【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及一種基于臭氧氧化的循環式廢水處理系統。
技術介紹
1、臭氧氧化作為一種高級氧化技術在水處理領域得到了廣泛應用。臭氧具有強氧化性，酸性環境下氧化電位(2.07mv)僅低于氟(3.06mv)，主要通過臭氧分子直接氧化和分解產生活性氧物種(ros)實現有機物的去除。臭氧分子直接氧化具有選擇性，對某些污染物氧化降解效果不明顯。ros包含羥基自由基、單線態氧和超氧陰離子自由基等多種形式，氧化電位均超過臭氧分子，特別是羥基自由基氧化電位可達2.80mv。但ros半衰期非常短暫，且單獨臭氧分子分解產生ros效率較低，需依賴高活性催化劑快速且穩定地生成。因此，通過催化臭氧產生ros的催化氧化技術成為當下的研究熱點。
2、臭氧催化主要通過均相催化和非均相催化實現。均相催化即使用溶解性的金屬離子或氧化劑作為臭氧反應的催化劑，常使用mn2+、fe2+、co2+、cr3+等過渡金屬離子及h2o2等氧化劑促進ros產生。非均相催化即使用固體催化劑，臭氧被催化劑吸附至表面產生ros，利用ros氧化同樣被吸附在催化劑表面的有機物，或通過擴散氧化周圍水環境中的有機物。故非均相催化依賴催化劑表面的特征官能團或酸性點，這些催化活性位點是主要的吸附中心或反應活性中心，因此相關研究集中在負載型催化劑，提高催化活性位點的分散性和穩定性，但仍受催化劑比表面積和孔結構大小的限制，影響臭氧分子和固體催化劑之間的傳質效果，進而影響催化氧化效能。而均相催化中，以離子形式存在的催化劑能充分與臭氧分子混合，一定程度上可忽視接觸面積和傳質影響，但需復雜的分離技
3、除催化劑的性質和形態影響臭氧催化效能外，臭氧分子溶解度也影響液態臭氧分子與催化劑的接觸程度?，F階段，主要采用曝氣方式實現臭氧催化氧化，即通過風機向反應池中通入臭氧氣體，氣泡上浮過程中與底部催化劑及水體污染物接觸反應，實現污染物去除。但由于臭氧在水中溶解度小、傳質速率慢，導致臭氧利用率低，因此為達到處理目標通常需要過量投加臭氧，一方面增加運行成本，另一方面過多的臭氧逸散會對環境造成影響。
技術實現思路
1、專利技術目的：本專利技術目的旨在提供一種基于臭氧氧化的循環式廢水處理系統，該系統一方面通過提高氣液接觸程度提高臭氧分子在水體中的溶解度，一方面通過形成微納米氣泡提高臭氧分子和固體催化劑之間的傳質效果，從而提高催化氧化效能，實現大幅提高對廢水中有機物的降解率。
2、技術方案：本專利技術所述的循環式廢水處理系統，包括廢水調節池、臭氧發生系統、臭氧增壓系統、加壓溶氣罐、反應罐以及催化劑循環系統；所述加壓溶氣罐頂部設有多組液體噴淋口，下部設有多組氣體噴淋口，在氣體噴淋口下方設有收集槽；
3、其中，廢水調節池內的廢水經過加壓后從加壓溶氣罐頂部液體噴淋口進入加壓溶氣罐；臭氧發生系統產生的臭氧通過臭氧增壓系統加壓后從加壓溶氣罐下部氣體噴淋口進入加壓溶氣罐，加壓后的廢水與加壓后的臭氧在加壓溶氣罐內形成對流系統；加壓溶氣罐內設有用于促進臭氧和廢水接觸程度的接觸區，對流的氣水在接觸區中接觸形成溶氣水，溶氣水落入加壓溶氣罐底部的收集槽內；
4、所述反應罐底部設有催化劑釋放口以及多個溶氣水釋放口，多個溶氣水釋放口以催化劑釋放口為圓心呈環型排布在催化劑釋放口外圍；收集槽內溶氣水從溶氣水釋放口進入反應罐，催化劑顆粒從催化劑釋放口進入反應罐；所述反應罐頂部設有催化劑顆粒與水的分離裝置，分離后的水從側壁的出水口排出反應罐，分離后的催化劑顆粒從側壁的出料口排出反應罐，進入催化劑循環系統。
5、其中，所述臭氧發生系統包括純氧儲氣罐和臭氧發生器；以純氧作為氣源保證臭氧濃度，臭氧發生器進氣量為3～5l/min，調節臭氧發生器臭氧濃度閥門，控制出口臭氧濃度為30～40mg/l。
6、其中，所述臭氧增壓系統包括空壓機(空氣壓縮機)、氣驅型柱塞泵和臭氧儲氣罐；空壓機產生的壓縮空氣作為柱塞泵驅動臭氧氣體，將臭氧壓力壓縮至0.4～0.6mpa后儲存在臭氧儲氣罐，保壓至0.4～0.6mpa，而后由加壓溶氣罐下部氣體噴淋口進入加壓溶氣罐內，氣體流速為1～5l/min。
7、以柱塞泵對臭氧氣體加壓，加壓后的臭氧氣體與加壓后的廢水在加壓溶氣罐內呈對流接觸。根據亨利定律，臭氧氣體液相飽和濃度與氣相壓力成正比。本專利技術中加壓溶氣罐具備0.6mpa的壓力，而常規曝氣釋放壓力一般為0.3mpa，與之相比可增加液相溶解度；同時由于氣體與廢水直接接觸，水體的高比熱容可緩解氣體加壓時產熱情況，避免高溫下加劇臭氧自分解；另一方面，加壓溶氣罐內設有用于促進臭氧和廢水接觸程度的接觸區，其結構能夠可增加氣液接觸面湍流程度，基于氣液傳質方程，增加湍流程度可減少氣相和液相接觸面積進而增加臭氧分子氣液傳質速率，加快臭氧氣相分子向液相轉移，提高臭氧分子在水體中的溶解度。
8、其中，經加壓后的廢水與加壓后的臭氧在加壓溶氣罐內形成對流系統，加壓溶氣罐內保壓至0.5mpa；用于促進臭氧和廢水接觸程度的接觸區的高度不小于加壓溶氣罐高度的2/3，接觸區包括上下兩個固定在加壓溶氣罐側壁上的316不銹鋼鋼絲網，還包括在兩個鋼絲網之間放置的多個呈橢圓形的氯化聚氯乙烯球，堆積的氯化聚氯乙烯球之間形成空隙，使得氣水僅能從空隙中通過，促進臭氧和廢水的接觸程度；溶氣水落入加壓溶氣罐底部的收集槽中，收集槽通過管道與反應罐底部連接，經加壓溶解后的溶氣水于反應罐底部溶氣水釋放口釋放。接觸區中，氯化聚氯乙烯球的填充體積為接觸區體積的2/3左右。
9、其中，溶氣水釋放口的個數為6～8個，以催化劑釋放口為中心點，呈圓周型排布。在壓差作用下，加壓溶氣水迅速形成微納米氣泡，氣泡與微晶催化劑接觸，經催化產生的大量活性氧物種(ros)氧化去除廢水中cod。一方面形成的微納米氣泡粒徑小，水力停留時間大于普通曝氣方式，可與催化劑充分接觸，持續產生ros；另一方面，隨著微納米氣泡上浮，可帶動微晶催化劑呈流化態，并緩慢上升至反應罐頂部。
10、其中，所述分離裝置為設置在反應罐頂部的刮板，刮板與反應罐外部驅動機構連接，在驅動機構帶動下轉動，刮板下邊沿的高度與反應罐出水口的高度一致，刮板將水表面的微晶催化劑刮至與反應罐側壁出料口連接的催化劑收集槽中。
11、其中，所述催化劑循環系統包括依次連接的催化劑收集槽、催化劑清洗槽和催化劑循環槽；所述收集槽底部呈漏斗狀，催化劑從漏斗狀底部進入催化劑清洗槽中心點；清洗槽內部為螺旋結構；經清洗后進入催化劑循環槽，而后通過螺桿泵(催化劑經清洗后是固液混合狀態，通過螺桿泵泵送催化劑顆粒物，能實現更好的固液分離，并且使催化劑顆粒物不受損傷)送入催化劑釋放口。微晶催化劑在釋放口處與加壓溶氣水混合接觸，上浮過程中持續促進產生ros，至反應罐頂部時由刮板刮至催化劑收集槽，實現微晶催化劑循環。
12、其中，反應罐出水口處設有擋板，以防催化劑溢出；經處理后的水由反應罐側壁上的出水口流出反應罐。
13、其中，所述微晶催化劑的制備方本文檔來自技高網...
【技術保護點】
1.一種基于臭氧氧化的循環式廢水處理系統，其特征在于：包括加壓溶氣罐和反應罐；加壓溶氣罐頂部設有多組液體噴淋口，下部設有多組氣體噴淋口；廢水經加壓后從加壓溶氣罐頂部液體噴淋口進入加壓溶氣罐；臭氧通過臭氧增壓系統加壓后從加壓溶氣罐下部氣體噴淋口進入加壓溶氣罐，加壓后的廢水與加壓后的臭氧在加壓溶氣罐內形成對流系統；加壓溶氣罐內設有用于促進臭氧和廢水接觸程度的接觸區，對流的氣水在接觸區中接觸形成溶氣水；反應罐底部設有催化劑釋放口以及多個溶氣水釋放口，多個溶氣水釋放口以催化劑釋放口為圓心呈環型排布在催化劑釋放口外圍；溶氣水從溶氣水釋放口進入反應罐，催化劑顆粒從催化劑釋放口進入反應罐。
2.根據權利要求1所述的循環式廢水處理系統，其特征在于：所述臭氧增壓系統將臭氧壓力壓縮至0.4～0.6Mpa；臭氧由加壓溶氣罐下部氣體噴淋口進入加壓溶氣罐內的氣體流速為1～5L/min。
3.根據權利要求1所述的循環式廢水處理系統，其特征在于：經加壓后的廢水與加壓后的臭氧在加壓溶氣罐內形成對流系統，加壓溶氣罐內保壓至不低于0.5Mpa。
4.根據權利要求1所述的循環式廢水
5.根據權利要求1所述的循環式廢水處理系統，其特征在于：溶氣水釋放口的個數為6～8個，以催化劑釋放口為中心點，呈圓周型排布。
6.根據權利要求1所述的循環式廢水處理系統，其特征在于：還包括設置在反應罐頂部的分離裝置，所述分離裝置為刮板，刮板與反應罐外部驅動機構連接，在驅動機構帶動下轉動，刮板下邊沿的高度與反應罐出水口的高度一致，刮板將水表面的微晶催化劑刮至與反應罐側壁出料口連接的催化劑收集槽中。
7.根據權利要求1所述的循環式廢水處理系統，其特征在于：還包括催化劑循環系統；所述催化劑循環系統包括依次連接的催化劑收集槽、催化劑清洗槽和催化劑循環槽；所述收集槽底部呈漏斗狀，催化劑從漏斗狀底部進入催化劑清洗槽中心點；清洗槽內部設有螺旋結構；經清洗后進入催化劑循環槽，而后通過螺桿泵送入催化劑釋放口。
8.根據權利要求1所述的循環式廢水處理系統，其特征在于：反應罐出水口處設有擋板；經處理后的水由反應罐側壁上的出水口流出反應罐。
9.根據權利要求1所述的循環式廢水處理系統，其特征在于：所述催化劑的制備方法，包括如下步驟：
10.根據權利要求9所述的循環式廢水處理系統，其特征在于：步驟(2)中，造粒機的轉速約500～1000r/min，粘結劑溶液為質量濃度5％～20％的聚乙烯醇溶液、質量濃度0.1％～1％的聚丙烯酰胺溶液或質量濃度1％～3％的羥乙基纖維素溶液中的一種；或者上述任意幾種的組合。
...【技術特征摘要】
1.一種基于臭氧氧化的循環式廢水處理系統，其特征在于：包括加壓溶氣罐和反應罐；加壓溶氣罐頂部設有多組液體噴淋口，下部設有多組氣體噴淋口；廢水經加壓后從加壓溶氣罐頂部液體噴淋口進入加壓溶氣罐；臭氧通過臭氧增壓系統加壓后從加壓溶氣罐下部氣體噴淋口進入加壓溶氣罐，加壓后的廢水與加壓后的臭氧在加壓溶氣罐內形成對流系統；加壓溶氣罐內設有用于促進臭氧和廢水接觸程度的接觸區，對流的氣水在接觸區中接觸形成溶氣水；反應罐底部設有催化劑釋放口以及多個溶氣水釋放口，多個溶氣水釋放口以催化劑釋放口為圓心呈環型排布在催化劑釋放口外圍；溶氣水從溶氣水釋放口進入反應罐，催化劑顆粒從催化劑釋放口進入反應罐。
2.根據權利要求1所述的循環式廢水處理系統，其特征在于：所述臭氧增壓系統將臭氧壓力壓縮至0.4～0.6mpa；臭氧由加壓溶氣罐下部氣體噴淋口進入加壓溶氣罐內的氣體流速為1～5l/min。
3.根據權利要求1所述的循環式廢水處理系統，其特征在于：經加壓后的廢水與加壓后的臭氧在加壓溶氣罐內形成對流系統，加壓溶氣罐內保壓至不低于0.5mpa。
4.根據權利要求1所述的循環式廢水處理系統，其特征在于：所述接觸區包括上下兩個固定在加壓溶氣罐側壁上的不銹鋼鋼絲網，還包括在兩個鋼絲網之間放置的多個呈橢圓形的氯化聚氯乙烯球，堆積的氯化聚氯乙烯球之間形成空隙，使得氣水僅能從空隙中通過；接觸區中，氯化聚氯乙烯球的填充體積為接觸區體積的2/3～3/4。
【專利技術屬性】
技術研發人員：熊江磊，侯中科，申季剛，羅嘉豪，周偉，于紅，向秋虹，馮騫，
申請(專利權)人：中國電子系統工程第二建設有限公司，
類型：發明
國別省市：
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