.在本技术使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本技术。在本技术和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。还应当理解，本文中使用的术语“和/或”是指并包含一个或多个相关联的列出项目的任何或所有可能组合。
26.应当理解，尽管在本技术可能采用术语“第一”、“第二”、“第三”等来描述各种信息，但这些信息不应限于这些术语。这些术语仅用来将同一类型的信息彼此区分开。例如，在不脱离本技术范围的情况下，第一信息也可以被称为第二信息，类似地，第二信息也可以被称为第一信息。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本技术的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
27.在本技术的描述中，需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本技术的限制。
28.除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本技术中的具体含义。
29.参见图1至图3，本实用新型实施例提供了一种废水臭氧催化氧化塔，该废水臭氧催化氧化塔包括：塔体100、臭氧曝气器200和产水堰板300。
30.其中，塔体100内部为中空，塔体100的内部空间由下至上(相对于图1所示状态而言)依次设置为缓冲配水区110、催化剂区120和产水区130。
31.臭氧曝气器200设置于缓冲配水区110内，塔体100开设有臭氧进气口140，臭氧曝气器200与臭氧进气口140相连通。臭氧进气口140与设置于塔体100外的臭氧发生器700相连通，参见图3，臭氧进气口140将臭氧发生器700产生的臭氧经过臭氧气源分配器710输送至缓冲配水区110内。
32.塔体100还开设有与缓冲配水区110相连通的废水进水口150，废水进水口150与设置于塔体100外的进水缓冲池500相连通，待处理废水存储在进水缓冲池500内，在废水进水口150和进水缓冲池500之间的连通管路上还设置有进水提升泵600。待处理废水和臭氧均输入至缓冲配水区110内，并在缓冲配水区110内充分混合后输入至催化剂区120。
33.产水堰板300设置于产水区130内，塔体100对应产水堰板300开设有产水口160，经催化剂区120处理后的废水进入产水区130，并通过产水堰板300溢流进而从产水口160排出塔体100外。
34.本实施例在塔体100内设置了缓冲配水区110，并在缓冲配水区110内设置了臭氧曝气器200，臭氧曝气器200能够使臭氧在缓冲配水区110的布气更加均匀，进而使臭氧和废水在达到催化剂区120之前能够充分混合均匀。缓冲配水区110内的有机废水、臭氧在塔体100中向上流动进入催化剂区120，接触催化剂，曝出的臭氧能够使塔体100内的催化剂分散于废水中，并随着废水一起流动，进一步增大有机废水、臭氧和催化剂的三相接触面积和反应时间，提高了三者之间的传质效率。
35.本实施例的臭氧利用率高达90％以上，催化剂用量少，且不需外加药剂，总处理成本较低，此外，本实施例装置操作简单，能够有效去除废水中的难降解有机污染物，可有效去除高浓度有机污染物，降低处理后废水中各项污染物指标，满足废水达标排放或者回用要求。
36.参见图2，上述实施例中的臭氧曝气器200包括：臭氧布气管210和臭氧曝气盘220。臭氧布气管210与臭氧进气口140相连通，多个臭氧曝气盘220均连接于臭氧布气管210，臭氧通过臭氧曝气盘220进入到缓冲配水区110，使臭氧和废水在缓冲配水区110的接触时间可以为5～10min。臭氧进气口140与臭氧发生器700及臭氧气源分配器710相连通。
37.具体地，臭氧布气管210为相互连通的多个环形管，臭氧曝气盘220沿环形管的周向均匀分布。臭氧曝气盘220可以为臭氧微孔曝气盘。优选地，各臭氧曝气盘220为同心设置。
38.本实施例中的臭氧曝气器200使臭氧在缓冲配水区110的布气更加均匀，不仅降低了臭氧耗用量，而且可以使臭氧和废水在达到催化剂区120之前充分混合均匀，提高了臭氧的有效利用率，从而减少了臭氧的用量，进而降低废水的处理成本。
39.需要说明的是，具体实施时，本实施例中的多个臭氧曝气盘220可以为两个，也可以为两个以上。
40.上述各实施例中还可以包括：压力检测装置170，用于检测塔体100内的压力值。压力检测装置170可以为压力变送器，设置在缓冲配水区110内，塔体100开设有压力变送器接口116。塔体100还开设有清洗进水口和清洗排水口180，用于在压力值高于预设值时向塔体100内输入清洗液体和排出清洗液体。具体实施时，将废水进水口150作为清洗进水口，将废水进水口150与清洗液体存储容器相连通，向塔体100内输送清洗液体。
41.需要说明的是，清洗液体可以为产水，也可以为原水，本实施例对清洗液体的具体类型不做任何限定。
42.此外，塔体100还开设有清洗进气口190a和清洗排气口190b，用于在压力值高于预设值时向塔体100内输入清洗气体及排出清洗气体，清洗气体用于对塔体100内催化剂进行加压气吹扫。清洗进气口190a与塔体100外的鼓风机800相连通，鼓风机800向塔体100内输送气体。
43.当压力检测装置170检测到的压力值大于预设值时，通过清洗进气口190a向塔体100内输送气体，对塔体进行加压，同时，通过清洗进水口150向塔体100内输送清洗液体，对催化剂进行气水联合清洗，清洗后的液体通过清洗排水口180排出，清洗用的气体通过清洗
排气口190b排出。
44.需要说明的是，具体实施时，压力的预设值可以根据实际情况来确定，本实施例对其不做任何限定。
45.本实施例的缓冲配水区110装有压力检测装置，可以实时监控系统运行压力，当系统运行压力超过一定限度时，系统启动鼓风机800及进水提升泵600，对催化剂执行气水联合清洗，保证系统运行的安全性和稳定性，因此本实施例无需频繁更换催化剂。
46.进一步地，清洗排水口180位于产水口160的下方。清洗排水口180位于产水口160下方，在对催化剂进行气水联合清洗前，需要先降低塔体100中的水位，产水采用产水堰溢流出水，避免清洗悬浮物或催化剂进入产水管当中。本实施例在塔体的底部还设有放空口118。本实施例中在塔体100内还设置有静压液位计115，用于监控系统运行液位和反洗液位。
47.继续参见图1，上述实施例中，催化剂区120包括：支撑滤板121、活性炭催化剂122和级配滤料。其中，支撑滤板121横设于塔体100内且可使废水流过，例如，支撑滤板121开设有通孔。级配滤料具体可包括4～8mm鹅卵石级配滤料123和8～16mm鹅卵石级配滤料124，并且，8～16mm鹅卵石级配滤料124置于4～8mm鹅卵石级配滤料123的下方。
48.鹅卵石级配滤料上设置有活性炭催化剂122。在实施例中的催化剂选用改性活性炭碳基催化剂，粒径2～4mm。在活性炭载体表面选择性的负载fe、mn等过渡金属活性组分及k、na等碱金属催化助剂，原位促进臭氧分解成羟基自由基并降解有机物，减少了臭氧的用量，从而降低废水的处理成本
49.进一步地，上述实施例中，级配滤料和活性炭催化剂122之间设置有编织网125。由于气水联合冲洗会引起级配滤料随气水流一起扰动，为防止改性活性炭催化剂进入缓冲配水区110，在鹅卵石级配滤料上面布有孔径1mm的不锈钢编织网，用于固定鹅卵石级配滤料。当然，具体实施时，编织网也可以为其他材料编制而成，本实施例对编织网的具体材料不做任何限定。
50.继续参见图1，上述实施例中，塔体100在对应产水区且距离活性炭催化剂预设距离处开设有催化剂进料检修口100a。
51.本领域技术人员可以理解，根据催化氧化停留时间的需要，设计催化剂进料检修口100a在塔体100的塔壁上的位置，因气水联合清洗会引起催化剂滤料层膨胀，所以催化剂进料检修口100a高度至少应位于催化剂滤料层上部0.5m。
52.塔体100在对应催化剂区布置活性炭催化剂的位置开设有催化剂排料检修口100b。为了便于催化剂从催化剂排料检修口100b排出，可以将在靠近催化剂底端的位置开设催化剂排料检修口100b，具体而言，将催化剂排料检修口100b设置在催化剂层底部且级配滤料的上部。
53.第一次填充催化剂时，打开位于催化剂上部的进料检修口100a填充催化剂。更换催化剂时，先打开催化剂层底部、级配滤料上部的催化剂排料检修口100b排出催化剂，然后关闭催化剂排料检修口100b，最后打开催化剂进料检修口100a，填充新的改性活性炭催化剂122后，关闭催化剂进料检修口100a，完成催化剂的更换过程。
54.进一步地，上述各实施例中，还可以在塔体100在对应缓冲配水区110开设有设备检修口100c，设备检修口100c用于对缓冲配水区100的支撑滤板121、臭氧布气管210、臭氧
曝气盘220进行检修。
55.上述实施例中，塔体100的顶部开设有臭氧尾气收集口111。塔体100内未溶解的臭氧需重新还原变为氧气，避免对大气环境造成污染。本实施例在塔体100的顶部设置有与臭氧尾气收集口111连通的臭氧尾气收集管，臭氧收集后进入尾气破坏器900，设计采用热触媒式或者催化作用使臭氧分解，将空气中残留臭氧还原为氧气，避免造成二次污染。
56.进一步地，塔体100与臭氧尾气破坏器900之间设有除雾器112，除雾器112的作用是脱除尾气中夹带的液滴，使臭氧在臭氧破坏系统中的处理更彻底。
57.本实施例中塔体100的顶部还装有双向呼吸阀113，双向呼吸阀113作为压力控制装置，保证系统在微负压状态下运行(0～0.5kpa)，既能够维持系统常压运行，又避免臭氧泄漏，保证系统运行的安全性和稳定性。
58.本实施例中的塔体100为密闭容器，为避免臭氧泄漏，保证作业人员的安全，塔体100整体采用ss316l材质，密封垫采用石棉材质，为了方便人工可以观测系统运行情况，在氧化塔塔壁设置视镜提供观测口114，视镜采用钢化玻璃材质。塔体100的底部设置有支腿117和放空口118。
59.本实施例还提供了一种废水处理装置，参见图3，该装置包括：至少两级上述任一种废水臭氧催化氧化塔，并且，各级废水臭氧催化氧化塔串联连接，即上一级臭氧催化氧化塔的产水口与下一级臭氧催化氧化塔的进水口通过管路相连通，难降解废水依次流经各级废水臭氧催化氧化塔。
60.臭氧进气口140与臭氧气源分配器710相连，臭氧气源分配器710与臭氧发生器700相连。本实施例通过臭氧气源分配器710合理分配臭氧发生器700产生的臭氧投加入一级废水臭氧催化氧化塔和二级废水臭氧催化氧化塔的比例。具体地，两级氧化塔臭氧投加比可为2:1，三级氧化塔臭氧投加比可为6:3:1，本实施例在降低臭氧实际耗用量的同时保证了催化氧化反应的速率，避免了过量提高臭氧浓度所造成的浪费，从而降低废水的处理成本。
61.本实施例通常应用于难降解废水的深度处理置，难降解废水经处理后进入本装置进水缓冲池，废水经进水提升泵送至废水进口，经臭氧催化氧化处理后，从氧化塔上部的产水堰板溢流产水，可送至企业外排水出口或者回用水输送单元。
62.下面以具有两级废水臭氧催化氧化塔为例，对本实施例的运行过程进行说明。
63.参见图3，一级废水臭氧催化氧化塔a和二级废水臭氧催化氧化塔b串联，一级废水臭氧催化氧化塔a和二级废水臭氧催化氧化塔b均设置产水堰板通过溢流的方式出水，其中一级废水臭氧催化氧化塔a的产水堰板高度应高于二级废水臭氧催化氧化塔b。
64.应当理解，在废水进水口150、产水口160、清洗排水口180、清洗进气口190a、清洗排气口190b、臭氧进气口140、臭氧尾气收集口111、放空口118与对应的连通管道上都应设置有阀门c，以进行各管道打开和关闭的操作。
65.正常运行时，启动臭氧发生器700，臭氧气源分配器710可手动调节臭氧的投加浓度，经2:1分配后分别送往一级废水臭氧催化氧化塔a和二级废水臭氧催化氧化塔b。打开一级废水臭氧催化氧化塔a和二级废水臭氧催化氧化塔b的臭氧进气口140的阀门，启动臭氧尾气破坏器900，打开一级废水臭氧催化氧化塔a和二级废水臭氧催化氧化塔b的臭氧尾气收集口111的阀门，最后启动进水提升泵600，打开一级废水臭氧催化氧化塔a的废水进水口150的阀门和产水口160的阀门，打开二级废水臭氧催化氧化塔b的产水口160的阀门，进水
提升泵600通过管路从进水缓冲池500取水，难降解废水依次流经的一级废水臭氧催化氧化塔和二级废水臭氧催化氧化塔进行处理。
66.压力检测装置170检测的压力值超过预设值时会发送报警信号，进行气水联合清洗操作。
67.假设一级废水臭氧催化氧化塔a正常运行时有效水深为5m，加上管道损失、级配和催化剂的滤料的阻力，压力变送器数值按5.5m设计。随反应进行，改性活性炭催化剂滤料122发生污堵，当压力变送器数值达到6.5m(既升压达到1.0m，具体数值以实际运行数值为准)时，压力变送器170发送报警信号，此时需要进行一级废水臭氧催化氧化塔的气水联合清洗操作。
68.假设二级废水臭氧催化氧化塔正常运行时有效水深为4.5m，加上管道损失、级配和催化剂的滤料的阻力，压力变送器数值按5m(具体数值以实际运行数值为准)设计。随反应进行，改性活性炭催化剂滤料122发生污堵，当压力变送器数值达到5.5m(既升压达到0.5m，具体数值以实际运行数值为准)时，压力变送器170发送报警信号，此时需要进行二级废水臭氧催化氧化塔b的气水联合清洗操作。
69.一级废水臭氧催化氧化塔a和二级废水臭氧催化氧化塔b的压力变送器报警，系统执行气水联合清洗操作过程如下：
70.关闭臭氧发生器700，和臭氧进气口140的进气阀，关闭臭氧尾气破坏器900，关闭臭氧尾气收集口111处的阀门，关闭废水进水口150处的阀门和产水口160处的阀门。打开清洗排水口180处的阀门，让塔体100内有效水深降低到清洗液位，然后打开清洗进气口190a处的阀门以及清洗排气口190b处的阀门，启动鼓风机800，同时打开进水提升泵600和清洗进水口处的阀门，气水联合冲洗2min；最后，停止鼓风机800，关闭清洗进气口190a处的阀门和清洗排气口190b处的阀门，关闭清洗进水口150处的阀门，关闭清洗排水口180处的阀门，气水联合清洗结束。保持打开废水进水口150处的阀门，打开产水口160处的阀门，同时，启动尾气破坏器900，打开臭氧尾气收集口111处的阀门，启动臭氧发生器700，打开臭氧进气口140处的阀门，恢复正常产水状态；观察臭氧催化氧化塔压力变送器的显示数值是否恢复正常，若未恢复正常运行压力，需重复以上操作。
71.由于废水臭氧催化氧化塔具有上述效果，所以具有上述臭氧催化氧化塔的废水处理装置也具有相应的技术效果。
72.显然，本领域的技术人员可以对本实用新型进行各种改动和变型而不脱离本实用新型的精神和范围。这样，倘若本实用新型的这些修改和变型属于本实用新型权利要求及其等同技术的范围之内，则本实用新型也意图包含这些改动和变型在内。