一种基于臭氧的深度处理装置及废水深度处理系统

技术领域

本发明涉及工业废水的深度处理技术领域，更具体的是涉及一种基于臭氧的深度处理装置及废水深度处理系统。

背景技术

臭氧在常温常压下是一种不稳定、具有特殊刺激性气味的浅蓝色气体。臭氧具有极强的氧化性能，在碱性溶液中拥有2.07V的氧化电位，其氧化能力仅次于氟，高于氯和高锰酸钾。基于臭氧的强氧化性，且在水中可短时间内自行分解，没有二次污染，是理想的绿色氧化药剂。目前，臭氧氧化法及其衍生技术在许多水处理工程中得到了应用。由于臭氧分子中的氧原子具有强烈的亲电子或亲质子性，臭氧分解产生的新生态氧原子，可在水中形成具有强氧化作用的羟基自由基·OH，它们的高度活性在水处理中可用于杀菌消毒、破坏有机物结构等等，其副产物无毒，基本无二次污染。臭氧应用于水处理过程中其作用主要是除臭、脱色、杀菌和去除有机物。

目前市售的臭氧-过氧化氢深度处理废水装置多为中空罐体，在臭氧气泡的作用下，顶部水体与底部水体对流混合，反应器内为完全混合的流态。该流态类型虽能使臭氧、过氧化氢、有机物三者充分混合；但也导致出水中仍然含有一定浓度的、未被彻底降解的有机污染物。

CN1296291C公开了一种用过氧化氢催化臭氧化有机物过程的水处理反应装置，该装置的结构特点为：用过氧化氢分子渗透膜将反应器的内部分隔成反应腔和过氧化氢腔两部分，并在反应腔内壁固定了若干块交错排列的挡板。该反应器运行时，臭氧通过曝气头分散在反应腔内；过氧化氢则通过过氧化氢分子渗透膜中均匀分布的细小微孔渗透进反应腔中，减少了羟基自由基之间的淬灭及与过氧化氢反应的数量。挡板的存在则使得水体曲折向上运动，形成紊流，使臭氧和过氧化氢混合得更充分。该发明设置的挡板，会导致臭氧气泡在挡板处积聚变大，成团上浮，气液传质效率下降，进而导致臭氧利用率下降；且工业废水水质复杂，矿化作用产生的碳酸盐与废水中存在的某些金属离子结成为微溶或难溶盐，可能会沉积在过氧化氢分子渗透膜上，造成膜堵塞。

基于UV/O

发明内容

本发明的目的在于：提供一种内部结构复杂程度较低、维修保养难度小、有机污染物氧化彻底的臭氧-过氧化氢深度处理废水的装置；并提供一种基于上述装置的工业废水深度处理系统。

本发明采用的技术方案如下：一种基于臭氧的深度处理装置，包括反应釜，所述反应釜内设置混流组件，该混流组件的上方设置有布水器，该混流组件的下方设有射流器安装口，该反应釜的底部开有出水口，该反应釜的顶端开有尾气排气口和进水口，所述布水器与反应釜的进水口连通；所述混流组件包括A型塔板、B型塔板和 C型塔板，所述A型塔板设置有两个，两个A型塔板之间交错设置有B型塔板和C型塔板；所述A型塔板、B型塔板和 C型塔板的直径相同并且均开有圆形孔洞，所述A型塔板为圆板状，B型塔板中间开有圆形缺口，C型塔板边缘上开有四个相同规格的半圆形缺口，其中，B型塔板和 C型塔板的圆形孔洞内还设置有单向结构，用于单向通过臭氧气泡；当臭氧气泡上浮至单向结构时，通过浮力撑起浮子，进入下一层塔板空间；如果没有气泡上浮时，浮子通过自重堵塞塔板孔洞，使得上一塔板层的废水无法通过塔板孔洞进入下一塔板层；所述单向结构由漏斗形支架、浮子、网罩组成，其中浮子为铁氟龙材质，中空结构，中空体积与浮子总体积的比值为0.476，所述漏斗形支架的一端与圆形孔洞连通，该漏斗形支架内放置有浮子，并通过网罩限位，当注入气体时，通过气体将浮子吹起，产生臭氧气泡，当关闭气体时，浮子落入漏斗形支架内堵住孔洞，避免废水通过孔洞排入下一层。

具体来说，废水自反应釜顶部注入，臭氧从底部注入，气液逆流；废水进入反应釜顶部后通过布水器分散；臭氧通过射流器安装口注入反应釜底部；混流组件的相邻的两层塔板之间，通过臭氧气泡的上浮扰动废水，从而使得废水在反应釜局部呈完全混合的流态，废水中有机污染物被降解一部分，由于塔板孔洞上设置有单向机构，使得废水无法直接通过塔板孔洞，只能从上层塔板的缺口处进入下一塔板层，这样就形成了多个塔板层的串联，废水从顶部塔板层最终流至底部塔板层的过程中，有机污染物的浓度逐渐降解，从整体来看，废水呈推流的流态。

所述混流组件的材质是厚度为5mm 的304或316L不锈钢。

一种废水深度处理系统，包括上述所述的深度处理装置，所述废水深度处理系统还包括砂滤池、 pH调节池、臭氧发生器、中间水池、氧化剂消除池、尾气破坏器、焦亚硫酸钠贮存罐、过氧化氢贮存罐、风机，所述深度处理装置设置有两个，分别为臭氧预氧化反应器和臭氧-过氧化氢反应器，所述臭氧预氧化反应器的进水口依次与pH调节池、砂滤池连通，所述臭氧预氧化反应器的射流器安装口与臭氧发生器连通，所述臭氧预氧化反应器的出水口通过中间水池与臭氧-过氧化氢反应器的进水口连通，该臭氧-过氧化氢反应器的出水口通过氧化剂消除池连通，该臭氧-过氧化氢反应器的射流器安装口与臭氧发生器连通，所述臭氧预氧化反应器和臭氧-过氧化氢反应器的尾气排气口均与尾气破坏器连通；所述pH调节池与臭氧预氧化反应器连通的管道上设置有第一水泵；所述中间水池与臭氧-过氧化氢反应器连通的管道上设置有第二水泵和过氧化氢管道混合器，该过氧化氢管道混合器与过氧化氢贮存罐连通；所述臭氧-过氧化氢反应器与氧化剂消除池连通的管道上设置有焦亚硫酸钠管道混合器，该焦亚硫酸钠管道混合器与焦亚硫酸钠贮存罐连通；所述氧化剂消除池底部的曝气设备与风机连通。

具体流程为：“二沉池出水+砂滤+ pH调节池+臭氧预氧化+生物滤池+臭氧-过氧化氢+残余氧化剂消除池”；工序中的“臭氧预氧化”、“臭氧-过氧化氢”均可采用上述深度处理装置。

上述深度处理装置用于臭氧预氧化时，水力停留时间为40~60min，臭氧投加量为20~40mg/L水。

上述深度处理装置用于臭氧-过氧化氢时，水力停留时间为40~60min，臭氧投加量为80~100mg/L水，过氧化氢的投加质量为臭氧投加质量的0.2~0.4倍。

所述焦亚硫酸钠贮存罐的出口管道上设置有第二计量泵，所述过氧化氢贮存罐的出口管道上设置有第一计量泵。

所述臭氧发生器与臭氧预氧化反应器之间的管道上设置有第一射流器，该第一射流器的一端与臭氧预氧化反应器的射流器安装口连通，该第一射流器的另一端与臭氧预氧化反应器的出水口连通，该第一射流器的中间端与臭氧发生器连通，其中，第一射流器与臭氧预氧化反应器的出水口连通的管道上依次设置有阀和第三水泵，第一射流器与臭氧预氧化反应器的射流器安装口连通的管道上设置有阀。

所述臭氧发生器与臭氧预氧化反应器之间的管道上设置有第二射流器，该第二射流器的一端与臭氧-过氧化氢反应器的射流器安装口连通，该第二射流器的另一端与臭氧-过氧化氢反应器的出水口连通，该第二射流器的中间端与臭氧发生器连通，其中，第二射流器与臭氧-过氧化氢反应器的出水口连通的管道上依次设置有阀和第四水泵，第二射流器与臭氧-过氧化氢反应器的射流器安装口连通的管道上设置有阀。

所述臭氧发生器的出气端还设置有气体流量计。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：

本发明通过A、B、C三种类型塔板的交错排列，结合塔板孔上的单向结构，使得废水在通过反应器时，在反应器局部呈完全混合流的流态，在整体上呈现推流的流态。通过混合流与推流的组合，使得废水中有机污染物得以氧化彻底。

附图说明

本发明将通过例子并参照附图的方式说明，其中：

图1是本发明基于臭氧的深度处理装置结构示意图、A型塔板、B型塔板、C型塔板示意图；

图2是本发明射流器安装口处截面示意图；

图3是本发明塔板孔处单向机构结构示意图；

图4是本发明塔板孔处单向机构网罩附视图；

图5是本发明废水深度处理系统结构示意图；

图6是本发明废水深度处理系统框图；

图中标记为：1-砂滤池，2- pH调节池，3-臭氧发生器，4a-臭氧预氧化反应器，4b-臭氧-过氧化氢反应器，5-中间水池，6-氧化剂消除池，7-尾气破坏器，8-焦亚硫酸钠贮存罐，9-过氧化氢贮存罐，10a-过氧化氢管道混合器，10b-焦亚硫酸钠管道混合器，11a-第一射流器，11b-第二射流器，12a-第一水泵，12b-第二水泵，13a-第一计量泵，13b-第二计量泵，14-风机，14a-第三水泵，14b-第四水泵，401-出水口，402-射流器安装口，403-尾气排气口，404-进水口，405-布水器，406-A型塔板，407-B型塔板，408-C型塔板，409-反应釜，L1-塔板，L2-漏斗形支架，L3-浮子，L4-网罩。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和出示的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

如图1-6所示，本实施例提供一种基于臭氧的深度处理装置，包括反应釜409，所述反应釜409内设置混流组件，该混流组件的上方设置有布水器405，该混流组件的下方设有射流器安装口402，所述射流器安装口402设置有4个，在反应釜409外壁上呈十字分布；所述反应釜409的底部开有出水口401，该反应釜409的顶端开有尾气排气口403和进水口404，所述布水器405与反应釜409的进水口404连通；所述混流组件包括A型塔板406、B型塔板407和C型塔板408，所述A型塔板406设置有两个，两个A型塔板406之间交错设置有B型塔板407和C型塔板408；所述A型塔板406、B型塔板407和 C型塔板408的直径相同并且均开有圆形孔洞，所述A型塔板406为圆板状，B型塔板407中间开有圆形缺口，C型塔板408边缘上开有四个相同规格的半圆形缺口，其中，B型塔板407和 C型塔板408的圆形孔洞内还设置有单向结构，用于单向通过臭氧气泡；当臭氧气泡上浮至单向结构时，通过浮力撑起浮子L3，进入下一层塔板空间；如果没有气泡上浮时，浮子L3通过自重堵塞塔板孔洞，使得上一塔板层的废水无法通过塔板孔洞进入下一塔板层；所述单向结构由漏斗形支架L2、浮子L3、网罩L4组成，其中浮子L3为铁氟龙材质，中空结构，中空体积与浮子L3总体积的比值为0.476，所述漏斗形支架L2的一端与圆形孔洞连通，该漏斗形支架L2内放置有浮子L3，并通过网罩L4限位，当臭氧气泡上浮至浮子处时，通过浮力将浮子L3顶起，当无臭氧气泡时，浮子L3在自重作用下落入漏斗形支架L2内堵住孔洞，阻止废水直接通过孔洞进入下一塔板层。

具体来说，废水自反应釜409顶部注入，臭氧从底部注入，气液逆流；废水进入反应釜409顶部后通过布水器405分散；臭氧通过射流器安装口402注入反应釜409底部；混流组件的相邻的两层塔板之间，通过臭氧气泡的上浮扰动废水，从而使得废水在反应釜409局部呈完全混合的流态，废水中有机污染物被降解一部分，由于塔板孔洞上设置有单向机构，使得废水无法直接通过塔板孔洞，只能从上层塔板的缺口处进入下一塔板层，这样就形成了多个塔板层的串联，废水从顶部塔板层最终流至底部塔板层的过程中，有机污染物的浓度逐渐降解，从整体来看，废水呈推流的流态。

实施例2

在实施例1的基础上，所述混流组件的材质是厚度为5mm 的304或316L不锈钢。

实施例3

在实施例1或2的基础上，一种废水深度处理系统，包括上述所述的深度处理装置，所述废水深度处理系统还包括砂滤池1、 pH调节池2、臭氧发生器3、中间水池5、氧化剂消除池6、尾气破坏器7、焦亚硫酸钠贮存罐8、过氧化氢贮存罐9、风机14，所述深度处理装置设置有两个，分别为臭氧预氧化反应器4a和臭氧-过氧化氢反应器4b，所述臭氧预氧化反应器4a的进水口404依次与pH调节池2、砂滤池1连通，所述臭氧预氧化反应器4a的射流器安装口402与臭氧发生器3连通，所述臭氧预氧化反应器4a的出水口401通过中间水池5与臭氧-过氧化氢反应器4b的进水口404连通，该臭氧-过氧化氢反应器4b的出水口401通过氧化剂消除池6连通，该臭氧-过氧化氢反应器4b的射流器安装口402与臭氧发生器3连通，所述臭氧预氧化反应器4a和臭氧-过氧化氢反应器4b的尾气排气口403均与尾气破坏器7连通；所述pH调节池2与臭氧预氧化反应器4a连通的管道上设置有第一水泵12a；所述中间水池5与臭氧-过氧化氢反应器4b连通的管道上设置有第二水泵12b和过氧化氢管道混合器10a，该过氧化氢管道混合器10a与过氧化氢贮存罐9连通；所述臭氧-过氧化氢反应器4b与氧化剂消除池6连通的管道上设置有焦亚硫酸钠管道混合器10b，该焦亚硫酸钠管道混合器10b与焦亚硫酸钠贮存罐8连通；所述氧化剂消除池6底部的曝气设备与风机14连通。

具体流程为：“二沉池出水+砂滤+pH调节池+臭氧预氧化+生物滤池+臭氧-过氧化氢+残余氧化剂消除池”；工序中的“臭氧预氧化”、“臭氧-过氧化氢”均可采用上述深度处理装置，所述的臭氧均为纯氧源制备。

上述深度处理装置用于臭氧预氧化时，水力停留时间为40~60min，臭氧投加量为20~40mg/L水。

上述深度处理装置用于臭氧-过氧化氢时，水力停留时间为40~60min，臭氧投加量为80~100mg/L水，过氧化氢的投加质量为臭氧投加质量的0.2~0.4倍。

工作原理：系统运行时，生化处理出水首先进入砂滤池1以去除微小悬浮物，然后砂滤池1出水进入pH调节池2，将水体pH调节至设定值；pH调节池2出水通过第一水泵12a泵至臭氧预氧化反应器4a顶部，经处理后从臭氧预氧化反应器4a底部流出；臭氧预氧化反应器4a底部出水分流，部分作为第一射流器11a的进水，剩余部分则流至中间水池5，等待后续处理。中间水池5出水通过第二水泵12b泵至臭氧-过氧化氢反应器4b顶部；同样，臭氧-过氧化氢反应器4b的底部出水分流，部分作为第二射流器11b的进水，剩余部分则流至氧化剂消除池6。

系统运行时，臭氧气体从臭氧发生器3流至第一射流器11a、第二射流器11b的进气口，被第一射流器11a、第二射流器11b转化为平均直径在100 μm的臭氧气泡，并进入臭氧预氧化反应器4a、臭氧-过氧化氢反应器4b。处理尾气自臭氧预氧化反应器4a、臭氧-过氧化氢反应器4b顶部导出，汇入尾气破坏器中。

系统运行时，过氧化氢贮存罐9中的过氧化氢通过第一计量泵13a以特定流速泵入过氧化氢管道混合器10a中，在氧化氢管道混合器中与臭氧预氧化反应器4a出水完成混合，并流入臭氧-过氧化氢反应器4b。

系统运行时，焦亚硫酸钠贮存罐8中的焦亚硫酸钠水溶液通过第二计量泵13b以特定流速泵入焦亚硫酸钠管道混合器10b中，在焦亚硫酸钠管道混合器10b中与臭氧-过氧化氢反应器4b出水完成混合，消除臭氧-过氧化氢反应器4b出水中残余的臭氧、过氧化氢。

系统运行时，风机14持续向氧化剂消除池6鼓入空气，以除去水体中未消耗完全的焦亚硫酸钠。

实施例4

在实施例3的基础上，所述焦亚硫酸钠贮存罐8的出口管道上设置有第二计量泵13b，所述过氧化氢贮存罐9的出口管道上设置有第一计量泵13a。

实施例5

在实施例3的基础上，所述臭氧发生器3与臭氧预氧化反应器4a之间的管道上设置有第一射流器11a，该第一射流器11a为三通结构，该第一射流器11a的一端与臭氧预氧化反应器4a的射流器安装口402连通，该第一射流器11a的另一端与臭氧预氧化反应器4a的出水口401连通，该第一射流器11a的中间端与臭氧发生器3连通，其中，第一射流器11a与臭氧预氧化反应器4a的出水口401连通的管道上依次设置有阀和第三水泵14a，第一射流器11a与臭氧预氧化反应器4a的射流器安装口402连通的管道上设置有阀。

实施例6

在实施例3的基础上，所述臭氧发生器3与臭氧预氧化反应器4a之间的管道上设置有第二射流器11b，该第二射流器11b为三通结构，该第二射流器11b的一端与臭氧-过氧化氢反应器4b的射流器安装口402连通，该第二射流器11b的另一端与臭氧-过氧化氢反应器4b的出水口401连通，该第二射流器11b的中间端与臭氧发生器3连通，其中，第二射流器11b与臭氧-过氧化氢反应器4b的出水口401连通的管道上依次设置有阀和第四水泵14b，第二射流器11b与臭氧-过氧化氢反应器4b的射流器安装口402连通的管道上设置有阀。

实施例7

在实施例3的基础上，所述臭氧发生器3的出气端还设置有气体流量计。

应用例1

深度处理对象为生化处理后的中药提取制药废水，COD为90~130mg/L，水体呈棕褐色，且含有微量悬浮物。

废水经过过滤处理后，先进行臭氧预氧化，该部分臭氧投加量为30mg/L水；然后调节pH至8.0，并投加过氧化氢，过氧化氢投加量为20 mg/L水；最后将废水泵入臭氧-过氧化氢反应器4b内，臭氧投加量为80mg/L水。最终测得过滤出水COD为90~100mg/L，臭氧预氧化的出水COD为75~80mg/L，臭氧-过氧化氢的出水COD为40~60mg/L，色度低于50PCU。

应用例2

深度处理对象为生化处理后的焦化废水，COD为210~250mg/L，水体呈棕褐色，且含有微量悬浮物。

废水经过絮凝处理后，先进行臭氧预氧化，该部分臭氧投加量为40mg/L水；然后调节pH至7.5，并投加过氧化氢，过氧化氢投加量为30 mg/L水；最后将废水泵入臭氧-过氧化氢反应器4b内，该部分臭氧投加量为90mg/L水。最终测得过滤出水COD为180~210mg/L，臭氧预氧化的出水COD为140~160mg/L，臭氧-过氧化氢的出水COD为80~100mg/L。

应用例3

深度处理对象为生化处理后的精细化工废水，COD为90~110mg/L。

废水经过过滤处理后，先进行臭氧预氧化，该部分臭氧投加量为40mg/L水；然后调节pH至8.5，并投加过氧化氢，过氧化氢投加量为30 mg/L水；最后将废水泵入臭氧-过氧化氢反应器4b内，该部分臭氧投加量为60mg/L水。最终测得过滤出水COD为80~90mg/L，臭氧预氧化的出水COD为70~80mg/L，臭氧-过氧化氢的出水COD为35~50mg/L。

应用例4

深度处理对象为生化处理后的造纸废水，COD为150~230mg/L，水体呈棕褐色，且含有大量木质纤维。

废水经过絮凝处理后，先进行臭氧预氧化，该部分臭氧投加量为20mg/L水；然后调节pH至8.5，并投加过氧化氢，过氧化氢投加量为20 mg/L水；最后将废水泵入臭氧-过氧化氢反应器4b内，该部分臭氧投加量为60mg/L水。最终测得过滤出水COD为90~110mg/L，臭氧预氧化的出水COD为75~85mg/L，臭氧-过氧化氢的出水COD为40~50mg/L。