申请日2014.05.09
公开(公告)日2014.08.27
IPC分类号C02F101/30; C02F1/78
摘要
本发明涉及一种难降解有机废水臭氧催化氧化处理装置及工艺。所述装置包括催化氧化塔、其底部入口连接的臭氧发生器及其顶部出口连接的尾气处理再利用系统;所述尾气处理再利用系统的出口连接臭氧发生器的入口;所述尾气处理再利用系统包括依次连接的二氧化碳吸收塔、干燥单元及氧气储罐。本发明利用纯氧通过臭氧发生器产生高浓度的臭氧，在催化氧化塔中臭氧催化氧化有机废水中的大分子难降解有机污染物，尾气经尾气处理再利用系统作为臭氧发生器的气源循环利用。本发明通过尾气处理再利用系统去除二氧化碳及水蒸气，使尾气得到净化，避免造成二次污染的同时提高氧气利用率，降低处理成本。
权利要求书
1.一种难降解有机废水臭氧催化氧化处理装置，其特征在于，所述装置包 括催化氧化塔(3)、其底部入口连接的臭氧发生器(5)及其顶部出口连接的尾 气处理再利用系统;所述尾气处理再利用系统的出口连接臭氧发生器(5)的入 口;
所述尾气处理再利用系统包括依次连接的二氧化碳吸收塔(10)、干燥单元 及氧气储罐(15)。
2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述干燥单元包括吸附干燥机 (13)和冷冻干燥机(14);
优选地，所述催化氧化塔(3)与二氧化碳吸收塔(10)之间设有除雾器(9);
优选地，所述氧气储罐(15)与臭氧发生器(5)之间设有防爆风机(16) 和稳压阀(17)。
3.如权利要求1或2所述的装置，其特征在于，所述二氧化碳吸收塔(10) 顶部设有吸收液入口，所述吸收液入口连接吸收液储槽(11);
优选地，所述吸收液储槽(11)与吸收液入口之间设有计量泵(12);
优选地，所述二氧化碳吸收塔(10)底部设有尾气入口。
4.如权利要求1-3之一所述的装置，其特征在于，所述催化氧化塔(3) 内部填装催化剂部件(6);
优选地，所述催化氧化塔(3)中催化剂部件(6)上方设有废水入口，下 方设有臭氧入口，有机废水与臭氧在催化剂部件(6)中逆流接触。
5.如权利要求1-4之一所述的装置，其特征在于，所述催化氧化塔(3) 为密闭容器，塔内衬聚四氟乙烯。
6.如权利要求1-5之一所述的装置，其特征在于，所述催化氧化塔(3) 塔顶装有呼吸阀(7)和微压表(8)。
7.如权利要求4所述的装置，其特征在于，所述催化氧化塔(3)的废水 入口与储水池(1)通过进水泵(2)相连，臭氧入口与臭氧发生器(5)相连; 所述催化氧化塔(3)的底部还连接有出水池(4)。
8.如权利要求7所述的装置，其特征在于，所述装置的管路采用聚四氟乙 烯密封件。
9.一种利用如权利要求1-8之一所述装置处理难降解有机废水的工艺，其 特征在于，所述工艺包括如下步骤：
1)难降解有机废水自上而下进入催化氧化塔(3)，以纯氧为气源的臭氧发 生器(5)产生臭氧，臭氧自下而上进入催化氧化塔(3)对废水进行催化氧化 处理;
2)臭氧催化氧化处理所产生的尾气自下而上进入二氧化碳吸收塔(10)， 经吸收后的气体再经烦躁单元处理后进入氧气储罐(15)，再输送至臭氧发生器 (5)继续循环利用。
10.如权利要求9所述的工艺，其特征在于，以COD计的难降解有机物与 臭氧的投料质量比为1:1～2;
优选地，所述难降解有机废水和臭氧发生器产生的臭氧流量比为1:0.5～1.5。
说明书
一种难降解有机废水臭氧催化氧化处理装置及工艺
技术领域
本发明涉及有机废水深度处理领域，提供了一种有机废水臭氧催化氧化处 理装置及工艺，特别是涉及一种能够循环利用氧气的难降解有机物废水的臭氧 催化氧化处理工艺。
背景技术
臭氧具有极强的氧化能力，它在水中的氧化还原电位为2.07eV。用臭氧处 理废水的方法叫臭氧化法，属于化学氧化法的一种。在国外，臭氧己经作为饮 用水的消毒剂得到广泛的应用，它能快速有效地杀死水中的细菌和病毒，除去 水中的异味。臭氧还被用来处理工业废水，能有效除去废水中的许多有机和无 机污染物，降低废水的BOD和COD，并对脱色、除臭、杀菌有显著效果。臭 氧化法和生化法、活性炭吸附等方法相比有许多优点。臭氧的氧化能力强，净 化效果好，可以在较短的时间内使废水中的污染物降低到允许排放浓度，还能 消除废水中致癌性的卤代有机物前体，将污染物降解为毒性小或无毒害的物质， 工艺简单、安全可靠、不产生二次污染。
国内外在臭氧用于处理饮用水和废水的研究方面一直非常活跃，从臭氧单 独氧化发展到高级氧化过程，作用机理主要是加快臭氧氧化反应的速率。多数 臭氧吸收过程是由臭氧分子在水中的扩散过程控制或扩散和反应同时控制的过 程。因此如何强化传质，提高臭氧的利用效率，是臭氧化水处理技术中一个很 重要的方面。
CN 1884125A公开的臭氧/活性炭处理有机废水的装置，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泵入装置，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。
CN 101050016A涉及一种在输送管道中臭氧处理印染废水的方法。该发明 可在3～10m长的输运管道中完成臭氧对印染废水的深度处理，印染废水通过射 流器与臭氧混合接触。
CN 20142788Y涉及一种撞击流强化臭氧处理有机废水的装置，主要包括臭 氧发生器、撞击混合器、环流反应器和尾气处理槽，利用喷嘴使臭氧和废水的 混合物在撞击混合器中高速相向撞击，经充分撞击混合后的液体流经液体输送 管进入环流反应器，形成气、液、固三相环流催化氧化反应，尾气进入尾气处 理槽处理后排放，尾气排放口下端的圆弧形液沫挡板可以防止尾气液沫夹带， 处理后的废水从反应废水排放口排出。
臭氧工艺自投入废水深度处理领域以来，大多的研究关注提高臭氧浓度和 臭氧的利用率。采用纯氧作为气源，可得到浓度高达10%左右的臭氧，通过催 化剂的使用可提高臭氧利用率。另一方面，由于纯氧价格较高，需要在提高臭 氧利用率的基础上，进一步提高氧气的利用率。
发明内容
本发明的目的在于针对现有臭氧处理有机废水工艺中氧气利用率低的问 题，提供了一种难降解有机废水臭氧催化氧化处理装置及工艺，在有效去除高 浓度有机污染物，降低处理后废水中各项污染物指标的同时，提高氧气的利用 率，降低处理成本。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
本发明的目的之一在于提供一种难降解有机废水臭氧催化氧化处理装置， 所述装置包括催化氧化塔、其底部入口连接的臭氧发生器及其顶部出口连接的 尾气处理再利用系统;所述尾气处理再利用系统的出口连接臭氧发生器的入口; 所述尾气处理再利用系统包括依次连接的二氧化碳吸收塔、干燥单元及氧气储 罐。
从催化氧化塔塔顶排出的尾气为含有少量二氧化碳和水蒸气的氧气。进入 尾气处理再利用系统后，通过二氧化碳吸收、干燥后去除二氧化碳及水蒸气， 使尾气得到净化，避免造成二次污染的同时提高氧气利用率，降低处理成本。 本发明所述二氧化碳吸收塔用于去除尾气中的二氧化碳气体，干燥单元用于去 除尾气中的水蒸气，经处理后得到净化的氧气进入氧气储罐。
在催化氧化塔内，臭氧与废水中的难降解有机物反应生成二氧化碳和水， 臭氧利用率达90%以上，剩余臭氧自分解掉。但是，尾气中仍然有90%以上的 氧气以尾气的形式排出催化氧化塔，进入尾气处理再利用系统。尾气去除二氧 化碳和水蒸气后，氧气的浓度高于95%。
以下为本发明的优选形式，本发明包括但不仅限于以下具体结构。
所述干燥单元包括吸附干燥机和冷冻干燥机。本发明通过吸附干燥和冷冻 干燥方式去除尾气中的水蒸气。
所述催化氧化塔与二氧化碳吸收塔之间设有除雾器。除雾器的作用是脱除 尾气中夹带的液滴，使尾气在尾气处理再利用系统中的处理更彻底。
所述氧气储罐与臭氧发生器之间设有防爆风机和稳压阀。氧气储罐连接有 防爆风机，防爆风机用于将氧气储罐中的氧气增压并输送，通过稳压阀将氧气 稳定至合适的压力供臭氧发生器使用，作为补充气源。
所述二氧化碳吸收塔顶部设有吸收液入口，所述吸收液入口连接吸收液储 槽。所述吸收液储槽与吸收液入口之间设有计量泵。所述二氧化碳吸收塔底部 设有尾气入口。碱性吸收液自吸收液储槽经计量泵输送至吸收塔顶部吸收液入 口，吸收液入口与吸收塔内部喷淋装置连接，吸收液至上而下喷淋，与自下而 上进入二氧化碳吸收塔的尾气逆流接触，尾气中的二氧化碳得到吸收去除，吸 收液通过位差回流至吸收液储槽，通过在线监测吸收液的pH值进行吸收液的排 放和更换。
所述催化氧化塔内部填装催化剂部件。本发明采用纯氧作为气源产生浓度 约为10%的臭氧气体，在催化氧化塔内直接填装催化剂部件，进入的臭氧气体 通过固体催化剂的截流在塔内均匀分布，与催化剂的接触面更大，强化了传质， 提高了臭氧利用率。臭氧分子(O3)在催化剂作用下可高效转化为羟基自由基 (·OH)，羟基自由基由于其极强的氧化性可有效去除废水中的有机污染物，催 化氧化的效率更高并且对污染物没有选择性，可明显增强对芳香族化合物、含 氮及杂环类等有潜在危害的有机物的去除能力，增强臭氧氧化对有机物的破坏 力和无机化程度。
所述催化氧化塔中催化剂部件上方设有废水入口，下方设有臭氧入口，有 机废水与臭氧在催化剂部件中逆流接触。逆流接触的目的是进一步增大有机废 水与臭氧的接触面积，使催化氧化反应更彻底。
本发明所述催化氧化塔为密闭容器，避免有毒臭氧释放和人员直接接触， 保证装置的操作安全性。催化氧化塔内衬聚四氟乙烯。聚四氟乙烯具有密封性、 高润滑不粘性、电绝缘性和良好的抗老化能力，耐温优异，化学稳定性、耐腐 蚀性良好。
所述催化氧化塔塔顶装有呼吸阀和微压表。微压表用于监控系统运行压力。 呼吸阀作为压力控制装置，保证系统在微负压状态下运行(0～500pa)，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。
所述催化氧化塔的废水入口与储水池通过进水泵相连，臭氧入口与臭氧发 生器相连;所述催化氧化塔的底部还连接有出水池。
所述装置的管路采用聚四氟乙烯密封件。
本发明的目的之二在于提供一种利用所述装置处理难降解有机废水的工 艺，所述工艺包括如下步骤：
1)难降解有机废水自上而下进入催化氧化塔，以纯氧为气源的臭氧发生器 产生臭氧，臭氧自下而上进入催化氧化塔对废水进行催化氧化处理;
2)臭氧催化氧化处理所产生的臭氧尾气自下而上进入二氧化碳吸收塔，经 吸收后的气体再经干燥单元处理后进入氧气储罐，再输送至臭氧发生器继续循 环利用。
以COD计的难降解有机物与臭氧的投料质量比为1:1～2，例如可选择 1:1.01～1.96，1:1.2～1.85，1:1.28～1.7，1:1.4～1.62，1:1.53等。
所述难降解有机废水和臭氧发生器产生的臭氧流量比为1:0.5～1.5，例如可 选择1:0.52～1.47，1:0.6～1.3，1:0.75～1.2，1:0.9～1.14，1:1.08等。
本发明所述一种难降解有机废水臭氧催化氧化处理工艺具体如下：
1)难降解工业废水自废水储槽经提升泵自上而下进入载有催化剂部件、呼 吸阀和防爆阀的催化氧化塔，以纯氧为气源的臭氧发生器产生臭氧，臭氧自下 而上进入催化氧化塔，废水经处理后进入出水池;
(2)步骤(1)所产生的臭氧尾气经除雾器自下而上进入二氧化碳吸收塔， 吸收液储槽中的吸收液通过计量泵自上而下在二氧化碳吸收塔中循环;经二氧 化碳吸收后的气体经吸附干燥机和冷冻干燥机后进入氧气储罐，通过防爆风机 将氧气储罐中的氧气经稳压阀输送至臭氧发生器继续循环利用。
本发明所述的难降解有机废水臭氧催化氧化处理装置，通常应用于有机工 业废水的深度处理，在废水一级和二级处理装置后加装本装置。有机废水经一 级和二级处理后进入储水池，废水经进水泵送至废水进口，经臭氧催化氧化处 理后，从底部排水口可送至企业外排水出口或者回用使用单元。
与已有技术方案相比，本发明具有以下有益效果：
本发明臭氧利用率高，可达90%以上，电耗较低，且不需外加药剂，处理 成本较低。氧气利用率高，较传统方法可由10%提高至99%以上，且无有害尾 气排出，极大降低氧气成本。催化氧化塔为密闭容器，通过匹配进、出气量， 并配备微压表和呼吸阀，维持系统为常压操作，保证系统的安全性。
本发明操作简单，能够有效实现废水中有机污染物的去除;处理过程全密 闭，同时设置了尾气处理再利用系统，避免有毒臭氧释放，避免人员直接接触， 确保了处理过程的安全性;同时，由于配备了催化剂，系统运行成本较低，有 利于推广使用。